CN113482521A - 一种旋挖钻机并联式动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋挖钻机并联式动力系统，包括：发动机、分动箱、总控制器、储能单元、电机驱动子系统和液压驱动子系统。其中，电机驱动子系统与分动箱第一输出轴连接，用于为主卷扬提供动力，包括发电机、电机控制单元、电动机和减速机；液压驱动子系统与分动箱第二输出轴连接，用于为其它工作装置提供动力，包括主泵、副泵、主液压系统和副液压系统。该动力系统能够在钻杆下放时，反向拖动电动机发电，将电能回馈至发电机和储能单元，为发动机辅助提供一部分动力；同时在发动机轻载运行时，利用发电机发电，使发动机工作在燃油经济区，起到节能的目的。
Description
技术领域
本发明属于工程机械领域，具体涉及一种旋挖钻机并联式动力系统。
背景技术
旋挖钻机是一种桩工类的工程机械，凭着在各种大型桩基础施工中的卓越表现，得到越来越广泛的应用。但是，随着市场竞争的日益激烈，其油耗高、排放差的问题日益引起人们的关注。
在旋挖作业过程中，主卷扬下放非常频繁，释放出大量的重力势能，现有技术中，主卷扬系统基本上都采用开式回路的液压驱动系统，这些能量基本上都消耗在平衡阀的节流损失上，不仅浪费了能量，增加了系统的热负荷，而且降低了液压元件的使用寿命。将主卷扬下放过程中的能量存储起来再利用，提高发动机的燃油经济性，降低排放，有着十分重要的意义。
专利CN102155160A《一种混合动力旋挖钻机》中，发动机和发电机、主泵串联安装，副泵由电动机独立驱动，组成的混合动力系统具有能量回收再利用功能，但是，串联安装的结构轴向长度一般较长，对于旋挖钻机工作时振动剧烈的工况特点，不利于发电机轴、主泵轴的可靠性；副液压系统的动力经过发电机、电动机、副泵，能量转化环节较多，存在能量损失；主卷扬机构包含离合器，结构复杂。专利CN211924055U《工程机械用混合动力系统及混合动力旋挖钻机》中，发动机和发电机、主泵串联安装，同样存在可靠性问题，且动力头用电机驱动，启动瞬间的冲击力度不如液压马达驱动，导致动力头的甩土性能变差，又额外增加了施工时间。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种燃油经济性好、可靠性高、传动效率高、动力头甩土性能好的旋挖钻机并联式动力系统。
本发明是采用下述技术方案实现的：
一种旋挖钻机并联式动力系统，包括：发动机、分动箱、电机驱动子系统、液压驱动子系统、储能单元和总控制器；
发动机的输出轴与分动箱的输入轴连接，所述分动箱的输出轴包括分动箱第I输出轴和分动箱第II输出轴；
其中，电机驱动子系统与分动箱第I输出轴连接，用于实现主卷扬的上提与下放，并回收下放势能；所述电机驱动子系统包括发电机、电机控制单元、电动机和减速机；所述发电机与分动箱第I输出轴连接，所述电动机通过减速机与主卷扬同轴连接；所述储能单元通过电机控制单元分别与发电机、电动机相连接；
其中，液压驱动子系统与分动箱第II输出轴连接，用于为液压装置提供动力，所述液压驱动子系统包括泵，泵与分动箱第II输出轴同轴连接。
所述总控制器分别与发动机、泵、电机控制单元、储能单元信号连接。
在一些实施例中，所述电机控制单元分别与发电机、电动机、储能单元连接，用于检测和控制电机驱动子系统的运行状态，包括：
接收总控制器发来的主卷扬上提、下放指令后，电机控制单元相应地改变发电机、电动机的负载电流大小，从而实现主卷扬动作；
根据电能使用需求，决定发电机、电动机和储能单元三者之间的电能流向。
进一步的，根据电能使用需求，决定发电机、电动机和储能单元三者之间的电能流向，包括：
在主卷扬上提速度较快时，功率需求较大，发电机和储能单元一起为电动机供电；
在主卷扬上提速度较慢时，功率需求较小，发电机其中一部分电能供至电动机，另一部分电能为储能单元充电；
在钻杆下放时，主卷扬反向拖动电动机发电，将电能回馈至发电机和储能单元，为发动机辅助提供一部分动力。
在一些实施例中，所述总控制器在液压驱动子系统轻载运行时，控制发动机同时驱动发电机发电，使发动机工作在燃油经济区，起到节能的目的。
在一些实施例中，所述泵包括主泵和副泵；所述主泵、副泵与分动箱第II输出轴同轴连接，分别用于为主液压系统、副液压系统提供压力油，实现液压驱动。
进一步的，在一些实施例中，所述主液压系统包括多路阀、动力头马达、回转马达，主泵通过多路阀分别与动力头马达、回转马达连接，所述动力头马达用于驱动动力头装置，所述回转马达用于驱动上车回转装置。
在一些实施例中，所述的旋挖钻机并联式动力系统，还包括电子散热器，所述电子散热器与储能单元连接，通过储能单元为电子散热器提供散热所需的电能；所述电子散热器与总控制器之间信号连接，用于接收总控制器下达的散热指令。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
1、泵、发电机并联安装的结构形式，轴向长度短，抗振动性能高。
2、在钻杆下放时，主卷扬反向拖动电动机发电，将电能回馈至发电机和储能单元，为发动机辅助提供一部分动力，节省发动机燃油消耗。
3、在发动机轻载运行时，发动机驱动发电机发电，使发动机工作在燃油经济区，起到节能的目的。
4、由于液压驱动系统中泵、马达、平衡阀、管路、接头等液压元件存在压力损失，传动效率低，利用电机驱动的主卷扬系统能量损失小，传动效率高。
5、动力头用液压马达驱动，启动瞬间的冲击力度大，甩土性能好。
附图说明
图1是本发明的系统原理示意图。
图中：1、发动机；2、分动箱；3、主泵；4、主液压系统；4-1、多路阀；4-2、动力头马达；4-3、回转马达；5、副泵；6、副液压系统；7、发电机；8、电机控制单元；9、电动机；10、减速机；11、主卷扬；12、总控制器；13、储能单元；14、钻杆；15、滑轮架；16、电子散热器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以还包括不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
如图1所示，一种旋挖钻机并联式动力系统，包括：发动机1、分动箱2、电机驱动子系统、液压驱动子系统、总控制器12、储能单元13和电子散热器16。
发动机1的输出轴与分动箱2的输入轴连接，所述分动箱的输出轴包括分动箱第I输出轴和分动箱第II输出轴；
其中，电机驱动子系统与分动箱第I输出轴连接，用于为主卷扬11提供动力，电机驱动子系统包括发电机7、电机控制单元8、电动机9和减速机10；所述发电机7与分动箱第I输出轴连接，所述电动机9通过减速机10与主卷扬11同轴连接，所述储能单元13通过电机控制单元8分别与发电机7、电动机9相连接；
其中，液压驱动子系统与分动箱第II输出轴连接，用于为液压工作装置提供动力，所述液压驱动子系统包括泵，泵与分动箱第II输出轴同轴连接。
在一些实施例中，泵包括主泵3和副泵5，液压驱动子系统还包括主液压系统4和副液压系统6。所述主泵、副泵与分动箱第II输出轴同轴连接，分别用于为主液压系统和副液压系统提供压力油，实现液压驱动，为除主卷扬之外的其它工作装置提供动力。
进一步的，所述总控制器12与发动机1、主泵3、副泵5、电机控制单元8、储能单元13和电子散热器16信号连接，用于各个元件之间的信号通讯。例如但不局限于：所述信号包括发动机目标转速信号、发动机实际转速信号、主泵控制电流、副泵控制电流、电机控制信号、主卷扬工作模式信号、储能单元的电压信号、储能单元的充放电状态信号、电子散热器的控制电压等。
进一步的，所述电机控制单元8分别与发电机7、电动机9、储能单元13用电线信号连接，用于检测和控制电机驱动子系统的运行状态。当电机控制单元收到总控制器发来的主卷扬上提、下放指令后，电机控制单元相应地改变发电机、电动机的负载电流大小，从而实现主卷扬动作。同时，电机控制单元根据电能使用需求，决定发电机、电动机和储能单元三者之间的电能流向。例如，在主卷扬上提速度很快时，功率需求较大，发电机和储能单元一起为电动机供电；在主卷扬上提速度较慢时，功率需求较小，发电机只供一部分电能至电动机，另一部分可以为储能单元充电。
在一些实施例中，在钻杆14下放时，主卷扬11受钻杆重力作用，反向拖动电动机发电，将电能回馈至发电机和储能单元，此时发电机转换为电动机工况，为发动机辅助提供一部分动力。在发动机轻载运行时，发动机同时驱动发电机发电，使发动机工作在燃油经济区，避免了发动机只烧油不做功，起到节能的目的。
进一步的，所述主液压系统包括多路阀4-1、动力头马达4-2、回转马达4-3，主泵通过多路阀4-1分别与动力头马达4-2、回转马达4-3连接，所述动力头马达4-2用于驱动动力头装置，所述回转马达4-3用于驱动上车回转装置。动力头装置、上车回转装置用液压马达驱动。
在一些实施例中，所述的旋挖钻机并联式动力系统，所述电子散热器16与储能单元连接，通过储能单元为电子散热器提供散热所需的电能；所述电子散热器与总控制器12之间信号连接，用于接收总控制器下达的散热指令。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种旋挖钻机并联式动力系统，其特征在于，包括：发动机、分动箱、电机驱动子系统、液压驱动子系统、储能单元和总控制器；
发动机的输出轴与分动箱的输入轴连接，所述分动箱的输出轴包括分动箱第I输出轴和分动箱第II输出轴；
其中，电机驱动子系统与分动箱第I输出轴连接，用于实现主卷扬的上提与下放，并回收下放势能；所述电机驱动子系统包括发电机、电机控制单元、电动机和减速机；所述发电机与分动箱第I输出轴连接，所述电动机通过减速机与主卷扬同轴连接；所述储能单元通过电机控制单元分别与发电机、电动机相连接；
其中，液压驱动子系统与分动箱第II输出轴连接，用于为液压装置提供动力，所述液压驱动子系统包括泵，泵与分动箱第II输出轴同轴连接。
2.根据权利要求1所述的旋挖钻机并联式动力系统，其特征在于，所述总控制器分别与发动机、泵、电机控制单元、储能单元信号连接。
3.根据权利要求2所述的旋挖钻机并联式动力系统，其特征在于，所述电机控制单元分别与发电机、电动机、储能单元连接，用于检测和控制电机驱动子系统的运行状态，包括：
接收总控制器发来的主卷扬上提、下放指令后，电机控制单元相应地改变发电机、电动机的负载电流大小，从而实现主卷扬动作；
根据电能使用需求，决定发电机、电动机和储能单元三者之间的电能流向。
4.根据权利要求3所述的旋挖钻机并联式动力系统，其特征在于，根据电能使用需求，决定发电机、电动机和储能单元三者之间的电能流向，包括：
在主卷扬上提速度较快时，功率需求较大，发电机和储能单元一起为电动机供电；
在主卷扬上提速度较慢时，功率需求较小，发电机其中一部分电能供至电动机，另一部分电能为储能单元充电；
在钻杆下放时，主卷扬反向拖动电动机发电，将电能回馈至发电机和储能单元，为发动机辅助提供一部分动力。
5.根据权利要求2所述的旋挖钻机并联式动力系统，其特征在于，所述总控制器在液压驱动子系统轻载运行时，控制发动机同时驱动发电机发电，使发动机工作在燃油经济区。
6.根据权利要求1所述的旋挖钻机并联式动力系统，其特征在于，所述泵包括主泵和副泵；所述主泵、副泵与分动箱第II输出轴同轴连接，分别用于为主液压系统、副液压系统提供压力油，实现液压驱动。
7.根据权利要求6所述的旋挖钻机并联式动力系统，其特征在于，所述主液压系统包括多路阀、动力头马达、回转马达，主泵通过多路阀分别与动力头马达、回转马达连接，所述动力头马达用于驱动动力头装置，所述回转马达用于驱动上车回转装置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的旋挖钻机并联式动力系统，其特征在于，还包括电子散热器，所述电子散热器与储能单元连接，通过储能单元为电子散热器提供散热所需的电能。
9.根据权利要求8任一项所述的旋挖钻机并联式动力系统，其特征在于，所述电子散热器与总控制器之间信号连接，用于接收总控制器下达的散热指令。
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