ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ МОНОРЕЛЬСОВЫЙ ПОДЪЕМНИК НА ОСНОВЕ ДИЗЕЛЬНОГО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГИБРИДНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ И СПОСОБ ЕГО УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК B60W10/08 B60W10/26 B60W20/00 B61B13/10 B61C7/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится к области транспортировки монорельсовым подъемником в угольной шахте, в частности, к последовательно-параллельному монорельсовому подъемнику на основе гибридного дизельного-электрического двигателя и методу управления им.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В соответствии с требованиями активного строительства безопасных, высокопроизводительных и эффективных современных угольных шахт в Китае, степень модернизации вспомогательного транспорта стала важным показателем для измерения уровня модернизации угольной шахты. Особенностями вспомогательной транспортной системы угольной шахты являются сложные и меняющиеся транспортные маршруты, множество промежуточных звеньев и различные размеры материалов, которые необходимо транспортировать, что доставляет большие неудобства при транспортировке по выработке. Являясь новым типом вспомогательного транспортного оборудования, монорельсовый подъемник обладает преимуществами, заключающимися в том, что на него не влияют состояние поверхности пола, удобное расположение транспортных путей, экономия пространства, высокая эффективность транспортировки и т.п., что привлекло внимание многих производителей оборудования для угольных шахт и производственных подразделений угольных шахт, а также имеет широкий спектр применения. перспективы развития в настоящее время.

[0003] В настоящее время большинство монорельсовых подъемников используют исключительно дизельные двигатели или батареи в качестве источника энергии. Хотя монорельсовые подъемники с дизельными двигателями используют отработанную технологию и достаточную мощность, вопросы потери энергии и выбросов загрязняющих веществ не были эффективно решены. Хотя аккумуляторные монорельсовые подъемники не загрязняют окружающую среду, из-за ограничений емкости батарей, а также частоты зарядки и разрядки батарей, их мощность и срок службы относительно низкие. Кроме того, эти два типа монорельсовых подъемников имеют такие проблемы, как большой уклон, высокая нагрузка и недостаточная мощность в реальной эксплуатации.

[0004] Чтобы решить вышеупомянутые проблемы, китайские ученые провели исследования гибридной технологии подачи питания для монорельсовых подъемников. В китайской патентной заявке с номером публикации CN113581221A описан метод управления монорельсовым подъемником с системой гибридного питания, который решает существующие проблемы использования одного источника питания и повышает эффективность транспортировки и грузоподъемность путем переключения независимого привода или гибридного привода электродвигателя или дизельного двигателя в соответствии с требованиями к крутящему моменту монорельсового подъемника при различных условиях эксплуатации. Однако метод использования нескольких источников питания является относительно простым, что затрудняет работу при сложных дорожных условиях. В китайском патенте с номером публикации CN104228849B описан монорельсовый подъемник на основе гибридного дизельного-электрического питания и способ управления его мощностью, при этом электродвигатель используется в качестве единственного источника питания, а привод от батареи или дизельного двигателя с генератором выбирается в зависимости от различных условий эксплуатации, энергия монорельсового подъемника подвергается многоуровневому преобразованию во время использования, и потери при этом велики.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Ввиду вышеупомянутых технических недостатков, целью настоящего изобретения является создание последовательно-параллельного монорельсового подъемника на основе гибридного дизельного-электрического двигателя и метода управления им, которые способны удовлетворить потребности в питании монорельсового подъемника в различных условиях эксплуатации и рекуперировать избыточную энергию в процессе движения, тем самым реализуя экономию энергии и снижение выбросов.

[0006] Для устранения вышеупомянутых технических недостатков в настоящем изобретении используются следующие технические решения.

[0007] В настоящем изобретении представлены последовательно-параллельный монорельсовый подъемник на основе гибридного дизельного-электрического двигателя и метод управления им. Монорельсовый подъемник включает в себя кабину, гидравлическую приводную систему, подъемную траверсу, зубчатую передачу и систему накопления энергии, соединенные последовательно друг с другом и перемещающиеся по рельсовому пути.

[0008]Гидравлическая приводная система включает в себя взрывозащищенный дизельный двигатель и гидравлический насос, расположенный во втором взрывозащищенном отсеке. Второй взрывозащищенный отсек соединен через трансмиссию с рельсом через множество гидравлических приводных частей, и каждая из гидравлических приводных частей соединена с масляным контуром взрывозащищенного дизельного двигателя через гидравлический насос.

[0009] Система привода и хранения энергии включает первый взрывозащищенный отсек, оснащенный блоком силовой батареи, а верхний конец первого взрывозащищенного отсека соединен с рельсом посредством множества деталей зубчатой передачи.

[0010] Взрывозащищенный двигатель, двигатель, регулирующий скорость, и взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами, которые электрически соединены с блоком батарей питания соответственно, расположены в первом взрывозащищенном отсеке; и взрывозащищенный двигатель механически соединен с каждой из ведущих частей зубчатой передачи через трансмиссию соответственно.

[0011] Выходной конец двигателя, регулирующего скорость, соединен с входным концом механизма передачи, магнитная муфта b механизма передачи механически соединена с маховиком накопителя энергии, магнитная муфта c механизма передачи механически соединена с каждой из ведущих частей зубчатой передачи, магнитная муфта механизма передачи механически соединена с взрывозащищенным генератором с постоянными магнитами.

[0012] Монорельсовый подъемник дополнительно включает систему адаптивного управления скоростью, система адаптивного управления скоростью включает датчик нагрузки, предназначенный для получения информации о весе груза монорельсового подъемника и установленный на подъемной траверсе, датчик наклона, предназначенный для получения информации о подъеме и/или спуске монорельсового подъемника и установленный на верхнем конце кабины, датчик скорости, предназначенный для получения информации о рабочей скорости монорельсового подъемника и установленный на верхнем конце кабины, датчик электроэнергии, предназначенный для сбора информации о накопленной электроэнергии и находящийся в цепи связи с блоком силовых батарей, контроллер двигателя, находящийся в цепи связи с взрывозащищенным дизельным двигателем, преобразователь постоянного/переменного тока, предназначенный для управления зарядкой и/или разрядкой блока силовых батарей, магнитный управляющий клапан, установленный в гидравлическом тормозном контуре тормоза, расположенного в ведущей части зубчатой передачи и гидравлической ведущей части, и ПИД-контроллер, установленный в кабине. ПИД-контроллер включает однокристальный микрокомпьютер и ПИД-регулятор, которые электрически соединены друг с другом.

[0013] Взрывозащищенный двигатель, двигатель с регулировкой скорости и взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами электрически соединены с контроллером двигателя соответственно.

[0014] Одночиповый микрокомпьютер электрически связан с датчиком нагрузки, датчиком электрической энергии, датчиком наклона, датчиком скорости, контроллером двигателя и преобразователем постоянного/переменного тока соответственно. Нужная скорость рассчитывается в соответствии с информацией о состоянии работы веса груза, накопленной электроэнергии, подъема и/или спуска, а также скорости монорельсового подъемника.

[0015] ПИД-регулятор рассчитывает изменение скорости в соответствии с разницей между целевой скоростью и текущей скоростью, и посылает команду сцепления или торможения на контроллер мотора, контроллер двигателя, контроллер сцепления механизма передачи и магнитный клапан управления, которые электрически связаны с ПИД-регулятором, пока монорельсовый подъемник не достигнет целевой скорости.

[0016] Предпочтительно, чтобы в процессе работы монорельсового подъемника, ведущие шестерни в ведущей части зубчатой передачи постоянно вращались в сцеплении со стойкой под рельсом, и переключались между движением и холостым ходом в соответствии с потребностями в питании, энергия должна рециркулироваться в систему накопления энергии маховика, когда он находится в режиме ожидания.

[0017] Кабина и подъемная траверса соответственно должны соединяться через трансмиссию с рельсовым путем через вагонетку.

[0018]Кабина имеет переднюю и заднюю части, при этом гидравлическая приводная часть, ведущая часть зубчатой передачи и подъемная траверса соединяются друг с другом посредством соединительного болта.

[0019]Далее в настоящем изобретении представлен метод управления монорельсовым подъемником на основе гибридного дизельного-электрического двигателя, метод конкретно заключается в следующем.

[0020] Монорельсовый подъемник имеет три типа режимов движения, включая режим энергосбережения, режим транспортировки и режим подъема, в зависимости от условий веса груза, накопления электроэнергии и подъема и/или спуска, переключение между режимами управляется однокристальным микрокомпьютером.

[0021] Когда нагрузка на монорельсовый подъемник ниже 40% от максимальной нагрузки, она определяется как низкая нагрузка, когда нагрузка на монорельсовый подъемник выше 70% от максимальной нагрузки, она определяется как высокая нагрузка.

[0022] Подъемник переключается в режим энергосбережения, когда он находится на пути с низкой нагрузкой или на спуске, и в это время выбирается чисто масляный или чисто электрический привод.

[0023] Подъемник переключается в режим транспортировки, когда он находится в условиях высокой нагрузки или на ровном пути, и в это время выбирается гибридный дизельного-электрический силовой привод.

[0024] Подъемник переключается в режим подъема, когда он находится в зоне высокой нагрузки или на подъеме, и в это время выбирается гибридный привод системы накопления энергии "масло-маховик".

[0025] Работа в режиме энергосбережения: когда монорельсовый подъемник работает только на масляном приводе, однокристальный микрокомпьютер управляет выключением взрывозащищенного двигателя через контроллер двигателя, включением магнитной муфты b и магнитной муфты c, а также выключением магнитной муфты a через контроллер муфты, включением взрывозащищенного дизельного двигателя через контроллер двигателя. Взрывозащищенный дизельный двигатель приводит в действие гидравлическую часть через гидравлический

насос, ведущая часть зубчатой передачи находится в нерабочем состоянии, а система накопления энергии маховика находится в состоянии рекуперации энергии для восстановления кинетической энергии холостого хода движущих шестерен.

[0026] Когда блок батареи имеет низкий уровень питания, контроллер сцепления управляет включением магнитной муфты a, включением магнитной муфты b и выключением магнитной муфты c. Контроллер двигателя управляет включением взрывозащищенного генератора с постоянными магнитами, а также включением двигателя с регулировкой скорости. Маховик накопителя энергии заряжает блок батарей через механизм передачи и взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами под управлением регулирующего скорость двигателя, при этом система накопления энергии с маховиком находится в состоянии выдачи энергии.

[0027] Когда система накопления энергии c маховиком находится в режиме накопления энергии, контроллер сцепления управляет выключением магнитной муфты a, выключением магнитной муфты c и включением магнитной муфты b. Контроллер двигателя управляет включением двигателя, регулирующего скорость. Блок батареи обеспечивает питание, а двигатель, регулирующий скорость, поддерживает маховичный накопитель энергии в стабильном состоянии посредством механизма передачи.

[0028] Когда монорельсовый подъемник работает только с электрическим приводом, контроллер двигателя управляет отключением взрывозащищенного дизельного двигателя. Контроллер сцепления управляет выключением магнитной муфты a, выключением магнитной муфты b и выключением магнитной муфты c. Контроллер двигателя управляет включением взрывозащищенного двигателя. Блок батарей обеспечивает питание, а взрывозащищенный двигатель через передачу приводит в действие ведущую часть зубчатой передачи.

[0029] Работа в режиме транспортировки: однокристальный микрокомпьютер управляет выключением магнитной муфты b и магнитной муфты c, включением взрывозащищенного дизельного двигателя и взрывозащищенного мотора. Блок батареи обеспечивает питание, гидравлический насос приводит в действие гидравлическую часть привода, а передача приводит в действие ведущую часть зубчатой передачи.

[0030]Работа в режиме подъема: контроллер двигателя управляет включением взрывозащищенного дизельного двигателя, выключением взрывозащищенного мотора и включением двигателя, регулирующего скорость. Контроллер сцепления управляет выключением магнитной муфты a, включением магнитной муфты b и включением магнитной муфты c. Взрывозащищенный дизельный двигатель приводит в действие гидравлическую движущую часть через гидравлический насос, маховичный накопитель энергии приводит в действие ведущую часть зубчатой передачи под управлением регулирующего скорость двигателя, при этом маховичная система накопления энергии выдает энергию.

[0031] При подъеме по склону, маховик накопителя энергии обеспечивает вспомогательный крутящий момент через передачу; двигатель, регулирующий скорость, помогает контролировать скорость вращения передачи и помогает системе накопителя энергии завершить восстановление, накопление и высвобождение энергии.

[0032] В блоке батарей питания используется литий-железо-фосфатная батарея питания, уровень мощности которой обозначается, как низкий, когда мощность составляет менее 30% от общей мощности, и как высокий, когда мощность составляет более 70% от общей мощности.

[0033]Зарядка и разрядка блока батарей контролируется преобразователем постоянного/переменного тока; при низком уровне электроэнергии маховик накопителя энергии в системе маховичного накопителя энергии приводит в действие взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами для зарядки блока батарей через механизм передач.

[0034] Достоинства настоящего изобретения заключаются в следующем. Настоящее изобретение позволяет обеспечить независимый привод от электродвигателя или дизельного двигателя в режиме энергосбережения, гибридный привод от электродвигателя и дизельного двигателя в режиме транспортировки, и гибридный привод от дизельного двигателя и маховичного накопителя энергии в режиме подъема, в соответствии с различными условиями эксплуатации, включая условия пути подъема, пути спуска и нагрузки, чтобы удовлетворить потребности в мощности для монорельсового подъемника в различных условиях эксплуатации, при этом избыточная мощность рекуперируется в процессе движения, таким образом, реализуя экономию энергии и снижение выбросов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0035] Чтобы более четко объяснить варианты осуществления настоящего изобретения или технические решения из уровня техники, здесь будут кратко описаны прилагаемые чертежи, которые необходимо использовать для иллюстрации вариантов осуществления или уровня техники. Очевидно, что прилагаемые чертежи в следующем описании являются лишь некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Для обычных специалистов в данной области техники другие сопроводительные чертежи также могут быть легко получены из этих сопроводительных чертежей.

[0036] На ФИГ. 1 показана структурная схема последовательно-параллельного монорельсового подъемника на основе гибридной дизельного-электрической системы питания, обеспечиваемой вариантом реализации настоящего изобретения.

[0037] На ФИГ. 2 показана силовая схема последовательно-параллельного монорельсового подъемника на основе гибридной дизельного-электрической системы питания, обеспечиваемой вариантом реализации настоящего изобретения.

[0038] На ФИГ. 3 показана принципиальная схема системы адаптивного управления скоростью в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0039] На ФИГ. 4 показана схема системы переключения режимов в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0040] Условные обозначения.

[0041] 1. Кабина; 5. Несущая вагонетка; 6. Подъемная траверса; 7. Рельс; 8. Соединительный болт; 9. Тормоз; 201. Ведущая часть зубчатого привода; 202. Взрывозащищенный двигатель; 203. Трансмиссия; 204. Механизм передачи; 205 Маховик накопления энергии; 206. Двигатель, регулирующий скорость; 207; Контроллер двигателя; 208. Взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами; 209. Блок батарей; 210. Первый взрывозащищенный отсек; 301. Гидравлическая приводная часть; 302. Взрывозащищенный дизельный двигатель; 303. Гидравлический насос; 304. Контроллер двигателя; 305. Второй взрывозащищенный отсек; 401. ПИД-регулятор; 402. Датчик нагрузки; 403. Датчик электрической энергии; 404. Датчик наклона; 405. Датчик скорости.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0042] Технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения будут четко и полностью описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Очевидно, что описанные варианты осуществления являются частью вариантов осуществления настоящего изобретения, а не всех остальных вариантов осуществления. Исходя из вариантов осуществления настоящего изобретения, все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники без каких-либо творческих усилий, попадают в объем охраны прав по настоящему изобретению.

[0043] Как показано на ФИГ. 1-4, представлен последовательно-параллельный монорельсовый подъемник на основе гибридного дизельного-электрического двигателя и метод управления им. Монорельсовый подъемник включает в себя кабину 1, гидравлическую приводную систему, подъемную траверсу 6, зубчатую передачу и систему накопления энергии, соединенные последовательно друг с другом и перемещающиеся по рельсовому пути 7. Монорельсовый подъемник дополнительно оснащен системой адаптивного регулирования скорости.

[0044] Система гидравлического привода включает в себя взрывозащищенный дизельный двигатель 302 и гидравлический насос 303, расположенный во втором взрывозащищенном отсеке 305. Второй взрывозащищенный отсек 305 соединен с рельсом 7 через множество гидравлических ведущих частей 301, и каждая из гидравлических ведущих частей 301 соединена с масляным контуром взрывозащищенного дизельного двигателя 302 через гидравлический насос 303. Гидравлическая ведущая часть 301 относится к предыдущему уровню техники.

[0045] Система привода и хранения энергии включает первый взрывозащищенный отсек 210, оснащенный блоком батарей 209, а верхний конец первого взрывозащищенного отсека 210 соединен с рельсом 7 посредством множества ведущих частей 201. Ведущая часть зубчатой передачи 201 относится к предыдущему уровню техники.

[0046] Взрывозащищенный двигатель 202, двигатель, регулирующий скорость 206, и взрывозащищенный генератор 208 с постоянными магнитами, которые электрически соединены с блоком батарей 209 соответственно, расположены в первом взрывозащищенном отсеке 210; и взрывозащищенный двигатель 202 механически соединен с каждой из ведущих частей зубчатой передачи 201 через трансмиссию 203 соответственно.

[0047] Выходной конец двигателя регулирования скорости 206 соединен с входным концом механизма передачи 204, а магнитная муфта в механизма передачи 204 механически соединена с маховиком накопления энергии 205. Магнитная муфта c передаточного механизма 204 механически соединена с каждой из ведущих частей зубчатой передачи 201, а магнитная муфта a механизма передачи 204 механически соединена с взрывозащищенным генератором с постоянными магнитами 208.

[0048] Система адаптивного управления скоростью включает датчик нагрузки 402, предназначенный для получения информации о весе груза монорельсового подъемника и установленный на подъемной траверсе 6, датчик наклона 404, предназначенный для получения информации о подъеме и/или спуске монорельсового подъемника и установленный на верхнем конце кабины 1, датчик скорости 405, предназначенный для получения информации о рабочей скорости монорельсового подъемника и установленный на верхнем конце кабины 1, датчик электроэнергии 403, предназначенный для сбора информации о накопленной электроэнергии и находящийся в цепи связи с блоком батарей 209, контроллер двигателя 304, находящийся в цепи связи с взрывозащищенным дизельным двигателем 302, преобразователь постоянного/переменного тока, предназначенный для управления зарядкой и/или разрядкой блока батарей 209, магнитный управляющий клапан, установленный в гидравлическом тормозном контуре тормоза 9, расположенного в ведущей части зубчатой передачи 201 и гидравлической ведущей части 301, и ПИД-контроллер 401, установленный в кабине 1. Нечеткий ПИД-контроллер 401 включает однокристальный микрокомпьютер и ПИД-регулятор, которые электрически соединены друг с другом. В качестве однокристального микрокомпьютера выбран однокристальный микрокомпьютер MSP430. Нечеткий ПИД-контроллер 401 является пропорционально-интегральным дифференциальным нечетким регулятором, а ПИД-регулятор - пропорционально-интегральным дифференциальным регулятором.

[0049] Взрывозащищенный двигатель 202, двигатель с регулировкой скорости 206 и взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами 208 электрически соединены с контроллером двигателя 207 соответственно.

[0050] Контроллер двигателя 304 расположен во втором взрывозащищенном отсеке 305, а контроллер двигателя 207, датчик электрической энергии 403 и преобразователь постоянного/переменного тока расположены в первом взрывозащищенном отсеке 210.

[0051] Однокристальный микрокомпьютер электрически связан с датчиком нагрузки 402, датчиком электрической энергии 403, датчиком наклона 404, датчиком скорости 405, контроллером двигателя 207 и преобразователем постоянного/переменного тока соответственно. Нужная скорость рассчитывается в соответствии с информацией о состоянии работы веса груза, накопленной электроэнергии, подъеме и/или спуске, а также скорости монорельсового подъемника. Преобразователь переменного/постоянного тока - это двунаправленный преобразователь постоянного/переменного тока.

[0052] ПИД-регулятор рассчитывает изменение скорости в соответствии с разницей между целевой скоростью и текущей скоростью, и посылает команду сцепления или торможения на контроллер мотора 207, контроллер двигателя 304, контроллер сцепления механизма передачи 204 и магнитный клапан управления, которые электрически связаны с ПИД-регулятором, пока монорельсовый подъемник не достигнет целевой скорости.

[0053] В процессе работы монорельсового подъемника, ведущие шестерни в ведущей части зубчатой передачи постоянно вращаются в сцеплении со стойкой под рельсом, и переключаются между движением и холостым ходом в соответствии с потребностями в питании, энергия рециркулируется в систему накопления энергии маховика, когда он находится в режиме ожидания.

[0054] Кабина 1 и подъемная траверса 6 соответственно должны соединяться через механизм передачи с рельсовым путем 7 через вагонетку 5.

[0055] Кабина 1 имеет переднюю и заднюю части. Кабина 1, гидравлическая ведущая часть 301, ведущая часть 201 зубчатой передачи и подъемная траверса 6 соединяются друг с другом посредством соединительного болта 8.

[0056] Далее в настоящем изобретении представлен метод управления монорельсовым подъемником на основе гибридного дизельного-электрического двигателя, метод конкретно заключается в следующем.

[0057] Монорельсовый подъемник имеет три типа режимов движения, включая режим энергосбережения, режим транспортировки и режим подъема, в зависимости от условий веса груза, накопления электроэнергии и подъема и/или спуска.

[0058] Когда нагрузка на монорельсовый подъемник ниже 40% от максимальной нагрузки, она определяется как низкая нагрузка, когда нагрузка на монорельсовый подъемник выше 70% от максимальной нагрузки, она определяется как высокая нагрузка.

[0059] Подъемник переключается в режим энергосбережения, когда он находится на пути с низкой нагрузкой или на спуске, и в это время выбирается чисто масляный или чисто электрический привод.

[0060] Подъемник переключается в режим транспортировки, когда он находится в условиях высокой нагрузки или на ровном пути, и в это время выбирается гибридный дизельного-электрический силовой привод.

[0061] Подъемник переключается в режим подъема, когда он находится в зоне высокой нагрузки или на подъеме, и в это время выбирается гибридный привод системы накопления энергии "масло-маховик".

[0062] Работа в режиме энергосбережения: когда монорельсовый подъемник работает с масляным приводом, однокристальный микрокомпьютер управляет взрывозащищенным двигателем 202 для выключения через контроллер двигателя 207, магнитной муфтой b и магнитной муфтой c для включения, а также магнитной муфтой a для выключения через контроллер муфты, взрывозащищенным дизельным двигателем 302 для включения через контроллер двигателя 304; взрывозащищенный дизельный двигатель 302 приводит в действие гидравлическую приводную часть 301 посредством гидравлического насоса 303, приводная часть 201 находится в нерабочем состоянии, а система накопления энергии маховика находится в состоянии рекуперации энергии для восстановления кинетической энергии холостого хода приводных шестерен.

[0063] Когда блок батареи 209 имеет низкий уровень питания, контроллер сцепления управляет включением магнитной муфты a, включением магнитной муфты b и выключением магнитной муфты c. Контроллер двигателя 207 управляет включением взрывозащищенного генератора с постоянными магнитами 208, а также включением двигателя с регулировкой скорости 206. Маховик накопителя энергии заряжает блок батарей 209 через механизм передачи 204 и взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами 208 под управлением регулирующего скорость двигателя 206, при этом система накопления энергии с маховиком находится в состоянии выдачи энергии.

[0064] Когда система накопления энергии c маховиком находится в режиме накопления энергии, контроллер сцепления управляет выключением магнитной муфты a, выключением магнитной муфты c и включением магнитной муфты b. Контроллер двигателя 207 управляет включением двигателя, регулирующего скорость 206. Блок батареи 209 обеспечивает питание, а двигатель, регулирующий скорость 207, поддерживает маховичный накопитель энергии в стабильном состоянии посредством механизма передачи 204.

[0065] Когда монорельсовый подъемник работает только с электрическим приводом, контроллер двигателя 304 управляет отключением взрывозащищенного дизельного двигателя 302. Контроллер сцепления управляет выключением магнитной муфты a, выключением магнитной муфты b и выключением магнитной муфты c. Контроллер двигателя 207 управляет включением взрывозащищенного двигателя 202. Блок батарей 209 обеспечивает питание, а взрывозащищенный двигатель 202 через передачу 203 приводит в действие ведущую часть зубчатой передачи 201.

[0066] Работа в режиме транспортировки: однокристальный микрокомпьютер управляет выключением магнитной муфты b и магнитной муфты c, включением взрывозащищенного дизельного двигателя 302 и взрывозащищенного двигателя 202. Блок батареи 209 обеспечивает питание, гидравлический насос 303 приводит в действие гидравлическую часть привода 301, а передача 203 приводит в действие ведущую часть зубчатой передачи 201.

[0067] Работа в режиме подъема: контроллер двигателя 207 управляет включением взрывозащищенного дизельного двигателя 302, выключением взрывозащищенного двигателя 202 и включением двигателя, регулирующего скорость 206. Контроллер сцепления управляет выключением магнитной муфты a, включением магнитной муфты b и включением магнитной муфты c. Взрывозащищенный дизельный двигатель 302 приводит в действие гидравлическую ведущую часть 301 через гидравлический насос 303, маховичный накопитель энергии приводит в действие ведущую часть зубчатой передачи 201 под управлением регулирующего скорость двигателя 206, при этом маховичная система накопления энергии выдает энергию.

[0068] При подъеме по склону, маховик 205 обеспечивает вспомогательный крутящий момент через передачу 204. Двигатель, регулирующий скорость 206, помогает контролировать скорость вращения передаточного механизма 204 и помогает маховичной системе накопления энергии завершить восстановление, накопление и высвобождение энергии.

[0069] В блоке батарей питания 209 используется литий-железо-фосфатная батарея питания, уровень мощности которой обозначается, как низкий, когда мощность составляет менее 30% от общей мощности, и как высокий, когда мощность составляет более 70% от общей мощности.

[0070] Преобразователь переменного/постоянного тока управляет зарядкой и разрядкой блока батарей 209. При низкой электрической мощности маховик накопителя энергии в системе маховичного накопителя энергии приводит в действие взрывозащищенный генератор 208 с постоянными магнитами для зарядки блока батарей 209 через механизм передачи.

[0071] Очевидно, что всевозможные вариации и модификации могут быть выполнены специалистами в данной области техники в рамках настоящего изобретения без отхода от духа и сферы применения настоящего изобретения. Таким образом, если такие вариации или модификации настоящего изобретения попадают в объем защиты формулы настоящего изобретения и эквивалентной технической формулы, настоящее изобретение также будет включать эти модификации и вариации.

В настоящем изобретении описан последовательно-параллельный монорельсовый подъемник на основе гибридного дизельного-электрического двигателя и метод управления им. Монорельсовый подъемник включает в себя кабину, гидравлическую приводную систему, подъемную траверсу, зубчатую передачу, систему накопления энергии и систему адаптивного управления скоростью, соединенные последовательно друг с другом и перемещающиеся по рельсовому пути. Монорельсовый подъемник может использовать отдельно привод от электродвигателя или дизельного двигателя в режиме энергосбережения, гибридный привод от электродвигателя и дизельного двигателя в режиме транспортировки и гибридный привод от дизельного двигателя и маховичного накопителя энергии в режиме подъема, в соответствии с различными условиями эксплуатации, которые включают условия подъема, спуска и нагрузки. В результате становится возможным удовлетворить потребность в электроэнергии для монорельсового подъемника при различных условиях эксплуатации, причем избыточная энергия рекуперируется в процессе движения для обеспечения экономии энергии и снижения выбросов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Последовательно-параллельный монорельсовый подъемник на основе гибридного дизельного-электрического двигателя, где монорельсовый подъемник включает кабину (1), гидравлическую приводную систему, подъемную траверсу (6), систему привода зубчатой передачи и накопитель энергии, соединенные последовательно друг с другом и перемещающиеся по рельсовому пути (7);

гидравлическая приводная система включает взрывозащищенный дизельный двигатель (302) и гидравлический насос (303), расположенный во втором взрывозащищенном отсеке (305); второй взрывозащищенный отсек (305) соединен с рельсом (7) через множество гидравлических ведущих частей (301), и каждая из гидравлических ведущих частей (301) соединена с масляным контуром взрывозащищенного дизельного двигателя (302) через гидравлический насос (303);

система привода и хранения энергии включает первый взрывозащищенный отсек (210), оснащенный блоком батарей (209), верхний конец первого взрывозащищенного отсека (210) соединен с рельсом (7) посредством множества ведущих частей (201),

взрывозащищенный двигатель (202), двигатель, регулирующий скорость (206), и взрывозащищенный генератор (208) с постоянными магнитами, которые электрически соединены с блоком батарей (209) соответственно, расположены в первом взрывозащищенном отсеке (210); и взрывозащищенный двигатель (202) механически соединен с каждой из ведущих частей зубчатой передачи (201) через трансмиссию (203) соответственно,

выходной конец двигателя, регулирующего скорость (206), соединен с входным концом механизма передачи (204), магнитная муфта b механизма передачи (204) механически соединена с маховиком накопителя энергии (205), магнитная муфта c механизма передачи (204) механически соединена с каждой из ведущих частей зубчатой передачи (201), магнитная муфта механизма передачи (204) механически соединена с взрывозащищенным генератором с постоянными магнитами (208).

2. Подъемник по п. 1, отличающийся тем, что монорельсовый подъемник дополнительно включает систему адаптивного управления скоростью, система адаптивного управления скоростью включает датчик нагрузки (402), предназначенный для получения информации о весе груза монорельсового подъемника и установленный на подъемной траверсе (6), датчик наклона (404), предназначенный для получения информации о наклоне вверх и/или вниз монорельсового подъемника и установленный на верхнем конце кабины (1), датчик скорости (405), предназначенный для получения информации о рабочей скорости монорельсового подъемника и установленный на верхнем конце кабины (1), датчик электрической энергии (403), предназначенный для получения информации о накоплении электрической энергии и находящийся в цепной связи с блоком батарей (209), контроллер двигателя (304), соединенный с взрывозащищенным дизельным двигателем (302), преобразователь постоянного/переменного тока, предназначенный для управления зарядкой и/или разрядкой блока батарей (209), магнитный клапан управления, предназначенный для управления аварийным отключением и установленный в тормозе (9), расположенном в ведущей части зубчатой передачи (201) и гидравлической ведущей части (301), и нечеткий ПИД-регулятор (401), установленный в кабине (1), нечеткий ПИД-регулятор (401) включает однокристальный микрокомпьютер и ПИД-регулятор, которые соединены друг с другом электрически;

взрывозащищенный двигатель (202), двигатель с регулировкой скорости (206) и взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами (208) электрически соединены с контроллером двигателя (207)) соответственно,

однокристальный микрокомпьютер электрически связан с датчиком нагрузки (402), датчиком электроэнергии (403), датчиком наклона (404), датчиком скорости (405), контроллером двигателя (207) и преобразователем постоянного/переменного тока соответственно, и целевая скорость рассчитывается в соответствии с информацией о весе груза, накопителе электроэнергии, наклоне вверх и/или вниз и скорости монорельсового подъемника; и

ПИД-регулятор рассчитывает изменение скорости в соответствии с разницей между целевой скоростью и текущей скоростью, и посылает команду сцепления или торможения на контроллер мотора (207), контроллер двигателя (304), контроллер сцепления механизма передачи (204) и магнитный клапан управления, которые электрически связаны с ПИД-регулятором, пока монорельсовый подъемник не достигнет целевой скорости.

3. Подъемник по п. 2, отличающийся тем, что в процессе работы монорельсового подъемника, ведущие шестерни в ведущей части зубчатой передачи (201) постоянно вращаются в сцеплении со стойкой под рельсом (7), и переключаются между движением и холостым ходом в соответствии с потребностями в питании, энергия рециркулируется в систему накопления энергии маховика, когда он находится в режиме ожидания.

4. Подъемник по п. 3, отличающийся тем, что кабина (1) и подъемная траверса (6) соответственно соединены с рельсом (7) через несущую вагонетку (5).

5. Подъемник по п. 4, отличающийся тем, что кабина (1) имеет переднюю и заднюю части, а кабина (1), гидравлическая ведущая часть (301), ведущая часть зубчатой передачи (201) и подъемная траверса (6) поочередно соединены друг с другом посредством соединительного болта (8).

6. Способ управления последовательно-параллельным монорельсовым подъемником на основе гибридной системы питания, который заключается в следующем:

производят разделение режима движения монорельсового подъемника на три типа, включая режим энергосбережения, режим транспортировки и режим подъема, в соответствии с условиями веса груза, накопления электроэнергии и подъема и/или спуска;

осуществляют переключение, когда монорельсовый подъемник имеет низкую нагрузку или находится на спуске, в режим энергосбережения, и выбор только масляного или только электрического привода в это время; определение нагрузки ниже 40% от максимальной нагрузки, как низкой нагрузки;

осуществляют переключение в режим транспортировки, когда монорельсовый подъемник находится в режиме высокой нагрузки или на ровном пути, и выбор в это время гибридного силового привода; определение нагрузки подъемника выше 70% от максимальной нагрузки, как высокой нагрузки; и

осуществляют переключение в режим подъема, когда монорельсовый подъемник находится в зоне высокой нагрузки или на подъеме, и выбор в это время гибридного привода системы накопления энергии.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что осуществляют работу в режиме энергосбережения: когда монорельсовый подъемник работает с масляным приводом, однокристальный микрокомпьютер управляет взрывозащищенным двигателем (202) для выключения через контроллер двигателя (207), магнитной муфтой b и магнитной муфтой c для включения, а также магнитной муфтой a для выключения через контроллер муфты, взрывозащищенным дизельным двигателем (302) для включения через контроллер двигателя (304); взрывозащищенный дизельный двигатель (302) приводит в действие гидравлическую приводную часть (301) посредством гидравлического насоса (303), приводная часть (201) находится в нерабочем состоянии, а система накопления энергии маховика находится в состоянии рекуперации энергии для восстановления кинетической энергии холостого хода приводных шестерен,

когда блок батарей (209) имеет низкий уровень питания, контроллер сцепления управляет включением магнитной муфты a, включением магнитной муфты b и выключением магнитной муфты c; контроллер двигателя (207) управляет включением взрывозащищенного генератора с постоянными магнитами (208) и включением двигателя, регулирующего скорость (206); маховик-накопитель энергии заряжает батарею (209) через механизм передачи (204) и взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами (208) под управлением регулирующего скорость двигателя (206), при этом маховичная система накопления энергии находится в состоянии выдачи энергии;

когда маховичная система накопления энергии накапливает энергию, контроллер сцепления управляет выключением магнитной муфты a, выключением магнитной муфты c и включением магнитной муфты b, контроллер двигателя (207) управляет включением двигателя, регулирующего скорость (206), блок батареи (209) обеспечивает питание, и двигатель, регулирующий скорость (207), поддерживает маховик для накопления энергии в стабильном состоянии накопления энергии через механизм передачи (204);

когда монорельсовый подъемник работает только с электрическим приводом, контроллер двигателя (304) управляет выключением взрывозащищенного дизельного двигателя (302), контроллер сцепления управляет выключением магнитной муфты a, выключением магнитной муфты b и выключением магнитной муфты c, контроллер двигателя (207) управляет включением взрывозащищенного двигателя (202), блок батареи (209) обеспечивает питание, и взрывозащищенный двигатель (202) приводит в действие ведущую часть зубчатой передачи (201) через трансмиссию (203);

осуществляют работу в режиме транспортировки: однокристальный микрокомпьютер управляет выключением магнитной муфты b и магнитной муфты c, включением взрывозащищенного дизельного двигателя (302) и взрывозащищенного двигателя (202), подачей питания от блока силовых батарей (209), гидравлическим насосом (303), приводящим в действие гидравлическую приводную часть (301), и трансмиссией (203), приводящей в действие ведущую часть зубчатой передачи (201); и

осуществляют работу в режиме подъема: контроллер двигателя (207) управляет включением взрывозащищенного дизельного двигателя (302), выключением взрывозащищенного двигателя (202) и включением двигателя, регулирующего скорость (206), контроллер сцепления управляет выключением магнитной муфты a, включением магнитной муфты b и включением магнитной муфты c, взрывозащищенный дизельный двигатель (302) приводит в действие гидравлическую приводную часть (301) через гидравлический насос (303), маховичный накопитель энергии приводит в действие приводную часть зубчатой передачи (201) через трансмиссию (204) под управлением регулирующего скорость двигателя (206), и маховичная система накопления энергии выдает энергию.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что при подъеме по склону, маховиком накопителя энергии (205) обеспечивают вспомогательный крутящий момент через механизм передачи (204); двигателем регулирования скорости (206) помогают контролировать скорость вращения передачи (204) и помогают маховику накопителя энергии завершить восстановление, накопление и высвобождение энергии.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в блоке батарей (209) используют литий-железо-фосфатную батарею, уровень мощности которой обозначается, как низкий, когда мощность составляет менее 30% от общей мощности, и как высокий, когда мощность составляет более 70% от общей мощности; и

зарядка и разрядка блока батарей (209) контролируются преобразователем постоянного/переменного тока; при низком уровне электроэнергии маховик накопителя энергии в системе маховичного накопителя энергии приводит в действие взрывозащищенный генератор с постоянными магнитами (208) для зарядки блока батарей (209) через механизм передачи.