CN107587875A - 混合驱动的掘进机 - Google Patents
混合驱动的掘进机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107587875A CN107587875A CN201710697704.2A CN201710697704A CN107587875A CN 107587875 A CN107587875 A CN 107587875A CN 201710697704 A CN201710697704 A CN 201710697704A CN 107587875 A CN107587875 A CN 107587875A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- motor
- hydraulic pump
- quadrant
- controller
- development machine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
- Operation Control Of Excavators (AREA)
Abstract
本发明公开了一种混合驱动的掘进机，包括截割头、截割臂、减速器、联轴器、动势能储运回路与电动机复合驱动***、超级电容器组及控制器，通过电比例四象限液压泵/马达辅助主驱动电动机驱动掘进机工作。本发明公开的混合驱动的掘进机具有***的能量利用率高、降低主驱动电动机的装机功率等优点。
Description
技术领域
本发明属于巷道掘进机械领域，尤其涉及一种混合驱动的掘进机。
背景技术
掘进机主要用于矿山及地下工程中的巷道掘进，由于掘进机具有掘进速度快、巷道成型和稳定性好、利于支护、工程量小、劳动强度低、生产安全等优点，掘进机越来越多的用于城市道路交通、铁路、公路、水利、市政工程等建设事业中。
针对掘进机的作业特点，其主驱动电动机的功率需求一般很高，这使得电动机体积较大，给电动机在掘进机内的合理布置带来了不便，并且掘进机常常需要主电动机处于低速大扭矩工况，受目前电动机的输出扭矩的制约，必须附加减速器才能实现这一功能，这就使得电动机整体的体积进一步增大。除此之外，截割头在工作过程中频繁起停，当掘进过程中遇到岩石等障碍物时工作负载瞬间增大，会使截割头驱动电动机在峰值功率下工作，如果通过增大电动机的装机功率来克服峰值载荷，电动机将长期处于低效率区，造成过多的能量消耗，频繁切换工作状态严重影响了电动机的正常工作寿命；另外，截割头减速制动时动能一般以热能形式消耗，造成大量的能量浪费。
公开号为CN 102420552 A的发明专利公开了一种改善电动机启停性能控制回路及控制方法，采用蓄能器回收并再利用电动机工作过程中的制动能量，降低能耗的同时改善了电动机的启停性能，并提高了电动机的寿命，但是这项发明采用是通过对液压阀的控制来实现液压泵\马达的工况改变，不仅响应速度慢，而且会产生较大的节流损失。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明旨在提供一种混合驱动的掘进机，通过回收工作装置制动过程的动能，提高能量利用率。
混合驱动的掘进机，包括截割头(1)、截割臂(2)、减速器(3)、联轴器(4)，其特征在于：还包括动势能储运回路与电动机复合驱动***(21)、超级电容器组(8)及控制器(19)，其中，动势能储运回路与电动机复合驱动***包括：动势能储运回路(20)、主驱动电动机(5)、转速传感器(9)、第Ⅰ变频器(6.1)、双向DC-DC变换器(7)。
所述的动势能储运回路(20)包括：电比例四象限液压泵/马达(10)、恒压变量液压泵(12)、液压泵驱动电动机(18)、第Ⅱ变频器(6.2)、安全阀(11)、二位二通电磁阀(13)、蓄能器(15)、压力传感器(14)、位移传感器(17)及油箱(16)，电比例四象限液压泵/马达的第一油口P1，恒压变量液压泵的出油口、安全阀的进油口、二位二通电磁阀的A油口通过液压管路连通，二位二通电磁阀的B油口、压力传感器与蓄能器连接，压力传感器的输出信号p输入控制器；电比例四象限液压泵/马达的第二油口P2、恒压变量液压泵的进油口、安全阀的出油口均与油箱连通；位移传感器与电比例四象限液压泵/马达的变量活塞连接以检测其摆角变化，位移传感器的输出信号x输入控制器，第Ⅱ变频器的输入端和输出端分别与控制器和液压泵驱动电动机连接，液压泵驱动电动机的输出轴与恒压变量液压泵的驱动轴连接；电比例四象限液压泵/马达的摆角控制器、二位二通电磁阀的控制端均与控制器连接。
主驱动电动机的第一、第二输出轴分别与联轴器的一端和动势能储运回路的电比例四象限液压泵/马达的驱动轴连接，联轴器的另一端与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴与截割臂的一端连接，截割臂的另一端与截割头连接；第Ⅰ变频器的输入端和输出端分别与控制器和主驱动电动机连接，第Ⅰ变频器的直流母线与双向DC-DC变换器的一端连接，双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组，双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接，转速传感器与主电动机的第一输出轴连接，其输出信号n输入控制器；控制器向电比例四象限液压泵/马达、二位二通电磁阀、双向DC-DC变换器、第Ⅰ和第Ⅱ变频器发送控制指令。
所述的恒压变量液压泵是机械信号控制的恒压泵或电信号控制的比例恒压泵。
所述的蓄能器是单一的液压蓄能器或两个以上的液压蓄能器组。
所述的动势能储运回路是电比例四象限液压泵/马达和恒压变量液压泵组成的二次调节回路，或电比例四象限液压泵/马达和定量液压泵/马达组成的闭式回路。
所述的动势能储运回路与电动机复合驱动***通过控制主驱动电动机的转速或主驱动电动机的输出扭矩和转角，实现对掘进机的控制。
与现有技术相比，本发明提供的混合驱动的掘进机，具有以下优点和积极效果：
1、本发明通过电比例四象限液压泵/马达辅助主驱动电动机驱动掘进机的截割头，在满足掘进机瞬时大功率需求的前提下，使主驱动电动机不必附加减速器就可以实现低速大扭矩工况，减小了主电动机的体积，为电动机在掘进机中的合理布置提供了便利。
2、本发明通过采用液压混合驱动方式，结合电气驱动大功率和液压驱动高功率密度的优点，可显著降低该***的重量和体积。
3、本发明通过电比例四象限液压泵/马达将掘进机工作装置制动过程的动能存储到液压蓄能器中，可以取消原有的制动电阻，因而可以提高能效并降低***的发热。
4、本发明通过电比例四象限液压泵/马达辅助主驱动电动机启动，可以降低电动机的装机功率，提高电动机的工作效率，降低电动机工作过程中的能量损耗。
5、本发明采用液压蓄能器组和超级电容器组存储掘进机工作装置制动过程的部分动能，并且在启动过程中补充峰值电流，减小了主驱动电动机直接启动时过大的启动电流对电网的冲击影响。
附图说明
图1是本发明混合驱动的掘进机的混合驱动控制原理图。
图中：1-截割头；2-截割臂；3-减速器；4-联轴器；5-主驱动电动机；6.1-第Ⅰ变频器；6.2-第Ⅱ变频器；7-双向DC-DC变换器；8-超级电容器组；9-转速传感器；10-电比例四象限液压泵/马达；11-安全阀；12-恒压变量液压泵；13-二位二通电磁阀；14-压力传感器；15-蓄能器；16-油箱；17-位移传感器；18-液压泵驱动电动机；19-控制器；20-动势能储运回路；21-动势能储运回路与电动机复合驱动***。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如附图1所示，混合驱动的掘进机，包括截割头1、截割臂2、减速器3、联轴器4，动势能储运回路与电动机复合驱动***21、超级电容器组8及控制器19，其中：动势能储运回路与电动机复合驱动***包括：动势能储运回路20、主驱动电动机5、转速传感器9、第Ⅰ变频器6.1、双向DC-DC变换器7。
所述的动势能储运回路20包括电比例四象限液压泵/马达10、恒压变量液压泵12、液压泵驱动电动机18、第Ⅱ变频器6.2、安全阀11、二位二通电磁阀13、蓄能器15、压力传感器14、位移传感器17及油箱16，电比例四象限液压泵/马达的第一油口P1，恒压变量液压泵的出油口、安全阀的进油口、二位二通电磁阀的A油口通过液压管路连通，二位二通电磁阀的B油口、压力传感器与蓄能器连接，压力传感器的输出信号p输入控制器；电比例四象限液压泵/马达的第二油口P2、恒压变量液压泵的进油口、安全阀的出油口均与油箱连通；位移传感器与电比例四象限液压泵/马达的变量活塞连接以检测其摆角变化，位移传感器的输出信号x输入控制器，第Ⅱ变频器的输入端和输出端分别与控制器和液压泵驱动电动机连接，液压泵驱动电动机的输出轴与恒压变量液压泵的驱动轴连接；电比例四象限液压泵/马达的摆角控制器、二位二通电磁阀的控制端均与控制器连接。
主驱动电动机的第一、第二输出轴分别与联轴器的一端和动势能储运回路的电比例四象限液压泵/马达的驱动轴连接，联轴器的另一端与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴与截割臂的一端连接，截割臂的另一端与截割头连接；第Ⅰ变频器的输入端和输出端分别与控制器和主驱动电动机连接，第Ⅰ变频器的直流母线与双向DC-DC变换器的一端连接，双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组，双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接，转速传感器与主电动机的第一输出轴连接，其输出信号n输入控制器；控制器向电比例四象限液压泵/马达、二位二通电磁阀、双向DC-DC变换器、第Ⅰ和第Ⅱ变频器发送控制指令H和E。
混合驱动的掘进机启动之前，控制器发送控制指令E到第Ⅱ逆变器，控制液压泵驱动电动机启动，恒压变量液压泵开始工作，打开二位二通电磁阀，恒压变量液压泵为蓄能器补充油液，当压力传感器检测到蓄能器的压力达到预设值时，控制器控制二位二通电磁阀关闭。
当掘进机开始启动时，控制器发出指令到第Ⅰ变频器，控制主驱动电动机启动，并通过控制电比例四象限液压泵/马达的摆角使其处于液压马达工况，同时，控制器控制二位二通电磁阀打开，液压蓄能器组释放液压能，与恒压变量液压泵同时驱动电比例四象限液压泵/马达；同时，控制器发出指令E到双向DC-DC变换器，控制超级电容器组释放电能，补充主驱动电动机启动过程所需的峰值电流，主驱动电动机与电比例四象限液压泵/马达共同驱动掘进机启动。当转速传感器检测到主驱动电动机达到预定转速时，控制器发出控制指令E，控制二位二通电磁阀关闭，同时将电比例四象限液压泵/马达的摆角归零，并控制双向DC-DC变换器使超级电容器组停止释放电能。
工作过程中出现峰值载荷时，控制器发出指令到双向DC-DC变换器，控制超级电容器组释放电能，补充主驱动电动机工作过程所需的峰值电流，同时控制器发出指令，控制二位二通电磁阀打开，并通过控制电比例四象限液压泵/马达的摆角使其处于液压马达工况，恒压变量液压泵和蓄能器共同驱动电比例四象限液压泵/马达，辅助主驱动电动机克服峰值载荷，度过峰值载荷后，控制器发出控制指令，控制二位二通电磁阀关闭，改变电比例四象限液压泵/马达的摆角为零。同时控制器控制双向DC-DC变换器使超级电容器组停止释放电能。
掘进机制动时，控制器控制电网停止向第Ⅰ变频器供电，掘进机的截割头的动能带动主驱动电动机处于发电状态，控制器发出指令到双向DC-DC变换器，将主电机发出的电能存储到超级电容器组内，同时控制器发出控制指令通过控制电比例四象限液压泵/马达的摆角方向使其处于液压泵工况，二位二通电磁阀打开，主驱动电动机带动电比例四象限液压泵/马达将油箱中的液压油泵入液压蓄能器组中，液压蓄能器组成为负载，辅助主驱动电动机制动。当压力传感器检测液压蓄能器组中的油液压力达到设定限值时，控制器发出指令使二位二通电磁阀关闭，油液通过安全阀流回油箱。制动过程结束后，控制器发出控制指令，控制二位二通电磁阀关闭，改变电比例四象限液压泵/马达的摆角为零，同时控制器控制双向DC-DC变换器使超级电容器组停止储存电能。
所述的恒压变量液压泵是机械信号控制的恒压泵或电信号控制的比例恒压泵。
所述的蓄能器是单一的液压蓄能器或两个以上的液压蓄能器组。
所述的动势能储运回路是电比例四象限液压泵/马达和恒压变量液压泵组成的二次调节回路，或电比例四象限液压泵/马达和定量液压泵/马达组成的闭式回路。
所述的动势能储运回路与电动机复合驱动***通过控制主驱动电动机的转速或主驱动电动机的输出扭矩和转角，实现对掘进机的控制。
Claims (5)
1.混合驱动的掘进机，包括截割头(1)、截割臂(2)、减速器(3)、联轴器(4)，其特征在于：还包括动势能储运回路与电动机复合驱动***(21)、超级电容器组(8)及控制器(19)，其中，动势能储运回路与电动机复合驱动***包括：动势能储运回路(20)、主驱动电动机(5)、转速传感器(9)、第Ⅰ变频器(6.1)、双向DC-DC变换器(7)；
所述的动势能储运回路(20)包括：电比例四象限液压泵/马达(10)、恒压变量液压泵(12)、液压泵驱动电动机(18)、第Ⅱ变频器(6.2)、安全阀(11)、二位二通电磁阀(13)、蓄能器(15)、压力传感器(14)、位移传感器(17)及油箱(16)，电比例四象限液压泵/马达的第一油口P1，恒压变量液压泵的出油口、安全阀的进油口、二位二通电磁阀的A油口通过液压管路连通，二位二通电磁阀的B油口、压力传感器与蓄能器连接，压力传感器的输出信号p输入控制器；电比例四象限液压泵/马达的第二油口P2、恒压变量液压泵的进油口、安全阀的出油口均与油箱连通；位移传感器与电比例四象限液压泵/马达的变量活塞连接以检测其摆角变化，位移传感器的输出信号x输入控制器，第Ⅱ变频器的输入端和输出端分别与控制器和液压泵驱动电动机连接，液压泵驱动电动机的输出轴与恒压变量液压泵的驱动轴连接；电比例四象限液压泵/马达的摆角控制器、二位二通电磁阀的控制端均与控制器连接；
主驱动电动机的第一、第二输出轴分别与联轴器的一端和动势能储运回路的电比例四象限液压泵/马达的驱动轴连接，联轴器的另一端与减速器的输入轴连接，减速器的输出轴与截割臂的一端连接，截割臂的另一端与截割头连接；第Ⅰ变频器的输入端和输出端分别与控制器和主驱动电动机连接，第Ⅰ变频器的直流母线与双向DC-DC变换器的一端连接，双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组，双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接，转速传感器与主电动机的第一输出轴连接，其输出信号n输入控制器；控制器向电比例四象限液压泵/马达、二位二通电磁阀、双向DC-DC变换器、第Ⅰ和第Ⅱ变频器发送控制指令。
2.根据权利要求1所述的混合驱动的掘进机，其特征在于：所述的恒压变量液压泵是机械信号控制的恒压泵或电信号控制的比例恒压泵。
3.根据权利要求1所述的混合驱动的掘进机，其特征在于：所述的蓄能器是单一的液压蓄能器或两个以上的液压蓄能器组。
4.根据权利要求1所述的混合驱动的掘进机，其特征在于：所述的动势能储运回路是电比例四象限液压泵/马达和恒压变量液压泵组成的二次调节回路，或电比例四象限液压泵/马达和定量液压泵/马达组成的闭式回路。
5.根据权利要求1所述的混合驱动的掘进机，其特征在于：所述的动势能储运回路与电动机复合驱动***通过控制主驱动电动机的转速或主驱动电动机的输出扭矩和转角，实现对掘进机的控制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710697704.2A CN107587875A (zh) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | 混合驱动的掘进机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710697704.2A CN107587875A (zh) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | 混合驱动的掘进机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107587875A true CN107587875A (zh) | 2018-01-16 |
Family
ID=61043104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710697704.2A Pending CN107587875A (zh) | 2017-08-15 | 2017-08-15 | 混合驱动的掘进机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107587875A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103241606A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-08-14 | 太原理工大学 | 液电混合驱动的矿井提升装置及其控制方法 |
| CN105485066A (zh) * | 2016-01-31 | 2016-04-13 | 太原理工大学 | 一种掘进机电液混合动力驱动***及控制方法 |
| CN105508314A (zh) * | 2016-01-31 | 2016-04-20 | 太原理工大学 | 一种破碎机主电动机液压控制回路及其控制方法 |
| CN106761760A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-31 | 太原理工大学 | 电液混合驱动的电铲提升*** |
-
2017
- 2017-08-15 CN CN201710697704.2A patent/CN107587875A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103241606A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-08-14 | 太原理工大学 | 液电混合驱动的矿井提升装置及其控制方法 |
| CN105485066A (zh) * | 2016-01-31 | 2016-04-13 | 太原理工大学 | 一种掘进机电液混合动力驱动***及控制方法 |
| CN105508314A (zh) * | 2016-01-31 | 2016-04-20 | 太原理工大学 | 一种破碎机主电动机液压控制回路及其控制方法 |
| CN106761760A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-31 | 太原理工大学 | 电液混合驱动的电铲提升*** |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102912821B (zh) | 一种液压挖掘节能*** | |
| CN101654915B (zh) | 挖掘机能量回收*** | |
| CN102587444B (zh) | 一种具有能量差动回收的挖掘机油液混合动力*** | |
| CN201297307Y (zh) | 一种混合动力工程机械蓄能器-液压马达能量回收*** | |
| CN202787369U (zh) | 一种液压挖掘节能*** | |
| CN105485066A (zh) | 一种掘进机电液混合动力驱动***及控制方法 | |
| CN101408213A (zh) | 混合动力工程机械蓄能器-液压马达能量回收*** | |
| CN101503960B (zh) | 采用多泵组合驱动的盾构刀盘液压*** | |
| CN103255790B (zh) | 共用直流母线的电动液压挖掘机 | |
| CN102420552B (zh) | 改善电动机启停性能控制回路及控制方法 | |
| CN102418354A (zh) | 基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动*** | |
| CN103697023B (zh) | 用于工程机械的回转制动的能量回收及释放的电液*** | |
| CN108894274B (zh) | 一种挖掘机回转能量回收和再利用*** | |
| CN108978774B (zh) | 一种用于挖掘机的混联式混合动力*** | |
| CN107447803A (zh) | 混合驱动的机械式矿用挖掘机 | |
| CN103397677B (zh) | 基于液压变压器的液压挖掘机动臂回路及其控制方法 | |
| CN205446216U (zh) | 基于二次调节压力耦合的滑移装载机行走驱动*** | |
| CN104695852A (zh) | 具有混合动力装置及多电机驱动的煤层气钻机 | |
| CN113482521B (zh) | 一种旋挖钻机并联式动力*** | |
| CN105649639A (zh) | 一种盾构隧道掘进机混合驱动***及其控制方法 | |
| CN105459993A (zh) | 一种具有机械和液压联合制动装置的液压*** | |
| CN108953309A (zh) | 一种能量回收和再利用液压*** | |
| CN107587875A (zh) | 混合驱动的掘进机 | |
| CN201372799Y (zh) | 一种盾构刀盘液压装置 | |
| CN113502871B (zh) | 一种基于电动机-泵/马达的装载机转向*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180116 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |