油电混合动力单轨吊机车及其动力输出控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种油电混合动力单轨吊机车及其动力输出控制方法，涉及煤矿井下辅助运输【技术领域】。包括单轨吊机车主体，所述机车主体上设有防爆柴油机、防爆蓄电池组、电动机以及控制器，所述控制器根据传感器采集的信号，控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制蓄电池组为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，同时控制发电机为蓄电池进行充电，驱动所述机车进行运动。所述单轨吊机车将蓄电池组和柴油机动力进行有序混合，实现机车常规运行以蓄电池为主动力，在重载、大坡度工况下使用柴油机为动力，以延长蓄电池续航时间、减少环境污染。
【专利说明】油电混合动力单轨吊机车及其动力输出控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿井下辅助运输【技术领域】，尤其涉及一种油电混合动力单轨吊机车及其动力输出控制方法。
【背景技术】
[0002]随着国家对煤矿安全生产的重视程度和煤矿装备水平的提高，煤矿井下辅助运输装备向本质安全型方向转变，单轨吊机车运输系统作为一种新的运输方式，实现多条巷道连通使用，既能运输人员又能运输设备，可以在多弯道、多起伏的巷道中应用，灵活性和适应性都较强。由于其具有运输能力大、安全隐患少、效率高、安装简单等优点，正在被越来越多的煤矿企业所采用，成为近几年来煤矿井下辅助运输的首选运输工具。
[0003]我国煤矿目前使用的单轨吊机车主要有防爆柴油单轨吊机车和防爆蓄电池组单轨吊机车。单轨吊机车具有运动机动灵活、不受煤矿底板限制、既能运输人员又能运输设备，可以适用于各种恶劣情况等优点。防爆柴油机单轨吊机车具有爬坡能力大的优势，但排放废气污染严重，噪音大，影响矿井生产环境，一次性投入大；防爆蓄电池组单轨吊机车没有排放污染，噪音低，但电瓶重量大，爬坡能力一般不超过16°，蓄电池组的续航能力有限。研发国产的蓄电池和柴油机混合动力驱动的单轨吊机车，可解决单一动力存在的缺陷，填补国内空白。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种油电混合动力单轨吊机车及其动力输出控制方法，所述单轨吊机车将蓄电池组和柴油机动力进行有序混合，实现机车常规运行以蓄电池为主动力，在重载、大坡度工况下使用柴油机为动力，以延长蓄电池续航时间、减少环境污染。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种油电混合动力单轨吊机车，包括单轨吊机车主体，其特征在于:所述机车主体上设有防爆柴油机、防爆蓄电池组、电动机以及控制器，所述控制器根据传感器采集的信号，控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制蓄电池组为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，同时控制发电机为蓄电池进行充电，驱动所述机车进行运动。
[0006]进一步的技术方案在于:所述控制器包括传感器、A/D转换器、控制器、人机交换模块以及供电模块，所述传感器经A/D转换器与控制器的信号输入端连接，所述传感器用于采集巷道的坡度和机车负载信息，所述A/D转换器用于将传感器采集的模拟信号进行处理，输出控制器能够处理的数据信号；所述人机交换模块与控制器进行双向连接，用于向控制器输入数据或命令，并显示控制器输出的数据；所述供电模块为传感器、A/D转换器、控制器以及人机交换模块提供电源。
[0007]进一步的技术方案在于:所述蓄电池组的输出端依次经电池容量传感器、蓄电池组主电路开关和电控箱与电动机电连接，所述控制器的输出端分别与蓄电池组主电路开关和电控箱内变频装置的控制信号输入端连接，控制器控制蓄电池组主电路开关的导通和关断以及电控箱内变频装置工作或不工作，所述蓄电池组的电源输出端与供电模块的输入端连接。
[0008]进一步的技术方案在于:所述单轨吊机车还包括连接在所述发电机输出端的整流装置，所述整流装置的输出端分为两路，其中一路依次经单向充电模块和单向充电模块控制开关与蓄电池组的充电端连接，所述控制器的输出端与单向充电模块控制开关的控制端连接，所述控制器控制单向充电模块控制开关的导通和关断，第二路经防爆发电机主电路开关与电控箱内变频器的电源输入端连接，所述控制器的输出端与防爆发电机主电路开关的控制端连接，控制器控制防爆发电机主电路开关的导通和关断。
[0009]进一步的技术方案在于:所述人机交换模块为触摸屏。
[0010]进一步的技术方案在于:所述控制器使用PLC和DSP。
[0011]进一步的技术方案在于:所述传感器为坡度传感器、负荷传感器以及电池容量传感器。
[0012]本发明还公开了一种油电混合动力单轨吊机车的动力输出控制方法，其特征在于包括以下步骤:
传感器采集巷道的坡度、机车的负载信息以及防爆蓄电池组的电量，并将采集到的信息处理后传送给控制器进行处理，控制器根据传感器采集到的信息控制防爆柴油机和防爆蓄电池组在不同的工作模式下进行工作；
a、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出机车在平巷或轻载状态下运行时，则控制器控制蓄电池组主电路开关导通，采用蓄电池组作为机车动力源，再通过变频调速装置将蓄电池组输出的直流电变为三相异步电动机可用的交流电为所述机车上的电动机提供驱动电流；
b、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出机车在爬坡或重载状态运行时，则控制器发出信号启动防爆柴油机，然后接通防爆柴油主电路开关，接通柴油发电机供电电路后，控制器随即关闭蓄电池组的主电路开关，使单轨吊机车以柴油机作为动力源，柴油机带动发电机发电，再经整流装置将发电机的交流电变为直流电，再通过变频调速装置将整流后的直流电变为三相异步电动机可用的交流电，电动机组经减速箱带动驱动轮转动，使整个机车在爬坡或重载工况下往前行驶；
C、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出机车在下坡运行时，控制器打开防爆发电机主电路开关和蓄电池组主电路开关，不采用柴油机也不采用蓄电池作为机车动力，控制器将发电机发出的电能储存至蓄电池组，将机车下坡的势能转化为电能储存到蓄电池组中；
d、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出蓄电池电量不足时，发出信号启动柴油机，接通柴油发电机主电路，然后关闭蓄电池组主电路开关，使柴油机作为整车动力源，与此同时打开蓄电池组的单向充电模块控制开关，使柴油机发电机整流装置的部分电流经单向充电模块流入蓄电池组，实现机车运行中柴油发电机将多余电量给蓄电池组充电。
[0013]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述机车通过控制器把现有的蓄电池和柴油机动力进行有序混合，实现机车常规运行以蓄电池为主动力，在重载、大坡度工况下使用柴油机动力，以延长蓄电池续航时间、减少环境污染，可充分发挥两种动力的优势。对于进一步提高矿井采掘机械化水平，充分发挥大型机械设备的技术性能，提高综采、综掘设备利用率，获取良好的技术经济效益具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0015]图1是本发明电控系统框架结构图；
图2是本发明的硬件原理框图。
【具体实施方式】
[0016]下面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的一部分实施例，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。
[0017]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0018]如图1所示为混合动力单轨吊机车电控系统框架结构图，其中包括硬件部分和必要的软件部分。硬件部分主要包括控制器、蓄电池组和发电机组间的转换器、整流装置、人机交互模块以及传感器等；软件部分包括控制系统软件和触摸屏软件。
[0019]如图2所示，具体的，本发明公开了一种油电混合动力单轨吊机车，包括单轨吊机车主体，所述机车主体上设有防爆柴油机、防爆蓄电池组、电动机以及控制器，所述控制器根据传感器采集的信号，控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制蓄电池组为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，同时控制发电机为蓄电池进行充电，驱动所述机车进行运动，所述传感器为坡度传感器、负荷传感器以及电池容量传感器，当然还可以包括采集信号所需的其他传感器。
[0020]所述控制器包括传感器、A/D转换器、控制器、人机交换模块以及供电模块，所述传感器经A/D转换器与控制器的信号输入端连接，所述传感器用于采集巷道的坡度和机车负载信息，所述A/D转换器用于将传感器采集的模拟信号进行处理，输出控制器能够处理的数据信号；所述人机交换模块与控制器进行双向连接，用于向控制器输入数据或命令，并显示控制器输出的数据，所述人机交换模块可以为触摸屏，也可以为键盘和显示器的组合；所述供电模块为传感器、A/D转换器、控制器以及人机交换模块提供电源；所述控制器可以使用PLC与DSP相组合模式，用以提高数据处理速度。
[0021]所述蓄电池组的输出端依次经电池容量传感器、蓄电池组主电路开关和电控箱与电动机电连接，所述控制器的输出端分别与蓄电池组主电路开关和电控箱内变频装置的控制信号输入端连接，控制器控制蓄电池组主电路开关的导通和关断以及电控箱内变频装置工作或不工作，所述蓄电池组的电源输出端与供电模块的输入端连接。
[0022]所述单轨吊机车还包括连接在所述发电机输出端的整流装置，所述整流装置的输出端分为两路，其中一路依次经单向充电模块和单向充电模块控制开关与蓄电池组的充电端连接，所述控制器的输出端与单向充电模块控制开关的控制端连接，所述控制器控制单向充电模块控制开关的导通和关断，第二路经防爆发电机主电路开关与电控箱内变频器的电源输入端连接，所述控制器的输出端与防爆发电机主电路开关的控制端连接，控制器控制防爆发电机主电路开关的导通和关断。
[0023]需要说明的是，因为所述单轨吊机车工作在井下，所以上述器件都需要使用防爆件。
[0024]本发明还公开了一种油电混合动力单轨吊机车的动力输出控制方法，包括以下步骤:
传感器采集巷道的坡度、机车的负载信息以及防爆蓄电池组的电量，并将采集到的信息处理后传送给控制器进行处理，控制器根据传感器采集到的信息控制防爆柴油机和防爆蓄电池组在不同的工作模式下进行工作；
a、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出机车在平巷或轻载状态下运行时，则控制器控制蓄电池组主电路开关导通，采用蓄电池组作为机车动力源，再通过变频调速装置将蓄电池组输出的直流电变为三相异步电动机可用的交流电为所述机车上的电动机提供驱动电流；
b、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出机车在爬坡或重载状态运行时，则控制器发出信号启动防爆柴油机，然后接通防爆柴油主电路开关，接通柴油发电机供电电路后，控制器随即关闭蓄电池组的主电路开关，使单轨吊机车以柴油机作为动力源，柴油机带动发电机发电，再经整流装置将发电机的交流电变为直流电，再通过变频调速装置将整流后的直流电变为三相异步电动机可用的交流电，电动机组经减速箱带动驱动轮转动，使整个机车在爬坡或重载工况下往前行驶；
C、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出机车在下坡运行时，控制器打开防爆发电机主电路开关和蓄电池组主电路开关，不采用柴油机也不采用蓄电池作为机车动力，控制器将发电机发出的电能储存至蓄电池组，将机车下坡的势能转化为电能储存到蓄电池组中；
d、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出蓄电池电量不足时，发出信号启动柴油机，接通柴油发电机主电路，然后关闭蓄电池组主电路开关，使柴油机作为整车动力源，与此同时打开蓄电池组的单向充电模块控制开关，使柴油机发电机整流装置的部分电流经单向充电模块流入蓄电池组，实现机车运行中柴油发电机将多余电量给蓄电池组充电。
[0025]所述机车通过控制器把现有的蓄电池和柴油机动力进行有序混合，实现机车常规运行以蓄电池为主动力，在重载、大坡度工况下使用柴油机动力，以延长蓄电池续航时间、减少环境污染，可充分发挥两种动力的优势。对于进一步提高矿井采掘机械化水平，充分发挥大型机械设备的技术性能，提高综采、综掘设备利用率，获取良好的技术经济效益具有重要意义。
【权利要求】
1.一种油电混合动力单轨吊机车，包括单轨吊机车主体，其特征在于:所述机车主体上设有防爆柴油机、防爆蓄电池组、电动机以及控制器，所述控制器根据传感器采集的信号，控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制蓄电池组为电动机提供电源，驱动所述机车进行运动，或控制防爆柴油机通过发电机为电动机提供电源，同时控制发电机为蓄电池进行充电，驱动所述机车进行运动。
2.根据权利要求1所述的油电混合动力单轨吊机车，其特征在于:所述控制器包括传感器、A/D转换器、控制器、人机交换模块以及供电模块，所述传感器经A/D转换器与控制器的信号输入端连接，所述传感器用于采集巷道的坡度和机车负载信息，所述A/D转换器用于将传感器采集的模拟信号进行处理，输出控制器能够处理的数据信号；所述人机交换模块与控制器进行双向连接，用于向控制器输入数据或命令，并显示控制器输出的数据；所述供电模块为传感器、A/D转换器、控制器以及人机交换模块提供电源。
3.根据权利要求2所述的油电混合动力单轨吊机车，其特征在于:所述蓄电池组的输出端依次经电池容量传感器、蓄电池组主电路开关和电控箱与电动机电连接，所述控制器的输出端分别与蓄电池组主电路开关和电控箱内变频装置的控制信号输入端连接，控制器控制蓄电池组主电路开关的导通和关断以及电控箱内变频装置工作或不工作，所述蓄电池组的电源输出端与供电模块的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的油电混合动力单轨吊机车，其特征在于:所述单轨吊机车还包括连接在所述发电机输出端的整流装置，所述整流装置的输出端分为两路，其中一路依次经单向充电模块和单向充电模块控制开关与蓄电池组的充电端连接，所述控制器的输出端与单向充电模块控制开关的控制端连接，所述控制器控制单向充电模块控制开关的导通和关断，第二路经防爆发电机主电路开关与电控箱内变频器的电源输入端连接，所述控制器的输出端与防爆发电机主电路开关的控制端连接，控制器控制防爆发电机主电路开关的导通和关断。
5.根据权利要求2所述的油电混合动力单轨吊机车，其特征在于:所述人机交换模块为触摸屏。
6.根据权利要求1所述的油电混合动力单轨吊机车，其特征在于:所述控制器使用PLC和 DSP。
7.根据权利要求1所述的油电混合动力单轨吊机车，其特征在于:所述传感器为坡度传感器、负荷传感器以及电池容量传感器。
8.一种油电混合动力单轨吊机车的动力输出控制方法，其特征在于包括以下步骤: 传感器采集巷道的坡度、机车的负载信息以及防爆蓄电池组的电量，并将采集到的信息处理后传送给控制器进行处理，控制器根据传感器采集到的信息控制防爆柴油机和防爆蓄电池组在不同的工作模式下进行工作； a、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出机车在平巷或轻载状态下运行时，则控制器控制蓄电池组主电路开关导通，采用蓄电池组作为机车动力源，再通过变频调速装置将蓄电池组输出的直流电变为三相异步电动机可用的交流电为所述机车上的电动机提供驱动电流； b、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出机车在爬坡或重载状态运行时，则控制器发出信号启动防爆柴油机，然后接通防爆柴油主电路开关，接通柴油发电机供电电路后，控制器随即关闭蓄电池组的主电路开关，使单轨吊机车以柴油机作为动力源，柴油机带动发电机发电，再经整流装置将发电机的交流电变为直流电，再通过变频调速装置将整流后的直流电变为三相异步电动机可用的交流电，电动机组经减速箱带动驱动轮转动，使整个机车在爬坡或重载工况下往前行驶； C、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出机车在下坡运行时，控制器打开防爆发电机主电路开关和蓄电池组主电路开关，不采用柴油机也不采用蓄电池作为机车动力，控制器将发电机发出的电能储存至蓄电池组，将机车下坡的势能转化为电能储存到蓄电池组中； d、当控制器通过传感器采集到的信息判断得出蓄电池电量不足时，发出信号启动柴油机，接通柴油发电机主电路，然后关闭蓄电池组主电路开关，使柴油机作为整车动力源，与此同时打开蓄电池组的单向充电模块控制开关，使柴油机发电机整流装置的部分电流经单向充电模块流入蓄电池组，实现机车运行中柴油发电机将多余电量给蓄电池组充电。
【文档编号】B61C13/06GK104228849SQ201410496468
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】刘建功, 陈志辉, 冯国胜, 马建林, 门志顺, 许延晖 申请人:河北煤炭科学研究院