一种氢燃料湿喷台车的制作方法

1.本实用新型涉及湿喷台车技术领域，特别是指一种氢燃料湿喷台车。


背景技术：

2.湿喷台车是一种广泛用于公路、铁路、水电、矿山等隧道建设工程的混凝土喷浆支护机械。目前湿喷台车采用传统的非道路车辆排放标准发动机，能耗大、排放污染大，远远不能满足包括高原等生态薄弱地区施工环保要求，因此实现其节能减排已迫在眉睫。
3.近年来随着科技的发展，减排压力增大，新能源尤其是燃料电池方面的相关研究进步较大。氢燃料电池作为一种清洁能源，可实现真正的零排放，已经在商用车领域开始商用，并蔓延至工程机械行业，如申请号为202020402114 .x的一种氢燃料电池装载机，探索氢燃料电池在装载机方面的应用，但在隧道工程机械分支行业，氢燃料电池在喷浆支护设备方面，尤其是湿喷台车应用方面尚未开始相关研究，因此氢燃料湿喷台车研究很有必要，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种氢燃料湿喷台车，采用氢燃料电池动力、双电机分别驱动行走及喷浆作业，实现零尾气排放和微噪音产生。
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：一种氢燃料湿喷台车，包括带有行走系统的台车车架，所述台车车架上设有混合驱动型燃料电池系统和液压执行系统，混合驱动型燃料电池系统能为液压执行系统提供动力。
6.其中，所述混合驱动型燃料电池系统包括氢燃料电池组件、动力电池组和高压箱，氢燃料电池组件和动力电池组均与高压箱相连接，高压箱的输出端与驱动电机相连接，驱动电机通过分动箱为液压执行系统及行走系统提供动力。
7.进一步，所述氢燃料电池组件包括设置在台车车架上的氢燃料电池、储氢瓶和空压机，储氢瓶和空压机均与氢燃料电池连接，氢燃料电池通过dc/dc转换器与高压箱相连接。其中，所述高压箱通过电机控制器与驱动电机相连接，电机控制器控制驱动电机的开启与否。
8.进一步，所述动力电池组包括设置在台车车架底部的动力电池，动力电池分别与高压箱及设置在台车车架上的交流充电机相连接。所述台车车架上设有用于对氢燃料电池组件和动力电池组进行降温的冷却系统。
9.进一步，所述台车车架上还设有交流电驱动系统，交流电驱动系统包括设置在台车车架上的交流电机，交流电机与设置在台车车架上的交流电源相连接。其中，所述驱动电机、分动箱及交流电机均设置在台车车架的底部。
10.进一步，所述液压执行系统包括设置在台车车架上的液压臂架、混凝土泵送系统、速凝剂泵送系统及设置在台车车架两侧的液压支腿；液压臂架、混凝土泵送系统、速凝剂泵送系统和液压支腿均与液压驱动系统相连接。
11.进一步，所述液压驱动系统包括主液压系统和辅助液压系统，主液压系统的液压泵站a与交流电机相连接，辅助液压系统的液压泵站b与分动箱的输出端相连接。所述混凝土泵送系统和速凝剂泵送系统均搭载于液压臂架上。
12.本实用新型的有益效果为：1、本实用新型采用采用“燃料电池+动力电池”混合驱动型电池系统作为行驶动力，解决了现有湿喷台车环境污染大，整机可靠性低，噪音大等问题。2、采用氢燃料电池系统，其结果为清洁环保，能源转化效率高，优化了能源消耗结构，过载能力强；增加动力电池系统，组成混合驱动型燃料电池系统，收集氢燃料能源系统产生的多余电能，减少能源浪费，同时能在功率不足时通过动力电池参与供电，稳定输入功率环境，提高了湿喷台车电机、液压泵等关键部件的寿命和可靠性，与内燃机湿喷台车相比，实现零排放，摆脱了发动机的轰鸣，行走过程中噪声和振动都较小。3、采用这种动力系统装置可进行稳定的动力输出，整机可靠性大大提高；断电状态下，混合驱动型燃料电池系统可保证一定时长的喷浆作业，提高施工的安全性4、依靠工业外接电源，保证长时间的喷浆作业，提高喷浆效率。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本实用新型整体结构左视示意图。
15.图2为本实用新型整体结构右视示意图。
16.图3为本实用新型工作原理框图。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.如图1所示，实施例1，一种氢燃料湿喷台车，包括带有行走系统4的台车车架1，所述台车车架1上设有混合驱动型燃料电池系统和液压执行系统，混合驱动型燃料电池系统为液压执行系统动力，同时也能为行走系统提供动力。
19.其中，所述混合驱动型燃料电池系统包括氢燃料电池组件6、动力电池组5和高压箱13，氢燃料电池组件6和动力电池组5均与高压箱13相连接，高压箱13的输出端与驱动电机7相连接，驱动电机7通过分动箱8为液压执行系统及行走系统4提供动力。氢燃料电池组件6利用氢燃料电池工作原理，通过氢燃料电池系统产生电能，实现动力输出，可为整机行走提供动力，也可在作业模式下为喷浆提供动力，同时，考虑氢燃料电池的功率及动态鲁棒性较差，增加动力电池系统，组成混合驱动型电池系统，保证动力系统的稳定输出。
20.如图3所示，本实施例中，作为优选方案，所述氢燃料电池组件6包括设置在台车车架1上的氢燃料电池61、储氢瓶62和空压机63，储氢瓶62和空压机63均通过相应的管道与氢
燃料电池61连接，氢燃料电池61通过dc/dc转换器64与高压箱13相连接。氢燃料电池与储氢瓶间设置供氢管路，供氢管路上设置氢气控制阀，空气通过空压机进入氢燃料电池；dc/dc转换器设置在氢燃料电池输出端；通过dc/dc转换器，氢燃料电池系统能够产生稳定的电能以供给到湿喷台车的其他系统。
21.此外，所述动力电池组5包括设置在台车车架1底部的动力电池51，动力电池51的数量根据需要可设置多个。动力电池51分别与高压箱13及设置在台车车架1上的交流充电机52相连接，交流充电机与动力电池的输入端连接用于对其充电；动力电池51与高压箱13之间为双向连接，即氢燃料电池61多余的电能可通过高压箱13对动力电池51充电，而动力电池51又可通过高压箱13对外放电。其中，所述高压箱13通过电机控制器9与驱动电机7相连接。隧道内工业电供应喷浆作业时，交流充电机接工业电给动力电池充电 ，动力电池通过高压箱与dc/dc转换器及氢燃料电池相连接。高压箱集氢燃料电池及动力电池管理于一体，使二者相互补充，动力电池系统一方面能够储存氢燃料电池产生的多余电能，进而减少能源的浪费，另一方面能够使氢燃料电池系统提供更为稳定的功率供给环境能实时监测动力电池的使用情况。
22.作为优选方案，所述台车车架1上设有用于对氢燃料电池组件6和动力电池组5进行降温的冷却系统17。冷却系统17可采用水冷却系统或风冷系统或混合冷却系统，确保氢燃料电池组件6和动力电池组5在适宜的温度环境下工作，延长其使用寿命。通过上述技术方案，混合驱动型燃料电池系统通过电机控制器带动驱动电机，驱动电机经分动箱，驱动行走系统及液压泵组，液压泵组为臂架系统、速凝剂泵送系统和支腿等液压执行原件提供动力，实现绿色喷浆支护作业。
23.本实施例中动力电池系统一方面能够储存氢燃料电池系统产生的多余电能，进而减少能源的浪费；另一方面氢燃料电池系统给驱动电机供电弱时，动力电池也可同步供电进行补充，提供更为稳定的功率环境；同时，动力电池也可单独给驱动电机供电。采用“燃料电池+动力电池”混合驱动型电池系统作为行驶动力，保证湿喷台车行走过程安全环保，无噪音。混合驱动型燃料电池系统可实现湿喷台车绿色行走作业。本实用新型还可以将动力电池交流充电机去除，动力电池单靠燃料电池补充电能，此外当氢燃料不足时，可单独依赖动力电池供电，进行行走及喷浆支护作业。
24.如图2所示，实施例2，一种氢燃料湿喷台车，所述台车车架1上还设有交流电驱动系统，交流电驱动系统包括设置在台车车架1上的交流电机12，且交流电机12与设置在台车车架1上的交流电源14相连接；交流电源14设置在台车车架的后端，所述驱动电机7、分动箱8及交流电机12均设置在台车车架1的底部，就布置位置而言驱动电机7与交流电机12分别布置在分动箱8的两侧，使整体结构更加紧凑。
25.在有工业电源作业场地，交流电源14外接工业电源，给交流电机12供电，交流电机12为混凝土泵送系统、速凝剂泵送系统、臂架系统以及辅助支腿等液压执行系统提供动力，从而实现纯电动化，有效降低了整机能耗，且无污染，零排放，运行平稳，实用性较高，进步性显著。
26.本实施例中作为优选方案，上述液压执行系统包括设置在台车车架1上的液压臂架3、混凝土泵送系统2、速凝剂泵送系统16及设置在台车车架1两侧的液压支腿15；液压臂架3、混凝土泵送系统2、速凝剂泵送系统16和液压支腿15均与液压驱动系统相连接。所述混
凝土泵送系统2和速凝剂泵送系统16均搭载于液压臂架3上。液压臂架3的一端铰接在台车车架上的安装臂上，然后通过液压油缸进行其高度及角度的调节。混凝土泵送系统2主要用于泵送混凝土，其一般包括混凝土泵送管道，在液压驱动系统的作用下混凝土经混凝土泵送管道到达施工位点。速凝剂泵送系统16主要用于输送速凝剂到混凝土，其基本包括速凝剂泵送管道，在液压驱动系统的作用下速凝剂经速凝剂泵送管道到达施工位点。液压支腿15采用液压缸驱动的支撑腿，主要对台车起到稳定作用。台车上的液压执行部件，通过液压驱动系统进行有序动作，确保台车的正常、高效施工。
27.本实施例中，上述液压驱动系统包括主液压系统和辅助液压系统，主液压系统的液压泵站a11与交流电机12相连接，辅助液压系统的液压泵站b10与分动箱8的输出端相连接。正常施工过程中，采用主液压系统进行相应的液压动作。在应急状态下，辅助液压系统可给液压臂架3、混凝土泵送系统2和速凝剂泵送系统16提供动力，液压臂架3、混凝土泵送系统2和速凝剂泵送系统16共同协作进行正常的喷浆作业，且混合驱动型燃料电池系统能保工业电断电状态下短时间（一个台班）喷浆作业。
28.其他结构与实施例1相同。
29.本实用新型采用氢燃料电池系统，其结果为清洁环保，能源转化效率高，优化了能源消耗结构，过载能力强；增加动力电池系统，组成混合驱动型燃料电池系统，收集氢燃料能源系统产生的多余电能，减少能源浪费，同时能在功率不足时通过动力电池参与供电，稳定输入功率环境，提高了湿喷台车电机、液压泵等关键部件的寿命和可靠性，与内燃机湿喷台车相比，实现零排放，摆脱了发动机的轰鸣，行走过程中噪声和振动都较小。
30.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。