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CN111114306A - 工程机械 - Google Patents

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CN111114306A
CN111114306A CN202010002936.3A CN202010002936A CN111114306A CN 111114306 A CN111114306 A CN 111114306A CN 202010002936 A CN202010002936 A CN 202010002936A CN 111114306 A CN111114306 A CN 111114306A
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CN
China
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electric
motor
working
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CN202010002936.3A
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English (en)
Inventor
聂一彪
吴德志
高荣芝
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Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
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Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及工程技术领域，公开了一种工程机械，其中，所述工程机械包括主发动机(10)、电机(20)、蓄能装置(30)、行驶系统(40)和作业系统(50)，所述电机(20)设置为能够用作电动机和发电机，以能够作为电动机驱动所述作业系统(50)并能够作为发电机向所述蓄能装置(30)提供电能，所述主发动机(10)设置为能够驱动所述行驶系统(40)并能够通过所述电机(20)发电。本发明的工程机械能够具有多种工作模式，其中包括分别通过主发动机和电机驱动行驶系统和作业系统，以确保主发动机和电机各自在经济高效区间工作，提高工作效率。

Description

工程机械
技术领域
本发明涉及工程技术领域，具体地涉及一种工程机械。
背景技术
工程机械(例如搅拌车、混凝土泵车等)是工程建设过程中不可缺少的设备，其通常具有用于使其工作机构(例如搅拌筒等)进行工作的工作系统和用于移动的行驶系统。现有的工程机械，通常使用发动机为工作系统和行驶系统提供驱动，例如，在工作系统工作时，即使行驶系统处于停车状态，发动机仍需启动，以向工作系统提供驱动力。而发动机此时并不能以最佳工况工作，导致效率不高且因高油耗导致的成本增加。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的效率、成本问题，提供一种工程机械，该工程机械具有更高的工作效率和降低的成本。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种工程机械，其中，所述工程机械包括主发动机、电机、蓄能装置、行驶系统和作业系统，所述电机设置为能够用作电动机和发电机，以能够作为电动机驱动所述作业系统并能够作为发电机向所述蓄能装置提供电能，所述主发动机设置为能够驱动所述行驶系统并能够通过所述电机发电。
优选地，所述工程机械包括第一离合器，所述主发动机设置为在所述第一离合器接合的状态下通过所述电机发电，所述行驶系统包括变速箱并通过所述变速箱与所述主发动机连接。
优选地，所述主发动机包括第一取力口和第二取力口，所述变速箱连接于所述第一取力口，所述第一离合器连接于所述第二取力口。
优选地，所述行驶系统包括第二离合器，所述变速箱通过所述第二离合器连接于所述主发动机，所述第一离合器连接于所述变速箱。
优选地，所述工程机械包括用于控制所述蓄能装置、所述行驶系统、所述主发动机和所述电机中的至少一者的操作的控制装置。
优选地，所述工程机械包括用于检测所述行驶系统和/或所述蓄能装置的工作参数的检测装置，所述控制装置设置为能够根据所述检测装置的反馈控制所述蓄能装置、所述主发动机和所述电机中的至少一者的操作。
优选地，所述控制装置设置为能够进行至少如下任意一种控制：
通过所述主发动机驱动所述行驶系统；
通过所述电机驱动所述作业系统；
通过所述主发动机带动所述电机向所述蓄能装置发电。
优选地，所述作业系统包括执行机构和连接于所述执行机构的传动装置，所述传动装置连接于所述电机。
优选地，所述传动装置包括减速机，所述电机能够将所述作业系统的制动能量回收并存储在所述蓄能装置中；或者，所述传动装置包括油泵组件。
优选地，所述工程机械为搅拌车，所述执行机构为搅拌筒，所述传动装置为减速机。
优选地：所述电机或所述蓄能组件包括AC/DC转换器，所述电机通过所述AC/DC转换器连接于所述蓄能装置；和/或，所述蓄能装置包括用于与外部电源连接的接口，所述接口包括用于给所述蓄能装置充电的充电口和/或与所述电机相连以通过外部电源驱动所述电机作业的供电口。
通过上述技术方案，本发明的工程机械能够具有多种工作模式，其中包括分别通过主发动机和电机驱动行驶系统和作业系统，以确保主发动机和电机各自在经济高效区间工作，提高工作效率。
附图说明
图1是说明本发明的工程机械的一种实施方式的各主要部分的关系示意图；
图2是说明本发明的工程机械的另一种实施方式的各主要部分的关系示意图。
附图标记说明
10-主发动机，20-电机，30-蓄能装置，31-AC/DC转换器，32-接口，40-行驶系统，41-变速箱，42-行走装置，43-第二离合器，50-作业系统，51-执行机构，52-传动装置，60-第一离合器，70-控制装置，80-外部电源。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
本发明提供一种工程机械，其中，所述工程机械包括主发动机10、电机20、蓄能装置30、行驶系统40和作业系统50，所述电机20设置为能够用作电动机和发电机，以能够作为电动机驱动所述作业系统50并能够作为发电机向所述蓄能装置30提供电能，所述主发动机10设置为能够驱动所述行驶系统40并能够通过所述电机20发电。
本发明的工程机械能够具有多种工作模式，其中包括分别通过主发动机10和电机20驱动行驶系统40和作业系统50，以确保主发动机10和电机20各自在经济高效区间工作，提高工作效率。具体的，当需要进行停车作业时，主发动机10可以关闭，通过蓄能装置30向电机20提供电力，以通过电机20在其经济高效区间驱动作业系统50进行作业，提高了作业效率。
另外，本发明的工程机械还可以具有其他工作模式，这在下文进行详细说明。
其中，为通过主发动机10驱动行驶系统40，所述行驶系统40包括变速箱41并通过所述变速箱41与所述主发动机10连接。
可选的，为便于选择性地利用主发动机10通过电机20发电，所述工程机械包括第一离合器60，所述主发动机10设置为在所述第一离合器60接合的状态下通过所述电机20发电。
根据需要，第一离合器60可以设置在适当位置，以在适当情况下接合，并允许主发动机10通过电机20发电。
在此需要说明的是，本发明所述离合器是指能实现动力切断与接通的装置或机构，例如，可以是汽车行业广泛使用的各种离合器。
根据本发明的一种实施方式，如图1所示，所述主发动机10可以包括第一取力口和第二取力口，所述变速箱41连接于所述第一取力口，所述第一离合器60连接于所述第二取力口。在本实施方式中，变速箱41和第一离合器60分别通过第一取力口和第二取力口从主发动机10取力，以分别用于行驶系统40和作业系统50的驱动。其中，当第一离合器60断开接合时，主发动机10的全部输出可以通过第一取力口41提供给行驶系统40；当第一离合器60接合时，根据需要，可以从第二取力口将主发动机10的全部(行驶系统40停止操作时)或部分(行驶系统40和作业系统50同时操作时)输出提供给电机20。
根据本发明的另一种实施方式，如图2所示，所述行驶系统40可以包括第二离合器43，所述变速箱41通过所述第二离合器43连接于所述主发动机10，所述第一离合器60连接于所述变速箱41。在本实施方式中，主发动机10可以是不具有多个取力口的类型，主发动机10的输出可以在变速箱41处进行分配。
在图2所示的实施方式中，还可以通过电机20驱动变速箱41，以实现行驶系统40的电动驱动。并且，在行驶系统40制动时，还可以通过电机20回收制动能量，将机械能转换为电能存储在蓄能装置30中。
为便于实现工程机械的多个操作模式，所述工程机械包括用于控制所述蓄能装置30、所述行驶系统40、所述主发动机10和所述电机20中的至少一者的操作的控制装置70。
其中，根据所需控制的具体部件，控制装置70可以包括具体的元器件，例如可以包括电机控制器(控制电机20)、能量管理控制器(控制蓄能装置30)、离合器控制器(控制第一离合器60和/或第二离合器43)、变速箱控制器(控制变速箱41)、制动控制器(控制行驶系统40的制动器)等。
另外，控制装置70可以设置为根据行驶系统40和/或蓄能装置30的状态进行相应的控制，为此，所述工程机械包括用于检测所述行驶系统40和/或所述蓄能装置30的工作参数的检测装置，所述控制装置70设置为能够根据所述检测装置的反馈控制所述蓄能装置30、所述主发动机10和所述电机20中的至少一者的操作。
其中，根据所检测的工作参数，检测装置可以是各种适当类型，例如可以为行驶系统40的变速箱41的输出转速、扭矩、行驶系统40的行走装置42的车轮转速、蓄能装置30的电量、制动踏板的状态参数等。根据这些工作参数，控制装置70可以进行相应的控制。例如，当检测装置反馈行走装置42的车轮转速为0，则控制装置70判断此时为停车状态，当此时蓄能装置30的电量充足且通过作业系统50进行作业时，控制装置70可以控制蓄能装置30对电机20供电，以通过电机20驱动作业系统50工作。优选地，所述控制装置70设置为能够进行至少如下任意一种控制：
第一模式：通过所述主发动机10驱动所述行驶系统40；
第二模式：通过所述电机20驱动所述作业系统50；
第三模式：通过所述主发动机10带动所述电机20向所述蓄能装置30发电。
下面参考图1的实施方式详细说明上述各种模式的应用。
第一模式：此模式下通过主发动机10驱动行驶系统40，此时，第二离合器43接合。具体的能量传递路线为：主发动机10→第二离合器43→变速箱41→行走装置42。
第二模式：此模式用于工程机械的作业状态，此时通过蓄能装置30为电机20供电并通过电机20带动作业系统50。具体的能量传递路线为：蓄能装置30→电机20→作业系统50。这里，蓄能装置30可以外接电源，以将外接电源的电力提供给电机20。
第三模式：此模式通常用于工程机械的驻车状态，此时变速箱41挂空挡，工程机械处于停车状态，主发动机10此时用于带动电机20，以使蓄能装置30充电。具体的能量传递路线为：主发动机10→电机20→蓄能装置30。
其中，第三模式尤其适用于临时停车的情况(例如等红灯)，主发动机10无需空转或反复启停。
当然，上述模式也可以在互不干扰的情况下混合使用。例如，可以具有行驶作业模式：此时行驶系统40处于行驶状态且作业系统50处于作业状态(例如混凝土搅拌车在行驶过程中搅拌筒同时进行搅拌)。此时，混合了上述第一模式和第二模式，主发动机10用于驱动行驶系统40，蓄能装置30向电机20供电，电机20驱动作业系统50。再例如，还可以混合第一模式和第三模式，主发动机10驱动行驶系统40，同时通过电机20为蓄能装置30充电。
下面参考图2的实施方式说明上述各种模式的应用。
第一模式：此模式下通过主发动机10驱动行驶系统40，此时，第二离合器43接合。具体的能量传递路线为：主发动机10→第二离合器43→变速箱41→行走装置42。
第二模式：此模式用于工程机械的作业状态，此时通过蓄能装置30为电机20供电并通过电机20带动作业系统50。具体的能量传递路线为：蓄能装置30→电机20→作业系统50。这里，蓄能装置50可以外接电源，以将外接电源的电力提供给电机20。
第三模式：此模式用于工程机械的驻车状态，此时变速箱41可以挂空挡，工程机械处于停车状态，主发动机10此时用于带动电机20，以使蓄能装置30充电。具体的能量传递路线为：主发动机10→第二离合器43→变速箱41→第一离合器60→电机20→蓄能装置30。
其中，第三模式尤其适用于临时停车的情况(例如等红灯)，主发动机10无需空转或反复启停。
当然，上述模式也可以在互不干扰的情况下混合使用。例如可以具有行驶作业模式：此模式行驶系统40处于行驶状态且作业系统50处于作业状态(例如混凝土搅拌车在行驶过程中搅拌筒同时进行搅拌)。此时，混合了上述第一模式和第二模式，主发动机10用于驱动行驶系统40，蓄能装置30向电机20供电，电机20驱动作业系统50。
图2的实施方式中还可以增加其他模式，具体为：
驻车作业模式：此模式通过主发动机10驱动作业系统50，此时行驶系统40可以暂时停车状态(挂空挡)，主发动机10此时用于带动电机20，并通过电机20驱动作业系统50。具体的能量传递路线为：主发动机10→第二离合器43→变速箱41→第一离合器60→电机20→作业系统50。
行驶能量回收模式：此模式可以将回收行驶系统40在制动过程中的机械能回收并以电能形式存储在蓄能装置30中。具体的能量传递路线为：行驶装置42→变速箱41→第一离合器60→电机20→蓄能装置30。
电动行驶模式：此模式可以通过蓄能装置30的电能驱动行驶系统40。具体的能量传递路线为：蓄能装置30→电机20→第一离合器60→变速箱41→行驶装置42。
上述模式在不相互排斥的情况下也可以混合使用，例如，可以混合第二模式和电动行驶模式，此模式下，蓄能装置30可以用作应急(例如燃油不够)动力备份，同时驱动行驶系统40和作业系统50。
为便于电能的转换、存储，可以在蓄能装置30或电机20上设置相应的转换器。具体的，所述电机20或所述蓄能组件30包括AC/DC转换器31，所述电机20通过所述AC/DC转换器31连接于所述蓄能装置30，所述AC/DC转换器31能实现交流电和直流电双向转换的功能。
此外，为便于通过电能工作，所述工程机械可以包括用于与外部电源80连接的接口32，所述接口32包括用于给所述蓄能装置30充电的充电口和/或与所述电机20相连以通过外部电源驱动所述电机20作业的供电口。由此，在工程机械处于方便充电(有外部电源80)的状态下，可以通过充电口从外部电源80向蓄能装置30充电，并且可以通过供电口由电源向电机20直接供电而驱动作业系统。
此外，所述作业系统50包括执行机构51(例如搅拌筒、伸缩臂架等)和连接于所述执行机构51的传动装置52，所述传动装置52连接于所述电机20。其中，根据各种具体的执行机构51，传动装置52可以采用相应的形式。例如，当执行机构51为电动类型(例如搅拌筒)，则传动装置52可以为减速机；当执行机构51为液压驱动类型(例如伸缩臂架)，则传动装置52可以为油泵组件。
其中，当传动装置52为减速机等类型以驱动电动类型的执行机构51时，还可以增加作业能量回收模式，可以将作业系统50的制动过程中的机械能回收并以电能形式存储在蓄能装置30中。具体的能量传递路线为：执行机构51→传动装置52→电机20→蓄能装置30。以搅拌车为例，传动装置52为减速机，执行机构51为搅拌筒，当搅拌筒转速由高速降为低速或搅拌筒停止时，可以通过电机20回收在搅拌筒回转制动过程中的机械能，并存储在蓄能装置30中。
本发明中，可以先通过控制装置70判断蓄能装置30的电量状态，并根据所回收的机械能(例如行驶系统40、执行机构51的制动力等、主发动机10的状态)因素来控制对蓄能装置30充电的工作模式的选择和启用。
此外，本发明中，电机20还可以用作主发动机10的启动马达，具体的，第一离合器60部分地接合，蓄能装置40为电机20供电以使电机20向主发动机10提供扭矩(例如扭矩斜坡上升)，以启动主发动机10。当主发动机10的转速达到电机20的转速，即可完全接合第一离合器60。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。本发明包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械包括主发动机(10)、电机(20)、蓄能装置(30)、行驶系统(40)和作业系统(50)，所述电机(20)设置为能够用作电动机和发电机，以能够作为电动机驱动所述作业系统(50)并能够作为发电机向所述蓄能装置(30)提供电能，所述主发动机(10)设置为能够驱动所述行驶系统(40)并能够通过所述电机(20)发电。
2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械包括第一离合器(60)，所述主发动机(10)设置为在所述第一离合器(60)接合的状态下通过所述电机(10)发电，所述行驶系统(40)包括变速箱(41)并通过所述变速箱(41)与所述主发动机(10)连接。
3.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，所述主发动机(10)包括第一取力口和第二取力口，所述变速箱(41)连接于所述第一取力口，所述第一离合器(60)连接于所述第二取力口。
4.根据权利要求2所述的工程机械，其特征在于，所述行驶系统(40)包括第二离合器(43)，所述变速箱(41)通过所述第二离合器(43)连接于所述主发动机(10)，所述第一离合器(60)连接于所述变速箱(41)。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械包括用于控制所述蓄能装置(30)、所述行驶系统(40)、所述主发动机(10)和所述电机(20)中的至少一者的操作的控制装置(70)。
6.根据权利要求5所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械包括用于检测所述行驶系统(40)和/或所述蓄能装置(30)的工作参数的检测装置，所述控制装置(70)设置为能够根据所述检测装置的反馈控制所述蓄能装置(30)、所述主发动机(10)和所述电机(20)中的至少一者的操作。
7.根据权利要求5所述的工程机械，其特征在于，所述控制装置(70)设置为能够进行至少如下任意一种控制：
通过所述主发动机(10)驱动所述行驶系统(40)；
通过所述电机(20)驱动所述作业系统(50)；
通过所述主发动机(10)带动所述电机(20)向所述蓄能装置(30)发电。
8.根据权利要求5所述的工程机械，其特征在于，所述作业系统(50)包括执行机构(51)和连接于所述执行机构(51)的传动装置(52)，所述传动装置(52)连接于所述电机(20)。
9.根据权利要求8所述的工程机械，其特征在于，所述传动装置(52)包括减速机，所述电机(20)能够将所述作业系统(50)的制动能量回收并存储在所述蓄能装置(30)中；或者，所述传动装置(52)包括油泵组件。
10.根据权利要求9所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为搅拌车，所述执行机构(51)为搅拌筒，所述传动装置(52)为减速机。
11.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于：
所述电机(20)或所述蓄能组件(30)包括AC/DC转换器(31)，所述电机(20)通过所述AC/DC转换器(31)连接于所述蓄能装置(30)；
和/或，所述蓄能装置(30)包括用于与外部电源(80)连接的接口(32)，所述接口(32)包括用于给所述蓄能装置(30)充电的充电口和/或与所述电机(20)相连以通过外部电源驱动所述电机(20)作业的供电口。
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