动力电池驱动的地下铲运机的制作方法

本实用新型涉及地下矿山开采技术领域，特别涉及一种应用于地下矿山开采的、由动力电池提供能源、由变频电机驱动的地下铲运机。

背景技术：

目前，国内外地下矿山开采中使用的铲运机以柴油机驱动的内燃铲运机为主，柴油机所排出的废气、烟雾、热辐射及噪声等严重地污染了地下矿山的作业环境，为使矿山作业环境合乎卫生标准条件，需要采用低污染柴油机并加装尾气净化装置，除此之外，还需要增加强制通风设施，加大地下通风量来稀释柴油机尾气并将其排出地下巷道之外，从而使矿山通风费用成倍增加。

为了解决内燃铲运机排气污染问题，早在20世纪60年代，国外公司开始探索、开发地下铲运机以期替代内燃铲运机。地下铲运机不存在柴油机尾气排放污染问题，噪声水平比内燃铲运机一般也要低30dB左右，同时，地下铲运机没有额外的通风要求也节省了通风费用。但是，地下铲运机的缺点是拖曳电缆严重限制了机器的机动性和活动范围，此外，拖曳电缆也造成了地下铲运机需要定期更换电缆，从而给矿山开采增加了后期使用费用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，结合地下采矿行业对环境保护的严格要求，同时避免普通地下铲运机机动性缺点，采用电动汽车行业比较成熟的动力电池技术，结合变频电机、逆变器等新兴技术，开发一种动力电池驱动的新型地下铲运机。

本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机，包括：工作装置，其安装在所述地下铲运机的车体前侧；动力电池包，其安装在所述地下铲运机的后车架的后部，用于对所述地下铲运机供电；第一动力系统，其安装在所述后车架的中部，用于驱动所述地下铲运机行走；传动系统，其用于传递所述第一动力系统输出的动力；第二动力系统，其用于驱动液压系统；以及整车控制系统，其用于采集所述地下铲运机的各个元件的工作状态参数并控制所述各个元件的工作状态，其中，所述第一动力系统包括相连接的第一逆变器和第一变频电机，所述第一逆变器根据油门踏板的行程来调节所述第一变频电机的转速以实现所述车体的速度调整，并且所述第一逆变器根据所述车体需要的驱动力的大小来调整输出电流以调整所述第一变频电机的扭矩从而满足所述车体的牵引力的变化需求。

进一步地，所述第二动力系统包括依次相连接的第二逆变器、第二变频电机和齿轮箱，所述第二逆变器根据所述液压系统需要的驱动功率来调整其输出电流从而调整所述第二变频电机的输出功率，所述第二变频电机输出的动力通过所述齿轮箱对所述液压系统中的多个液压泵分别进行驱动。

进一步地，所述传动系统包括变速箱，所述变速箱根据所述车体的行走速度及油门踏板的行程来调整所述变速箱的档位以改变所述车体的行走速度。

进一步地，所述整车控制系统包括控制器和分别设置于所述各个元件中的传感器，所述传感器采集所述各个元件的工作状态参数，所述控制器对所述传感器采集的所述参数进行逻辑运算及监控，并根据所述逻辑运算的结果对所述各个元件的工作状态进行控制。

进一步地，所述地下铲运机还包括显示系统，其用于实时显示所述各个元件的工作状态信息以及报警信息。

进一步地，所述地下铲运机还包括冷却系统，其用于冷却所述第一动力系统、所述传动系统、所述第二动力系统以及所述液压系统。

本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机，其能源供给采用动力电池驱动，解决了内燃铲运机排气污染问题，同时避免普通地下铲运机机动性缺点；其动力驱动采用变频电机，可实现对变频电机转速的控制并能够有效地提高用于驱动的变频电机的效率；其传动系统包括变速箱而不包括变矩器，变速箱和第一动力系统的变频电机配合以实现自动换挡，从而提高了传动系统的效率；其行走驱动(第一动力系统)和液压驱动(第二动力系统)分离且可各自运行，从而能够有效地节省铲运机的能源消耗。

附图说明

图1为本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机的立体示意图；

图2为本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机作进一步的详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

参考图1和图2对本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机进行描述，其中图1为本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机的立体示意图，图2为本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机的结构框图。

如图1所示，本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机包括安装在所述地下铲运机的车体前侧的铲斗1和举升动臂2、前后连接的前车架3和后车架4、用于驱动液压系统12的第二动力系统5、安装在后车架4的中部用于驱动地下铲运机行走的第一动力系统6、用于将第一动力系统6输出的动力传递到驱动轮的传动系统10、安装在后车架4的后部用于对地下铲运机供电的动力电池包7、用于整车控制的整车控制系统11、以及照明系统8、冷却系统9、和显示系统13。

铲斗1和举升动臂2共同构成地下铲运机的工作装置，其安装在车体的前侧，以利于铲运机的铲、装、卸等工作动作。

动力电池包7安装在后车架4的后部，其采用多个磷酸铁锂电芯串联连接以达到铲运机工作所需的能量，采用BMS系统对电芯进行监控、管理并加装必要的安全保护措施。经过模拟地下铲运机的各种工况，同时结合计算各种工作过程中的能量消耗，来匹配动力电池包7的合理能量。此外，动力电池包7还可以加装灭火系统以防止电池使用过程中由于放电电流瞬间增大、线路短路、电芯短路等引起的火灾。优选地，可采用锂离子动力电池包来进行能源供给，其性能能够满足地下铲运机的要求。

如图2所示，第一动力系统6安装在后车架4的中部，包括相连接的第一逆变器6-1和第一变频电机6-2，其需要匹配合适的第一逆变器6-1和第一变频电机6-2以满足整车行走的需求。第一逆变器6-1根据油门踏板的行程来调节第一变频电机6-2的转速，以实现整车的速度调整，并且第一逆变器6-1根据整车需要的驱动力的大小来调整输出电流以调整第一变频电机6-2的扭矩，从而满足整车的牵引力的变化需求。

传统电动铲运机一般采用普通交流电机，不能对电机的转速进行有效控制，而本实用新型中的第一动力系统中采用变频电机驱动，可以实现对变频电机的转速的控制，从而可以有效地提高驱动电机的效率。

如图2所示，传动系统10包括变速箱10-1、前车桥10-2、后车桥10-3、以及弹性联轴器和传动轴(图中未示出)等。变速箱10-1根据整车的行走速度以及油门踏板的行程来调整变速箱10-1的档位，以改变整车的行走速度。

区别于传统柴油铲运机和电动铲运机的变速箱加变矩器的传动系统，本实用新型中的传动系统不包括变矩器，其通过变速箱和铲运机的驱动电机(即本实用新型中的第一变频电机)的配合来实现自动换挡，通过在换挡过程中控制、调整驱动电机的实时转速来匹配变速箱的目标转速，从而成功地消除了换挡过程中的冲击现象，实现了在没有变矩器的情况下也能够解决换挡过程中的冲击问题。相比于具有变矩器的传动系统，其将传动系统的效率提高了20％左右。

如图2所示，第二动力系统5包括依次相连接的第二逆变器5-1、第二变频电机5-2和齿轮箱5-3。第二逆变器5-1根据液压系统12需要的驱动功率来调整其输出电流，从而调整第二变频电机5-2的输出功率。第二变频电机5-2输出的动力通过齿轮箱5-3对液压系统12中的多个液压泵分别进行驱动。

例如，在图2所示的液压系统12中，包括四个液压泵，分别为用于驱动转向子系统12-2的转向液压泵12-1、用于驱动举升倾倒子系统12-4的举升倾倒液压泵12-3、用于驱动制动子系统12-6的制动液压泵12-5、用于驱动变速箱润滑子系统12-8的变速箱润滑液压泵12-7。齿轮箱5-3可以将输入的一路动力转换为如图所示的两路输出，其中一路用来驱动转向液压泵12-1和举升倾倒液压泵12-3，另一路用来驱动制动液压泵12-5和变速箱润滑液压泵12-7。此外，本领域技术人员可以理解的是，齿轮箱5-3还可以将输入的一路动力转换为其他个数的多路，以分别用于驱动液压系统12中的多个液压泵。

如上所述，本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机，其包括两个动力系统，即用于行走驱动的第一动力系统和用于液压驱动的第二动力系统，两个动力系统分离且可各自运行，从而能够有效地节省铲运机的能源消耗。

此外，整车控制系统11用于采集地下铲运机的各个元件的工作状态参数并控制各个元件的工作状态。整车控制系统包括控制器和分别设置于各个元件中的传感器，传感器采集各个元件的工作状态参数，控制器对传感器采集的参数进行逻辑运算及监控，并根据逻辑运算的结果对各个元件的工作状态进行控制。显示系统13用于实时显示各个元件的工作状态信息以及报警信息。

冷却系统9用于冷却第一动力系统6、传动系统10、第二动力系统5以及液压系统12。例如，为第一变频电机6-2、第一逆变器6-1、第二变频电机5-2、第二逆变器5-1、变速箱10-1、以及液压系统12提供冷却，以保证这些元件处于最佳工作状态。

本实用新型的动力电池驱动的地下铲运机，针对地下矿山开采应用开发，采用新型动力电池为驱动动力源，提供安全可靠的动力保障。相对于传统的内燃机驱动的地下铲运机，在消除地下巷道尾气排放污染、降低环境噪音、降低通风费用及为操作者提供舒适的操作界面等方面优势明显。

以上具体实施方式仅为本实用新型的示例性实施方式，不能用于限定本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。