一种节能环保施工机械及其工作方法与流程

本发明涉及工程机械技术领域，具体是涉及一种节能环保施工机械及其工作方法。

背景技术：

履带起重机、强夯机等施工机械主要应用于外场吊装、压实等，其主要工作机构为起升机构和下降机构，行走机构较少。由于外场远离电源，目前，履带起重机、强夯机等施工机械绝大多数采用大功率柴油机(约200kw或以上)作为动力源，采用液压执行元件实现作业动作，会伴随着发动机尾气的排放、噪声和液压泄漏，对环境造成极大的污染；另外，随着燃油价格不断上升，寻求替代能源的需求越来越迫切。

例如申请号为cn200620167348的中国发明专利申请就公开了一种采用电动机来带动作业的施工机械，该机械使用电动机通过一个电缆卷盘连接电源，但这种方式只能用于靠近市电电源的地方，而施工机械主要使用的场合多数离电源非常远，通过电缆来连接电源的方式十分不便。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种能够大大减小环境污染的节能环保施工机械。

本发明的第二目的是提供一种能够实现自动充电的节能环保施工机械的工作方法。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供的节能环保施工机械包括起重机本体和动力系统，动力系统为起重机本体输出动力，动力系统包括发电机组，发电机组包括发电机、整流装置，发电机与整流装置电连接，该动力系统还包括锂电池组，锂电池组包括锂电池、升压装置、充放电控制装置，发电机组通过升压装置为锂电池充电，充放电控制装置控制锂电池执行充电操作或者放电操作。

在上述方案中，锂电池为起重机本体提供动力，驱动起重机本体进行起吊作业。当发电机为锂电池充电时，发电机输出的电流为交流电流，首先发电机输出的交流电流经过整流装置转换成直流电流。然后直流电流经过升压装置时电流值会减小，这样就可以减小电能的损耗，发电机给锂电池充电的充电效率也就越高。当锂电池内部电量不足时，充放电控制装置控制锂电池执行充电操作，发电机开始为锂电池充电；当锂电池内部电量充足时，充放电控制装置控制锂电池执行放电操作，锂电池开始为起重机本体输出动力，起重机本体开始进行起吊作业。

优选地，节能环保施工机械还包括控制系统，控制系统包括监视器、plc控制系统，plc控制系统可以检测锂电池中的电量，电量可以通过监视器显示。

进一步的方案是，plc控制系统向充放电控制装置传输充电信号和放电信号。

在上述方案中，plc控制系统可以检测锂电池中的电量，并将检测到的电量通过监视器显示。用户可以通过监视器随时观察锂电池中存储的电量。在plc控制系统中对于锂电池电量值预设有一个指定值，当plc控制系统检测到锂电池中电量低于该指定值时，plc控制系统向充放电控制装置传输充电信号并向发电机传输启动信号，充放电控制装置控制锂电池进行充电操作，发电机开始为锂电池进行充电。当该节能环保施工机械需要工作时，plc控制系统向充放电装置传输放电信号，锂电池开始为起重机本体供电。

更进一步的方案是，控制系统包括电控系统，电控系统包括制动电阻、起升变频装置、变幅变频装置、行走变频装置，制动电阻、起升变频装置、变幅变频装置、行走变频装置之间的连接关系均为并联连接。

更进一步的方案是，在起重机本体内部设置有执行机构，执行机构包括起升电机、变幅电机、行走电机，起升变频装置可调节起升电机的转速，变幅变频装置可调节变幅电机的转速，行走变频装置可调节行走电机的转速。

在上述方案中，当需要调节重物起吊的速度时，plc控制系统向起升变频装置传输第一调节信号，起升变频装置调节起升电机的转速；当需要调节臂架抬起的速度时，plc控制系统向变幅变频装置传输第二调节信号，变幅变频装置调节变幅电机的转速；当需要调节履带式起重机的行走速度时，plc控制系统向行走变频装置传输第三调节信号，行走变频装置调节行走电机的转速。

更进一步的方案是，起重机本体包括起吊装置、臂架系统、变幅装置、起升装置、行走装置，起吊装置、臂架系统、变幅装置、起升装置均位于行走装置的上部，变幅装置可控制臂架系统的升降，起升装置可控制起吊装置的升降。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供的一种节能环保施工机械的工作方法包括充电步骤，充电步骤包括如下步骤：

步骤s1：plc控制系统向发电机传输启动信号；

步骤s2：充放电控制装置向锂电池传输充电信号；

步骤s3：发电机将电流传输到整流装置；

步骤s4：整流装置将电流传输到升压装置；

步骤s5：升压装置将电流传输到锂电池；

在上述方案中，当plc控制系统检测到锂电池内电量低于指定值时，便启动发电机自动为锂电池充电，从而实现对锂电池的自动充电。

优选地，该节能环保施工机械的工作方法包括放电步骤，放电步骤包括如下步骤：

步骤s11：plc控制系统向充放电控制装置传输放电信号；

步骤s12：锂电池为执行机构供电，带动执行机构中各电机转动；

步骤s13：电控系统向执行机构传输调节信号，调节执行机构中各电机转速。

在上述方案中，在施工机械的驾驶室内设置有启动开关。当需要该施工机械进行施工作业时，打开启动开关，plc控制系统向充放电控制装置传输放电信号，锂电池开始为整车提供动力，该施工机械开始进行施工作业。

进一步的方案是，在执行步骤s12的过程中，起升电机会生成感应电流，感应电流可以为锂电池充电，充电过程包括如下步骤：

步骤s121：重物下降带动起升电机内部转子转动，转子切割磁力线产生感应电动势，从而生成感应电流；

步骤s122：plc控制系统检测锂电池中的电量，判断锂电池的电量是否达到满值，若否，执行步骤s123，若是，执行步骤s124；

步骤s123：plc控制系统向充放电控制装置传输充电信号，感应电流为锂电池充电；

步骤s124：plc控制系统控制电控系统接通制动电阻，感应电流流向制动电阻。

在上述方案中，当重物下降时，带动电动机转子转动，转子切割磁力线产生感应电动势，从而生成感应电流。此时plc控制系统检测锂电池中的电量，当锂电池电量没有达到满值时，plc控制系统启动充放电控制装置的充电功能，感应电流流向锂电池，为锂电池充电；当锂电池电量高为满值时，plc控制系统控制电控系统接通制动电阻，感应电流流向制动电阻，制动电阻产生热量将感应电流的电能消耗，防止感应电流烧坏电路，起到保护电路的作用。

附图说明

图1是本发明实施例履带式起重机的第一视图。

图2是本发明实施例履带式起重机的第二视图。

图3是本发明实施例动力系统、控制系统和执行机构的原理框图。

图4是本发明实施例充电过程的流程图。

图5是本发明实施例工作过程的流程图。

图6是本发明实施例感应电流为锂电池充电的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明实施例提供的节能环保施工机械为履带式起重机。该履带式起重机包括起重机本体和动力系统，动力系统设置在起重机本体的内部。起重机本体包括起吊装置1、臂架系统2、变幅装置3、起升装置4、行走装置5，起吊装置1、臂架系统2、变幅装置3、起升装置4均位于行走装置5的上方，变幅装置3可控制臂架系统2的升降，起升装置4控制可起吊装置1的升降。动力系统包括发电机组6、锂电池组7。该履带式起重机还包括控制系统，控制系统设置在起重机本体的内部。控制系统包括监视器8、plc控制系统9和电控系统10。

参见图3，发电机组6包括发电机61、整流装置62，发电机61与整流装置62电连接。锂电池组7包括锂电池71、升压装置72、充放电控制装置73。电控系统10还包括制动电阻101、起升变频装置102、变幅变频装置103、行走变频装置104。制动电阻101、起升变频装置102、变幅变频装置103、行走变频装置104之间的连接关系均为并联连接。执行机构11包括起升电机111、变幅电机112、行走电机113。

在本实施例中，发电机61为柴油发电机。plc控制系统9可以检测锂电池71中的电量，并将检测到的电量显示在监视器8上。在plc控制系统9中对于锂电池71电量值预设有一个指定值。当plc控制系统9检测到锂电池71中电量低于该指定值时，plc控制系统9向充放电控制装置73传输充电信号并向发电机61传输启动信号。发电机61向整流装置62输出交流电，整流装置62将交流电转化为直流电，整流装置62将直流电传输到升压装置72，升压装置72可以大大减小直流电的电流大小，从而降低电能的损耗，提高发电机的充电效率。

当该环保施工机械需要工作时，plc控制系统9向充放电控制装置73传输放电信号，锂电池71开始为执行机构11供电，起升电机111转动带动起升装置4工作，变幅电机112转动带动变幅装置3工作，行走电机113转动带动行走装置5工作。当需要调节重物起吊的速度时，plc控制系统9向起升变频装置102传输第一调节信号，起升变频装置102调节起升电机111的转速；当需要调节臂架抬起的速度时，plc控制系统9向变幅变频装置103传输第二调节信号，变幅变频装置103调节变幅电机112的转速；当需要调节履带式起重机的行走速度时，plc控制系统9向行走变频装置104传输第三调节信号，行走变频装置104调节行走电机113的转速。

在本实施例中，该节能环保施工机械采用的驱动形式为纯电动驱动，即采用锂电池为整机进行供电，与传统的采用柴油机提供动力的施工机械相比，极大地减少了有害物质的排放，减小了产生的噪音污染。当锂电池71出现故障时，发电机61可以让整机慢速(正常运行速度的10％)运行至安全位置。

参见图4，本发明实施例提供的充电过程包括如下步骤：

首先，执行步骤s1，plc控制系统9向发电机61传输启动信号；然后，执行步骤s2，充放电控制装置73向锂电池71传输充电信号，接着，执行步骤s3，发电机61将电流传输到整流装置62。然后，执行步骤s4，整流装置62将电流传输到升压装置72，再执行步骤s5，升压装置72将电流传输到锂电池71。

在本实施例中，当plc控制系统9检测到锂电池71内电量低于指定值时，便启动发电机61自动为锂电池71充电，从而实现对锂电池71的自动充电。

参见图5，本发明实施例提供的工作过程包括如下步骤：

首先，执行步骤s11，plc控制系统9向充放电控制装置73传输放电信号；然后步骤s12，锂电池71为执行机构11供电，带动执行机构11中各电机转动；接着执行步骤s13，电控系统10向执行机构11传输调节信号，调节执行机构11中各电机转速。

在上述方案中，在施工机械的驾驶室内设置有启动开关。当需要该施工机械进行施工作业时，打开启动开关，plc控制系统9向充放电控制装置73传输放电信号，锂电池71开始为整车提供动力，该施工机械开始进行施工作业。

参见图6，感应电流为锂电池71充电的流程包括如下步骤：

首先执行步骤s121，重物下降带动起升电机111内部转子转动，转子切割磁力线产生感应电动势，从而生成感应电流；然后执行步骤s122，plc控制系统9检测锂电池71中的电量，判断锂电池71的电量是否达到满值，若否，执行步骤s123，若是，执行步骤s124。

步骤s123中，plc控制系统9向充放电控制装置73传输充电信号，感应电流为锂电池71充电。

步骤s124中，plc控制系统9控制电控系统10接通制动电阻，感应电流流向制动电阻101。

在本实施例中，当重物下降时，带动起升电机111转子旋转，转子切割磁力线产生感应电动势，从而在电路中产生感应电流。此时plc控制系统9检测锂电池71的电量。当锂电池71电量没有达到满值时，plc控制系统9向充放电控制装置73传输充电信号，充放电控制装置73控制锂电池71进行充电操作，此时感应电流流向锂电池71，为锂电池71充电；当锂电池71电量达到满值时，plc控制系统9控制电控系统10接通制动电阻101，此时感应电流流向制动电阻101，制动电阻101产生热量将感应电流的电能消耗，防止感应电流烧坏电路，起到保护电路的作用。

尽管结合本实施例和优选方案展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上均可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。