CN109720219A - 矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，包括铰链式车身、防爆动力电池装置、电气控制机构、自卸式货箱、传动机构、防爆变频电机系统、液压机构和独立驾驶室；所述铰链式车身包括均设置在传动机构上方的前机架、后机架和连接前机架与后机架的中央铰接机构；所述防爆动力电池装置和电气控制机构前后设置在前机架上，所述独立驾驶室与防爆动力电池装置相邻的设置在前机架上；所述自卸式货箱、防爆变频电机系统、液压机构均设置在后机架上，且自卸式货箱位于最上方。该运输车可有效改善井下施工作业环境，提高煤矿井下无轨辅助运输产业电气化水平，提高煤矿生产效率。

Description

矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车

技术领域

本发明涉及煤矿无轨辅助运输设备的设计与制造技术领域，具体涉及矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车。

背景技术

防爆无轨运输车是煤矿辅助运输领域的一种重要车型，主要用于煤矿井下物料及设备的长距离运输工作。矿用柴油机防爆无轨车辆的推广使用解决了制约我国煤炭产业发展的辅助运输瓶颈，在减人增效、提高安全等方面，取得了良好的经济和社会效益。但由于井下巷道狭窄、通风条件差，随着柴油机防爆车辆使用数量的急剧增加，其强噪音、大排放、高油耗等问题日益凸显，严重危害煤矿工人身心健康。根据国家安监局调研报告，该类车型油耗和功率损失是地面车辆的2倍，轮胎寿命不足地面车辆的1/3，出勤率仅为75%，运行成本却是地面车辆的10倍以上，其燃油费和防爆柴油机的保养维修费用在矿井辅助运输成本中所占比重最大。如何消除防爆车辆井下污染，改善矿井作业环境，实现生产过程的节能减排是煤矿辅助运输行业亟待解决的技术难题。

矿用纯电动防爆车辆可有效解决上述问题。因煤矿特殊的防爆要求，矿用纯电动无轨胶轮车主要使用防爆铅酸型蓄电池或防爆锂离子蓄电池作为动力源。防爆铅酸型蓄电池主要用于大吨位，对车速和续驶里程要求不高的作业车型；而防爆锂离子蓄电池因较高的能量密度和相对较小的体积主要用于运行速度较快、续驶里程要求较高的运输车型。由于受到当前防爆蓄电池技术的限制，上述车型均存在不同程度的续航里程小，充电时间长的问题，难以大规模推广使用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，该运输车可有效改善井下施工作业环境，提高煤矿井下无轨辅助运输产业电气化水平，提高煤矿生产效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，包括铰链式车身、防爆动力电池装置、电气控制机构、自卸式货箱、传动机构、防爆变频电机系统、液压机构和独立驾驶室；所述铰链式车身包括均设置在传动机构上方的前机架、后机架和连接前机架与后机架的中央铰接机构；所述防爆动力电池装置和电气控制机构前后设置在前机架上，所述独立驾驶室与防爆动力电池装置相邻的设置在前机架上；所述自卸式货箱、防爆变频电机系统、液压机构均设置在后机架上，且自卸式货箱位于最上方。

具体的说，所述传动机构包括前驱动桥、减速分动箱、后驱动桥和过桥，所述前驱动桥和后驱动桥两端各设有一个轮胎，前驱动桥中部依次通过传动轴、湿式驻车制动器与过桥一端连接，过桥另一端与减速分动箱一侧相连，减速分动箱另一侧则通过另一传动轴与后驱动桥中部连接。

具体的说，所述前驱动桥和后驱动桥上集成有实现行车制动功能的湿式行车制动器和实现整车避震功能的弹簧减震装置。

具体的说，所述防爆动力电池装置包括设置在前机架上的隔爆型锂离子蓄电池装置和超级电容混联组成的电池组件，及设置在前机架上的用于对电池组件进行统一充放电管理的车载电源综合管理装置。

更具体的说，所述隔爆型锂离子蓄电池装置包括四个锂离子蓄电池组47和与之一一对应连接的锂电池管理系统，所述四个锂电池管理系统均与车载电源综合管理装置相连。

进一步的，所述防爆变频电机系统包括集成在前机架上的隔爆型车载电气控制箱，及设置在隔爆型车载电气控制箱内的为车辆提供牵引力的防爆牵引电机和为液压机构提供动力的防爆油泵电机；所述防爆牵引电机与减速分动箱相连。

进一步的，所述液压机构包括集成在后机架侧面的液压油箱，分别与液压油箱相连的液压主泵、液压辅泵、散热器、安全阀和解锁手泵，连接在散热器与液压辅泵之间的散热器风扇马达，与液压主泵相连的优先阀，与优先阀相连的转向器和充液阀，与转向器相连的转向油缸，与充液阀相连的蓄能器，与蓄能器相连的脚踏阀，与解锁手泵相连的驻车制动阀，与散热器相连的自卸多路阀，以及与自卸多路阀相连的自卸油缸；所述液压主泵和液压辅泵与防爆油泵电机相连；所述自卸油缸设置在前机架上并与自卸式货箱相连。

进一步的，所述的独立驾驶室包括设置在前机架上的整体式框架，设置在整体式框架顶部的用于承受物料坠落冲击的车顶防护机构，设置在整体式框架内相对两侧的座椅和液压仪表总成，设置在液压仪表总成前方的可调节式方向盘，设置在座椅一侧的驻车手柄和自卸手柄，设置在座椅后方的整体式框架上的玻璃；所述驻车手柄与驻车制动阀相连，所述自卸手柄与自卸多路阀相连。

进一步的，所述的电气控制机构包括设置在隔爆型车载电气控制箱中的整车控制器和与整车控制器相连的牵引电机控制器、油泵电机控制器，设置在液压仪表总成上并与整车控制器相连的本安型控制开关总成和本安型车载显示器，设置在液压仪表总成下方并与整车控制器相连的加速踏板和制动踏板；所述牵引电机控制器与防爆牵引电机相连，所述油泵电机控制器与防爆油泵电机相连；所述车载电源综合管理装置与整车控制器相连。

更进一步的，所述本安型控制开关总成上集成有均与整车控制器相连的隔爆型照明灯、隔爆型倒车灯、雨刮电机、甲烷变送器、本安型接线盒、隔爆型信号灯、本安型急停开关、防爆摄像头、本安型电子喇叭和本安声光报警器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明避免了防爆柴油机运输车辆的尾气排放污染，实现了井下物料长距离运输过程中的零排放、低噪音。

（2）本发明针对防爆蓄电池车辆存在的续驶里程短、充电时间长问题，利用超级电容具备的大放电倍率、高效电能吸收能力、超长充放电寿命及可实现快充快放的特性，结合锂离子蓄电池的高能量密度特性，组成混合防爆车载动力源，有效提高车辆续驶里程，缩短充电时间，延长电池使用寿命，对新能源车型在煤矿实际生产中的推广使用意义重大，具备良好的经济效益和环境效应。

（3）本发明整车设计集成了电气、液压和机械等装置，电气化、信息化程度高，益于车辆相关信息的传输，符合煤矿数字化和智能化的发展要求，是一种较理想的煤矿井下长距离物料运输工具。

附图说明

图1为车辆透视图一；

图2为车辆透视图二；

图3为传动系统透视图；

图4为液压机构原理图；

图5为电气机构原理图；

图6为独立驾驶室布置图。

其中，附图标记对应的名称为：

1、铰接式车身，2、防爆动力电池装置，3、电气控制机构，4、自卸式货箱，5、传动机构，6、防爆变频电机系统，7、液压机构，8、独立驾驶室，9、前机架，10、中央铰接机构，11、后机架，12、隔爆型车载电气控制箱，13、隔爆型锂离子蓄电池装置，14、超级电容，15、车载电源综合管理装置，16、液压油箱，17、防爆牵引电机，18、防爆油泵电机，19、轮胎，20、前驱动桥，21、传动轴，22、减速分动箱，23、弹簧减震机构，24、后驱动桥，25、过桥，26、湿式驻车制动器，27、湿式行车制动器，28、液压主泵，29、液压辅泵，30、散热器，31、散热器风扇马达，32、安全阀，33、解锁手泵，34、转向器，35、转向油缸，36、优先阀，37、驻车制动阀，38、充液阀，39、蓄能器，40、自卸多路阀，41、脚踏阀，42、自卸油缸，43、整车控制器，44、牵引电机控制器，45、油泵电机控制器，46、本安型车载显示器，47、锂离子蓄电池组，48、锂电池管理系统，49、隔爆型照明灯，50、隔爆型倒车灯，51、雨刮电机，52、甲烷变送器，53、本安型接线盒，54、隔爆型信号灯，55、本安型急停开关，56、制动踏板，57、加速踏板，58、本安型控制开关总成，59、防爆摄像头，60、本安型电子喇叭，61、本安声光报警器，62、整体式驾驶室框架，63、座椅，64、驻车手柄，65、驾驶室与车身连接机构，66、驾驶室玻璃，67、车顶防护机构，68、自卸手柄，69、可调节式方向盘，70、液压仪表总成。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

本实施例为解决防爆柴油机无轨运输车尾气排放污染问题以及防爆蓄电池无轨运输车辆续驶里程短，充电时间长的问题，提供一种矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，以改善井下施工作业环境，提高煤矿井下无轨辅助运输产业电气化水平，提高煤矿生产效率。应当注意的是，在本实施例中未作特别说明的部件（如整车控制器等控制器的型号、油缸油泵的型号、阀门的选用等）均可选用本领域常规选择即可。

具体来说，如图1~图6所示，本实施例的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车包括铰链式车身1、防爆动力电池装置2、电气控制机构3、自卸式货箱4、传动机构5、防爆变频电机系统6、液压机构7和独立驾驶室8。

所述铰链式车身1包括均设置在传动机构5上方的前机架9、后机架11和连接前机架与后机架的中央铰接机构10；该中央铰接机构可直接选用现有运输车的铰接机构。

所述传动机构包括前驱动桥20、减速分动箱22、后驱动桥24和过桥25，所述前驱动桥和后驱动桥两端各设有一个轮胎19，前驱动桥中部依次通过传动轴21、湿式驻车制动器26与过桥一端连接，过桥另一端与减速分动箱一侧相连，减速分动箱另一侧则通过另一传动轴与后驱动桥中部连接。所述前驱动桥20和后驱动桥24上集成有实现行车制动功能的湿式行车制动器27和实现整车避震功能的弹簧减震装置23，该弹簧减震装置可直接选用现有矿用电动防爆无轨运输车中常用的减震设备。防爆变频电机系统产生的动力经过减速分动箱22进行降速增扭后，通过过桥25、湿式驻车制动器26、传动轴21到达前驱动桥20后将动力传递给轮胎19；同时减速分动箱也将动力通过传动轴传递给后轮，不需要变速操作，仅通过加速和制动踏板就可实现全速范围内的实时四轮驱动。湿式驻车制动器26可实现车辆驻车制动功能。

所述防爆动力电池装置2包括设置在前机架9上的隔爆型锂离子蓄电池装置13和超级电容14混联组成的电池组件，及设置在前机架9上的用于对电池组件进行统一充放电管理的车载电源综合管理装置15。所述隔爆型锂离子蓄电池装置13包括四个锂离子蓄电池组47和与之一一对应连接的锂电池管理系统48，所述四个锂电池管理系统均与车载电源综合管理装置15相连。锂电池管理系统48将锂离子蓄电池组47信息汇总至车载电源综合管理装置15，车载电源综合管理装置15对隔爆型锂离子蓄电池装置13和超级电容14统一进行充、放电管理，为车辆提供能源。其中，车载电源综合管理装置和锂电池管理系统均可选用本领域的常规装置/系统，只要能够达到本实施例作用即可。

所述防爆变频电机系统6包括集成在前机架9上的隔爆型车载电气控制箱12，及设置在隔爆型车载电气控制箱内的防爆牵引电机17和防爆油泵电机18；所述防爆牵引电机17与减速分动箱22相连。防爆牵引电机由牵引电机控制器44驱动为车辆行驶提供牵引力，防爆油泵电机由油泵电机控制器45驱动为液压机构提供动力，而整车控制器43通过CAN通信总线收集并处理驾驶信号，实现对牵引电机控制器44和油泵电机控制器45的控制。

所述液压机构7包括集成在后机架11侧面的液压油箱16，分别与液压油箱相连的液压主泵28、液压辅泵29、散热器30、安全阀32和解锁手泵33，连接在散热器与液压辅泵之间的散热器风扇马达31，与液压主泵相连的优先阀36，与优先阀相连的转向器34和充液阀38，与转向器相连的转向油缸35，与充液阀相连的蓄能器39，与蓄能器相连的脚踏阀41，与解锁手泵相连的驻车制动阀37，与散热器相连的自卸多路阀40，以及与自卸多路阀相连的自卸油缸42，具体参见图4；所述液压主泵28和液压辅泵29与防爆油泵电机18相连；所述自卸式货箱4设置在后机架11上并位于最上方，所述自卸油缸42设置在前机架9上并与自卸式货箱4相连。液压主泵28和液压辅泵29由防爆油泵电机18驱动，其中液压主泵28带动液压油箱16中的液压油分成三路，一路经过优先阀36、充液阀38到达蓄能器39，驾驶员可通过控制脚踏阀41和驻车制动阀37使液压油到达湿式行车制动器27和湿式驻车制动器26实现车辆的刹车和制动功能；另一路通过优先阀36到达转向器34，使液压油到达转向油缸35实现车辆转向功能；第三路通过自卸多路阀40，使得液压油到达自卸油缸42，实现货箱自卸功能。同时，液压辅泵29驱动散热器风扇马达31，实现液压油在散热器30和防爆牵引电机17及隔爆型车载电气控制箱12之间的循环流动，达到电气机构的散热目的。

所述独立驾驶室8与防爆动力电池装置相邻的设置在前机架上；所述的独立驾驶室8包括设置在前机架9上的整体式框架62，设置在整体式框架顶部的用于承受物料坠落冲击的车顶防护机构67，设置在整体式框架内相对两侧的座椅63和液压仪表总成70，设置在液压仪表总成前方的可调节式方向盘69，设置在座椅一侧的驻车手柄64和自卸手柄68，设置在座椅后方的整体式框架上的玻璃66；所述驻车手柄64与驻车制动阀37相连，所述自卸手柄68与自卸多路阀40相连。驾驶室采用独立于机身之外的整体式框架62，通过如螺栓等连接机构65与车身牢固连接。采用可调节式方向盘69，其高度和倾斜角度均可通过机构进行调节以适应不同人员的驾驶习惯。液压仪表总成70的选用以能够显示液压机构7运行情况及参数为准。驻车手柄64可控制驻车制动阀37实现驻车制动功能。自卸手柄68可控制自卸多路阀40实现货箱4的自卸功能。

所述的电气控制机构3包括设置在隔爆型车载电气控制箱12中的整车控制器43和与整车控制器相连的牵引电机控制器44、油泵电机控制器45，设置在液压仪表总成70上并与整车控制器相连的本安型控制开关总成58和本安型车载显示器46，设置在液压仪表总成下方并与整车控制器相连的加速踏板57和制动踏板56；本安型车载显示器46可显示车辆运行参数、两种电源的运行情况及荷电状态等车辆驾驶所需信息，同时可实时显示由防爆摄像头59采集的车辆运行环境的视频信息，以消除驾驶盲区，保证行车安全。所述牵引电机控制器44与防爆牵引电机17相连，所述油泵电机控制器45与防爆油泵电机18相连；所述车载电源综合管理装置15与整车控制器43相连。所述速踏板57可实现车辆加速功能。制动踏板56集成有电制动及液压制动功能，操纵制动踏板时，整车控制器43通过判断车辆运行工况对两种制动方式进行协调控制，保证车辆制动安全，同时实现回馈制动能量回收。

所述本安型控制开关总成58上集成有均与整车控制器相连的隔爆型照明灯49、隔爆型倒车灯50、雨刮电机51、甲烷变送器52、本安型接线盒53、隔爆型信号灯54、本安型急停开关55、防爆摄像头59、本安型电子喇叭60和本安声光报警器61。

整体来说，整车控制器通过CAN通信总线收集加速踏板、制动踏板、本安型控制开关总成和本安型急停开关等的操作信号，进行处理后，对牵引电机控制器、油泵电机控制器以及车载电源综合管理装置等发送控制命令，从而实现车辆的启动、停止、运行和制动等功能。为符合煤矿安全标准，整车控制器、牵引电机控制器和油泵电机控制器全部置于隔爆型车载电气控制箱中。锂电池管理系统负责收集锂电池信息，并将其汇总至车载电源综合管理装置，由车载电源综合管理装置对隔爆型锂离子蓄电池装置和超级电容进行统一管理。隔爆型照明灯、隔爆型信号灯、隔爆型倒车灯和本安声光报警器组成车载的照明及信号系统，保证车辆行驶安全。本安型车载显示器可显示车辆运行参数、两种电源的运行情况及荷电状态等车辆驾驶所需信息，同时可实时显示由防爆摄像头采集的车辆运行环境的视频信息，以消除驾驶盲区，保证行车安全。

本实施例以超级电容混合隔爆型锂离子蓄电池装置作为动力源，由防爆变频电机系统驱动，采用刚性湿式制动车桥传动，采用铰接式车身及独立驾驶室。可实现煤矿井下物料长距离输送过程中的零排放和低噪音，有效解决井下尾气污染问题，利于井下人员身心健康。本实施例电气化、信息化程度高，有助于推动矿山数字化、智能化建设。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，包括铰链式车身（1）、防爆动力电池装置（2）、电气控制机构（3）、自卸式货箱（4）、传动机构（5）、防爆变频电机系统（6）、液压机构（7）和独立驾驶室（8）；所述铰链式车身包括均设置在传动机构（5）上方的前机架（9）、后机架（11）和连接前机架与后机架的中央铰接机构（10）；所述防爆动力电池装置（2）和电气控制机构（3）前后设置在前机架（9）上，所述独立驾驶室（8）与防爆动力电池装置相邻的设置在前机架上；所述自卸式货箱（4）、防爆变频电机系统（6）、液压机构（7）均设置在后机架（11）上，且自卸式货箱（4）位于最上方。

2.根据权利要求1所述的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，所述传动机构包括前驱动桥（20）、减速分动箱（22）、后驱动桥（24）和过桥（25），所述前驱动桥和后驱动桥两端各设有一个轮胎（19），前驱动桥中部依次通过传动轴（21）、湿式驻车制动器（26）与过桥一端连接，过桥另一端与减速分动箱一侧相连，减速分动箱另一侧则通过另一传动轴与后驱动桥中部连接。

3.根据权利要求2所述的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，所述前驱动桥（20）和后驱动桥（24）上集成有实现行车制动功能的湿式行车制动器（27）和实现整车避震功能的弹簧减震装置（23）。

4.根据权利要求2或3所述的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，所述防爆动力电池装置（2）包括设置在前机架（9）上的隔爆型锂离子蓄电池装置（13）和超级电容（14）混联组成的电池组件，及设置在前机架（9）上的用于对电池组件进行统一充放电管理的车载电源综合管理装置（15）。

5.根据权利要求4所述的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，所述隔爆型锂离子蓄电池装置（13）包括四个锂离子蓄电池组47和与之一一对应连接的锂电池管理系统（48），所述四个锂电池管理系统均与车载电源综合管理装置（15）相连。

6.根据权利要求5所述的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，所述防爆变频电机系统（6）包括集成在前机架（9）上的隔爆型车载电气控制箱（12），及设置在隔爆型车载电气控制箱内的为车辆提供牵引力的防爆牵引电机（17）和为液压机构提供动力的防爆油泵电机（18）；所述防爆牵引电机（17）与减速分动箱（22）相连。

7.根据权利要求5或6所述的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，所述液压机构（7）包括集成在后机架（11）侧面的液压油箱（16），分别与液压油箱相连的液压主泵（28）、液压辅泵（29）、散热器（30）、安全阀（32）和解锁手泵（33），连接在散热器与液压辅泵之间的散热器风扇马达（31），与液压主泵相连的优先阀（36），与优先阀相连的转向器（34）和充液阀（38），与转向器相连的转向油缸（35），与充液阀相连的蓄能器（39），与蓄能器相连的脚踏阀（41），与解锁手泵相连的驻车制动阀（37），与散热器相连的自卸多路阀（40），以及与自卸多路阀相连的自卸油缸（42）；所述液压主泵（28）和液压辅泵（29）与防爆油泵电机（18）相连；所述自卸油缸（42）设置在前机架（9）上并与自卸式货箱（4）相连。

8.根据权利要求7所述的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，所述的独立驾驶室（8）包括设置在前机架（9）上的整体式框架（62），设置在整体式框架顶部的用于承受物料坠落冲击的车顶防护机构（67），设置在整体式框架内相对两侧的座椅（63）和液压仪表总成（70），设置在液压仪表总成前方的可调节式方向盘（69），设置在座椅一侧的驻车手柄（64）和自卸手柄（68），设置在座椅后方的整体式框架上的玻璃（66）；所述驻车手柄（64）与驻车制动阀（37）相连，所述自卸手柄（68）与自卸多路阀（40）相连。

9.根据权利要求8所述的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，所述的电气控制机构（3）包括设置在隔爆型车载电气控制箱（12）中的整车控制器（43）和与整车控制器相连的牵引电机控制器（44）、油泵电机控制器（45），设置在液压仪表总成（70）上并与整车控制器相连的本安型控制开关总成（58）和本安型车载显示器（46），设置在液压仪表总成下方并与整车控制器相连的加速踏板（57）和制动踏板（56）；所述牵引电机控制器（44）与防爆牵引电机（17）相连，所述油泵电机控制器（45）与防爆油泵电机（18）相连；所述车载电源综合管理装置（15）与整车控制器（43）相连。

10.根据权利要求9所述的矿用超级电容混合蓄电池动力防爆无轨运输车，其特征在于，所述本安型控制开关总成（58）上集成有均与整车控制器相连的隔爆型照明灯（49）、隔爆型倒车灯（50）、雨刮电机（51）、甲烷变送器（52）、本安型接线盒（53）、隔爆型信号灯（54）、本安型急停开关（55）、防爆摄像头（59）、本安型电子喇叭（60）和本安声光报警器（61）。