CN218713465U - 一种混合动力连续墙抓斗 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种混合动力连续墙抓斗，包括高压供电系统、机械动力传动系统；所述机械动力系统包括驱动液压系统的泵组、与泵组相连泵端电机、通过离合器与所述泵端电机可通断连接的发动机、由卷扬一电机驱动的卷扬一、由卷扬二电机驱动的卷扬二、由卷扬一和卷扬二驱动的斗架体；所述高压供电系统包括动力蓄电池系统以及与动力蓄电池系统之间电连接的卷扬一电机、卷扬二电机、泵端电机；所述泵组由泵端电机驱动或者发动机直接驱动或者泵端电机与发动机共同驱动。本实用新型可根据整机功率需求情况来调控发动机的工作状态，保证了发动机能耗的优化。

Description

一种混合动力连续墙抓斗

技术领域

本实用新型属于工程机械领域，具体涉及一种混合动力连续墙抓斗。

背景技术

现存连续墙抓斗整机驱动力来源大多传统动力（主要为发动机动力）耦合液压驱动系统联合作业的工作模式实现，不符合“节能、绿色、环保”的发展主题，未充分利用新能源动力系统技术发展带来的资源优势，滞后于工程机械“电动化”的行业发展趋势。当前主流连续墙抓斗采用全液压控制驱动，其动力源为发动机（柴油机），通过发动机（现行排放标准为国三），液压油经液压泵加油流向液压控制阀组，并由液压控制阀组向马达或油缸输入具有方向、压力和流量的液压油，进而直接或间接驱动动作执行机构完成设定功能动作。其主要特征为柴油机直接驱动泵组（主泵、辅泵、齿轮泵、先导泵等），由泵组蓄压并经控制阀组控制各部件执行动作。将传统连续墙主抓状态粗略的分为待机状态和作业状态，并分别介绍其作业特点如下：①待机状态下，柴油机持续低负荷作业以维持各液压管路的液压压力，此时整机工作效率低；②作业状态下，主泵连接主控制阀控制卷扬一、卷扬二、回转、行走、电缆、胶管的马达工作和开闭油缸工作，辅泵连接辅助阀控制变幅、展宽等的油缸工作，存在多个动作共同执行的复合动作，但是复合动作作业时长占比较小（比如，实际挖槽作业时，行走、变幅、展宽、桅杆作业单元基本不工作）。受液压路径及液压压力波动及控制难度大等影响，液压系统复合动作稳定性差，功能多样性差。

发明内容

本实用新型提供一种混合动力连续墙抓斗。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：一种混合动力连续墙抓斗，包括高压供电系统、机械动力传动系统；所述机械动力系统包括驱动液压系统的泵组、与泵组相连泵端电机、通过离合器与所述泵端电机可通断连接的发动机、由卷扬一电机和卷扬二电机驱动的斗架体上下；所述高压供电系统包括动力蓄电池系统以及与动力蓄电池系统之间电连接的卷扬一电机、卷扬二电机、泵端电机；所述泵组由泵端电机驱动或者发动机直接驱动或者泵端电机与发动机共同驱动。

所述高压供电系统的蓄电池系统分别电连接所卷扬一电机控制器、卷扬二电机控制器及泵端电机控制器；所述卷扬一电机控制器连接卷扬一电机，所述卷扬二电机控制器电连接卷扬二电机，所述泵端电机控制器电连接所述泵端电机。

连续墙抓斗还包括控制通讯系统，所述控制通讯系统包括底盘控制器，所述底盘控制器分别通信连接驾驶员操作单元、人机交互模块、泵组、集成控制阀组、电能控制器；所述电能控制器通过信号转接器分别通信连接蓄电池控制系统、泵端电机控制器、卷扬一电机控制器、卷扬二电机控制器以及发动机；所述蓄电池管理系统与所述动力蓄电池系统之间通信连接；所述卷扬一电机控制器与卷扬一电机通信连接、卷扬二电机控制器与卷扬二电机通信连接；所述泵端电机通信连接泵端电机控制器。

所述蓄电池系统依次通过高压配电箱、电源转接器电连接所述卷扬一电机控制器、卷扬二电机控制器及泵端电机控制器；所述蓄电池控制系统与所述高压配电箱之间通信连接。

所述机械传动系统的卷扬一电机的动力输出端与卷扬一减速器啮合以及卷扬二电机的动力输出端与卷扬二减速器啮合分别输出动力给卷扬一和卷扬二所述卷扬一和卷扬二上缠绕钢丝绳，所述钢丝绳另一端连接所述斗架体；所述卷扬一和卷扬二通过钢丝绳同步提升或下放斗架体。

所述高压供电系统还包括外部输入电缆，所述外部输入电缆电连接整流器；所述整流器电连接动力蓄电池系统、卷扬一电机控制器、卷扬二电机控制器、泵端电机控制器。

本实用新型的有益作用是：本实用新型可根据整机功率需求情况来调控发动机的工作状态，保证了发动机能耗的优化。发动机动力可全部输入至泵组，也可以部分输入至泵组，另一部分可以泵组电机发电的形式存储至动力电池，灵活地控制发动机工作在高负荷区，保证了发动机能耗的优化控制。卷扬一和卷扬二两作业部件采用电机直驱，省去了液压泵、液压马达、液压管路等一系列液压传动，提升了系统整体效率。本实用新型提供发动机驱动、蓄电池驱动及外部输入电缆驱动等多种工作模式以匹配适应不同作业场景。

附图说明

图1 是本实用新型实施示意图

其中，1是斗架体、2是电能控制器、3是底盘控制器、4是集成控制阀组、5是回转马达、6是泵组、7是行走马达、8是泵端电机、9是离合器、10是发动机、11是泵端电机控制器、12是整流器、13是信号转换器、14是电源转接器、15是外部输入电缆、16是蓄电池控制系统、17是高压配电箱、18是蓄电池系统、19是卷扬一电机、20是卷扬一减速器、21是卷扬一、22是卷扬一电机控制器、23是卷扬二电机控制器、24是卷扬二电机、25是卷扬二减速器、26是卷扬二、27是驾驶员操作单元、28是人机交互模块、29电缆绞盘马达、30是胶管绞盘马达。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本实用新型。

如图1所示,所述机械动力系统包括驱动液压系统的泵组6、与泵组6相连泵端电机8、通过离合器9与所述泵端电机8可通断连接的发动机10、由卷扬一电机19和卷扬二电机24同步驱动卷扬一和卷扬二；所述高压供电系统包括蓄电池系统18以及与蓄电池系统18之间电连接的卷扬一电机19、卷扬二电机24、泵端电机8；所述泵端电机8可以作为所述泵组6的动力源驱动泵组6或者所述发动机10的负载储蓄电能到蓄电池系统18；所述泵组6由泵端电机8驱动或者发动机10直接驱动或者泵端电机8与发动机10共同驱动。其中卷扬一电机19和卷扬一减速器20相连，卷扬二电机24和卷扬二减速器25相连，同步驱动卷扬一21和卷扬二26转动，通过钢丝绳提升与下放斗架体1。

所述高压供电模块的蓄电池系统18分别电连接卷扬一电机控制器22、卷扬二电机控制器23及泵端电机控制器11；所述卷扬一电机控制器22电连接卷扬一电机19，所述卷扬二电机控制器23电连接卷扬二电机24，所述泵端电机控制器11电连接所述泵端电机8。

连续墙抓斗还包括控制通讯系统，所述控制通讯模块包括底盘控制器3，所述底盘控制器3分别通信连接驾驶员操作单元27、人机交互模块28、泵组6、集成控制阀组4、电能控制器2；所述电能控制器2通过信号转接器13分别通信连接蓄电池控制系统16、泵端电机控制器11、卷扬一电机控制器22、卷扬二电机控制器23以及发动机10；所述蓄电池控制系统16与所述蓄电池系统18之间通信连接；所述卷扬一电机控制器22与卷扬一电机19通信连接、卷扬二电机控制器23与卷扬二电机24通信连接；所述泵端电机8通信连接泵端电机控制器11。

所述蓄电池系统18依次通过高压配电箱17、电源转接器14电连接所述卷扬一电机控制器22、卷扬二电机控制器23及泵端电机控制器11；所述蓄电池控制系统16与所述高压配电箱17之间通信连接。

所述机械传动系统的卷扬一电机19的动力输出端与卷扬一减速器20啮合以及卷扬二电机24的动力输出端与卷扬二减速器25啮合分别输出动力给卷扬一21和卷扬二26所述卷扬一21和卷扬二26上缠绕钢丝绳，所述钢丝绳另一端连接所述斗架体1；所述卷扬一21和卷扬二26通过钢丝绳同步提升或下放斗架体1。

所述高压供电系统还包括外部输入电缆15，所述外部输入电缆15电连接整流器12；所述整流器12电连接蓄电池系统18、卷扬一电机控制器22、卷扬二电机控制器23、泵端电机控制器11。

具体来说：高压供电部分：蓄电池系统18经高压配电箱17，并经电源转接器14将直流电供给卷扬一电机控制器22、卷扬二电机控制器23及泵端电机控制器11。上述三个电机控制器根据被控电机工作需求工作模式及状态，将直流高压电转化为三向高压电并分别与卷扬一电机19、卷扬二电机24、泵端电机8连接。控制信号通讯部分：底盘控制器3接收并识别驾驶员操作单元27发出的指令及当前整机的状态信息，对驾驶员操作单元27信息进行解析，转化为对各部件（控制器）的控制指令，同时根据整机工作或客户需要将必要的动作信息或整机状态信息转发给人机交互模块28进行显示处理。对于回转马达5、行走马达7、胶管绞盘马达29、电缆绞盘马达30工作指令以及变幅、展宽、开闭斗等油缸工作指令等均是通过底盘控制器3将对应指令发送给集成控制阀组4，由集成控制阀组4对液压油的通断进行控制。与此同时，底盘控制器3接收来自泵组 8的油压状态信息，并根据泵组8反馈的油压信号，控制泵端电机6工作状态。待机工况下，泵端电机6处于工作状态，为液压管路蓄压。上述为蓄电池系统18储能状态较高的情况下，整机处在纯电作业模式。如蓄电池系统18储能状态不足，触发发动机10起机发电，则由电能控制器2控制器离合器9吸合，控制发动机10工作在设定的经济区，发动机10部分动力分流驱动泵端电机8发电，另一部分动力直接驱动泵组6为液压管路蓄压。底盘控制器3控制泵端电机8工作状态的指令信号经电能控制器2、泵端电机控制器11处理，将具体的动作指令（目标转速、扭矩等）发送给泵端电机8，由泵端电机8完成动力输出。类似地，当底盘控制器3响应驾驶员操作单元27执行卷扬一21和卷扬二26提升、下放等动作时，需将卷扬一电机21和卷扬二电机24动作指令信号发送给电能控制器2，由电能控制器2向卷扬一电机21和卷扬二电机24发电机动作指令，由卷扬一电机控制器22控主卷扬一电机19，由卷扬二电机控制器23控主卷扬二电机24。另外，电能动力部件从蓄电池系统18的取电需求均由电能控制器2根据底盘控制器3目标指令需求，将功率需求指令发给蓄电池控制系统16，蓄电池控制系统16基于动力蓄电池系统18状态将输出能量信息同步给高压配电箱17，并由高压配电箱17控制蓄电池系统18电能输出。机械动力传动部分：①卷扬传动部分，卷扬一电机19的动力输出端与卷扬一减速器20啮合以及卷扬二电机24的动力输出端与卷扬二减速器25啮合分别输出动力给卷扬一21和卷扬二26，卷扬一21和卷扬二26通过钢丝绳同步提升或下放斗架体1。②主泵传动部分：a纯电动作业模式下，离合器9断开，泵端电机8驱动泵组6，由泵组6完成液压管路蓄压。集成控制阀组4通过控制各液压油路的通断，控制各个液压执行零部件工作。b混动作业模式下，离合器9吸合，发动机10动力经离合器9、泵端电机8，此时泵端电机具备三种工作状态，即随转、作为电动机辅助发动机动力输出、作业发电机吸收部分发动机机械能将部分或全部动力传递给泵组6，由泵组6完成液压管路蓄压。集成控制阀组4通过控制各液压油路的通断，控制各个液压执行零部件工作。

其中桅杆：支撑提升斗架体用滑轮；斗架体：挖掘和运送渣土；卷扬一和卷扬二：用于提升和下放斗架体；整流器：用于将交流电流变换成直流电流（能量只能由交流测向直流侧变换）的变流设备；电机控制器：控制动力电源与电机之间能力传输的装置，由控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成；蓄电池系统：一个或一个以上蓄电池包及相应附件（蓄电池管理系统、高压回路、低压回路、热管理设备以及机械总成）构成的为电驱动系统提供电能的能量存储装置。蓄电池控制系统：监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态等），可以为蓄电池提供通信、安全、电芯均衡及管理控制，并提供与应用设备通信接口的系统，主要包含电池控制单元、电池检测单元及其附件。电池控制盒：用来管理电池以便电池处于良好的工作状态的装置，主要包含电池控制单元等部件，具备状态估算、热管理、均衡管理、充放电管理、故障报警及处理等功能，并通过CAN总线与整车控制器、车载显示系统、充电机等进行实时通讯。高压配电箱：新能源汽车动力电池的高压电分配单元，简称PDO，主要包含高压继电器、熔断器、电流传感器、绝缘监测装置、连接器等部件。

本实用新型可根据整机功率需求状态，控制发动机的工作状态。发动机动力可全部输入至泵组，也可以部分输入至泵组，另一部分可以泵组电机发电的形式存储至动力电池，灵活地控制发动机工作在高负荷区，保证了发动机能耗的优化控制。卷扬一和卷扬二主作业部件采用电机直驱，省去了液压泵、液压马达、液压管路等一系列液压传动，提升了系统整体效率。本实用新型提供发动机驱动、蓄电池驱动及外接电缆驱动等多种工作模式以匹配适应不同作业场景。

外接电缆断开工作状态，以上已经描述过。包括混动直驱模式，当旋挖钻机处于正常作业模式时，且蓄电池系统18即动力电池SOC较高，此时发动机10动力经离合器9将动力传递给泵组6，驱动液压系统，此时泵端电机8处于随转状态。如需卷扬工作，则可由卷扬电机从动力电池取电，驱动对应零部件工作。

混动发电模式下，当连续墙抓斗处于正常作业模式时，但蓄电池系统18即动力电池SOC较低，发动机10部分机械动力经离合器9将动力传递给泵组6，驱动液压系统。另一部分动力用于带动泵组电机8发电并经逆变器储存于动力电池即蓄电池系统18中。

混动助力模式下，当连续墙抓斗作业需求较大的液压压力时，此时主泵需求功率较大。在该工作模式下，发动机10和泵端电机8同时参与驱动泵组6工作，此时离合器9均处于吸合状态。该模式中泵端电机8作为电动机使用，从动力电池取电驱动泵组6。

纯电动模式下：当动力电池动力充足，且泵端电机8功能能够满足泵组6功率需求时，发动机10不工作。发动机10与泵端电机8间的离合器9均处于断开状态。动力电池为三个电机供电驱动整机，此时三个电机均作为驱动电机使用。

如上几种作业模式，由整车控制器根据整机作业情况，结合驾驶员意图进行智能动态功率分配。

外部输入电缆15作业状态：

当蓄电池系统18即动力电池电量不足时，如此时整机需求功率小于外部输入电缆15最大供电能力，则外部输入电缆15的部分电能用于动力电池补电，另一部电能用于供整机作业动作用电。具体地，通过整流器12以及各电机控制分别给泵端电机8、卷扬一电机19和卷扬二电机24供电。如此时整机需求功率大于外部输入电缆15最大供电能力，发动机10与泵端电机8机械连接，泵端电机8用作发电机，助力整机供电系统，满足整机供电需求。具体地，发动机10以机械结合的形式输出至泵端电机8，带动泵组6作业，另一部分发动机10动力用于带动泵端电机8发电，泵端电机8发的电用于配合外部输入电缆15经整流器12或各电机控制器分别给泵端电机8、卷扬一电机19和卷扬二电机24供电。

当动力电池电量充足时，如此时整机需求功率小于外部输入电缆15最大供电能力，则外部输入电缆15的全部电能用于供整机作业动作用电。具体地，通过整流器12以及各电机控制器分别给泵端电机8、卷扬一电机19和卷扬二电机24供电。如此时整机需求功率大于外部输入电缆15最大供电能力，且小于外部输入电缆15最大功率与动力电池供电功率的和（或某设定阈值），由外部输入电缆15和动力电池共同为整机作业部件供电。如此时整机需求功率大于外部输入电缆15最大功率与动力电池供电功率的和（或某设定阈值），发动机10与泵端电机8机械连接，泵端电机8用作发电机，助力整机供电系统，满足整机供电需求。具体地，发动机10部分动力机械力的形式输出至泵组6，带动泵组6作业，另一部分发动机10动力用于带动泵端电机8发电，泵端电机8发的电用于配合外部输入电缆15以及动力电池（或两者中的一个，根据具体控制策略而定）经整流设备7或各电机控制器分别给泵端电机8、卷扬一电机19和卷扬二电机24供电。

能量回收模式：在卷扬一21和卷扬二26下放工况，卷扬一电机19和卷扬二电机24作为发电机将卷扬一21和卷扬二26下放过程中的重力势能转化为电能，并经动力电池存储留用。

Claims (6)

1.一种混合动力连续墙抓斗，其特征是：包括高压供电系统、机械动力传动系统；所述机械动力传动系统包括驱动液压系统的泵组（6）、与泵组（6）相连泵端电机（8）、通过离合器（9）与所述泵端电机（8）可通断连接的发动机（10）、由卷扬一电机（19）和卷扬二电机（24）驱动的斗架体（1）提升与下放；所述高压供电系统包括动力蓄电池系统以及与动力蓄电池系统之间电连接的卷扬一电机（19）、卷扬二电机（24）、泵端电机（8）；所述泵组由泵端电机（8）驱动或者发动机（10）直接驱动或者泵端电机（8）与发动机（10）共同驱动。

2.根据权利要求1所述一种混合动力连续墙抓斗，其特征在于：所述高压供电系统的蓄电池系统（18）分别电连接所卷扬一电机控制器（22）、卷扬二电机控制器（23）及泵端电机控制器（11）；所述卷扬一电机控制器（22）连接卷扬一电机（19），所述卷扬二电机控制器（23）电连接卷扬二电机（24），所述泵端电机控制器（11）电连接所述泵端电机（8）。

3.根据权利要求2所述一种混合动力连续墙抓斗，其特征在于：连续墙抓斗还包括控制通讯系统，所述控制通讯系统包括底盘控制器，所述底盘控制（3）分别通信连接驾驶员操作单元（27）、人机交互模块（28）、泵组（6）、集成控制阀组（4）、电能控制器（2）；所述电能控制器（2）通过信号转接器（13）分别通信连接蓄电池控制系统（16）、泵端电机控制器（11）、卷扬一电机控制器（22）、卷扬二电机控制器（23）以及发动机；所述蓄电池控制系统（16）与所述蓄电池系统（18）之间通信连接；所述卷扬一电机控制器（22）与卷扬一电机（19）通信连接、卷扬二电机控制器（23）与卷扬二电机（24）通信连接；所述泵端电机（8）通信连接泵端电机控制器（11）。

4.根据权利要求3所述一种混合动力连续墙抓斗，其特征在于：所述蓄电池系统（18）依次通过高压配电箱（17）、电源转接器（14）电连接所述卷扬一电机控制器（22）、卷扬二电机控制器（23）及泵端电机控制器（11）；所述蓄电池控制系统（16）与所述高压配电箱（17）之间通信连接。

5.根据权利要求2所述一种混合动力连续墙抓斗，其特征在于：所述机械动力传动系统的卷扬一电机（19）的动力输出端与卷扬一减速器（20）啮合以及卷扬二电机（24）的动力输出端与卷扬二减速器（25）啮合分别输出动力给卷扬一（21）和卷扬二（26），所述卷扬一（21）和卷扬二（26）上缠绕钢丝绳，所述钢丝绳另一端连接所述斗架体（1）；所述卷扬一（21）和卷扬二（26）通过钢丝绳同步提升或下放斗架体（1）。

6.根据权利要求2-5任一所述一种混合动力连续墙抓斗，其特征在于：所述高压供电系统还包括外部输入电缆（15），所述外部输入电缆（15）电连接整流器（12）；所述整流器（12）电连接蓄电池系统（18）、卷扬一电机控制器（22）、卷扬二电机控制器（23）、泵端电机控制器（11）。

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