[发明专利]一种基于力矩电机的无液压混合动力挖掘机

说明书

本发明涉及一种基于力矩电机的无液压混合动力挖掘机，属于工程机械技术领域。包括柴油机、电池组、工作装置及驱动装置；所述驱动装置包括动臂驱动电机及减速器总成、斗杆驱动电机及减速器总成、铲斗驱动电机及减速器总成、回转驱动电机及减速器总成、行走驱动电机及减速器总成；柴油机在高效区工作，用于在无外接电源情况下向电池组充电；电池储存电能同时可替代传统液压挖掘机的钢制配重部分；驱动装置通过驱动各部位的高效力矩电机，经行星减速器减速增扭，驱动各工作装置转动；工作装置用于完成实际的挖掘动作。所述混合动力挖掘机的传动方式为力矩电机驱动行星齿轮减速器完成机械传动，传动效率与液压传动相比大幅度提升。

技术领域

本发明涉及一种基于力矩电机的无液压混合动力挖掘机，属于工 程机械技术领域。

背景技术

随着我国工业化和城镇化的高速推进，工程机械行业发展迅速， 其中挖掘机为工程机械中的明星产品，全国保有量已达200万台，在 整个工程机械市场占比约为50％，市场规模超过130亿元。挖掘机为 我国经济发展做出重要贡献，但它同时也是能耗和排放大户。全国每 年超过1亿吨的柴油消耗总量中，约有10％用于挖掘机。同时它是氮 氧化物和碳烟的重要排放源，初步估算每年约排放氮氧化物70万吨、 碳烟5万吨。因此，推广低油耗、低排放的新型挖掘机对于“节能减 排”的实施具有重要意义。

目前挖掘机通过液压泵将柴油机的动力传递给液压马达、液压缸 等执行元件，推动动臂、斗杆和铲斗等工作装置动作，从而完成各种 作业。液压传动系统具有布置灵活、运动惯性小、传动力大、可自动 实现过载保护等优点，但是由于系统中流体流动的阻力和泄露量较 大，所以传动效率较低，做功效率在30％-40％，因此传统液压挖掘机 的油耗较高。液压传动系统的缺点是与生俱来的，传动效率低这一技 术瓶颈难以突破，已经成为了制约挖掘机向高效节能发展的主要因 素。挖掘机工作过程中负荷变化很大，柴油机需要频繁加速减速，转 速波动很大，导致氮氧化物和碳烟排放恶化。可见采用柴油机作为动 力的传统液压挖掘机的发展面临严峻的挑战，急需进行创新。

力矩电机可以在电动机低速甚至无法转动(如挖掘机挖掘过程中 突然遇到较大阻力)时仍能持续工作，不会造成电动机的损坏，并提 供稳定的力矩给负载(故名为力矩电动机)，和液压传动系统相比， 具有更高的做功效率。

混合动力是指由发动机、电动机联合组成的能同时运转的驱动系 统。发动机启动后在最佳工况点附近稳定运转。通过发动机发电给电 池充电，再驱动电机做功。混合动力方案适用于需要频繁加速(启动)、 减速(停止)工况，避免了发动机在此类工况下因频繁加速减速带来 的排放恶化、油耗增加等问题。

将混合动力系统与力矩电机结合，一方面可以避免柴油机因负荷 频繁变化产生大量碳烟和氮氧化物，另一方面可以提高传动效率进而 降低能耗。这可以给开发新型高效节能的挖掘机提供一种新的技术方 案。

发明内容

本发明的目的在于针对传统液压挖掘机的液压传动系统传动效 率低，从而导致能源利用效率低，整机油耗高；柴油机工作在复杂多 变工况下，导致整机油耗高、排放高的技术现状，提出了一种基于力 矩电机的无液压混合动力挖掘机。

为了达到上述目的，采用如下技术方案：

所述无液压混合动力挖掘机，包括柴油机、电池组、工作装置及 驱动装置；

其中，所述柴油机，位于车体中部，启动后处于恒功率恒转速的 发电工况，且工作在高效区；所述电池组，位于车体下部和车体尾部， 替代了传统液压挖掘机的钢制配重部分；所述工作装置，包括动臂、 斗杆及铲斗，用于完成挖掘动作；所述驱动装置，包括动臂驱动电机 及减速器总成、斗杆驱动电机及减速器总成、铲斗驱动电机及减速器 总成、回转驱动电机及减速器总成、行走驱动电机及减速器总成，通 过驱动各总成中的力矩电机及减速器减速增扭，驱动各工作装置转 动；