壓縮空氣與內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力電傳動(dòng)礦用汽車的制作方法
【專利說明】壓縮空氣與內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力電傳動(dòng)礦用汽車
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及礦用機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種由壓縮空氣與內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力電傳動(dòng)礦用汽車。
【背景技術(shù)】
[0003]電傳動(dòng)礦用汽車是指采用柴電動(dòng)力，載重為100噸到400噸，內(nèi)燃機(jī)功率在895Kw-2737KW的大型非公路運(yùn)輸車輛，運(yùn)輸效率高，但燃油消耗量巨大。分析其運(yùn)行工況，可概括為以下三個(gè)特點(diǎn):一是行駛路線固定，二是長距離坡道，三是最佳經(jīng)濟(jì)行駛距離為2-5公里。由于長期以來采礦業(yè)利潤較高，且缺乏節(jié)能技術(shù)研發(fā)動(dòng)力，因此，自上世紀(jì)70年代電傳動(dòng)礦用汽車誕生以來，除了由交流傳動(dòng)技術(shù)取代直流傳動(dòng)技術(shù)之外，在節(jié)能技術(shù)上并沒有重大的技術(shù)進(jìn)步。隨著采礦行業(yè)低迷，加上國內(nèi)外礦用汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，采用有效節(jié)能技術(shù)，降低運(yùn)輸成本勢(shì)在必行。
[0004]電傳動(dòng)礦用汽車行駛路線為固定的長距離上下坡道，其制動(dòng)時(shí)均采用電制動(dòng)方式，制動(dòng)功率是內(nèi)燃機(jī)功率1.1-1.4倍。由于在下坡工況產(chǎn)生的勢(shì)能巨大且時(shí)間較短，因此，還沒有有效的能量回收技術(shù)。傳統(tǒng)的礦用汽車采用制動(dòng)電阻產(chǎn)熱的方式把勢(shì)能耗散掉，從而到達(dá)制動(dòng)的目的，而制動(dòng)電阻所占空間較大，不宜于其他部件的布置。
[0005]目前，電傳動(dòng)車輛能量回收的方式主要有蓄電池和超級(jí)電容。純電動(dòng)汽車EV與混合動(dòng)力電動(dòng)汽車HEV采用鋰離子動(dòng)力電池作為儲(chǔ)能元件，相比于鎳氫電池與鉛酸電池，具有能量密度高，低溫性能好等特點(diǎn)。電傳動(dòng)礦用汽車的最大經(jīng)濟(jì)運(yùn)距為5公里，下坡運(yùn)行時(shí)間為6-12分鐘，而目前市場(chǎng)上的鋰離子動(dòng)力電池的充電倍率為1C，也就是說要一個(gè)小時(shí)的時(shí)間才能充滿電能；另一個(gè)問題是循環(huán)壽命，礦用汽車每天下坡運(yùn)行12次左右，每年按310天出勤率，一年要3720次，而鋰離子動(dòng)力電池的循環(huán)次數(shù)為1000次左右。輸出功率為400Kw，連續(xù)放電時(shí)間為I小時(shí)的鋰離子動(dòng)力電池的重量為4.5噸，體積為3.2立方米，因此，無論從充電時(shí)間、壽命還是體積上鋰離子電池都無法滿足電傳動(dòng)礦用汽車的要求。
[0006]超級(jí)電容充電10分鐘以內(nèi)可達(dá)到其額定容量的95%以上，且循環(huán)使用壽命長，深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)I?50萬次，但超級(jí)電容與鋰離子動(dòng)力電池一樣，價(jià)格昂貴且體積大，400Kw超級(jí)電容重量在5噸左右，作為儲(chǔ)能元件，其節(jié)省的燃油與購買的成本相比，在車輛的整個(gè)壽命周期內(nèi)，很難看到明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:本發(fā)明提供一種壓縮空氣與內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力電傳動(dòng)礦用汽車，以解決礦用車長距離下坡時(shí)能量的有效回收與利用問題，降低礦用汽車燃油消耗量。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種壓縮空氣與內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力電傳動(dòng)礦用汽車，包括減速器、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、整流驅(qū)動(dòng)器、發(fā)電機(jī)、分動(dòng)箱、內(nèi)燃機(jī)和空氣壓縮機(jī)，其中所述礦用汽車載重量為100噸至400噸；所述車輛在長距離下坡工況時(shí)，減速器把勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能la、2a，傳遞給電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)高于正向電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)把機(jī)械能Ia、2a轉(zhuǎn)化為電能3a、4a，輸出至驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器把電能(3a、4a)經(jīng)直流母線輸出至整流驅(qū)動(dòng)器，該整流驅(qū)動(dòng)器輸出三相交流電7a驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，使發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，把電能3a、4a轉(zhuǎn)換成新的機(jī)械能，該新的機(jī)械能分為三部分輸出，第一部分機(jī)械能輸出到傳動(dòng)系的冷卻系統(tǒng)，第二部分機(jī)械能通過所述分動(dòng)箱反拖所述內(nèi)燃機(jī)，第三部分機(jī)械能通過所述分動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)所述空氣壓縮機(jī)；
進(jìn)一步地，所述第一部分機(jī)械能輸出到傳動(dòng)系的冷卻系統(tǒng)，具體為所述發(fā)電機(jī)同軸風(fēng)扇把該第一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)能，其中一部分風(fēng)能輸入至所述發(fā)電機(jī)，對(duì)所述發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻，另一部分風(fēng)能分別進(jìn)入所述電動(dòng)機(jī)，對(duì)所述電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻；
進(jìn)一步地，所述第二部分機(jī)械能通過所述分動(dòng)箱反拖所述內(nèi)燃機(jī)，使所述內(nèi)燃機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)，所述內(nèi)燃機(jī)一方面為機(jī)械制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和弱電系統(tǒng)提供動(dòng)力，另一方面為制動(dòng)提供15%的阻力矩，且所述內(nèi)燃機(jī)燃油消耗為零；
進(jìn)一步地，所述第三部分機(jī)械能通過所述分動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)所述空氣壓縮機(jī)，在所述整流驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，所述第三部分機(jī)械能通過所述分動(dòng)箱輸出機(jī)械能11a，驅(qū)動(dòng)所述空氣壓縮機(jī)，使空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生30Mpa的高壓氣體12a，存儲(chǔ)到壓縮空氣存儲(chǔ)裝置；
進(jìn)一步地，所述壓縮空氣存儲(chǔ)裝置為所述礦用汽車車架矩形空腔，該車架矩形空腔由所述礦用汽車的左右兩根車架組成，該車架作為承重部件其為縱向空心的梁，該梁的截面為矩形；
進(jìn)一步地，在牽引工況時(shí)，所述壓縮空氣存儲(chǔ)裝置直接輸出壓縮空氣12b至所述空氣壓縮機(jī)，使所述空氣壓縮機(jī)輸出機(jī)械能I Ib，所述內(nèi)燃機(jī)輸出機(jī)械能9b，上述機(jī)械能I Ib和機(jī)械能9b在所述分動(dòng)箱中親合，驅(qū)使所述分動(dòng)箱輸出機(jī)械能8b驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)；
進(jìn)一步地，所述發(fā)電機(jī)輸出三相交流電7b至所述整流驅(qū)動(dòng)器，所述整流驅(qū)動(dòng)器在所述牽引工況下起整流作用；
進(jìn)一步地，所述整流驅(qū)動(dòng)器輸出直流電至直流母線，再通過所述驅(qū)動(dòng)器逆變成三相交流電3b、4b;
進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)器通過所述三相交流電驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能Ib、2b至所述減速器。
[0009]有益效果
本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了礦用車長距離下坡時(shí)零燃油消耗，對(duì)下坡勢(shì)能可以進(jìn)行有效的回收，不再以熱的形式耗散，一方面驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮氣體，一方面為冷卻提供動(dòng)力；在牽引工況，利用回收的能量與內(nèi)燃機(jī)能量共同輸出，從而有效解決了電傳動(dòng)礦用汽車能量回收與循環(huán)利用問題，降低了礦用汽車燃油消耗量及排放。
[0010]根據(jù)下面參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它特征及方面將變得清楚。
【附圖說明】
[0011]包含在說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。
[0012]圖1為本發(fā)明一種壓縮空氣與內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力電傳動(dòng)礦用汽車能量傳遞圖；
圖2為所述的能量分配圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0014]如附圖1-2所示，一種壓縮空氣與內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力電傳動(dòng)礦用汽車，所述礦用汽車在長距離下坡工況，輪邊減速器1、2把勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能la、2a，傳遞給電動(dòng)機(jī)1、2，當(dāng)電動(dòng)機(jī)1、2反電動(dòng)勢(shì)高于正向電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)1、2把機(jī)械能I a、2a轉(zhuǎn)化為電能3a、4a，輸出至驅(qū)動(dòng)器1、2，驅(qū)動(dòng)器1、2把電能輸出至直流母線5a、6a，進(jìn)入整流驅(qū)動(dòng)器，此時(shí)，整流驅(qū)