本實(shí)用新型涉及地下礦山開采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于地下礦山開采的、由動(dòng)力電池提供能源、由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)外地下礦山開采中使用的鏟運(yùn)機(jī)以柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)為主，柴油機(jī)所排出的廢氣、煙霧、熱輻射及噪聲等嚴(yán)重地污染了地下礦山的作業(yè)環(huán)境，為使礦山作業(yè)環(huán)境合乎衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)條件，需要采用低污染柴油機(jī)并加裝尾氣凈化裝置，除此之外，還需要增加強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)施，加大地下通風(fēng)量來稀釋柴油機(jī)尾氣并將其排出地下巷道之外，從而使礦山通風(fēng)費(fèi)用成倍增加。

為了解決內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)排氣污染問題，早在20世紀(jì)60年代，國外公司開始探索、開發(fā)地下鏟運(yùn)機(jī)以期替代內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)。地下鏟運(yùn)機(jī)不存在柴油機(jī)尾氣排放污染問題，噪聲水平比內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)一般也要低30dB左右，同時(shí)，地下鏟運(yùn)機(jī)沒有額外的通風(fēng)要求也節(jié)省了通風(fēng)費(fèi)用。但是，地下鏟運(yùn)機(jī)的缺點(diǎn)是拖曳電纜嚴(yán)重限制了機(jī)器的機(jī)動(dòng)性和活動(dòng)范圍，此外，拖曳電纜也造成了地下鏟運(yùn)機(jī)需要定期更換電纜，從而給礦山開采增加了后期使用費(fèi)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于，結(jié)合地下采礦行業(yè)對環(huán)境保護(hù)的嚴(yán)格要求，同時(shí)避免普通地下鏟運(yùn)機(jī)機(jī)動(dòng)性缺點(diǎn)，采用電動(dòng)汽車行業(yè)比較成熟的動(dòng)力電池技術(shù)，結(jié)合變頻電機(jī)、逆變器等新興技術(shù)，開發(fā)一種動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的新型地下鏟運(yùn)機(jī)。

本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)，包括：工作裝置，其安裝在所述地下鏟運(yùn)機(jī)的車體前側(cè)；動(dòng)力電池包，其安裝在所述地下鏟運(yùn)機(jī)的后車架的后部，用于對所述地下鏟運(yùn)機(jī)供電；第一動(dòng)力系統(tǒng)，其安裝在所述后車架的中部，用于驅(qū)動(dòng)所述地下鏟運(yùn)機(jī)行走；傳動(dòng)系統(tǒng)，其用于傳遞所述第一動(dòng)力系統(tǒng)輸出的動(dòng)力；第二動(dòng)力系統(tǒng)，其用于驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)；以及整車控制系統(tǒng)，其用于采集所述地下鏟運(yùn)機(jī)的各個(gè)元件的工作狀態(tài)參數(shù)并控制所述各個(gè)元件的工作狀態(tài)，其中，所述第一動(dòng)力系統(tǒng)包括相連接的第一逆變器和第一變頻電機(jī)，所述第一逆變器根據(jù)油門踏板的行程來調(diào)節(jié)所述第一變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)所述車體的速度調(diào)整，并且所述第一逆變器根據(jù)所述車體需要的驅(qū)動(dòng)力的大小來調(diào)整輸出電流以調(diào)整所述第一變頻電機(jī)的扭矩從而滿足所述車體的牽引力的變化需求。

進(jìn)一步地，所述第二動(dòng)力系統(tǒng)包括依次相連接的第二逆變器、第二變頻電機(jī)和齒輪箱，所述第二逆變器根據(jù)所述液壓系統(tǒng)需要的驅(qū)動(dòng)功率來調(diào)整其輸出電流從而調(diào)整所述第二變頻電機(jī)的輸出功率，所述第二變頻電機(jī)輸出的動(dòng)力通過所述齒輪箱對所述液壓系統(tǒng)中的多個(gè)液壓泵分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括變速箱，所述變速箱根據(jù)所述車體的行走速度及油門踏板的行程來調(diào)整所述變速箱的檔位以改變所述車體的行走速度。

進(jìn)一步地，所述整車控制系統(tǒng)包括控制器和分別設(shè)置于所述各個(gè)元件中的傳感器，所述傳感器采集所述各個(gè)元件的工作狀態(tài)參數(shù)，所述控制器對所述傳感器采集的所述參數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算及監(jiān)控，并根據(jù)所述邏輯運(yùn)算的結(jié)果對所述各個(gè)元件的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，所述地下鏟運(yùn)機(jī)還包括顯示系統(tǒng)，其用于實(shí)時(shí)顯示所述各個(gè)元件的工作狀態(tài)信息以及報(bào)警信息。

進(jìn)一步地，所述地下鏟運(yùn)機(jī)還包括冷卻系統(tǒng)，其用于冷卻所述第一動(dòng)力系統(tǒng)、所述傳動(dòng)系統(tǒng)、所述第二動(dòng)力系統(tǒng)以及所述液壓系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)，其能源供給采用動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)，解決了內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)排氣污染問題，同時(shí)避免普通地下鏟運(yùn)機(jī)機(jī)動(dòng)性缺點(diǎn)；其動(dòng)力驅(qū)動(dòng)采用變頻電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制并能夠有效地提高用于驅(qū)動(dòng)的變頻電機(jī)的效率；其傳動(dòng)系統(tǒng)包括變速箱而不包括變矩器，變速箱和第一動(dòng)力系統(tǒng)的變頻電機(jī)配合以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，從而提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率；其行走驅(qū)動(dòng)(第一動(dòng)力系統(tǒng))和液壓驅(qū)動(dòng)(第二動(dòng)力系統(tǒng))分離且可各自運(yùn)行，從而能夠有效地節(jié)省鏟運(yùn)機(jī)的能源消耗。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)的立體示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但不作為對本實(shí)用新型的限定。

參考圖1和圖2對本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行描述，其中圖1為本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)的立體示意圖，圖2為本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖1所示，本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)包括安裝在所述地下鏟運(yùn)機(jī)的車體前側(cè)的鏟斗1和舉升動(dòng)臂2、前后連接的前車架3和后車架4、用于驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)12的第二動(dòng)力系統(tǒng)5、安裝在后車架4的中部用于驅(qū)動(dòng)地下鏟運(yùn)機(jī)行走的第一動(dòng)力系統(tǒng)6、用于將第一動(dòng)力系統(tǒng)6輸出的動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)系統(tǒng)10、安裝在后車架4的后部用于對地下鏟運(yùn)機(jī)供電的動(dòng)力電池包7、用于整車控制的整車控制系統(tǒng)11、以及照明系統(tǒng)8、冷卻系統(tǒng)9、和顯示系統(tǒng)13。

鏟斗1和舉升動(dòng)臂2共同構(gòu)成地下鏟運(yùn)機(jī)的工作裝置，其安裝在車體的前側(cè)，以利于鏟運(yùn)機(jī)的鏟、裝、卸等工作動(dòng)作。

動(dòng)力電池包7安裝在后車架4的后部，其采用多個(gè)磷酸鐵鋰電芯串聯(lián)連接以達(dá)到鏟運(yùn)機(jī)工作所需的能量，采用BMS系統(tǒng)對電芯進(jìn)行監(jiān)控、管理并加裝必要的安全保護(hù)措施。經(jīng)過模擬地下鏟運(yùn)機(jī)的各種工況，同時(shí)結(jié)合計(jì)算各種工作過程中的能量消耗，來匹配動(dòng)力電池包7的合理能量。此外，動(dòng)力電池包7還可以加裝滅火系統(tǒng)以防止電池使用過程中由于放電電流瞬間增大、線路短路、電芯短路等引起的火災(zāi)。優(yōu)選地，可采用鋰離子動(dòng)力電池包來進(jìn)行能源供給，其性能能夠滿足地下鏟運(yùn)機(jī)的要求。

如圖2所示，第一動(dòng)力系統(tǒng)6安裝在后車架4的中部，包括相連接的第一逆變器6-1和第一變頻電機(jī)6-2，其需要匹配合適的第一逆變器6-1和第一變頻電機(jī)6-2以滿足整車行走的需求。第一逆變器6-1根據(jù)油門踏板的行程來調(diào)節(jié)第一變頻電機(jī)6-2的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)整車的速度調(diào)整，并且第一逆變器6-1根據(jù)整車需要的驅(qū)動(dòng)力的大小來調(diào)整輸出電流以調(diào)整第一變頻電機(jī)6-2的扭矩，從而滿足整車的牽引力的變化需求。

傳統(tǒng)電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)一般采用普通交流電機(jī)，不能對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效控制，而本實(shí)用新型中的第一動(dòng)力系統(tǒng)中采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)對變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速的控制，從而可以有效地提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率。

如圖2所示，傳動(dòng)系統(tǒng)10包括變速箱10-1、前車橋10-2、后車橋10-3、以及彈性聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸(圖中未示出)等。變速箱10-1根據(jù)整車的行走速度以及油門踏板的行程來調(diào)整變速箱10-1的檔位，以改變整車的行走速度。

區(qū)別于傳統(tǒng)柴油鏟運(yùn)機(jī)和電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)的變速箱加變矩器的傳動(dòng)系統(tǒng)，本實(shí)用新型中的傳動(dòng)系統(tǒng)不包括變矩器，其通過變速箱和鏟運(yùn)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(即本實(shí)用新型中的第一變頻電機(jī))的配合來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，通過在換擋過程中控制、調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速來匹配變速箱的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，從而成功地消除了換擋過程中的沖擊現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了在沒有變矩器的情況下也能夠解決換擋過程中的沖擊問題。相比于具有變矩器的傳動(dòng)系統(tǒng)，其將傳動(dòng)系統(tǒng)的效率提高了20％左右。

如圖2所示，第二動(dòng)力系統(tǒng)5包括依次相連接的第二逆變器5-1、第二變頻電機(jī)5-2和齒輪箱5-3。第二逆變器5-1根據(jù)液壓系統(tǒng)12需要的驅(qū)動(dòng)功率來調(diào)整其輸出電流，從而調(diào)整第二變頻電機(jī)5-2的輸出功率。第二變頻電機(jī)5-2輸出的動(dòng)力通過齒輪箱5-3對液壓系統(tǒng)12中的多個(gè)液壓泵分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

例如，在圖2所示的液壓系統(tǒng)12中，包括四個(gè)液壓泵，分別為用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)12-2的轉(zhuǎn)向液壓泵12-1、用于驅(qū)動(dòng)舉升傾倒子系統(tǒng)12-4的舉升傾倒液壓泵12-3、用于驅(qū)動(dòng)制動(dòng)子系統(tǒng)12-6的制動(dòng)液壓泵12-5、用于驅(qū)動(dòng)變速箱潤滑子系統(tǒng)12-8的變速箱潤滑液壓泵12-7。齒輪箱5-3可以將輸入的一路動(dòng)力轉(zhuǎn)換為如圖所示的兩路輸出，其中一路用來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向液壓泵12-1和舉升傾倒液壓泵12-3，另一路用來驅(qū)動(dòng)制動(dòng)液壓泵12-5和變速箱潤滑液壓泵12-7。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，齒輪箱5-3還可以將輸入的一路動(dòng)力轉(zhuǎn)換為其他個(gè)數(shù)的多路，以分別用于驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)12中的多個(gè)液壓泵。

如上所述，本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)，其包括兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)，即用于行走驅(qū)動(dòng)的第一動(dòng)力系統(tǒng)和用于液壓驅(qū)動(dòng)的第二動(dòng)力系統(tǒng)，兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)分離且可各自運(yùn)行，從而能夠有效地節(jié)省鏟運(yùn)機(jī)的能源消耗。

此外，整車控制系統(tǒng)11用于采集地下鏟運(yùn)機(jī)的各個(gè)元件的工作狀態(tài)參數(shù)并控制各個(gè)元件的工作狀態(tài)。整車控制系統(tǒng)包括控制器和分別設(shè)置于各個(gè)元件中的傳感器，傳感器采集各個(gè)元件的工作狀態(tài)參數(shù)，控制器對傳感器采集的參數(shù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算及監(jiān)控，并根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果對各個(gè)元件的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。顯示系統(tǒng)13用于實(shí)時(shí)顯示各個(gè)元件的工作狀態(tài)信息以及報(bào)警信息。

冷卻系統(tǒng)9用于冷卻第一動(dòng)力系統(tǒng)6、傳動(dòng)系統(tǒng)10、第二動(dòng)力系統(tǒng)5以及液壓系統(tǒng)12。例如，為第一變頻電機(jī)6-2、第一逆變器6-1、第二變頻電機(jī)5-2、第二逆變器5-1、變速箱10-1、以及液壓系統(tǒng)12提供冷卻，以保證這些元件處于最佳工作狀態(tài)。

本實(shí)用新型的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)，針對地下礦山開采應(yīng)用開發(fā)，采用新型動(dòng)力電池為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，提供安全可靠的動(dòng)力保障。相對于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的地下鏟運(yùn)機(jī)，在消除地下巷道尾氣排放污染、降低環(huán)境噪音、降低通風(fēng)費(fèi)用及為操作者提供舒適的操作界面等方面優(yōu)勢明顯。

以上具體實(shí)施方式僅為本實(shí)用新型的示例性實(shí)施方式，不能用于限定本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本實(shí)用新型做出各種修改或等同替換，這些修改或等同替換也應(yīng)視為落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。