一种新能源张力机论文和设计-蒋晓峰

全文摘要

本实用新型公开了一种新能源张力机，涉及张力机领域。目前，输电线路工程张力架线施工中使用的张力机基本采用柴油发动机作为动力，设备噪声大，污染环境，发动机相对维修成本高且经济性差，在现场加注柴油也容易造成污染。本实用新型充分利用张力机主要以被动做功为主的特点，通过增设发电机、动力电池及用于驱动液压泵的电动机等，取消原有的柴油发动机，实现将外部的被动做功尽可能多的转化为电能，为驱动液压泵的电动机提供电能，同时，配置的动力电池可储存多余的电能及在系统需要的情况下为系统供电，使张力机工作更加节能。取消柴油发动机后，不仅不会对周边环境产生污染，且可大大降低设备运行噪声，优化操作环境，实现了更高的环保要求。

主设计要求

1.一种新能源张力机，包括机械结构部分、液压系统部分、控制系统部分和动力装置部分，所述的机械结构部分包括张力轮（1）、与张力轮（1）连接的第一齿轮箱（2）、与第一齿轮箱（2）连接的制动器（3）；所述的液压系统部分包括液压回路、设于液压回路上的张力调整阀（7）、张力表（10）、主液压马达（4）、主液压泵（13）、主液压泵补油泵（14）、风扇泵（16）、尾车泵（17）、刹车补油泵（18）、所述的制动器（3）与主液压马达（4）连接，所述的风扇泵（16）与尾车泵（17）连接，所述的尾车泵（17）与刹车补油泵（18）连接，所述的主液压泵（13）与主液压泵补油泵（14）连接，其特征在于：还包括连接于机械结构部分或液压系统部分的在张力机被动工况下将外部能量转化为可利用电能的发电装置，所述的发电装置包括发电机（6）和与发电机（6）连接的用于储存电能的动力电池；所述的动力装置包括若干个电动机，所述的发电机（6）和动力电池与电动机连接，所述的电动机与各液压泵连接，并通过控制系统实现工作驱动，所述的控制系统包含动力电池的管理模块、电机控制模块及液压系统控制模块。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种新能源张力机，其特征在于：所述的发电机（6）设于所述的机械结构部分，所述的机械结构部分还包括分动箱（5），所述的分动箱（5）设于制动器（3）和主液压马达（4）之间，所述的发电机（6）与分动箱（5）连接。

3.根据权利要求1所述的一种新能源张力机，其特征在于：所述的发电机（6）设于机械结构部分，在张力轮（1）的大齿轮处设置增速机构，所述的发电机（6）与直接与增速机构连接，所述的增速机构直接与大齿轮相连。

4.根据权利要求1所述的一种新能源张力机，其特征在于：所述的发电机（6）设于所述的液压系统部分，所述的张力调整阀（7）和张力表（10）之间的液压回路上设有1个驱动发电机（6）的液压驱动马达（8），所述的发电机（6）通过第二齿轮箱（9）与液压驱动马达（8）连接。

5.根据权利要求1所述的一种新能源张力机，其特征在于：所述的电动机包括1个主电动机（11）和1个副电动机（15），所述的风扇泵（16）、尾车泵（17）和刹车补油泵（18）采用三联泵，第一联风扇泵（16）为风扇马达提供压力油，第二联尾车泵（17）为张力工况的尾车和主液压回路提供压力油，为牵引工况的尾车提供压力油，第三联刹车补油泵（18）为张力轮的制动器（3）提供压力油，三联泵连接到副电动机（15），所述的主液压泵（13）与主电动机（11）连接。

6.根据权利要求5所述的一种新能源张力机，其特征在于：所述的主液压泵（13）通过减速箱（12）与主电动机（11）连接；所述的三联泵可通过减速装置与副电动机（15）连接。

7.根据权利要求1所述的一种新能源张力机，其特征在于：所述的动力电池为可拆卸式电池，包括1个主动力电池和1个备用便携式动力电池，动力电池总容量根据张力机在非张力工况下的容量需求，容量大于张力机在额定牵引力、牵引速度下主动向后传动作业持续大于或等于30钟的用电量。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及张力机领域，尤其涉及一种新能源张力机。

背景技术

输电线路工程张力架线施工中皆需使用张力机，而目前的张力机皆采用柴油发动机提供动力，不仅设备噪声大，污染环境，发动机相对维修成本高且经济性差，同时，在现场加注柴油也容易造成污染。

原常规张力机主要由张力轮、减速机构、液压系统、发动机等组成，其工作状态一般为：在张力机就位时，由发动机带动相应液压泵为支腿油缸提供油缸伸缩的压力油；在张力工况下，由发动机带动相应的液压泵提供风扇马达、尾车马达运转的压力油，带动补油泵提供相关的制动器压力油，同时上述压力油或部分压力油经运转后作为主液压回路的补油用压力油；在张力机向前、向后主动传动时，发动机带动相应的液压泵提供风扇马达、尾车马达运转的压力油，提供相关的制动器压力油，同时发动机带动主液压泵提供主液压回路张力轮主动传动的压力油。

因张力机主要工作状态为张力工况，即被动工况，而在原常规设计的张力机，在张力被动工况下，张力大小是通过调节张力调整阀来调整主液压回路压力大小，与张力轮稳定运转的阻力大小相对应，而张力调整阀则仅仅将液压能转化为液压油的热量，并通过散热器进行散热，没有将此部分能量充分转化利用，而且在此工况下，发动机仍需做功提供风扇马达、尾车马达等稳定运转的压力油，因此，存在明显的能量浪费。

为此，为优化操作环境，避免环境污染，及随着国家环保要求的不断提高，研制一种节能环保型的新能源张力机显得十分必要。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行改进，充分利用张力机主要以被动做功为主的特点，改变了现有张力机的能量获取方式，提供一种具备能量回收及节能功能的新能源张力机及其工作方法，以实现更高的节能、环保要求为目的。为此，本实用新型采取以下技术方案。

一种新能源张力机，包括机械结构部分、液压系统部分、控制系统部分和动力装置部分，所述的机械结构部分包括张力轮、与张力轮连接的第一齿轮箱、与第一齿轮箱连接的制动器；所述的液压系统部分包括液压回路、设于液压回路上的张力调整阀、张力表、主液压马达、主液压泵、主液压泵补油泵、风扇泵、尾车泵、刹车补油泵、所述的制动器与主液压马达连接，所述的的风扇泵与尾车泵连接，所述的尾车泵与刹车补油泵连接，所述的主液压泵与主液压泵补油泵连接，其特征在于：还包括连接于机械结构部分或液压系统部分的在张力机被动工况下将外部能量转化为可利用电能的发电装置，所述的发电装置包括发电机和与发电机连接的用于储存电能的动力电池；所述的动力装置包括若干个电动机，所述的发电机和动力电池与电动机连接，所述的电动机与各液压泵连接，并通过控制系统实现工作驱动，所述的控制系统包含动力电池的管理模块、电机控制模块及液压系统控制模块。通过增加发电装置，在张力机被动工况下发电，为驱动液压泵的电动机和控制系统提供电能，配置的动力电池储存多余的电能及在系统电量不足的情况下为系统供电，取消了传统张力机进行工作驱动的柴油发动机，实现将外部的被动做功尽可能多的转化为电能供张力机工作，使张力机工作更加节能高效，不会对周边环境产生污染，实现了更高的环保要求。

作为优选技术手段：所述的发电机设于所述的机械结构部分，所述的机械结构部分还包括分动箱，所述的分动箱设于制动器和主液压马达之间，所述的发电机与分动箱连接。分动箱方便地实现了对制动器、主液压马达和发电机的连接，并能在发电机侧实现增速，提升发电效果。

作为优选技术手段：所述的发电机设于机械结构部分，在张力轮的大齿轮处设置增速机构，所述的发电机直接与增速机构连接，所述的增速机构直接与大齿轮相连。通过增速机构连接发电机，能实现发电机侧的增速，提升发电效果。

作为优选技术手段：所述的发电机设于所述的液压系统部分，所述的张力调整阀和张力表之间的液压回路上设有1个驱动发电机的液压驱动马达，所述的发电机通过第二齿轮箱与液压驱动马达连接。发电机通过第二齿轮箱连接于液压驱动马达上，在被动工况下，实现驱动发电，第二齿轮箱可有效实现增速，提升发电效果。

作为优选技术手段：所述的电动机包括1个主电动机和1个副电动机，所述的风扇泵、尾车泵和刹车补油泵采用三联泵，第一联风扇泵为风扇马达提供压力油，第二联尾车泵为张力工况的尾车和主液压回路提供压力油，为牵引工况的尾车提供压力油，第三联刹车补油泵为张力轮的制动器提供压力油，三联泵连接到副电动机，所述的主液压泵与主电动机连接。主电动机和副电动机各自独立驱动各自的液压泵，互相独立控制，在被动工况下，主电动机可以不工作，可更好地节约能源。

作为优选技术手段：所述的主液压泵通过减速箱与主电动机连接；所述的三联泵可通过减速装置与副电动机连接。可以有效提高电动机的转速，可降低电动机的成本。

作为优选技术手段：所述的动力电池为可拆卸式电池，包括1个主动力电池和1个备用便携式动力电池，动力电池总容量根据张力机在非张力工况下的容量需求，容量大于张力机在额定牵引力、牵引速度下主动向后传动作业持续大于30分钟的用电量。

有益效果：

１、充分利用张力机主要以被动做功为主的特点，通过增设发电机、动力电池及用于驱动液压泵的电动机等，取消现有的柴油发动机，实现将外部的被动做功尽可能多的转化为电能，为驱动液压泵的电动机提供电能，同时，配置的动力电池可储存多余的电能及在系统需要的情况下为系统供电，使张力机工作更加节能。取消柴油发动机后，不仅不会对周边环境产生污染，且可大大降低设备运行噪声，优化操作环境，实现了更高的环保要求。

2、通过增速机构连接发电机，能实现发电机侧的加速，提升发电效果。

3、主电动机和副电动机各自独立驱动各自的液压泵，互相独立控制，在被动工况下，主电动机可以不工作，可更好地节约能源。

4、主液压泵通过减速箱与主电动机连接，可以有效提高电动机的转速，降低电动机的成本。

5、通过动力电池有效地实现了电能储存，并且，为避免张力机较长时间处于低速运转的情况而引起电量储量不足，通过配置备用便携式动力电池，方便带回驻地充电。

附图说明

图1是本实用新型采用分动箱连接发电机示意图。

图2是本实用新型采用液压驱动马达连接发电机示意图。

图3是本实用新型主液压泵连接电动机示意图。

图４是本实用新型三联泵连接电动机示意图。

图中：1-张力轮；2-第一齿轮箱；3-制动器；4-主液压马达；5-分动箱；6-发电机；7-张力调整阀；8-液压驱动马达；9-第二齿轮箱；10-张力表；11-主电动机；12-减速箱；13-主液压泵；14-主液压泵补油泵；15-副电动机；16-风扇泵；17-尾车泵；1８-刹车补油泵。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。

实例一

如图1、3、４所示，一种新能源张力机，包括机械结构部分、液压系统部分、控制系统部分和动力装置部分，机械结构部分包括张力轮1、与张力轮1连接的第一齿轮箱2和与第一齿轮箱2连接的制动器3，与制动器3连接的分动箱5及与分动箱5连接的发电机6；液压系统部分包括液压回路、设于液压回路上的张力调整阀7、张力表1０、主液压马达4、主液压泵１３、主液压泵补油泵１４、风扇泵1６、尾车泵1７、刹车补油泵1８、制动器3与主液压马达4连接，风扇泵1６与尾车泵1７连接，尾车泵1７与刹车补油泵1８连接，主液压泵１３与主液压泵补油泵１４连接，还包括连接于机械结构部分的在张力机被动工况下将外部能量转化为可利用电能的发电装置，发电装置包括发电机6和与发电机6连接的用于储存电能的动力电池；动力装置包括若干个电动机，发电机6和动力电池与电动机连接，电动机与各液压泵连接，通过控制系统实现工作驱动。控制系统主要包含动力电池的管理模块、电机控制模块及液压系统控制模块。

为了便于发电机的布置，发电机6设于机械结构部分，机械结构部分还包括分动箱5，分动箱5设于制动器3和主液压马达4之间，发电机6与分动箱5连接。分动箱5方便地实现了对制动器3、主液压马达4和发电机6的连接，并能在发电机6侧实现加速，提升发电效果。

为了更好地节约能源，电动机包括1个主电动机１１和1个副电动机1５，风扇泵1６、尾车泵1７和刹车补油泵1８采用三联泵，第一联风扇泵1６为风扇马达提供压力油，第二联尾车泵1７为张力工况的尾车和主液压回路提供压力油，为牵引工况的尾车提供压力油，第三联刹车补油泵13为张力轮的制动器3提供压力油，三联泵连接到副电动机1５，主液压泵１３与主电动机１１连接。主电动机１１和副电动机1５各自独立驱动各自的液压泵，互相独立控制，在被动工况下，主电动机１１可以不工作，可更好地节约能源。

为了降低电动机的成本，主液压泵１３通过减速箱１２与主电动机１１连接；三联泵可通过减速装置与副电动机1５连接。可以有效提高电动机的转速，可降低电动机的成本。

为了使动力电池能满足张力机的工作需求，配置1个主动力电池和1个备用便携式动力电池，实现电能储存和为系统供电的功能，动力电池总容量需满足张力机在非张力工况下的容量需求，其容量大于张力机在额定牵引力、牵引速度下主动向后传动作业持续约30分钟的用电量。同时，为有效解决张力机较长时间处于低速运转的情况而引起电量储量不足情况，配置方便带回驻地充电的备用便携式动力电池，以方便补充张力机的储存电能。

一种新能源张力机的工作过程，包括以下步骤：

1）在张力机就位时，由动力电池供电，电动机带动相应液压泵为支腿油缸提供油缸伸缩的压力油，发电机皆处于空载状态；

2）在张力工况下，由电动机带动相应的液压泵，提供风扇马达、尾车马达运转的压力油，带动刹车补油泵1８提供相关的制动器3压力油，同时上述压力油或部分压力油经运转后作为主液压回路的补油用压力油，且在张力机运转速度达到设定值时，发电机6开始工作，通过发电机6吸收转化外部能量，吸收转化的电能用于提供相关电动机及控制系统工作，且将多余的能量存储至动力电池；

3）在张力机向前、向后主动传动时，由动力电池供电，电动机带动相应的液压泵提供风扇马达、尾车马达运转的压力油，提供相关的制动器3压力油，同时主电动机１１带动主液压泵１３提供主液压回路张力轮1主动运转的压力油，发电机皆处于空载状态。工作控制方法可靠，能够有效地实现新能源张力机的正常工作。

在张力工况下，因发电机6在低速状态下，难以维持稳定的张力，故在控制上，考虑在张力轮1低转速的情况下，发电机处于卸载状态，即处于空转，张力全部由主液压回路承担；当检测到放线速度从低速提高到预设值时，自动分步骤将发电机的扭矩提升，相应分步骤自动减少液压回路中张力调整阀７的压力，在此过程中，需维持外部张力值不变；当检测到放线速度从高速降低至接近预设值时，则自动分步骤增加张力调整阀７的压力，相应分步骤自动将发电机扭矩降至空载，在此过程中，需维持外部张力值不变；在张力机主动向前或向后传动时，发电机6皆处于空载状态。有效地实现了增设发电机6的控制思路。

所述的机械结构部分适用于多组张力轮1，当在两组张力轮1并轮的情况下，两个发电机6的控制共同由其中设定的一个张力调整阀７对应；其它控制方法与单组张力轮运转相同，即仍然保持一个张力调整阀７与两组发电机形成对应关系。有效地实现了发电机在张力轮并轮情况下的控制。

本实例中，动力电池采用电动汽车上常用的三元锂电池或磷酸铁锂电池。

实例二

与以上实例一所不同的是，发电机6设于机械结构部分，在张力轮1的大齿轮处设置增速机构，发电机6与增速机构连接。通过增速机构连接发电机6，能实现发电机6侧的加速，提升发电效果。

实例三

如图2所示，与以上实例一所不同的是，发电机6设于液压系统部分，张力调整阀７和张力表1０之间的液压回路上设有1个驱动发电机6的液压驱动马达８，发电机6通过第二齿轮箱９与液压驱动马达８连接。发电机6通过第二齿轮箱９连接于液压驱动马达８上，在被动工况下，实现驱动发电，第二齿轮箱９可有效实现增速，提升发电效果。

以上图1-4所示的一种新能源张力机是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本实用新型的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

设计图

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