一种带能量回收的地下铲运机混合动力系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带能量回收的地下铲运机混合动力系统，发动机通过分动箱向外输出动力，一部分动力提供给工作系统液压泵，另一部分动力驱动发电机/电机，发电机/电机处于发电机模式，发电机可向电池单元充电，发电机和电池单元均可单独或同时驱动前、后驱动电机；电池单元均驱动前、后驱动电机，前、后驱动电机将车辆的动能转化为电能经过发电机/电机、分动箱传递至循环式气液储能单元中，实现储能，发电机/电机处于电机模式；循环式气液储能单元通过分动箱向外输出动力至工作系统液压泵与发电机/电机，实现释能；发动机、电池单元和气液能量存储单元均可单独、任意两个或同时驱动前、后驱动电机。提高储能的能量密度，降低电池充放电次数。充放电次数。充放电次数。

【技术实现步骤摘要】
一种带能量回收的地下铲运机混合动力系统


[0001]本专利技术涉及矿山机械和工程机械
，特别是指一种带能量回收的地下铲运机混合动力系统。

技术介绍

[0002]传统的铲运机动力系统以柴油发动机作为动力源，通过液力变矩器、变速箱和驱动桥等部件，为地下铲运机提供驱动力，并且包括工作机构、转向系统和制动系统的液压油泵均由发动机经液力变矩器直接提供动力。铲运机典型工况下负载功率波动范围大，为满足铲运机的动力需求，传统的动力系统设计时必须满足最大负载功率，然而负载高功率工况占时较短，发动机长期处于低负荷运行，导致传统的动力系统运行时燃油经济性差，且污染排放严重，且无法实现制动能量回收。
[0003]现有的铲运机混合动力系统由柴油发动机，储能装置，以及电动机等共同组成，以柴油发动机作为动力源，储能装置为辅助动力源，利用蓄电池或超级电容作为储能装置，当负载功率较高时，利用发动机和储能装置同时供能，满足动力需求的同时，提高发动机的燃油经济性，减少空气污染排放；此外混合动力系统中可通过驱动电机的反拖实现制动能量回收，提高能量利用率。然而，储能装置中的蓄电池的功率密度和能量密度有限，传动系统逆向传输动力的方式即时储存能量的能力较差，储存能量有限，并且频繁的充放电，增加了蓄电池和电机的负荷和冲击，使蓄电池使用寿命降低；超级电容具有快速充放电的优势，但其能量密度有限，通常需要与蓄电池结合使用，其昂贵的价格阻碍了大规模的工程应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种带能量回收的地下铲运机混合动力系统，现有的铲运机混合动力系统具有以下问题，即时储存能量的能力较差，储存能量有限，频繁充放电，增加了蓄电池和电机的负荷和冲击，使蓄电池使用寿命降低。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供如下方案：
[0006]本专利技术实施例提供一种带能量回收的地下铲运机混合动力系统，所述混合动力系统包括发动机，所述发动机通过分动箱向外输出动力，一部分动力提供给工作系统液压泵，另一部分动力驱动发电机/电机，此时，所述发电机/电机处于发电机模式，所述发电机可向电池单元充电，所述发电机和所述电池单元均可单独或同时驱动前、后驱动电机；
[0007]所述电池单元均驱动所述前、后驱动电机，所述前、后驱动电机将车辆的动能转化为电能经过所述发电机/电机、所述分动箱传递至循环式气液储能单元中，实现储能，此时，所述发电机/电机处于电机模式；所述循环式气液储能单元通过分动箱向外输出动力至所述工作系统液压泵与所述发电机/电机，实现释能；
[0008]所述发动机、电池单元和气液能量存储单元均可单独、任意两个或同时驱动所述前、后驱动电机。
[0009]优选地，所述循环式气液储能单元包括储能液压泵/马达、液压阀、气压阀、气液活
塞、储气瓶和液压油箱组；
[0010]所述前、后驱动电机将车辆的动能转化为电能经过所述电机、所述分动箱传递至循环式气液储能单元中，通过分动箱反向驱动储能液压泵，实现向循环式气液储能单元储能，此时，所述储能液压泵/马达处于储能液压泵状态；
[0011]所述储能液压泵/马达处于马达模式，通过分动箱向所述发电机/电机与所述工作系统液压泵提供动力，实现释能。
[0012]优选地，所述电机连接整流器，所述整流器连接所述前、后驱动电机与DC/DC转换器，所述DC/DC转换器连接电池；
[0013]所述发电机经过所述整流器驱动所述前、后驱动电机，所述发电机经过所述整流器、所述DC/DC转换器向所述电池单元充电；
[0014]所述电池单元通过所述DC/DC转换器驱动所述前、后驱动电机；
[0015]所述前、后驱动电机将车辆的动能转化为电能经过所述整流器传递至所述电机。
[0016]优选地，所述工作系统液压泵包括铲运机工作机构、转向系统和制动系统。
[0017]优选地，所述混合动力系统还包括控制器，所述控制器控制所述发动机、所述液压阀、所述气压阀、所述电池单元与所述工作系统液压泵中的制动系统。
[0018]优选地，所述混合动力系统还包括控制器，所述控制器控制所述整流器。
[0019]优选地，所述控制器通过控制液压阀和气动阀的开启和关闭实现循环式气液储能单元的储能和释能；
[0020]所述控制器控制所述液压阀开口大小实现释能时的功率控制。
[0021]优选地，所述控制器控制所述工作系统液压泵中的制动系统，控制机械制动压力，控制制动力大小，控制制动能量回收强度。
[0022]优选地，车辆前、后驱动桥的制动力矩由机械制动系统和所述前、后驱动电机反拖阻力矩提供，所述控制器控制制动力矩大小，实现不同强度的制动能量回收。
[0023]本专利技术的上述方案至少包括以下有益效果：
[0024]上述方案中，混合动力系统针对传统储能装置的问题，满足了高功率密度和高能量密度的需求，利用循环式气液储能系统代替现有的超级电容和蓄电池结合的混合动力系统，系统具备制动能量回收功能，在满足铲运机峰值功率需求的同时，降低发动机燃油消耗率，降低发动机污染物排放，提升地下铲运机的使用性能，大幅提升地下铲运机经济性；
[0025]混合动力系统实现了铲运机在制动过程中的能量回收，循环式气液储能单元能够大幅降低电池充放电次数，提高电池寿命；当在车辆动力需求比较高时，所述发动机、电池单元和气液能量存储单元可以同时为车辆提供动力，保证动力性的前提下提高能量利用率；
[0026]混合动力系统在能量释放时，与铲运机发动机同时为驱动系统供能，在制动时回收系统动能，提高了储能的能量密度。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的带能量回收的地下铲运机混合动力系统的示意图；
[0028]图2为本专利技术的带能量回收的地下铲运机混合动力系统的驱动过程示意图；
[0029]图3为本专利技术的带能量回收的地下铲运机混合动力系统的储能过程示意图。
[0030]附图标记：
[0031]1、发动机；2、车辆前驱动桥；3、前驱动电机；4、液压油箱；5、液压阀；6、气压阀；7、气液活塞；8、储气瓶；9、储能液压泵/马达；10、分动箱；11、工作系统液压泵；12、整流器；13、后驱动电机；14、车辆后驱动桥；15、DC/DC转换器；16、电池单元；17、发电机/电机；18、控制器。
具体实施方式
[0032]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0033]如图1～图3所示的，本实施例提供了一种带能量回收的地下铲运机混合动力系统，混合动力系统包括发动机1，发动机1通过分动箱10向外输出动力，一部分动力提供给工作系统液压泵11，另一部分动力驱动发电机/电机16，为工作机构和行驶系统提供动力，此时，发电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带能量回收的地下铲运机混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统包括发动机，所述发动机通过分动箱向外输出动力，一部分动力提供给工作系统液压泵，另一部分动力驱动发电机/电机，此时，所述发电机/电机处于发电机模式，所述发电机可向电池单元充电，所述发电机和所述电池单元均可单独或同时驱动前、后驱动电机；所述电池单元均驱动所述前、后驱动电机，所述前、后驱动电机将车辆的动能转化为电能经过所述发电机/电机、所述分动箱传递至循环式气液储能单元中，实现储能，此时，所述发电机/电机处于电机模式；所述循环式气液储能单元通过分动箱向外输出动力至所述工作系统液压泵与所述发电机/电机，实现释能；所述发动机、电池单元和气液能量存储单元均可单独、任意两个或同时驱动所述前、后驱动电机。2.根据权利要求1所述的带能量回收的地下铲运机混合动力系统，其特征在于，所述循环式气液储能单元包括储能液压泵/马达、液压阀、气压阀、气液活塞、储气瓶和液压油箱组；所述前、后驱动电机将车辆的动能转化为电能经过所述电机、所述分动箱传递至循环式气液储能单元中，通过分动箱反向驱动储能液压泵，实现向循环式气液储能单元储能，此时，所述储能液压泵/马达处于储能液压泵状态；所述储能液压泵/马达处于马达模式，通过分动箱向所述发电机/电机与所述工作系统液压泵提供动力，实现释能。3.根据权利要求2所述的带能量回收的地下铲运机混合动力系统，其特征在于，所述电机连接整流器，所述整流器连接所述前、后驱动电机与DC/DC转换器，所述DC/DC转换器连接电池；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高路路，马飞，王冬悦，王士特，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：