CN108360818A - 一种串联型油电混合动力臂架式混凝土泵车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联型油电混合动力臂架式混凝土泵车，包括汽车底盘单元和泵送单元，所述的汽车底盘单元包括离合器、变速箱、分动箱、万向传动装置、驱动桥、行驶系统、转向系统和制动系统；所述的泵送单元包括泵送系统、摆动系统、搅拌/冷却/润滑/清洗系统以及臂架/支腿/回转系统，在泵送系统、摆动系统、搅拌/冷却/润滑/清洗系统以及臂架/支腿/回转系统上对应地设置有泵送系统液压泵、摆动系统液压泵、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵以及臂架/支腿/回转系统液压泵。本发明通过电能耦合装置将柴油发动机、发电机以及电动机串联连接，组成串联型混合动力驱动结构，通过能量管理系统的作用来实现臂架式混凝土泵车的节能减排。

Description

一种串联型油电混合动力臂架式混凝土泵车

技术领域

本发明涉及一种串联型油电混合动力臂架式混凝土泵车，属于混凝土泵送机械技术领域。

背景技术

能源是人类生存和从事一切生产活动的物质基础。随着世界内工业技术的迅速发展，能源短缺和环境污染问题也日趋严重。目前，各个国家纷纷出台政策法规，强制机动车辆的排放指标，禁止超标排放的机动车的销售和使用。特别是美国和欧盟明确规定了非公路机动设备的排放标准，并且该标准逐渐接近于公路机动设备的排放标准。另一方面，一些国家如日本对低排放和零排放的机动车的生产和使用都给予非常优惠的政策。近年来，我国也出台了一系列相关法规，并逐渐与国际接轨。工程机械中的臂架式混凝土泵车由于其用量大、耗油高、排放差，已逐渐成为人们普遍关注的主要对象。因此，从长远的发展来看，臂架式混凝土泵车的节能环保是其进入市场和被用户接受的基本要素，同时也将是该产品生存和发展的先决条件。

随着臂架式混凝土泵车在现代建筑施工中的广泛使用，由于其用量大、耗油高、排放差，已逐渐成为人们普遍关注的主要对象，如何降低系统的发热，简化系统设计，提高系统设备的可靠性和工作寿命，降低系统的装机功率等现已成为国内外臂架式混凝土泵车生产厂家面临的关键技术难题。为此，各个臂架式混凝土泵车生产厂家集中科研资源，开发出各种臂架式混凝土泵车的控制系统。在目前已经开发出的各种臂架式混凝土泵车控制系统中，都是基于臂架式混凝土泵车的液压系统来设计相应的电气控制系统，通过电气元件的动作控制油液的大小和流动方向，从而实现控制执行元件的动作，即只考虑了相关执行元件的动作可靠性，而忽略了非常关键的臂架式混凝土泵车的节能重要性。

近年来，鉴于混合动力系统在汽车上的成功应用，受到了各工程机械制造企业的高度重视，成为工程机械节能降耗、降低排放的重要研究课题之一。为了提高下一代产品的竞争力和市场占有率，世界上各大工程机械制造商，纷纷开展了混合动力系统在工程机械上的应用研究工作。

国外在与臂架式混凝土泵车有关的基础研究和应用研究方面做了许多工作，国内各高校对臂架式混凝土泵车的液压系统、电气控制系统、智能浇注、液压冲击等各个方面进行了研究，臂架式混凝土泵车生产厂家不断推出新产品，在泵送液压系统、换向阀、电气控制技术、输送高度和输送距离上有很大提高，但都还未见混合动力系统在臂架式混凝土泵车上的应用。

发明内容

针对传统臂架式混凝土泵车用量大、油耗高、排放差的不足，本发明提供一种串联型油电混合动力臂架式混凝土泵车，该混凝土泵车通过电能耦合装置将柴油发动机、发电机以及电动机串联连接，组成串联型混合动力驱动结构，通过能量管理系统的作用来实现臂架式混凝土泵车的节能减排，为实现传统臂架式混凝土泵车节能减排提供了一套可行性设备。

本发明的技术方案：一种串联型油电混合动力臂架式混凝土泵车，包括汽车底盘单元和泵送单元，所述的汽车底盘单元包括离合器、变速箱、分动箱、万向传动装置、驱动桥、行驶系统、转向系统和制动系统；所述的泵送单元包括泵送系统、摆动系统、搅拌/冷却/润滑/清洗系统以及臂架/支腿/回转系统，在泵送系统、摆动系统、搅拌/冷却/润滑/清洗系统以及臂架/支腿/回转系统上对应地设置有泵送系统液压泵、摆动系统液压泵、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵以及臂架/支腿/回转系统液压泵，在汽车底盘单元上还分别安装有柴油发动机、发电机、电动机、电能耦合装置、第一逆变器、蓄电池组以及能量管理系统，所述柴油发动机、发电机以及电动机为串联连接形式，柴油发动机与发电机传动连接，电能耦合装置的一个输入接口与发电机电性连接，另一个输入接口通过第一逆变器与蓄电池组电性连接，电能耦合装置的输出接口与电动机电性连接，电动机依次与离合器、变速箱以及分动箱传动连接，分动箱分别与万向传动装置、驱动桥、行驶系统、转向系统、制动系统、泵送系统液压泵、摆动系统液压泵、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵以及臂架/支腿/回转系统液压泵传动连接；在离合器的输出接口和变速箱输入轴之间分别安装有第一转速传感器和第一转矩传感器，在柴油发动机和发电机之间分别安装有第二转速传感器和第二转矩传感器；在泵送系统液压泵的出口处分别安装有第一流量传感器和第一压力传感器，在摆动系统液压泵的出口处分别安装有第二流量传感器和第二压力传感器，在搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵的出口处分别安装有第三流量传感器和第三压力传感器，在臂架/支腿/回转系统液压泵的出口处分别安装有第四流量传感器和第四压力传感器，各个传感器均与能量管理系统的输入端电性连接，能量管理系统的输出端分别与泵送系统液压泵、摆动系统液压泵、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵以及臂架/支腿/回转系统液压泵电性连接，同时能量管理系统分别与柴油发动机、发电机以及电动机上的控制器电性连接。

进一步，所述蓄电池组安装在蓄电池组固定槽中，将蓄电池组固定槽固定安装在汽车底盘上，蓄电池组通过第二逆变器与电源接口电性连接，电源接口可与外部交/直流电源电性连接，蓄电池组和电源接口分别与能量管理系统的输入端以及输出端电性连接。

由于采用上述技术方案，本发明的优点在于：本发明通过电能耦合装置将柴油发动机、发电机以及电动机串联连接，组成串联型混合动力驱动结构，通过能量管理系统的作用来实现臂架式混凝土泵车的节能减排。因此，本发明将有助于提高臂架式混凝土泵车的可靠性和工作寿命，降低臂架式混凝土泵车的装机功率，从而在一定程度上有助于节约臂架式混凝土泵车的制造和维护成本，将为臂架式混凝土泵车的制造商和用户带来可观的经济效益。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的实施例：串联型油电混合动力臂架式混凝土泵车的结构示意图如图1所示，包括汽车底盘单元和泵送单元，所述的汽车底盘单元包括离合器11、变速箱14、分动箱15、万向传动装置16、驱动桥17、行驶系统18、转向系统19和制动系统20；所述的泵送单元包括泵送系统27、摆动系统31、搅拌/冷却/润滑/清洗系统35以及臂架/支腿/回转系统8，在泵送系统27、摆动系统31、搅拌/冷却/润滑/清洗系统35以及臂架/支腿/回转系统8上对应地设置有泵送系统液压泵24、摆动系统液压泵28、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵32以及臂架/支腿/回转系统液压泵36，在汽车底盘单元上还分别安装有柴油发动机2、发电机3、电动机9、电能耦合装置10、第一逆变器4、蓄电池组5以及能量管理系统1，所述柴油发动机2、发电机3以及电动机9为串联连接形式，柴油发动机2与发电机3传动连接，电能耦合装置10的一个输入接口与发电机3电性连接，另一个输入接口通过第一逆变器4与蓄电池组5电性连接，电能耦合装置10的输出接口与电动机9电性连接，电动机9依次与离合器11、变速箱14以及分动箱15传动连接，分动箱15分别与万向传动装置16、驱动桥17、行驶系统18、转向系统19、制动系统20、泵送系统液压泵24、摆动系统液压泵28、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵32以及臂架/支腿/回转系统液压泵36传动连接；在离合器11的输出接口和变速箱14输入轴之间分别安装有第一转速传感器12和第一转矩传感器13，在柴油发动机2和发电机3之间分别安装有第二转速传感器6和第二转矩传感器7；在泵送系统液压泵24的出口处分别安装有第一流量传感器25和第一压力传感器26，在摆动系统液压泵28的出口处分别安装有第二流量传感器29和第二压力传感器30，在搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵32的出口处分别安装有第三流量传感器33和第三压力传感器34，在臂架/支腿/回转系统液压泵36的出口处分别安装有第四流量传感器37和第四压力传感器38，各个传感器均与能量管理系统1的输入端电性连接，能量管理系统1的输出端分别与泵送系统液压泵24、摆动系统液压泵28、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵32以及臂架/支腿/回转系统液压泵36电性连接，同时能量管理系统1分别与柴油发动机2、发电机3以及电动机9上的控制器电性连接。所述蓄电池组5安装在蓄电池组固定槽中，将蓄电池组固定槽固定安装在汽车底盘上，蓄电池组5通过第二逆变器21与电源接口22电性连接，电源接口22可与外部交/直流电源23电性连接，蓄电池组5和电源接口22分别与能量管理系统1的输入端以及输出端电性连接，这样混凝土泵车还可以通过外部电源对蓄电池组5进行充电，提高其工作的续航能力。

本发明工作过程：

参见图1和图2，臂架式混凝土泵车可以工作在行驶状态，也可以工作在泵送状态。发电机3工作在发电状态，电动机9工作在电动状态。柴油发动机2、发电机3和电动机9为串联连接。提供了蓄电池组5与外部交/直流电源23的电源接口22，蓄电池组5可通过该电源接口22与外部交/直流电源23连接。能量管理系统1根据电动机9相关数据以及蓄电池组5的SOC计算电动机9的功率Pm，根据柴油发动机2的相关数据计算柴油发动机2的功率Pe。

1.当臂架式混凝土泵车工作在行驶状态时，通过电能耦合装置10将柴油发动机2、发电机3和电动机9进行串联连接，能量管理系统1根据第一转速传感器12和第一转矩传感器13的数据计算需求功率Pd，根据行驶工况进行如下选择：(1)采用蓄电池组5驱动电动机9，再通过电动机9驱动底盘单元；(2)采用柴油发动机2驱动发电机3，再由发电机3驱动电动机9，最后通过电动机9驱动底盘单元；(3)采用蓄电池组5、柴油发动机2以及发电机3共同驱动电动机9，再由电动机9驱动底盘单元，从而实现臂架式混凝土泵车的前进、倒退、转向、制动、临时停车、驻车等行驶工况。

(1)如果Pd<Pm，选择采用蓄电池组5驱动电动机9，再采用电动机9驱动底盘单元，发电机3停止工作；

(2)如果Pm<Pd<Pe，选择采用柴油发动机2驱动发电机3，再由发电机3驱动电动机9，最后通过电动机9驱动底盘单元，发电机3工作在发电状态；

(3)如果Pd>Pe，选择采用蓄电池组5、柴油发动机2以及发电机3共同驱动底盘单元，发电机3工作在发电状态。

2.当臂架式混凝土泵车工作在泵送状态时，通过电能耦合装置10将柴油发动机2、发电机3和电动机9进行串联连接，能量管理系统1根据第一转速传感器12和第一转矩传感器13的数据计算需求功率Pd，根据泵送工况自动选择：(1)采用蓄电池组5驱动电动机9，再通过电动机9驱动泵送单元；(2)采用柴油发动机2驱动发电机3，再由发电机3驱动电动机9，最后通过电动机9驱动泵送单元；(3)采用蓄电池组5、柴油发动机2以及发电机3共同驱动电动机9，再由电动机9驱动泵送单元，从而实现臂架式混凝土泵车的臂架折叠展开、回转、支腿伸出缩回、搅拌、冷却、润滑、清洗、正泵、反泵、摆动等泵送工况。

(1)如果Pd<Pm，选择采用蓄电池组5驱动电动机9，再采用电动机9驱动泵送单元，发电机3停止工作；

(2)如果Pm<Pd<Pe，选择采用柴油发动机2驱动发电机3，再由发电机3驱动电动机9，最后通过电动机9驱动泵送单元，发电机3工作在发电状态；

(3)如果Pd>Pe，选择采用蓄电池组5、柴油发动机2以及发电机3共同驱动泵送单元，发电机3工作在发电状态。

当柴油发动机2输出的机械能多于行驶工况或泵送工况所需能量时，多余的机械能通过发电机3转化为电能存储在蓄电池组5中；当柴油发动机2输出的机械能低于行驶工况或泵送工况所需能量时，蓄电池组5放电，电动机9输出机械能辅助柴油发动机2进行动力输出。

3.当臂架式混凝土泵车工作在行驶状态或泵送状态时，能量管理系统1实时监测蓄电池组5的SOC值，如果SOC值低于设定值，能量管理系统1发出信号至电源接口22，通过电源接口22接通外部交/直流电源23，给蓄电池组5充电。

本实施例中采用的能量管理系统1为现有的PLC控制器，本发明采用的电动机9、发电机3、蓄电池组5、逆变器、电源接口22、转速传感器、转矩传感器、流量传感器和压力传感器等市面上均可购买。

Claims (2)

1.一种串联型油电混合动力臂架式混凝土泵车，包括汽车底盘单元和泵送单元，所述的汽车底盘单元包括离合器(11)、变速箱(14)、分动箱(15)、万向传动装置(16)、驱动桥(17)、行驶系统(18)、转向系统(19)和制动系统(20)；所述的泵送单元包括泵送系统(27)、摆动系统(31)、搅拌/冷却/润滑/清洗系统(35)以及臂架/支腿/回转系统(8)，在泵送系统(27)、摆动系统(31)、搅拌/冷却/润滑/清洗系统(35)以及臂架/支腿/回转系统(8)上对应地设置有泵送系统液压泵(24)、摆动系统液压泵(28)、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵(32)以及臂架/支腿/回转系统液压泵(36)，其特征在于：在汽车底盘单元上还分别安装有柴油发动机(2)、发电机(3)、电动机(9)、电能耦合装置(10)、第一逆变器(4)、蓄电池组(5)以及能量管理系统(1)，所述柴油发动机(2)、发电机(3)以及电动机(9)为串联连接形式，柴油发动机(2)与发电机(3)传动连接，电能耦合装置(10)的一个输入接口与发电机(3)电性连接，另一个输入接口通过第一逆变器(4)与蓄电池组(5)电性连接，电能耦合装置(10)的输出接口与电动机(9)电性连接，电动机(9)依次与离合器(11)、变速箱(14)以及分动箱(15)传动连接，分动箱(15)分别与万向传动装置(16)、驱动桥(17)、行驶系统(18)、转向系统(19)、制动系统(20)、泵送系统液压泵(24)、摆动系统液压泵(28)、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵(32)以及臂架/支腿/回转系统液压泵(36)传动连接；在离合器(11)的输出接口和变速箱(14)输入轴之间分别安装有第一转速传感器(12)和第一转矩传感器(13)，在柴油发动机(2)和发电机(3)之间分别安装有第二转速传感器(6)和第二转矩传感器(7)；在泵送系统液压泵(24)的出口处分别安装有第一流量传感器(25)和第一压力传感器(26)，在摆动系统液压泵(28)的出口处分别安装有第二流量传感器(29)和第二压力传感器(30)，在搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵(32)的出口处分别安装有第三流量传感器(33)和第三压力传感器(34)，在臂架/支腿/回转系统液压泵(36)的出口处分别安装有第四流量传感器(37)和第四压力传感器(38)，各个传感器均与能量管理系统(1)的输入端电性连接，能量管理系统(1)的输出端分别与泵送系统液压泵(24)、摆动系统液压泵(28)、搅拌/冷却/润滑/清洗系统液压泵(32)以及臂架/支腿/回转系统液压泵(36)电性连接，同时能量管理系统(1)分别与柴油发动机(2)、发电机(3)以及电动机(9)上的控制器电性连接。

2.根据权利要求1所述的串联型油电混合动力臂架式混凝土泵车，其特征在于：所述蓄电池组(5)安装在蓄电池组固定槽中，将蓄电池组固定槽固定安装在汽车底盘上，蓄电池组(5)通过第二逆变器(21)与电源接口(22)电性连接，电源接口(22)可与外部交/直流电源(23)电性连接，蓄电池组(5)和电源接口(22)分别与能量管理系统(1)的输入端以及输出端电性连接。