CN218598151U - 一种旋挖钻及其动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于工程机械技术领域，具体涉及一种旋挖钻及其动力系统。包括发动机、电机控制器、作业执行电机和电能存储装置；发动机用于通过动力轴与泵组驱动连接，且泵组用于与旋挖钻中各液压系统作业部件的控制阀组连接；所述泵组用于执行对应液压驱动动作；电机控制器与电能存储装置连接，还与作业执行电机连接；所述作业执行电机用于为作业执行机构提供动力，作业执行电机包括动力头电机和/或主卷扬电机，所述动力头电机用于为动力头提供动力，所述主卷扬电机用于为主卷扬机提供动力。本实用新型的旋挖钻动力系统，采用电机直接驱动作业执行机构，能够提升系统效率，从而降低能耗，并且能够根据作业负荷和能量需求特点，进一步降低能耗。

Description

一种旋挖钻及其动力系统

技术领域

本实用新型属于工程机械技术领域，具体涉及一种旋挖钻及其动力系统。

背景技术

目前，在工程机械技术领域中，旋挖钻绝大部分采用传统液压驱动，即发动机带动液压泵，液压泵输出液压油通向液压控制阀，由液压控制阀向马达或油缸输入具有方向、压力和流量的液压油，马达或油缸驱动执行机构完成各项动作。此种方案存在以下缺点：①需配置大功率的发动机以满足不同作业负荷变化需求，作业过程随负荷变化不断调整工作点，发动机效率差；②各作业部件均通过液压系统驱动，液压系统传递路径长，管路损失多，整体传动效率低，造成能耗损耗高；③无法实现能量回收。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种旋挖钻及其动力系统，用以解决现有技术中工程机械用动力系统完全采用液压驱动造成整体能耗高的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种旋挖钻动力系统，包括发动机、电机控制器、作业执行电机和电能存储装置；发动机用于通过动力轴与泵组驱动连接，且泵组用于与旋挖钻中各液压系统作业部件的控制阀组连接；所述泵组用于执行对应液压驱动动作；电机控制器与电能存储装置连接，还与作业执行电机连接；所述作业执行电机用于为作业执行机构提供动力，作业执行电机包括动力头电机和/或主卷扬电机，所述动力头电机用于为动力头提供动力，所述主卷扬电机用于为主卷扬机提供动力。

其有益效果为：本实用新型的旋挖钻动力系统，不完全采用液压驱动进行作业，而是将主作业部件采用电机直接驱动作业执行机构，如动力头和主卷扬机，省去了液压泵、液压马达、液压管路等一系列液压传动，提升了系统的整体效率，降低了能耗；该系统能够实现纯电、混动等不同作业模式，根据作业负荷特点和能量需求特点实现最优能量模式的选择，并能通过能量回收模式进行能量回收，进一步降低该系统能耗。

进一步地，在发动机和泵组之间的动力轴上设置有至少一套动力机构，所述动力机构由一个离合器和一个动力电机组成，且离合器设置在动力电机的上游，所有动力电机均与电机控制器连接。

其有益效果为：通过发动机、离合器和动力电机的配合，使发动机可以驱动动力电机发电，从而满足特大型机械的高功率发电需求，同时使发动机维持在高效区，保证了发动机能耗和排放的最优控制。

进一步地，在发动机和泵组之间的动力轴上设置两套动力机构。

其有益效果为：通过发动机、离合器和动力电机的配合，使发动机可以驱动单动力电机或双动力电机发电，从而满足特大型机械的高功率发电需求，同时使发动机维持在高效区，保证了发动机能耗和排放的最优控制。

进一步地，所述作业执行电机还包括回转电机和行走电机，分别用于为各自对应的作业执行机构提供动力。

其有益效果为：根据功能的需要设置回转电机和行走电机直接驱动作业，提高作业效率，降低系统能耗。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种旋挖钻，包括作业执行机构、各液压系统作业部件、泵组和控制阀组，还包括旋挖钻动力系统，所述旋挖钻动力系统包括发动机、电机控制器、作业执行电机和电能存储装置；发动机通过动力轴与泵组驱动连接，且泵组与旋挖钻中各液压系统作业部件的控制阀组连接；所述泵组用于执行对应液压驱动动作；所述各液压系统作业部件用于根据对应的液压驱动动作进行作业；电机控制器与电能存储装置连接，还与作业执行电机连接；所述作业执行电机用于为作业执行机构提供动力，所述作业执行机构包括动力头和/或主卷扬机；作业执行电机包括动力头电机和/或主卷扬电机，所述动力头电机用于为动力头提供动力，所述动力头用于旋挖作业，所述主卷扬电机用于为主卷扬机提供动力，所述主卷扬机用于卷扬作业。

其有益效果为：本实用新型的旋挖钻，不完全采用液压驱动进行作业，而是将主作业部件采用电机直接驱动作业执行机构，如动力头和主卷扬机，省去了液压泵、液压马达、液压管路等一系列液压传动，提升了旋挖钻的效率，降低了能耗；该旋挖钻能够实现纯电、混动等不同作业模式，根据作业负荷特点和能量需求特点实现最优能量模式的选择，并能通过能量回收模式进行能量回收，进一步降低该旋挖钻的能耗。

进一步地，在发动机和泵组之间的动力轴上设置有至少一套动力机构，所述动力机构由一个离合器和一个动力电机组成，且离合器设置在动力电机的上游，所有动力电机均与电机控制器连接。

其有益效果为：通过发动机、离合器和动力电机的配合，使发动机可以驱动动力电机发电，从而满足特大型机械的高功率发电需求，同时使发动机维持在高效区，保证了发动机能耗和排放的最优控制。

进一步地，在发动机和泵组之间的动力轴上设置两套动力机构。

其有益效果为：通过发动机、离合器和动力电机的配合，使发动机可以驱动单动力电机或双动力电机发电，从而满足特大型机械的高功率发电需求，同时使发动机维持在高效区，保证了发动机能耗和排放的最优控制。

进一步地，所述作业执行电机还包括回转电机和行走电机，分别用于为各自对应的作业执行机构提供动力。

其有益效果为：根据功能的需要设置回转电机和行走电机直接驱动作业，提高作业效率，降低旋挖钻的能耗。

附图说明

图1是本实用新型的构型方案一的示意图；

图2是本实用新型的构型方案二的示意图。

其中，1-发动机，2-第一模式离合器，3-第二模式离合器，4-第一动力电机，5-第二动力电机，6-泵组，7-控制阀组，8-电机控制器，9-动力头电机，10-主卷扬电机，11-电能存储装置。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例进行进一步详细说明。

旋挖钻实施例：

本实用新型的一种旋挖钻实施例，构型方案一的示意图如图1所示，包括发动机1、第一模式离合器2、第一动力电机4、泵组6、控制阀组7、电机控制器8、动力头电机9、主卷扬电机10和电能存储装置11；发动机1通过动力轴与泵组6驱动连接，且泵组6通过液压管路与各液压系统作业部件的控制阀组7连接；泵组6用于执行对应液压驱动动作；各液压系统作业部件用于根据对应的液压驱动动作进行作业；电机控制器8通过电缆与电能存储装置11连接，还通过电缆与作业执行电机连接，作业执行电机包括动力头电机9和主卷扬电机10，电机控制器8用于控制动力头电机9、主卷扬电机10和第一动力电机4；动力头电机9与旋挖钻动力头连接，用于为旋挖钻动力头提供动力；主卷扬电机10与主卷扬机连接，用于为主卷扬机提供动力。

在发动机1和泵组6之间的动力轴上还设置有一套动力机构，该动力机构由第一模式离合器2和第一动力电机4组成，且第一模式离合器2设置在第一动力电机4的上游，靠近发动机1一侧为上游，远离发动机1一侧为下游；第一动力电机4与电机控制器8连接，第一模式离合器2用于控制第一动力电机4与发动机1的分离或结合，第一动力电机4用于发电或者提供动力。

构型方案二的示意图如图2所示，在构型方案一的基础上再增加一套动力机构，由第二模式离合器3和第二动力电机5组成，动力机构根据功能需要进行增加或者减少的设置。

该旋挖钻可以实现不同工作模式，构型方案一可以实现的工作模式如下：

1、纯电驱动模式。

发动机1不工作，第一模式离合器2分离，电能存储装置11释放电能通过电机控制器8分配给需要执行作业的电机。当动力头钻进工作时，动力头电机9驱动作业，第一动力电机4根据需求驱动泵组6工作用于执行加压动作；当主卷扬机提升工作时，主卷扬电机10驱动作业，其他部件不工作或维持原状态；当仅有液压驱动动作时，第一动力电机4驱动泵组6工作用于执行对应的液压驱动动作。

2、混动驱动模式。

发动机1工作，第一模式离合器2结合，发动机1带动第一动力电机4在高效区进行发电。当动力头钻进工作时，发动机1同步驱动泵组6工作用于执行加压动作，此时第一动力电机4发出的电能提供给动力头电机9驱动作业，电机控制器8根据动力头电机9的不同电能需求，将第一动力电机4发出的多余电能存储至能量存储装置11，或控制能量存储装置11同时放电对动力头电机9进行助力；当主卷扬机提升工作时，第一动力电机4发出的电能提供给主卷扬电机10驱动作业，电机控制器8根据主卷扬电机10的不同电能需求，将第一动力电机4发出的多余电能存储至能量存储装置11或控制能量存储装置11同时放电对主卷扬电机10进行助力；当仅有液压驱动动作时，发动机1带动第一动力电机4和泵组6同时运转，驱动泵组6工作用于执行对应的液压驱动动作，此时电机控制器8根据泵组6的不同负载需求，控制第一动力电机4的发电量或不发电。

3、能量回收模式。

此种模式主要对应主卷扬下放、或作业电机停转时刻的工作场景，此时主卷扬电机10或作业电机回馈发电，此种模式利用的是各类电机的惯性将回收的能量存储于电能存储装置11，完成电能回收。

构型方案二可以实现的工作模式如下：

构型方案二在构型方案一的基础上增加了第二模式离合器3和第二动力电机5，相比于构型方案一，在纯电驱动模式和混动驱动模式两种模式情况下存在差异，在能量回收模式下，工作模式相同。

1、纯电驱动模式。

当仅有液压驱动动作时，发动机1不工作，第一模式离合器2分离，系统根据液压负载的大小，采用单电机或双电机纯电驱动模式。当第二模式离合器3分离时，仅第二动力电机5驱动泵组6工作用于执行对应的液压驱动动作；当第二模式离合器3结合时，第一动力电机4和第二动力电机5共同驱动泵组6工作，或第二动力电机5空转，仅第一动力电机4驱动泵组6。其他动力头、主卷扬机等纯电作业模式同方案一。

2、混动驱动模式。

发动机1工作，第一模式离合器2结合，根据系统对电量的需求不同，采用单电机或双电机发电模式。当系统对电量需求小时，第二模式离合器3不结合，发动机1仅带动第一动力电机4发电，此时第一动力电机4单独驱动泵组6配合作业需要进行工作；当系统对电量需求大时，第二模式离合器3结合，发动机1带动第一动力电机4和第二动力电机5共同发电，并驱动泵组6同时工作。其他动力头、主卷扬机等混动作业模式同方案一。

3、能量回收模式。

此种模式主要对应主卷扬下放、或作业电机停转时刻的工作场景，此时主卷扬电机10或作业电机回馈发电，此种模式利用的是各类电机的惯性将回收的能量存储于电能存储装置11，完成电能回收。

以上几种模式对应各零部件的工作状态见下表1。表中“/”表示无该部件；“-”表示不考虑该部件。

表1

需要说明的是，以上纯电驱动模式和混动驱动模式，基于能量最优原则，可以根据整车控制策略或电能存储装置限值范围进行灵活选择、组合或切换。

而且，电机控制器可以设置多个，每一个电机控制器对应控制一个电机。

作为其他实施方式，作业执行电机根据功能需要进行设置，可以设置一个，例如仅设置一个主卷扬电机；也可以设置多个，例如设置主卷扬电机、动力头电机、回转电机和行走电机等。

综上，本实用新型具有如下特点：

本实用新型的旋挖钻动力系统，不完全采用液压驱动进行作业，而是将主作业部件采用电机直接驱动作业执行机构，如动力头和主卷扬机，省去了液压泵、液压马达、液压管路等一系列液压传动，提升了系统的整体效率，降低了能耗；该系统能够实现纯电、混动等不同作业模式，根据作业负荷特点和能量需求特点实现最优能量模式的选择，并能通过能量回收模式进行能量回收，进一步降低该系统能耗。

旋挖钻动力系统实施例：

本实用新型的一种旋挖钻动力系统实施例，该系统与旋挖钻实施例中介绍的旋挖钻动力系统一样，由于旋挖钻实施例中已经进行了详细的介绍，不再赘述。

Claims (8)

1.一种旋挖钻动力系统，其特征在于，包括发动机、电机控制器、作业执行电机和电能存储装置；发动机用于通过动力轴与泵组驱动连接，且泵组用于与旋挖钻中各液压系统作业部件的控制阀组连接；所述泵组用于执行对应液压驱动动作；电机控制器与电能存储装置连接，还与作业执行电机连接；所述作业执行电机用于为作业执行机构提供动力，作业执行电机包括动力头电机和/或主卷扬电机，所述动力头电机用于为动力头提供动力，所述主卷扬电机用于为主卷扬机提供动力。

2.根据权利要求1所述的旋挖钻动力系统，其特征在于，在发动机和泵组之间的动力轴上设置有至少一套动力机构，所述动力机构由一个离合器和一个动力电机组成，且离合器设置在动力电机的上游，所有动力电机均与电机控制器连接。

3.根据权利要求2所述的旋挖钻动力系统，其特征在于，在发动机和泵组之间的动力轴上设置两套动力机构。

4.根据权利要求1所述的旋挖钻动力系统，其特征在于，所述作业执行电机还包括回转电机和行走电机，分别用于为各自对应的作业执行机构提供动力。

5.一种旋挖钻，其特征在于，包括作业执行机构、各液压系统作业部件、泵组和控制阀组，还包括旋挖钻动力系统，所述旋挖钻动力系统包括发动机、电机控制器、作业执行电机和电能存储装置；发动机通过动力轴与泵组驱动连接，且泵组与旋挖钻中各液压系统作业部件的控制阀组连接；所述泵组用于执行对应液压驱动动作；所述各液压系统作业部件用于根据对应的液压驱动动作进行作业；电机控制器与电能存储装置连接，还与作业执行电机连接；所述作业执行电机用于为作业执行机构提供动力，所述作业执行机构包括动力头和/或主卷扬机；作业执行电机包括动力头电机和/或主卷扬电机，所述动力头电机用于为动力头提供动力，所述动力头用于旋挖作业，所述主卷扬电机用于为主卷扬机提供动力，所述主卷扬机用于卷扬作业。

6.根据权利要求5所述的旋挖钻，其特征在于，在发动机和泵组之间的动力轴上设置有至少一套动力机构，所述动力机构由一个离合器和一个动力电机组成，且离合器设置在动力电机的上游，所有动力电机均与电机控制器连接。

7.根据权利要求6所述的旋挖钻，其特征在于，在发动机和泵组之间的动力轴上设置两套动力机构。

8.根据权利要求5所述的旋挖钻，其特征在于，所述作业执行电机还包括回转电机和行走电机，分别用于为各自对应的作业执行机构提供动力。

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