能量转换装置及矿用卡车

1.本发明涉及矿业工程设备技术领域，特别涉及一种能量转换装置及矿用卡车。


背景技术：

2.目前大部分露天矿山采用自卸矿用卡车作为主要的运输工具，尤其是在一些矿石资源较为丰富的矿山，通常采用容积较大的重型矿山卡车来装载大量矿石资源。重型矿山卡车普遍采用高能耗高牵引力的柴油发动机，因此会在运输大量的矿石资源时消耗大量的燃料。
3.露天矿山企业对于开采运输环节的节能减排以及零碳排放技术的需求越来越迫切，进而逐步放弃传统的重型矿山卡车，开始采用电动重载矿用卡车或油电串联式混合动力电动轮矿用卡车。但上述电动矿用卡车并没有对矿石装载过程中的能耗进行优化，无法实现全流程降低能耗，所达到的节能减排效果有限。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种能量转换装置及矿用卡车，解决了现有技术中矿用卡车无法对矿石装载过程中的能耗进行优化，实现全流程降低能耗的技术问题。
5.本发明一方面提供了一种能量转换装置，用于矿用卡车，包括：车斗底板、弹性蓄能部、传动部、变速机和发电机；
6.所述车斗底板通过所述弹性蓄能部与所述矿用卡车的车斗底面弹性连接；
7.所述传动部和所述变速机设置在所述车斗底板靠近所述车斗底面一侧，所述传动部通过所述变速机与所述发电机驱动连接；
8.当所述车斗底板受到其所承载的矿石重力作用，在所述矿用卡车的车斗内沿竖直方向移动时，所述传动部随所述车斗底板同步移动，并通过所述变速机驱动所述发电机进行发电。
9.可选的，所述能量转换装置还包括储能部，所述储能部与所述发电机连接，用于存储所述发电机产生的电能。
10.可选的，所述储能部为蓄电池组。
11.可选的，所述传动部包括传动齿轮和传动齿条，所述变速机包括输入齿轮、输入轴杆和输出轴杆；
12.所述传动齿条沿竖直方向设置在所述矿用卡车的车斗侧壁，所述传动齿轮与所述传动齿条啮合，所述传动齿轮与所述输入齿轮啮合，所述输入齿轮套设在所述输入轴杆上，所述输出轴杆与所述发电机驱动连接；
13.所述传动齿轮在所述传动齿条上随所述车斗底板沿竖直方向移动，所述变速机用于将所述传动齿轮输出的转速转化为所述发电机匹配的转速。
14.可选的，所述车斗底板靠近所述变速机一端的顶部铺设有保护层。
15.可选的，所述弹性蓄能部包括至少两个弹簧，至少两个所述弹簧在所述车斗底面上分别沿所述车斗底面的横向和纵向均布设置。
16.可选的，所述车斗底板上设置有重量传感器，所述重量传感器用于获取所述车斗底板实际承载矿石的重量数据。
17.可选的，所述重量传感器连接有告警器，所述告警器设置有所述弹性蓄能部所能承载矿石的极限重量参数；
18.当所述车斗底板实际承载矿石的重量数据大于所述有所述弹性蓄能部所能承载矿石的极限重量参数时，所述告警器进行告警。
19.本发明提供的能量转换装置，通过在车斗底板底面设置弹性蓄能部，在装载矿石的过程中，一方面减少矿石下落对矿用卡车的冲击，减小对设备的损耗，且由于降低了矿石下落的行程，同时减少了装矿过程中产生的噪音及粉尘，改善了工人作业环境；另一方面，在车斗底板底面上设置传动部和变速机，使得传动部在矿石下落过程中与车斗底板同步移动，并通过变速机将矿石下落的重力势能转换为发电机匹配的转速，最终通过发电机进行发电，为矿用卡车提供驱动力。上述装置将矿石下落所产生的重力势能转换转换为电能，所产生的电能一方面能够为矿用卡车提供部分前进的驱动力，降低了运输的能耗，另一方面也可以为矿用卡车内的车机控制系统、照明以及仪表盘等其他耗电元件提供电能，在降低运营成本的同时减少了碳排放，实现矿用卡车运输全流程的节能减排。
20.本发明另一方面提供了一种矿用卡车，包括：如上述所述的能量转换装置和驱动系统；
21.所述能量转换装置与所述驱动系统连接，用于向所述驱动系统提供驱动力。
22.可选的，所述驱动系统包括柴油发动机、油电混合发动机和电动机其中之一。
23.本发明提供的矿用卡车，利用能量转换装置将矿石下落的重力势能转化为电能，当矿用卡车完成装载后，在其驱动系统自身驱动力的带动下开始进行运输，而能量转换装置所产生的电能一并释放，用于补充矿用卡车的驱动力。上述矿用卡车对矿石下落的重力势能进行合理运用，有效地实现节能减排，提升了续航能力。
24.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
25.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
26.图1为本技术提供的能量转换装置的一个实施例的内部结构剖视图；
27.图2为本技术提供的能量转换装置的一个实施例的局部结构示意图；
28.图3为本技术提供的能量转换装置的一个实施例的变速机与发电机的连接关系示意图；
29.图4为本技术提供的矿用卡车的一个实施例中装载矿石的示意图。
30.图中：
31.1、车斗底板；101、保护层；
32.2、弹性蓄能部；
33.3、传动部；301、传动齿条；302、传动齿轮；
34.4、变速机；401、输入齿轮；
35.5、发电机；
36.6、储能部。
具体实施方式
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.本发明提供了一种能量转换装置，用于矿用卡车，如图1至4所示，包括车斗底板1、弹性蓄能部2、传动部3、变速机4和发电机5，其中车斗底板1通过弹性蓄能部2与矿用卡车的车斗底面弹性连接，传动部3和变速机4设置在车斗底板1靠近车斗底面一侧，传动部3通过变速机4与发电机5驱动连接；当车斗底板1受到其所承载的矿石重力作用，在矿用卡车的车斗内沿竖直方向移动时，传动部3随车斗底板1同步移动，并通过变速机4驱动发电机5进行发电。
41.本发明提供的能量转换装置，通过在车斗底板1底面设置弹性蓄能部2，在装载矿石的过程中，一方面减少矿石下落对矿用卡车的冲击，减小对设备的损耗，且由于降低了矿石下落的行程，同时减少了装矿过程中产生的噪音及粉尘，改善了工人作业环境；另一方面，在车斗底板1底面上设置传动部3和变速机4，使得传动部3在矿石下落过程中与车斗底板1同步移动，并通过变速机4将矿石下落的重力势能转换为发电机5匹配的转速，最终通过发电机5进行发电，为矿用卡车提供驱动力。上述装置将矿石下落所产生的重力势能转换转换为电能，所产生的电能一方面能够为矿用卡车提供部分前进的驱动力，降低了运输的能耗，另一方面也可以为矿用卡车内的车机控制系统、照明以及仪表盘等其他耗电元件提供电能，在降低运营成本的同时减少了碳排放，实现矿用卡车运输全流程的节能减排。
42.具体地，在上述实施例中，能量转换装置还包括储能部6，储能部6与发电机5连接，用于存储发电机5产生的电能。在本实施方式中，发电机5的输出端与储能部6连接，当矿用卡车停止装载矿石的过程中，能量转换装置将矿石下落的重力势能转换为发电机5产生的电能，而此时矿用卡车并未行进，发电机5的输出端连接有储能部6，先将发电机5产生的电能预先进行存储，而当矿用卡车完成矿石装载之后，开始行进，储能部6释放电能，为矿用卡
车的运动提供额外的驱动力。
43.进一步的，储能部6为蓄电池组。在本实施方式中，储能部6具体选用蓄电池组，独立可靠，电压平稳，能够稳定运行，适用于恶劣的工况下。
44.具体地，在上述实施例中，如图2和图3所示，传动部3包括传动齿轮302和传动齿条301，变速机4包括输入齿轮401、输入轴杆和输出轴杆，其中，传动齿条301沿竖直方向设置在矿用卡车的车斗侧壁，传动齿轮302与传动齿条301啮合，传动齿轮302与输入齿轮401啮合，输入齿轮401套设在输入轴杆上，输出轴杆通过联轴器与发电机5驱动连接，传动齿轮302在传动齿条301上随车斗底板1沿竖直方向移动，变速机4用于将传动齿轮302输出的转速转化为发电机5匹配的转速。
45.在本实施方式中，传动部3选择传动齿条301与传动齿轮302啮合的形式，具体地，传动齿条301竖直地设在矿用卡车的车斗侧壁上，传动齿条301的长度大于车斗底板1的移动行程，而变速机4设置在车斗底板1的底面上，变速机4的输入轴杆上套设有输入齿轮401，传动齿条301、传动齿轮302以及输入齿轮401三者在同一竖直平面内相互啮合，当车斗底板1受到矿石下落的冲击时，传动齿轮302沿着传动齿条301同步下落，进而带动输入齿轮401啮合转动，变速机4通过输出轴杆将传动齿轮302输出的转速转化为发电机5匹配的转速，变速机4以及发电机5均为常规设备，其具体规格参数根据其实际使用情况进行选用，本技术不做限制，最终实现将矿石下落的动力势能转换为发电机5产生的电能，传动部3的整体结构简单稳定，成本低，易于实现，方便维修更换。
46.进一步的，车斗底板1靠近变速机4一端的顶部铺设有保护层101。在本实施方式中，由于变速机4设置在车斗底板1的底面，并且变速机4分别与传动部3和发电机5连接，而在装载矿石的过程中，车斗底板1不断受到下落的矿石冲击，存在某些极端的情况下，矿石下落损坏车斗底板1，进而毁坏整个能量转换装置，造成损失，因此在车斗底板1相对于设置有变速机4的顶面上铺设有保护层101，使得车斗底板1能够承受更大的矿石冲击，相对于其他未设置保护层101的部分，提升装置整体的稳定性以及安全性。
47.具体地，在上述实施例中，弹性蓄能部2包括至少两个弹簧，至少两个弹簧在车斗底面上分别沿车斗底面的横向和纵向均布设置。在本实施方式中，弹性蓄能部2具体有多种实现形式，其所实现的效果为在车斗底板1下落的过程中通过弹性形变为矿石的下落提供缓冲，并且在此过程中进行蓄能。本技术具体选用弹簧，结构简单，成本低，承载能力强，并且设置多个弹簧，在车斗底板1与车斗底面之间均布设置，使得车斗底板1承载矿石受力更加稳定，进而使得车斗底板1以更加平稳的速度下落，重力势能转换的过程平稳顺滑，所产生的电能更加稳定。
48.具体地，在上述实施例中，车斗底板1上设置有重量传感器，重量传感器用于获取车斗底板1实际承载矿石的重量数据。在本实施方式中，在车斗底板1上设置有重量传感器，能够在装载矿石的过程中实时获取其所承载矿石的实际重量，便于工作人员及时获取矿用卡车内矿石的装载重量，了解矿用卡车的装载情况，并及时掌握装载进程，信息获取简单方便。
49.进一步的，重量传感器连接有告警器，告警器设置有弹性蓄能部2所能承载矿石的极限重量参数；当车斗底板1实际承载矿石的重量数据大于有弹性蓄能部2所能承载矿石的极限重量参数时，告警器进行告警。在本实施方式中，告警器内预先设置有弹性蓄能部2所
能承载矿石的极限重量参数，当装载矿石的过程中，重量传感器实时获取矿用卡车所承载矿石的实际重量数据，并将数据发送至告警器中，告警器将实际重量数据与极限重量数据进行实时比对，当出现实际重量数据大于极限重量数据时，告警器以鸣笛或亮灯等多种形式进行告警，及时提醒工作人员矿用卡车所装载的矿石重量超过弹性蓄能部2所能承载的极限重量，容易造成弹性蓄能部2的损坏，使得能量转换装置损坏失去作用，避免产生安全事故。
50.本发明提供了一种矿用卡车，包括如上述的能量转换装置和驱动系统，能量转换装置与驱动系统连接，用于向驱动系统提供驱动力。
51.本发明提供的矿用卡车，利用能量转换装置将矿石下落的重力势能转化为电能，当矿用卡车完成装载后，在其驱动系统自身驱动力的带动下开始进行运输，而能量转换装置所产生的电能一并释放，用于补充矿用卡车的驱动力。上述矿用卡车对矿石下落的重力势能进行合理运用，有效地实现节能减排，提升了续航能力。
52.具体地，在上述实施例中，驱动系统包括柴油发动机、油电混合发动机和电动机其中之一。在本实施方式中，能量转换装置作为提供驱动力的辅助装置，对矿用卡车本身的驱动系统不产生影响，矿用卡车可以为纯燃油车或者纯电车或者油电混动车，驱动系统种类不受限制，应用范围广泛。
53.利用本技术提供的矿用卡车进行矿石搬运的具体过程如下：
54.首先，在矿用卡车装矿的过程中，矿用卡车驶至放矿点进行装矿，随着矿石落入矿用卡车的车斗内，弹性蓄能部2对矿石的冲击进行削弱，而伴随矿石装入矿用卡车的车斗内，车斗底板1逐渐下降，一方面，车斗底板1驱动传动部3运动并带动发电机5发电；另一方面，如图4所示，车斗底板1下方的弹性蓄能部2被压缩，储存了一部分的弹性能，为矿用卡车卸载后的车斗底板1的复位做出准备。
55.然后，在矿用卡车运输的过程中，当矿用卡车装载完毕后，矿用卡车在其自身驱动系统提供的驱动力作用下开始运输矿石，在装矿过程中由能量转换装置产生的电能也一并释放，补充了矿用卡车的驱动力，在能量转换装置产生的电能释放完毕后，矿用卡车在自身驱动系统的牵引下继续向前运行。
56.最后，在矿用卡车卸矿的过程中，当矿用卡车到达指定卸矿点后开始卸矿，卸矿完毕之后弹性蓄能部2回弹，车斗底板1恢复到高位，为下一次装载做准备。
57.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种能量转换装置，用于矿用卡车，其特征在于，包括：车斗底板(1)、弹性蓄能部(2)、传动部(3)、变速机(4)和发电机(5)；所述车斗底板(1)通过所述弹性蓄能部(2)与所述矿用卡车的车斗底面弹性连接；所述传动部(3)和所述变速机(4)设置在所述车斗底板(1)靠近所述车斗底面一侧，所述传动部(3)通过所述变速机(4)与所述发电机(5)驱动连接；当所述车斗底板(1)受到其所承载的矿石重力作用，在所述矿用卡车的车斗内沿竖直方向移动时，所述传动部(3)随所述车斗底板(1)同步移动，并通过所述变速机(4)驱动所述发电机(5)进行发电。2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述能量转换装置还包括储能部(6)，所述储能部(6)与所述发电机(5)连接，用于存储所述发电机(5)产生的电能。3.根据权利要求2所述的能量转换装置，其特征在于，所述储能部(6)为蓄电池组。4.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述传动部(3)包括传动齿轮(302)和传动齿条(301)，所述变速机(4)包括输入齿轮(401)、输入轴杆和输出轴杆；所述传动齿条(301)沿竖直方向设置在所述矿用卡车的车斗侧壁，所述传动齿轮(302)与所述传动齿条(301)啮合，所述传动齿轮(302)与所述输入齿轮(401)啮合，所述输入齿轮(401)套设在所述输入轴杆上，所述输出轴杆与所述发电机(5)驱动连接；所述传动齿轮(302)在所述传动齿条(301)上随所述车斗底板(1)沿竖直方向移动，所述变速机(4)用于将所述传动齿轮(302)输出的转速转化为所述发电机(5)匹配的转速。5.根据权利要求4所述的能量转换装置，其特征在于，所述车斗底板(1)靠近所述变速机(4)一端的顶部铺设有保护层(101)。6.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述弹性蓄能部(2)包括至少两个弹簧，至少两个所述弹簧在所述车斗底面上分别沿所述车斗底面的横向和纵向均布设置。7.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述车斗底板(1)上设置有重量传感器，所述重量传感器用于获取所述车斗底板(1)实际承载矿石的重量数据。8.根据权利要求7所述的能量转换装置，其特征在于，所述重量传感器连接有告警器，所述告警器设置有所述弹性蓄能部(2)所能承载矿石的极限重量参数；当所述车斗底板(1)实际承载矿石的重量数据大于所述有所述弹性蓄能部(2)所能承载矿石的极限重量参数时，所述告警器进行告警。9.一种矿用卡车，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一所述的能量转换装置和驱动系统；所述能量转换装置与所述驱动系统连接，用于向所述驱动系统提供驱动力。10.根据权利要求9所述的矿用卡车，其特征在于，所述驱动系统包括柴油发动机、油电混合发动机和电动机其中之一。

技术总结
本发明提供了一种能量转换装置及矿用卡车，其中，能量转换装置包括车斗底板、弹性蓄能部、传动部、变速机和发电机，车斗底板通过弹性蓄能部与矿用卡车的车斗底面弹性连接，传动部和变速机设置在车斗底板靠近车斗底面一侧，传动部通过变速机与发电机驱动连接；当车斗底板受到其所承载的矿石重力作用，在矿用卡车的车斗内沿竖直方向移动时，传动部随车斗底板同步移动，并通过变速机驱动发电机进行发电。本发明提供的能量转换装置，将矿石下落所产生的重力势能转换转换为电能，不仅为矿用卡车提供部分前进的驱动力，降低了运输的能耗，还为矿用卡车内耗电元件提供电能，在降低运营成本的同时减少了碳排放，实现矿用卡车运输全流程的节能减排。能减排。能减排。


技术研发人员：刘溪鸽 朱万成 叶姝阳 郭云哲 于文琦 孙紫腾 李宗洵 杨鹏博 王薪
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/8/9