一种分布式混合动力单轨吊控制方法
阅读说明：本技术 一种分布式混合动力单轨吊控制方法 (Distributed hybrid power monorail crane control method ) 是由 阴妍 鲍久圣 王旭 胡恒振 郑珹之 戚兆伟 胡格格 魏肖 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种分布式混合动力单轨吊控制方法,包括驾驶室、起吊梁、轨道、整车控制器、油液动力系统和电液动力系统；行驶过程中需求转矩为T-(r),转矩最佳工作区间为T-(e-min)-T-(e-max)；当T-(r)＜T-(e-min)时,为纯电机驱动模式；当T-(e-min)<T-(r)<T-(e-max)时,为纯燃油驱动模式；当T-(r)>T-(e-max)时,为混合动力驱动模式。本发明结合单轨吊的结构特点在单轨吊机车上设置两套动力源系统,使得整车具备多段、多动力源驱动的动力特点,能够产生更加强劲、稳定的动力,能够解决单轨吊急加速、爬陡坡、高速行驶时动力不足问题。(The invention discloses a distributed hybrid power monorail crane control method, which comprises a cab, a lifting beam, a track, a vehicle control unit, an oil power system and an electro-hydraulic power system, wherein the cab is provided with a crane boom; the required torque during running is T r The torque optimum operating range is T e_min ‑T e_max (ii) a When T is r ＜T e_min When the system is in the pure electric motor driving mode; when T is e_min <T r <T e_max When the fuel is in the pure fuel driving mode; when T is r >T e_max When it is, the hybrid drive mode is selected. The invention combines the structural characteristics of the monorail crane to arrange two sets of power source systems on the monorail crane vehicle, so that the whole vehicle has multi-section and multi-power-source driven motionThe power characteristics can produce more powerful and stable power, and can solve the problem of insufficient power when the monorail crane is accelerated rapidly, climbs a steep slope and runs at high speed.)
技术领域
本发明涉及一种混合动力单轨吊，具体涉及一种分布式混合动力单轨吊控制方法。
背景技术
现代煤矿为了提高辅助运输效率，不断投入使用无轨胶轮车、齿轨车、卡轨车及单轨吊四大高效辅助运输设备。但我国多数煤矿巷道环境复杂，底板环境不佳，因此无轨胶轮车、卡轨车、齿轮车三类对巷道底板要求较高的辅助运输设备应用受限。由于单轨吊是一种悬挂在巷道顶部的不经转载便能实现连续运输的辅助运输设备，对巷道底部要求较低。因此相对其他三类高效辅助运输，单轨吊适用性更强，更适合于推广应用。
现代单轨吊设备以防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊应用为主，其中柴油机式单轨吊动力充足、承载能力强等优点，但存在噪声大、污染排放高，严重影响了驾驶人员身体健康；蓄电池式单轨吊采用蓄电池作为动力源，最大优点是清洁无污染，但受电池比能影响，其续航能力、承载能力等都较差。目前单轨吊在井下实际行驶速度大都在2m/s以下，与未来煤矿高效化运输主题相悖。
因此为了解决上述问题，我国学者以混合动力技术为支撑对单轨吊动力系统展开了研究。传统混合动力系统分为串联式、并联式、混联式。申请号为201410496468.4，名为“油电混合动力单轨吊及其动力输出控制方法”的发明专利，公开发明了一种单轨吊混合动力系统。该发明提出的是一种串联式混合动力系统，柴油机不参与直接驱动，电动机作为唯一动力输出源，无法提高单轨吊行驶速度；其次，在重载及爬坡工况下，柴油发动机并不直接为驱动部提供动力，而是将燃油化学能通过发电机转化为电能为电动机提供动力，再通过电动机转化为机械能进行驱动，能量存在多级转化，损耗较大。申请号为202011463652.0，名为“煤矿运输系统的混合动力单轨吊”的发明专利，公开发明一种广义混合动力单轨吊，采用钢丝绳加蓄电池型单轨吊的组合形式，提高了运输效率和承载能力，但由于外设动力源，对巷道弯度要求较高，整套系统机动性差。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种分布式混合动力单轨吊控制方法，可以根据不同工况实现电动机单独驱动、柴油发动机单独驱动以及混合动力驱动三种模式的切换，能够解决单一动力源所存在的问题，且满足单轨吊高速行驶时的动力需求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种分布式混合动力单轨吊，包括驾驶室、起吊梁和轨道，驾驶室、起吊梁顶部分别通过承载小车与轨道连接；还包括整车控制器、油液动力系统和电液动力系统；
油液动力系统包括发动机控制器、防爆柴油发动机、离合器、防爆发电机、主液压泵、主液压驱动部和第一防爆集装箱；发动机控制器、防爆柴油发动机、离合器、防爆发电机和主液压泵设置在第一防爆集装箱内部，主液压驱动部设置在第一防爆集装箱上顶面，第一防爆集装箱通过主液压驱动部与轨道连接；
电液动力系统包括防爆动力电池组、电机控制器、变频器、防爆电动机、副液压泵站、副液压驱动部和第二防爆集装箱，防爆动力电池组、电机控制器、变频器、防爆电动机和副液压泵站设置在第二防爆集装箱内部，副液压驱动部设置在第二防爆集装箱上顶面，第二防爆集装箱通过副液压驱动部与轨道连接；
整车控制器设置在第二防爆集装箱外部，整车控制器与发动机控制器、电机控制器、防爆动力电池组电连接。
进一步的，所述发动机控制器与防爆柴油发动机、防爆动力电池组电连接，防爆柴油发动机与主液压泵连接，主液压泵与主液压驱动部液压连接，防爆柴油发动机与防爆发电机通过离合器连接，防爆发电机与防爆动力电池组电连接。
进一步的，所述电机控制器与防爆动力电池组和变频器电连接，变频器与防爆电动机电连接，防爆电动机与副液压泵站连接，副液压泵站与副液压驱动部液压连接。
进一步的，所述防爆动力电池组选取防爆蓄电池组或者防爆锂电池组等充放电性能较好的动力电池组。
进一步的，所述防爆电动机选取防爆永磁同步电动机。
进一步的，所述驾驶室有两个，两个驾驶室之间依次设置油液动力系统、起吊梁和电液动力系统。
进一步的，所述驾驶室、油液动力系统、起吊梁和电液动力系统之间通过连接杆两两相连。
一种分布式混合动力单轨吊控制方法，设定单轨吊在行驶过程中需求转矩为Tr，防爆柴油发动机转矩最佳工作区间为Te_min- Te_max；当Tr ＜ Te_min时，为纯电机驱动模式；当Te_min < Tr< Te_max时，为纯燃油驱动模式；当Tr > Te_max时，为混合动力驱动模式。
进一步的，当单轨吊行驶过程中所需转矩在防爆柴油发动机最佳工作区间Te_min <Tr < Te_max时，整车控制器通过电机控制器断开防爆电动机动力源，停止电液动力系统工作，同时整车控制器下达指令给发动机控制器控制防爆柴油发动机工作，带动主液压泵站为主液压驱动部提供动力，完成工作，此时单轨吊以油液动力系统工作，为纯燃油模式；
当单轨吊行驶过程中所需转矩Tr > Te_max时，整车控制器下达指令给电机控制器控制防爆动力电池组经变频器为防爆电动机提供电力，防爆电动机带动副液压泵站为副液压驱动部提供动力，使电液动力系统工作，同时整车控制器下达指令给发动机控制器控制防爆柴油发动机工作，带动主液压泵站为主液压驱动部提供动力，完成工作，此时单轨吊动力系统为油液混合驱动系统；
当单轨吊启动阶段或所需转矩Tr ＜ Te_min时，整车控制器下达指令给电机控制器控制防爆动力电池组经变频器为防爆电动机提供电力，防爆电动机带动副液压泵站为副液压驱动部提供动力，使电液动力系统工作，同时整车控制器通过发动机控制器控制防爆柴油发动机停止工作，此时单轨吊以电液动力系统工作，为纯电模式。
与现有技术相比，本发明在单轨吊上布置分布式混合动力系统，在起吊梁两侧分别放置油液动力系统和电液动力系统，即可实现双动力系统同时工作，又可实现单动力系统工作，两套动力系统、多段驱动的设计将为单轨吊提供稳定且强劲的动力保障。除此之外，本发明分布式混合动力单轨吊具备行车充电功能，大大提高了单轨吊续航时间。通过双动力系统的配合，能够保障发动机始终工作在高效区域，极大降低了污染排放，同时保证动力电池组处于最佳充放电区域，大大提高了单轨吊动力性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明混合动力系统连接原理图；
图中：1、驾驶室，2、油液动力系统，201、发动机控制器，202、防爆柴油发动机，203、离合器，204、防爆发电机，205、主液压泵站，206、主液压驱动部，207、第一防爆集装箱，3、承载小车，4、起吊梁，5、连接杆，6、整车控制器，7、电液动力系统，701、防爆动力电池组，702、电机控制器，703、变频器，704、防爆电动机，705、副液压泵站，706、副液压驱动部，707、第二防爆集装箱，8、轨道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提供一种技术方案：
包括驾驶室1、起吊梁4和轨道8，轨道8设置在井下巷道顶面，驾驶室1、起吊梁4顶部分别通过承载小车3与轨道8连接，挂在轨道8上。还包括整车控制器6、油液动力系统2和电液动力系统7。
油液动力系统2包括发动机控制器201、防爆柴油发动机202、离合器203、防爆发电机204、主液压泵205、主液压驱动部206和第一防爆集装箱207；为了集成化安装，发动机控制器201、防爆柴油发动机202、离合器203、防爆发电机204和主液压泵205设置在第一防爆集装箱207内部，主液压驱动部206设置在第一防爆集装箱207上顶面，第一防爆集装箱207通过主液压驱动部206与轨道8连接；发动机控制器201与防爆柴油发动机202、防爆动力电池组701电连接，防爆柴油发动机202与主液压泵205连接，主液压泵205与主液压驱动部206液压连接，防爆柴油发动机202与防爆发电机204通过离合器203连接，防爆发电机204与防爆动力电池组701电连接。
电液动力系统7包括防爆动力电池组701、电机控制器702、变频器703、防爆电动机704、副液压泵站705、副液压驱动部706和第二防爆集装箱707，为了集成化安装，防爆动力电池组701、电机控制器702、变频器703、防爆电动机704和副液压泵站705设置在第二防爆集装箱707内部，副液压驱动部706设置在第二防爆集装箱707上顶面，第二防爆集装箱707通过副液压驱动部706与轨道8连接；电机控制器702与防爆动力电池组701和变频器703电连接，变频器703与防爆电动机704电连接，防爆电动机704与副液压泵站705连接，副液压泵站705与副液压驱动部706液压连接。
整车控制器6设置在第二防爆集装箱707外部，整车控制器6与发动机控制器201、电机控制器702、防爆动力电池组701电连接；整车控制器6通过发动机控制器201控制防爆柴油发动机202为主液压泵205提供动力；主液压泵205为主液压驱动部206提供液压动力；整车控制器6通过电机控制器702和变频器703控制防爆电动机704为副液压泵站705提供动力；副液压泵站705为副液压驱动部706提供液压动力。
为了保证整个机构的正常工作及受力平衡，驾驶室1有两个且分别置于单轨吊两端。为了牵引力的均衡，两个驾驶室1之间依次设置油液动力系统2、起吊梁4和电液动力系统7。驾驶室1、油液动力系统2、起吊梁4和电液动力系统7之间通过连接杆5两两相连。
设定单轨吊在行驶过程中需求转矩为Tr，防爆柴油发动机202转矩最佳工作区间为Te_min- Te_max。
当单轨吊行驶过程中所需转矩在防爆柴油发动机202最佳工作区Te_min < Tr <Te_max时，整车控制器6通过电机控制器702断开防爆电动机704动力源，停止电液动力系统7工作，同时整车控制器6下达指令给发动机控制器201控制防爆柴油发动机202工作，带动主液压泵站205为主液压驱动部206提供动力，完成工作，此时单轨吊以油液动力系统2工作，为纯燃油模式。
当单轨吊行驶过程中所需转矩Tr > Te_max时，整车控制器6下达指令给电机控制器702控制防爆动力电池组701经变频器703为防爆电动机704提供电力，防爆电动机704带动副液压泵站705为副液压驱动部706提供动力，使电液动力系统7工作，同时整车控制器6下达指令给发动机控制器201控制防爆柴油发动机202工作，带动主液压泵站205为主液压驱动部206提供动力，完成工作，此时单轨吊动力系统为油液混合驱动系统。
当单轨吊启动阶段或所需转矩Tr ＜ Te_min时，整车控制器6下达指令给电机控制器702控制防爆动力电池组701经变频器703为防爆电动机704提供电力，防爆电动机704带动副液压泵站705为副液压驱动部706提供动力，使电液动力系统7工作，同时整车控制器6通过发动机控制器201控制防爆柴油发动机202停止工作，此时单轨吊以电液动力系统7工作，为纯电模式。
设定防爆动力电池组701的SOC值可允许充放电范围为SOClow- SOChigh。
当防爆动力电池组701的SOC < SOClow时，整车控制器6通过发动机控制器201控制离合器203与防爆柴油发动机202和防爆发电机204连接，使得防爆柴油发动机202带动防爆发电机204为防爆动力电池组701充电，此时单轨吊为行车充电模式。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
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