CN102730604A - 串联式混合动力堆高机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种串联式混合动力堆高机，包括：电能提供装置、整流器、行走电机、举升电机和电能存储装置；电能提供装置提供的交流电经整流器后与电能储存装置并联，并联后的输出端与行走电机和/或举升电机连接，当电能储存装置可充电，储存电能；当电能储存装置也放电，利用被存储的电能；行走电机和举升电机均为发电机-电动机两用型电机；制动时驱动桥及轮胎可带动行走电机发电，将制动能转换为电能；吊具在重物作用下可带动举升电机发电，将所述重物的势能转换为电能。通过本发明的技术方案，实现了将门架下降时的势能转化为电能并储存，实现了势能回收；且在制动时实现了制动能的回收；而且易于控制、更加环保、启动和停止的冲击小。

Description

串联式混合动力堆高机

技术领域

本发明涉及一种堆高机，具体而言，涉及一种串联式混合动力堆高机。

背景技术

空箱集装箱堆高机是一种集装箱周期性搬运和堆垛的作业设备，在工作过程中需要频繁起动制动和起吊集装箱上下升降。现有的堆高机，一般是吊具起升作业时，通过举升油缸将吊具、内门架及集装箱举升到一定高度；吊具下降过程中，通过调节控制阀的开度来控制吊具的下降速度，通过关闭控制阀来停止吊具下降，吊具下降过程中大部分势能白白消耗，没有回收利用，能量浪费严重，且通过简单的节流口来控制吊具的下降，系统发热严重；此外，堆高机作业工程中，整车启动频繁，导致发动机效率低下，行驶油耗较高。

因此，需要研发节能的堆高机，即可回收堆高机的门架重力势能和制动能。目前，主要有采用液压方式来回收门架重力势能的，但是仍存在很多缺陷。

现有堆高机节能的主要几种方式及其缺陷如下：

1）吊具等重物下降的势能驱动液压马达，将能量存储至蓄能器。该方法，由于液压传动效率较低，蓄能器回收的能量较少，而且蓄能器的特性随着压力、温度等参数的变化难以将能量平稳地存储到蓄能器中，这是这种能量回收方式一直没有解决的难题；

2）吊具等重物下降的势能驱动液压马达，采用在动臂液压缸回油路串接液压马达和发电机组，通过液压马达驱动发电机将势能回收，由于回收时间短，且回收过程中液压油压力波动较大，导致发电机工作在低效率区，能量回收效率低，这是这种能量回收方式的主要缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题至少之一，本发明提出了一种串联式混合动力堆高机。

本发明提供的串联式混合动力堆高机包括电能提供装置、整流器、电能储存装置、行走电机和举升电机；所述电能提供装置提供的交流电经所述整流器转换成直流电后与所述电能储存装置并联，并联后的输出端与所述行走电机和/或所述举升电机连接；当所述电能储存装置两端的电压高于所述电能储存装置的电动势电压时，所述电能储存装置充电，储存电能；当所述电能储存装置两端的电压低于所述电能储存装置的电动势电压时，所述电能储存装置放电，利用被存储的电能。所述行走电机和举升电机均为发电机-电动机两用型电机；所述行走电机可驱动所述驱动桥及轮胎行走，所述堆高机制动时所述驱动桥及轮胎可带动所述行走电机发电，将制动能转换为电能；所述举升电机可驱动吊具工作；所述吊具在重物势能的作用下下降时可带动所述举升电机发电，将所述重物的势能转换为电能。

在上述技术方案中，因与电能提供装置并联有电能储存装置，且该电能储存装置可以在系统中电压大于其电动势电压时可以充电、在系统电压小于其电动势电压时放电，从而可以将系统中的多余电能存储起来，在系统电能不足时补充给系统，到达节能的目的，实现堆高机的节能。且实现了将门架下降时的势能转化为电能储存至电能储存装置中，势能回收效率高，节约了能源，节能效率高，而且在堆高机行车制动时可以带动电机发电并储存至电能储存装置中，实现了制动能的回收，降低了成本；而且采用举升电机实现门架及吊具的举升，与举升油缸相比易于控制以及更加环保，启动和停止的冲击小；另外，可以将举升部件放置在堆高机的配重位置，从而减小配重重量。

优选地，还包括可将直流电转换为交流电的逆变器，所述逆变器设置在所述电能提供装置与所述电能储存装置并联后的输出端和所述行走电机和/或所述举升电机之间，将所述电能提供装置和所述电能存储装置并联后输出的所述直流电转换成交流电，驱动所述行走电机和/或所述举升电机。

在该技术方案中，增加所述逆变器，则所述行走电机和/或所述举升电机可以采用交流电机，提高电机的通用性、降低成本。

优选地，还包括行走变频器和举升变频器；所述行走变频器将所述电能提供装置和所述电能存储装置并联后的所述直流电转换成频率和电压可控的交流电，驱动所述行走电机转动；所述举升变频器将所述电能提供装置和所述电能存储装置并联后的所述直流电转换成频率和电压可控的交流电，驱动所述举升电机转动。

在该技术方案中，采用行走变频器和举升变频器，可将直流电转换为电压和频率可控的交流电，来分别驱动行走电机和举升电机，结构简单、利于控制。

优选地，所述电能提供装置包括安装在所述堆高机上的发电机组和/或可与所述堆高机电连接的市电提供系统。在该技术方案中，采用单独或者同时两种电能提供方式，对堆高机的供电实现双重保障，使堆高机工作更加可靠。

优选地，所述电能储存装置为充电电池，在所述充电电池通过直流母排与所述电能提供装置相并联。采用充电电池作为电能储存装置，成本低、易于实现；采用直线母排进行并联，结构合理、能量损耗小。

优选地，还包括卷筒、拉索和拉索导向装置；所述举升电机驱动所述卷筒，所述卷筒驱动所述拉索，所述拉索经所述拉索导向装置带动安装有所述吊具的内门架抬升。采用卷扬机构来抬升吊具和内门架，相对液压系统，结构简单，维护方便。

优选地，还包括联轴器、制动器和减速机；所述联轴器、制动器和减速机依次设置在所述举升电机和所述卷筒之间；所述举升电机的动力传递给所述减速机，所述减速机驱动所述卷筒；所述制动器可控制所述吊具和内门架的悬停。在该技术方案中，联轴器可以对门架的启动和停止起到缓冲的作用；采用制动器可以在需要的时候停止门架和吊具的上升或者下降，而处于悬停状态。

优选地，所述拉索导向机构包括第一定滑轮和第二定滑轮，所述第一定滑轮安装在所述堆高机的车体上，所述第二定滑轮安装在所述堆高机的外门架上；所述内门架上安装有动滑轮；所述拉索通过所述动滑轮与所述内门架相连接。采用定滑轮导向、采用动滑轮与内门架连接，可省力、提高效率，且成本低、易于实现。

优选地，所述拉索包括钢丝绳；所述钢丝绳的一端与所述卷筒固定连接，绕过所述第一定滑轮、所述第二定滑轮和所述动滑轮后，另一端与所述堆高机的所述外门架固定连接；或者，所述钢丝绳绕过所述第一定滑轮、所述第二定滑轮和所述动滑轮后，两端固定连接并卷绕在所述卷筒上。

拉索采用钢丝绳，结构简单，容易实现；且钢丝绳的上述两种连接和固定方式，均可以起到省力、提高效率的作用。

综上，本发明上述的串联式混合动力堆高机，实现了将门架下降时的势能转化为电能储存至电能储存装置中，势能回收效率高，节约了能源，节能效率高，而且在制动时可以带动电机发电并储存至电能储存装置中，实现了制动能的回收，降低了成本；而且采用举升电机实现门架及吊具的举升，与举升油缸相比易于控制以及更加环保，启动和停止的冲击小；另外，可以将举升系统放置在配重位置，从而减小配重重量，减小整个堆高机的重量。

附图说明

图1是根据本发明所述串联式混合动力堆高机的原理框图；

图2为根据本发明所述串联式混合动力堆高机一实施例的主视图；

图3为图2所示堆高机的俯视图。

其中，图1至图3中各部件与标号的对应关系为：

1发电机组    2行走电机    3驱动桥及轮胎    5举升电机

6卷筒        7拉索        8电能储存装置    9行走变频器

10举升变频器 11整流器     12直流母排       13联轴器

14制动器     15减速机     16内门架         17动滑轮

18第一定滑轮    19第二定滑轮    20外门架    21吊具。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1是根据本发明所述串联式混合动力堆高机的原理框图；图2为根据本发明所述串联式混合动力堆高机一实施例的主视图；图3为图2所示堆高机的俯视图。

如图1所示，本发明提供的串联式混合动力堆高机包括：电能提供装置、整流器11、电能储存装置8、行走电机2和举升电机5；所述电能提供装置提供的交流电经所述整流器11转换成直流电后与所述电能储存装置8并联，并联后的输出端与所述行走电机2和/或所述举升电机5连接；当所述电能储存装置8两端的电压高于电能储存装置8的电动势电压时，所述电能出储存装置8充电，储存电能；当所述电能储存装置8两端的电压低于电能储存装置8的电动势电压时，所述电能储存装置8放电，利用被存储的电能。进一步，如图2和图3所示，所述行走电机2和举升电机5均为发电机-电动机两用型电机；所述行走电机2可驱动所述驱动桥及轮胎3行走，堆高机制动时所述驱动桥及轮胎3可带动所述行走电机2发电，将制动能转换为电能；所述举升电机5可驱动吊具21工作；所述吊具21在重物势能的作用下下降时可带动所述举升电机5发电，将所述重物的势能转换为电能。

在上述技术方案中，因与电能提供装置并联电能储存装置8，且该电能储存装置8可以在系统中电压大于其电动势电压时可以充电、在系统电压小于其电动势电压时可以放电，从而可以将系统中的多余电能存储起来，在系统电能不足时补充给系统，到达节能的目的，实现堆高机的节能。且在本实施例中，实现了将门架16下降时的势能转化为电能储存至电能储存装置8中，势能回收效率高，节约了能源，节能效率高，而且在行车制动时可以带动电机2发电并储存至电能储存装置8中，实现了制动能的回收，降低了成本；而且采用举升电机5实现门架及吊具21的举升，与举升油缸相比易于控制以及更加环保，启动和停止的冲击小；另外，可以将举升部件放置在堆高机的配重位置，从而减小配重重量。

其中，举升电机5可以为双电机，也可以为单电机；行走电机2可以采用交流牵引电机，也可以采用直流无刷电机等；行走电机2也可以为双电机，爬坡或启动时使用低速大扭矩电机，启动后切换至高速电机。

优选地，还包括可将直流电转换为交流电的逆变器，所述逆变器设置在所述电能提供装置与所述电能储存装置8并联后的输出端和所述行走电机2和/或所述举升电机5之间，将所述电能提供装置和所述电能存储装置8并联后输出的所述直流电转换成交流电，驱动所述行走电机2和/或所述举升电机5。在该技术方案中，增加所述逆变器，则所述行走电机2和/或所述举升电机5可以采用交流电机，提高电机的通用性、降低成本。当然，行走电机2和/或举升电机5也可以是本身就具有直交流转化功能，例如是变频电机，可以直接将直流电转换为电压和频率可用的交流电后进行使用。

优选地，还包括行走变频器9和举升变频器10；所述行走变频器9将所述电能提供装置和所述电能存储装置8并联后的所述直流电转换成频率和电压可控的交流电，驱动所述行走电机2转动；所述举升变频器10将所述电能提供装置和所述电能存储装置8并联后的所述直流电转换成频率和电压可控的交流电，驱动所述举升电机5转动。

在该技术方案中，采用行走变频器9和举升变频器10，可将直流电转换为电压和频率可控的交流电，来分别驱动行走电机2和举升电机5，结构简单、利于控制。本领域的技术人员应当理解，所述行走变频器9和举升变频器10内均包含有将直流电转换为交流电的逆变电路，可将直流电转换为电压和频率可控的交流电，当然，也采用其他的具有逆变电路的元器件，将并联后输出的直流电转换为交流电后，驱动所述行走电机2和/或举升电机5。

优选地，所述电能提供装置包括安装在堆高机上的发电机组1和/或可与堆高机电连接的市电提供系统。本实施例中，如图1所示，采用的是发电机组1作为电源。在该技术方案中，采用两部分的电源供电，对堆高机的供电实现双重保障，使堆高机工作更加可靠。

优选地，所述电能储存装置8为充电电池，所述充电电池通过直流母排12与电源相并联。所述充电电池可以使用锂电池，也可以使用镍氢电池；采用充电电池作为电能储存装置易于实现、成本低，本领域的技术人员应当理解：所述电能储存装置8还可以是超级电容等其它充放电设备。采用直线母排进行并联，结构合理、能量损耗小。

上述实施例中，如图1所示，发电机组1发出的三相交流电经过整流器11转换成直流电，直流电通过行走变频器9和举升变频器10转换成频率和电压可控的交流电，用于驱动行走电机2和举升电机5。将电池8并联在直流总线上，通过电源管理系统监测电压变化范围，当所述电能储存装置8两端的电压高于电能储存装置8的电动势电压时，所述电能出储存装置8充电，储存电能；当所述电能储存装置8两端的电压低于电能储存装置8的电动势电压时，所述电能储存装置8放电，利用被存储的电能，便于电能的储存和利用；当内门架16下降时，带动举升电机5发电，并通过举升变频器10存储到电池8中，实现门架势能的回收；当堆高机制动时，带动行走电机2发电，再通过行走变频器9存储到电池8中，实现制动能的回收。

其中，图1中的虚实线表示本发明所述串联式混合动力堆高机的程序控制线路，程序控制主要是采用PLC来控制行走变频器、举升变频器、辅助设备变频器和电源等，采用智能电池管理系统来控制电池组的充电和放电。

上述实施例中，优选地，如图2和图3所示，还包括卷筒6、拉索7和拉索导向装置；所述举升电机5驱动所述卷筒6，所述卷筒6驱动所述拉索7，所述拉索7经所述拉索导向装置带动安装有所述吊具21的内门架16抬升。采用卷扬机构来抬升吊具和内门架，相对液压系统，结构简单，维护方便。

优选地，还包括联轴器13、制动器14和减速机15；所述联轴器13、制动器14和减速机15依次设置在所述举升电机5和所述卷筒6之间；所述举升电机5的动力传递给所述减速机15，所述减速机15驱动所述卷筒6；所述制动器14可控制所述吊具21和内门架16的悬停。

在该技术方案中，联轴器13可以对门架的启动和停止起到缓冲的作用；采用制动器14可以在需要的时候停止门架和吊具的上升或者下降，而处于悬停状态。

优选地，所述拉索导向机构包括第一定滑轮18和第二定滑轮19，所示第一定滑轮18安装在堆高机的车体上，第二定滑轮19安装在堆高机的外门架20上；所述内门架16上安装有动滑轮17；所述拉索7通过所述动滑轮17与内门架16相连接。在该技术方案中，采用定滑轮导向、采用动滑轮与内门架连接，可省力、提高效率，且成本低、易于实现。

优选地，所述拉索7包括钢丝绳；钢丝绳的连接方式可以是一端与卷筒6固定连接，绕过第一定滑轮18、第二定滑轮19和动滑轮17后，另一端与堆高机的外门架20固定连接；也可以是所述钢丝绳绕过第一定滑轮18、第二定滑轮19和动滑轮17后，两端固定连接并卷绕在卷筒6上。在该技术方案中，拉索采用钢丝绳，结构简单，容易实现；且钢丝绳的上述两种连接和固定方式，均可以起到省力、提高效率的作用。

综上所述，通过本发明的上述实施例，实现了将门架下降时的势能转化为电能储存至电能存储装置-电池中，势能回收效率高，节约了能源，节能效率高，且在制动时可以驱动电机发电并储存至电能存储装置-电池中，实现了制动能的回收，降低了成本；而且采用举升电机实现门架及吊具的举升，与举升油缸相比易于控制以及更加环保，启动和停止的冲击小；另外，可以将举升电机等举升部件放置在配重位置，从而减小配重重量，减小整个堆高机的重量。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种串联式混合动力堆高机，其特征在于，包括：

电能提供装置、整流器（11）、电能储存装置（8）、行走电机（2）和举升电机（5）；

所述电能提供装置提供的交流电经所述整流器（11）转换成直流电后与所述电能储存装置（8）并联，并联后的输出端与所述行走电机（2）和/或所述举升电机（5）连接；

当所述电能储存装置（8）两端的电压高于电能储存装置（8）的电动势电压时，所述电能储存装置（8）充电，储存电能；当所述电能储存装置（8）两端的电压低于电能储存装置（8）的电动势电压时，所述电能储存装置（8）放电，利用被存储的电能；

所述行走电机（2）和举升电机（5）均为发电机-电动机两用型电机；

所述行走电机（2）可驱动所述驱动桥及轮胎（3）行走，所述堆高机制动时所述驱动桥及轮胎（3）可带动所述行走电机（2）发电，将制动能转换为电能；

所述举升电机（5）可驱动吊具（21）工作；所述吊具（21）在重物势能的作用下下降时可带动所述举升电机（5）发电，将所述重物的势能转换为电能。

2.根据权利要求1所述的串联式混合动力堆高机，其特征在于，

还包括可将直流电转换为交流电的逆变器，所述逆变器设置在所述电能提供装置与所述电能储存装置（8）并联后的输出端和所述行走电机（2）和/或所述举升电机（5）之间，将所述电能提供装置和所述电能存储装置（8）并联后输出的所述直流电转换成交流电，驱动所述行走电机（2）和/或所述举升电机（5）。

3.根据权利要求1所述的串联式混合动力堆高机，其特征在于，

还包括行走变频器（9）和举升变频器（10）；

所述行走变频器（9）将所述电能提供装置和所述电能存储装置（8）并联后输出的所述直流电转换成频率和电压可控的交流电，驱动所述行走电机（2）转动；

所述举升变频器（10）将所述电能提供装置和所述电能存储装置（8）并联后输出的所述直流电转换成频率和电压可控的交流电，驱动所述举升电机（5）转动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的串联式混合动力堆高机，其特征在于，

所述电能提供装置包括安装在所述堆高机上的发电机组（1）和/或可与所述堆高机电连接的市电提供系统。

5.根据权利要求4所述的串联式混合动力堆高机，其特征在于，

所述电能储存装置（8）为充电电池，所述充电电池通过直流母排（12）与所述电能提供装置相并联。

6.根据权利要求5所述的串联式混合动力堆高机，其特征在于，

还包括卷筒（6）、拉索（7）和拉索导向装置；

所述举升电机（5）驱动所述卷筒（6），所述卷筒（6）驱动所述拉索（7），所述拉索（7）经所述拉索导向装置带动安装有吊具（21）的内门架（16）抬升。

7.根据权利要求6所述的串联式混合动力堆高机，其特征在于，

还包括联轴器（13）、制动器（14）和减速机（15）；

所述联轴器（13）、制动器（14）和减速机（15）依次设置在所述举升电机（5）和所述卷筒（6）之间；

所述举升电机（5）的动力传递给所述减速机（15），所述减速机（15）驱动所述卷筒（6）；

所述制动器（14）可控制所述吊具（21）和所述内门架（16）的悬停。

8.根据权利要求7所述的串联式混合动力堆高机，其特征在于，

所述拉索导向装置包括第一定滑轮（18）和第二定滑轮（19），所述第一定滑轮（18）安装在所述堆高机的车体上，所述第二定滑轮（19）安装在所述堆高机的外门架（20）上；

所述内门架（16）上安装有动滑轮（17）；

所述拉索（7）通过所述动滑轮（17）与所述内门架（16）相连接。

9.根据权利要求8所述的串联式混合动力堆高机，其特征在于，

所述拉索（7）为钢丝绳；

所述钢丝绳的一端与所述卷筒（6）固定连接，绕过所述第一定滑轮（18）、所述第二定滑轮（19）和所述动滑轮（17）后，另一端与所述外门架（20）固定连接；或者，

所述钢丝绳绕过所述第一定滑轮（18）、所述第二定滑轮（19）和所述动滑轮（17）后，两端固定连接并卷绕在所述卷筒（6）上。

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