专利名称：混合动力电动轮胎门式吊船机的制作方法
技术领域：
本发明属大型轮胎起吊运载机械，用于小型船舶的吊运作业。
背景技术：
轮胎起吊运载设备在港口等工作场所已得到应用，如港口轮胎式起重机、轮胎式集装箱门式起重机等等。传统的轮胎门式起吊运载机械通常采用柴油发动机作为动力源，能源消耗大，排放污染严重；且转向行驶不够灵活。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合动力、转向灵活的混合动力电动轮胎门式吊船机。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是混合动力电动轮胎门式吊船机，它包括钢结构架、起吊系统、动力系统、行驶系统，行驶系统由驱动系统、制动系统、转向系统构成。其特征是动力系统为混合动力系统，包括发动机11、发电机12、发电机控制器5、电池组1，发动机11与发电机12机械连接，发电机12输出电由导线与发电机控制器5相连接，发电机控制器5将发电机发出的交流电转换成直流电，其输出端正、负极输出线路由转换控制单元分成二路，一路与蓄电池组1的正、负极相连接，蓄电池组1的正、负极再分别通过输电线路与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18相连接，另一路直接通过输电线路与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18相连接；转向系统包括驱动轮立柱16、转向电机18、转向减速器19、转向传动齿轮20、转向轴21、推力滚子轴承28，驱动轮立柱16为4个，其上端与下支架8底部固定连接，转向电机18的输出轴与转向减速器19的输入轴相连接，转向减速器19的输出轴与转向传动齿轮20的小齿轮相联接，转向传动齿轮20的大齿轮与转向轴21固定联接，转向传动齿轮20的小齿轮与大齿轮相啮合，转向电机18固定在驱动轮立柱16上，驱动轮立柱16内为空腔，转向传动齿轮20的大齿轮部分、转向轴21的上部位于驱动轮立柱16空腔内，转向轴21的上部套有轴承并通过轴承与驱动轮立柱16的空腔内壁相接触，驱动轮立柱16的下端与转向轴21之间设有推力滚子轴承28。
驱动系统包括驱动电机17、驱动电机减速器27、联轴器22、主减速器24、轮轴25、驱动轮，转向轴21内为空腔，驱动电机减速器27、联轴器22、主减速器24位于转向轴21的空腔内，驱动电机17固定在转向轴21空腔内壁上，驱动电机17的输出轴与驱动电机减速器27的输入轴相联接，驱动电机减速器27的输出轴与联轴器22相联接，联轴器22与主减速器24的小锥齿轮相连接，主减速器24的大锥齿轮与轮轴25相连接，主减速器24的小锥齿轮与大锥齿轮相啮合，轮轴25的两端分别与驱动轮(后驱动轮9或前驱动轮14)相连接。
如上所述的制动系统包括制动器23，电液推杆32与制动推杆29铰接，制动带31围着制动鼓30，制动推杆29与制动臂33的一端铰接，制动臂33的另一端分别与挂臂34和调整臂35铰接，挂臂34固定在驱动轮上，挂臂34与制动带31的一端固定连接，调整臂35的一端分别与挂臂34和制动臂33铰接，调整臂35的另一端与制动带31的另一端固定连接。
当转换控制单元切换至发电机控制器5与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18直接连接时，则可以实现单套或多套发电机组直接供电模式；当转换控制单元切换至发电机控制器5通过蓄电池组1，再与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18连接时，则可以实现发电机组和蓄电池共同供电模式，该模式下，蓄电池组1电量不足时，可以通过调节发电机控制器5，增大发电机组的发电量，(使发电机组电力输出功率大于整机工作需求功率，此时蓄电池组会自动吸收和储存多余的电力)为蓄电池组1充电；若关闭发动机11和发电机12，则可实现蓄电池组单独供电模式；蓄电池组1也可外接电源，实现外电源供电模式或是进行外电源充电。
本发明采用串联式多能源混合动力系统，内燃机带动发电机发电，发电机组可以是单套，亦可以是多套。发电机是单套供电，也可以是多套同时供电；电池组用于储存发电机发出的电能和外接电源所提供的电能，同时可以为吊船机提供动力。多能源混合动力系统可实现单套或多套发电机组供电、电机组和电池组共同供电；电池组供电；外接电源供电，即四种供电模式，其动力性好。在启动发动机的工况下，使其工作在最经济区，此区域内发动机的效率最高，能源消耗最低，排放最优，发电机组发出的多余电能则可储存在蓄电池组中；而在小功率需求工况，如空车行驶等，或是吊船机行驶范围较小的工况下，可以实现蓄电池单独供电或外接电源供电，此时发动机可停机，机械为零油耗，零排放。这样就能使吊船机在不同的工况下都能保证节能与环保。混合动力系统可以在满足动力性要求的基础上，最大限度的降低能源的消耗，具有显著的节能和环保效果。本发明的转向系统则采用了电动立轴回转式结构，可实现四轮90°偏转，以及三种转向模式；可实现多种形式的转向。
图1为本发明能量流示意2为本发明结构主视示意3为本发明结构俯视示意4为本发明结构右视示意5为本发明驱动(转向)系统结构示意6为本发明带式制动器结构简7为本发明电液式制动推杆结构简8为本发明行驶转向示意9为本发明回转转向示意10为本发明平移转向示意11为控制系统方框中1-电池组、2-电动绞盘装置、3-立柱、4-上支架、5-发电机控制器、6-起吊钢缆、7-起吊滑轮组、8-下支架、9-后驱动轮、11-发动机、12-发电机、13-操作室、14-前驱动轮、15-尼龙带、16-驱动轮立柱、17-驱动电机、18-转向电机、19-转向减速器、20-转向传动齿轮、21-转向轴、22-联轴器、23-制动器、24-主减速器、25-轮轴、26-轮胎、27-驱动电机减速器、28-推力滚子轴承、29-制动推杆、30-制动鼓、31-制动带、32-电液推杆、33-制动臂、34-挂臂、35-调整臂。
具体实施例方式
如图1所示，混合动力电动轮胎门式吊船机，主要由钢结构架、起吊系统、动力系统、行驶系统、控制系统构成，行驶系统由驱动系统、制动系统、转向系统构成。钢结构架是吊船机的骨架，起吊系统用于吊船机的起吊作业，混合动力系统为吊船机提供能源动力，驱动系统总成使吊船机实现自驶功能，制动系统总成实现形式制动功能，转向系统总成为吊船机实现转向功能，有三种转向模式可供选择(如图8、图9、图10所示)，控制系统是吊船机的控制中心。
如图2、图3、图4所示，钢结构架为现有技术，钢结构架由立柱3、上支架4、下支架8构成，上支架4、下支架8成ㄇ形且开口相对应并由4根立柱3相焊接。为满足吊运船舶的要求，钢结构的上横梁为单边式，即钢结构上平面为ㄇ形，便于船舶的桅杆通过。
如图2、图3、图4所示，起吊系统为现有技术，起吊系统主要由4组电动绞盘装置2、起吊钢缆6、起吊滑轮组7、尼龙带15构成，电动绞盘装置2固定在下支架8上，起吊滑轮组7对应固定在上支架4两侧，电动绞盘装置2上的起吊钢缆6与起吊滑轮组7的定滑轮组相连接，起吊滑轮组为多组滑轮机构，包括定滑轮组和动滑轮组，尼龙带15的两端分别与上支架4两侧的起吊滑轮组7的动滑轮组相连接。电动绞盘装置2的电机正反转通过起吊钢缆6、起吊滑轮组7实现尼龙带15的下放与收起。
如图1、图2、图3、图4所示，动力系统为混合动力系统，主要由发动机11、发电机12、操作室13、发电机控制器5、电池组1、控制系统构成，发动机11、发电机12、操作室13、发电机控制器5、电池组1安装在下支架8空腔内，发动机11与发电机12机械连接，发电机12输出电由导线与发电机控制器5相连接，发电机控制器5将发电机发出的交流电转换成直流电，其输出端正、负极输出线路由转换控制单元分成二路，一路与蓄电池组1的正、负极相连接，蓄电池组1的正、负极再分别通过输电线路与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18相连接，另一路直接通过输电线路与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18相连接；发动机11为涡轮增压柴油发动机。发动机与电池组同为动力源，柴油发动机带动交流发电机发电，发电机组可以是单台，亦可是多台机组，蓄电池组用来储存发电机发出的电能和外接电源提供的电能，发电机和蓄电池组为驱动电机提供电力。根据各驱动电机的工作需要，多能源混合动力系统可实现单发电机组或多发电机组供电；发电机组和电池组通过转换控制单元同时供电；蓄电池组单独供电；外接电源供电四种供电模式。在启动发动机的工况下，使其工作在最经济区，此区域内发动机的效率最高，能源消耗最低，排放最优，发电机组发出的多余电能则可储存在蓄电池组中；而在小功率需求工况，如空车行驶等，或是吊船机行驶范围较小的工况下，可以实现蓄电池单独供电或外接电源供电，此时发动机可停机，机械为零油耗，零排放。这样就能使吊船机在不同的工况下都能保证节能与环保。混合动力系统可以在满足动力性要求的基础上，最大限度的降低能源的消耗，具有显著的节能和环保效果。
如图5所示，转向系统包括驱动轮立柱16、转向电机(交流变频调速电机)18、转向减速器19、转向传动齿轮20、转向轴21、推力滚子轴承28，驱动轮立柱16为4个，其上端与下支架8底部固定连接，转向电机18的输出轴与转向减速器19的输入轴相连接，转向减速器19的输出轴与转向传动齿轮20的小齿轮相联接，转向传动齿轮20的大齿轮与转向轴21相联接，转向传动齿轮20的小齿轮与大齿轮相啮合，转向电机18固定在驱动轮立柱16上，驱动轮立柱16内为空腔，转向传动齿轮20的大齿轮部分、转向轴21的上部位于空腔内，转向轴21的上部套有轴承并通过轴承与驱动轮立柱16的空腔内壁相接触，驱动轮立柱16的下端与转向轴21之间设有推力滚子轴承28。转向轴21旋转改变轮胎偏转角度实现转向，每一驱动轮均有独立的驱动及转向系统。本发明拥有的转向系统理论上可使轮胎绕中心轴线360°旋转。因此在计算机的控制下可以实现多种转向模式，图8为行驶转向，图9为回转转向，图10为平移转向。行驶转向与常规车辆转向相同，回转转向整机内侧轮以半径R作圆周运动，平移转向四轮偏转角和偏转方向均相同，实现平移转向(极限情况可实现90°平移)。
如图5所示，驱动系统包括驱动电机(交流变频调速电机)17、驱动电机减速器27、联轴器22、主减速器24、轮轴25、驱动轮，转向轴21内为空腔，驱动电机减速器27、联轴器22、主减速器24位于转向轴21的空腔内，驱动电机17固定在转向轴21上，驱动电机17的输出轴与驱动电机减速器27的输入轴联接，驱动电机减速器27的输出轴与联轴器22相联接，联轴器22与主减速器24的小锥齿轮相连接，主减速器24的大锥齿轮与轮轴25相连接，主减速器24的小锥齿轮与大锥齿轮相啮合，轮轴25的两端分别与驱动轮(后驱动轮9或前驱动轮14)相连接。发电机组、电池组、外接电源提供的电力通过交流变频装置提供给驱动电机，驱动电机为交流变频调速电机。轮胎26规格的选用取决于吊运载荷的大小，重型载荷为双胎，小载荷则可选用单胎。
采用本发明的驱动系统动力传递简单，维护保养方便，使用安全可靠，便于控制。
如图6、图7所示，制动系统包括制动器23，电液推杆32与制动推杆29活动连接，制动带31围着制动鼓30，制动推杆29与制动臂33的一端铰接，制动臂33的另一端分别与挂臂34和调整臂35铰接，挂臂34固定在驱动轮上，挂臂34与制动带31的一端固定连接，调整臂35分别与挂臂34和制动臂33铰接，调整臂35的与制动带31的另一端固定连接。工作原理为电液推杆32通过制动推杆29使制动带31的活动端绕制动鼓30移动，制动带31张紧，制动带31与制动鼓30间隙减小，与在制动推杆29制动力的继续作用下，制动带31和制动鼓30之间产生摩擦力矩，实现制动。带式制动器结构简单，制动摩擦面大。因此制动力矩大，适合于低速高扭矩运转工况。
如图11所示，控制系统包括操作室13、发电机控制器5，为了保证功率的合理分配与各总成的最佳搭配，控制策略将实现下述目标。
(1)采集发动机转速、发电机电流、电池组电压等信号并实现实时控制；(2)系统应能保证行驶系统与起吊系统单独运行，即行驶系统工作则起吊系统锁定，起吊系统工作则行驶系统锁定；(3)驱动电机、转向电机、制动推杆电机均配备传感器，便于精确控制行驶系统的工作状态；(4)起吊系统配备称重及过载报警和过载保护装置，绞盘电机配有信号反馈装置、起吊钢缆位移测量装置，保证起吊系统安全平稳运行；(5)所有的操纵和控制面板集中在控制室中，以方便操控人员进行观察和操作。
本发明为混合动力电动轮胎门式吊船机，用于小型船舶的吊运作业。工作过程为，吊船机自行开到槽形码头上，尼龙带15降到水下并低于船底面，小型船舶(如豪华游艇等)开进槽形码头内，位于尼龙带15上方，吊船机的电动绞盘装置2开动，将小型船舶起吊至船底高于地平面，然后吊运至维修或储存场所。
权利要求
1.混合动力电动轮胎门式吊船机，它包括钢结构架、起吊系统、动力系统、行驶系统，行驶系统由驱动系统、制动系统、转向系统构成。其特征是动力系统为混合动力系统，包括发动机(11)、发电机(12)、发电机控制器(5)、电池组(1)，发动机(11)与发电机(12)机械连接，发电机(12)输出电由导线与发电机控制器(5)相连接，发电机控制器(5)将发电机发出的交流电转换成直流电，其输出端正、负极输出线路由转换控制单元分成二路，一路与蓄电池组(1)的正、负极相连接，蓄电池组(1)的正、负极再分别通过输电线路与电动绞盘(2)的电机、驱动电机(17)、转向电机(18)相连接，另一路直接通过输电线路与电动绞盘(2)的电机、驱动电机(17)、转向电机(18)相连接；转向系统包括驱动轮立柱(16)、转向电机(18)、转向减速器(19)、转向传动齿轮(20)、转向轴(21)、推力滚子轴承(28)，驱动轮立柱(16)为4个，其上端与下支架(8)底部固定连接，转向电机(18)的输出轴与转向减速器(19)的输入轴相连接，转向减速器(19)的输出轴与转向传动齿轮(20)的小齿轮相联接，转向传动齿轮(20)的大齿轮与转向轴(21)固定联接，转向传动齿轮(20)的小齿轮与大齿轮相啮合，转向电机(18)固定在驱动轮立柱(16)上，驱动轮立柱(16)内为空腔，转向传动齿轮(20)的大齿轮部分、转向轴(21)的上部位于驱动轮立柱(16)空腔内，转向轴(21)的上部套有轴承并通过轴承与驱动轮立柱(16)的空腔内壁相接触，驱动轮立柱(16)的下端与转向轴(21)之间设有推力滚子轴承(28)。
2.根据权利要求1所述的混合动力电动轮胎门式吊船机，其特征是驱动系统包括驱动电机(17)、驱动电机减速器(27)、联轴器(22)、主减速器(24)、轮轴(25)、驱动轮，转向轴(21)内为空腔，驱动电机减速器(27)、联轴器(22)、主减速器(24)位于转向轴(21)的空腔内，驱动电机(17)固定在转向轴(21)空腔内壁上，驱动电机(17)的输出轴与驱动电机减速器(27)的输入轴相联接，驱动电机减速器(27)的输出轴与联轴器(22)相联接，联轴器(22)与主减速器(24)的小锥齿轮相连接，主减速器(24)的大锥齿轮与轮轴(25)相连接，主减速器(24)的小锥齿轮与大锥齿轮相啮合，轮轴(25)的两端分别与驱动轮相连接。
3.根据权利要求1所述的混合动力电动轮胎门式吊船机，其特征是所述的制动系统包括制动器(23)，电液推杆(32)与制动推杆(29)铰接，制动带(31)围着制动鼓(30)，制动推杆(29)与制动臂(33)的一端铰接，制动臂(33)的另一端分别与挂臂(34)和调整臂(35)铰接，挂臂(34)固定在驱动轮上，挂臂(34)与制动带(31)的一端固定连接，调整臂(35)的一端分别与挂臂(34)和制动臂(33)铰接，调整臂(35)的另一端与制动带(31)的另一端固定连接。
全文摘要
本发明属大型轮胎起吊运载机械。混合动力电动轮胎门式吊船机，它包括钢结构架、起吊系统、动力系统、行驶系统，其特征是动力系统包括发动机(11)、发电机(12)、发电机控制器(5)、电池组(1)，发动机(11)与发电机(12)串联，发电机(12)输出电由导线与发电机控制器(5)相连接，发电机控制器(5)将发电机发出的交流电转换成直流电，其输出端正、负极分别与蓄电池组(1)的正、负极相连接，蓄电池组(1)的正负极分别通过输电线路与电动绞盘(2)的电机、驱动电机(17)、转向电机(18)相连接；转向系统包括驱动轮立柱(16)、转向电机(18)、转向减速器(19)、转向传动齿轮(20)、转向轴(21)、推力滚子轴承(28)。本发明具有动力性好、降低排放污染、转向灵活的特点。
文档编号B66C19/00GK1562723SQ20041001287
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月22日 优先权日2004年3月22日
发明者吴森, 金德先, 林枫, 王琛, 段海涛 申请人:武汉理工大学