一种电动挖掘机开斗装置.pdf

本发明公开了一种电动挖掘机开斗装置包括开斗直流电机、减速器、钢丝绳卷筒、钢丝绳、电铲开斗杆、电铲开斗底销；开斗直流电机的控制部分包括电枢控制模块、电枢模块、励磁控制模块、励磁模块、续流模块、熔断器、继电器、分流器和变压器，开斗直流电机的控制部分控制开斗直流电机实现电动挖掘机铲斗的开启和关闭。本发明的电动挖掘机开斗的控制系统可以较好的实现电动挖掘机的开斗工作，开斗直流电机可以快速开斗，并且电机也不会有过流烧毁的危险。本发明具有控制精度高、效率高、占地面积小、无需电阻、节约能源、能有效地对电机进行保护等优点。

1、  一种电动挖掘机开斗装置，其特征在于：包括机械单元和控制单元；
所述机械单元包括开斗直流电机(1)、减速器(2)、钢丝绳卷筒(3)、钢丝绳(4)、电铲铲斗(5)；其中，所述开斗直流电机(1)通过所述减速器(2)与所述钢丝绳卷筒(3)相连；所述钢丝绳(4)一端缠绕于所述钢丝绳卷筒(3)的卷筒上，所述钢丝绳(4)的另一端固定连接于所述电铲铲斗(5)的斗底；
所述控制单元包括连接所述开斗直流电机(1)的电枢模块(7)、用于控制所述电枢模块(7)的电枢控制模块(6)、为所述开斗直流电机(1)励磁的励磁模块(9)、用于控制所述励磁模块(9)的励磁控制模块(8)，以及为各个模块供电的三相电源模块；此外，所述开斗直流电机(1)还设置连接一个续流模块；
其中，所述励磁模块(9)包括主要由两个二极管、两个可控硅构成的单相桥式半控整流电路以及励磁线圈；所述励磁控制模块(8)输出两路脉冲信号分别送至所述两个可控硅的控制极，还输出两路阴极信号分别送至所述两个可控硅的阴极，并将励磁输出电压控制在110伏特或220伏特；
所述电枢模块(7)包括主要由三个二极管、三个可控硅构成的三相桥式半控整流电路；所述电枢控制模块(6)包括开斗操作输入单元、合斗操作输入单元和三路脉冲信号输出单元，输出所述三路脉冲信号分别送至所述电枢模块(7)三个可控硅的控制极；
并且，所述电枢控制模块(6)在开斗操作输入单元输入时，控制所述开斗直流电机(1)的工作电流在45—60安培；在合斗操作输入单元输入时，控制所述开斗直流电机(1)的工作电流在2.5—5安培。

2、  根据权利要求1所述电动挖掘机开斗装置，其特征在于，所述励磁模块(9)还包括一个与所述励磁线圈并联用于测量励磁电压的瓦片电阻。

3、  根据权利要求1或2所述电动挖掘机开斗装置，其特征在于，所述开斗直流电机(1)还串联一个用于测量所述开斗直流电机(1)电流的分流器。

4、  根据权利要求3所述电动挖掘机开斗装置，其特征在于，所述三相电源模块选用380伏三相电源，且所述三相电源模块连接一个起过载保护作用的熔断器。

5、  根据权利要求4所述电动挖掘机开斗装置，其特征在于，所述续流模块包括并联的一个二极管。

6、  根据权利要求5所述电动挖掘机开斗装置，其特征在于，当励磁输出电压控制在220伏时，在开斗操作下，所述开斗直流电机(1)工作电流为45—50安培；在合斗操作下，所述开斗直流电机(1)的工作电流为2.5—4安培。

7、  根据权利要求5所述电动挖掘机开斗装置，其特征在于，当励磁输出电压控制在110伏时，在开斗操作下，所述开斗直流电机(1)工作电流为50—60安培；在合斗操作下，所述开斗直流电机(1)的工作电流为3—5安培。

一种电动挖掘机开斗装置
技术领域
本发明涉及电动挖掘机，更具体的说，涉及电动挖掘机铲斗的开斗装置。
背景技术
目前国内外电动挖掘机开斗均采用直流电机，直流电机在需要调速的场合通常通过串电阻来改变回路电流，即改变电枢电流。直流电阻调速器由于凸轮控制触头的通和断，断开时产生的电弧经常烧蚀触头，所以维修量大。直流电机带有电阻调节器，因此电能白白消耗在电阻上，同时由于电阻发热导致电阻瓷架和电阻片烧毁。直流电机调速是有级分档调速，不可能均匀调速；并且只能加速，不能减速；直流电机的转速是随负载变化的。直流电机转子上因为有线圈和易磨损的换向铜头，故障率高、维修费用大。这种控制装置由于存在电阻耗能、发热大、控制精度低、占地面积大、容易烧电机等缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种电动挖掘机开斗装置，旨在解决现有技术下电动挖掘机开斗电机在开斗和合斗命令输入的情况下实时反应能力不强，易发生夹绳的问题，同时解决了现有技术控制方式能耗大、安全性不高的问题。
为了解决上述问题，本发明一种电动挖掘机开斗装置，包括机械单元和控制单元。机械单元包括开斗直流电机、减速器、钢丝绳卷筒、钢丝绳、电铲铲斗；其中，开斗直流电机通过减速器与钢丝绳卷筒相连；钢丝绳一端缠绕于钢丝绳卷筒上，钢丝绳的另一端固定连接于电铲铲斗的斗底。控制单元包括连接开斗直流电机的电枢模块、用于控制电枢模块的电枢控制模块、为开斗直流电机励磁的励磁模块、用于控制励磁模块的励磁控制模块，以及为各个模块供电的三相电源模块；此外，开斗直流电机还设置连接一个续流模块。其中，励磁模块包括主要由两个二极管、两个可控硅构成的单相桥式半控整流电路以及励磁线圈；励磁控制模块输出两路脉冲信号分别送至两个可控硅的控制极，还输出两路阴极信号分别送至两个可控硅的阴极，并将励磁输出电压控制在110伏或220伏。电枢模块包括主要由三个二极管、三个可控硅构成的三相桥式半控整流电路；电枢控制模块包括开斗操作输入单元、合斗操作输入单元和三路脉冲信号输出单元，输出三路脉冲信号分别送至电枢模块三个可控硅的控制极；并且电枢控制模块在开斗操作输入单元输入时，控制开斗直流电机的工作电流在45—60安培，在合斗操作输入单元输入时，控制开斗直流电机的工作电流在2.5—5安培。
本发明电动挖掘机开斗装置，其改进在于，励磁模块还包括一个与励磁线圈并联用于测量励磁电压的瓦片电阻。
本发明电动挖掘机开斗装置，其改进还在于，开斗直流电机还串联一个用于测量开斗直流电机电流的分流器。此外，三相电源模块优先选用380伏特三相电源，且为三相电源模块设置一个起过载保护作用的熔断器。而开斗直流电机所用的续流模块包括一个二极管。
一种实施方式下，本发明电动挖掘机开斗装置，当励磁输出电压控制在220伏时，开斗操作下，开斗直流电机的工作电流控制在45—50安培；相应合斗操作下，开斗直流电机的工作电流控制在2.5—4安培。
另一种实施方式下，本发明述电动挖掘机开斗装置，当励磁输出电压控制在110伏时，开斗操作下，开斗直流电机的工作电流控制在50—60安培；在合斗操作下，开斗直流电机的工作电流控制在3—5安培。
本发明的电动挖掘机开斗的控制系统可以较好的实现电动挖掘机的开斗工作，较现有技术来说，本发明开斗直流电机的控制方式可以快速实现开斗操作，并且电机不会发生过流烧毁的现象。具体来说，本发明在励磁电压一定的条件下，由于电枢模块选用了三相桥式半控整流电路，从而对开斗直流电机的供电能够瞬间提高扭矩，并将电机扭矩保持一定程度。而现有技术的电机供电方式只能在迟缓的一段时间内提高电机扭矩，这对于开斗操作是一个弊端，无法满足实时响应的要求，而此时由于收绳速度较慢，会造成铲斗已打开，连接铲斗斗底的钢丝绳未收起的问题，从而在进一步开斗或合斗时发生夹绳，甚至因此造成安全事故。为此，本发明提供了电动挖掘机在开斗/合斗操作中所需的电流强度范围，这一强度范围普遍适用于现有技术下电动挖掘机开斗操作的各类型直流电机。而这一电流强度范围以及励磁电压的数值，是经过反复测试获得的最优数值，能够保证钢丝绳的收放与开斗/合斗操作配合最优，进而保证操作的安全性。
此外，为了实现调试方便，本发明提供了测试电机电流及励磁电压的设备，在具体操作中，只需通过对电枢控制模块、励磁控制模块的调节，满足所需电流、电压的大小，并通过实际操作选择某一具体型号电动挖掘机开斗的最佳方式。综上，本发明具有控制精度高、效率高、占地面积小、无需电阻、节约能源、能有效地对电机进行保护等优点。
附图说明
图1是本发明电动挖掘机的结构示意图；
图2是本发明电动挖掘机开斗装置机械单元的结构示意图；
图3是本发明电动挖掘机开斗装置控制单元的结构示意图；
图4是本发明电动挖掘机开斗装置控制单元的电路示意图。
具体实施方式
本发明一种电动挖掘机开斗装置，包括机械单元和控制单元。其中，控制单元实现对开斗直流电机的控制，包括电枢控制模块、电枢模块、励磁控制模块、励磁模块、二极管模块、熔断器、瓦片电阻、分流器和变压器等。电枢控制模块对电枢模块进行控制，电枢控制模块输出脉冲信号控制电枢模块中的可控硅的移相角从而达到改变电枢模块输出电压/电流的作用；励磁控制模块对励磁模块进行控制，励磁控制模块输出脉冲信号控制励磁模块中的可控硅的移相角从而达到改变励磁模块输出电压/电流的作用；当励磁模块的输出电压稳定时，调整电枢模块的输出电流可以改变电动机的转矩。
此外，本发明选用380伏三相交流电源，通过熔断器分别对电枢模块和励磁模块进行供电；380伏三相交流电源还对电枢控制模块进行供电。同时，380伏三相交流电源的两相经过变压后对励磁控制模块进行供电；380伏三相交流电源的两相直接对励磁模块进行供电。为了实现测量操作，电枢模块和电动机电枢之间串接分流器，分流器用于测量电枢电流；电枢模块与一个二极管并联，二极管用于为电机电枢续流。瓦片电阻和开斗直流电机的励磁并联，用于测量励磁电压。
下面结合附图，以参考实施例说明本发明的开斗装置。
图1是本发明电动挖掘机的结构示意图，电动挖掘机由底盘、车体、主臂、斗臂和料斗等组成。
图2是本发明电动挖掘机开斗装置机械单元的结构示意图，包括开斗直流电机1、减速器2、钢丝绳卷筒3、钢丝绳4、电铲铲斗5。开斗直流电机1通过减速器2与钢丝绳卷筒3相连，钢丝绳一侧缠绕在卷筒3上，另一侧连接在电铲铲斗5的斗底上。
图3是本发明电动挖掘机开斗装置控制单元的结构图，控制单元由电枢控制模块6、电枢模块7、励磁控制模块8、励磁模块9、续流模块10、熔断器11、瓦片电阻12、分流器13、变压器14、三相交流电源15、电动机电枢16和电动机励磁17组成。三相交流电源15直接向电枢控制模块6、电枢模块7和励磁模块9供电；通过变压器14向励磁控制模块8供电；三相交流电源15与电枢模块7、励磁模块9之间有熔断器11；电枢模块7和电动机电枢16之间有分流器13；电动机电枢16的两侧并联利用二极管实现续流的续流模块10；电动机励磁17的两侧并联瓦片电阻12。
图4是本发明电动挖掘机开斗装置控制单元的电路示意图，控制单元实现对开斗直流电机1的电流、电压控制从而控制电动机转矩。三相交流电源的三相U、V、W分别对电枢模块7和电枢控制模块进行供电；三相交流电源的两相V、W经过变压器B变压后对励磁控制模块进行供电；三相交流电源(380伏)的两相V、W对励磁模块9进行供电。熔断器FD接在三相交流电源的两相U、W之间，当电源出现过压过流时，熔断器FD将切断三相交流电源供电电路。此外，图4中电枢控制板和励磁控制板分别对应设置电枢控制模块6和励磁控制模块8，在具体实现情况下，以板卡方式设置两部分电路有利于实际操作。
电枢模块7选用现有技术三相桥式半控整流电路，主要由图4所示三个可控硅1KG1、1KG2、1KG3和三个二极管1ZL1、1ZL2、1ZL3构成；相应的电枢控制模块，在现有技术下有多种实现方式，并已为某些设备、电路使用，本发明选用一种可调节输出脉冲的控制电路即可。而励磁模块9选用现有技术单相桥式半控整流电路，主要由两个可控硅2KG1、2KG2和两个二极管2ZL1、2ZL2构成(如图4所示)；相应用于调试、控制的励磁控制模块也被某些设备、电路使用的，而通常情况下，本发明的励磁控制模块可通过计算获得参数，以固定的电路模式设置，无需设计成可调节的电路模式；但在最优方式下，选用可调节方式为宜，以便调节励磁电压。
电枢模块7和电动机电枢16之间串接分流器FL，分流器FL用于测量电枢电流。电动机电枢16两端并联二极管1ZL4，二极管1ZL4对应于续流模块，与C2B1配合，用于电动机电枢的续流。电枢控制模块6的三个脉冲信号输出端130、131、132分别与电枢模块7的三个可控硅的控制极1KG1、1KG2、1KG3相连，电枢控制模块6的另一信号线输出端133与三个可控硅的共同阴极相连，电枢控制模块6输出脉冲信号控制电枢模块7中的可控硅的移相角从而达到改变电枢模块7输出电压/电流的作用，实现电枢控制模块6对电枢模块7的控制。电枢控制模块包括开斗操作输入单元、合斗操作输入单元，在开斗操作输入单元输入时，开斗直流电机的工作电流控制在45—60安培；在合斗操作输入单元输入时，开斗直流电机的工作电流控制在2.5—5安培。
励磁控制模块8的两个脉冲信号输出端201、202分别与励磁模块9的两个可控硅的控制极2KG1、2KG2相连，励磁控制模块8的两个阴极信号输出端204、205分别与励磁模块9的两个可控硅的阴极相连。励磁控制模块8输出脉冲信号控制励磁模块9中的可控硅的移相角从而达到改变励磁模块9输出电压/电流的作用，实现励磁控制模块8对励磁模块9的控制。电动机励磁17的两端并联瓦片电阻R，用于测量励磁电压；励磁控制模块8输出脉冲信号控制励磁模块9中的可控硅的移相角，实现对励磁输出电压的控制，使励磁输出电压输出稳定。
操作人员通过操作界面将开斗信号输入给电枢控制模块6，当电动机励磁17的输出电压稳定时，调整电枢模块7的输出电流可以改变电动机的转矩。
具体实施例一
一种4立方米电动挖掘机的开斗直流电机的功率是4.5kw，励磁控制模块8输出脉冲信号控制励磁模块9中的可控硅的移相角，将励磁输出的额定电压设定为220V。电枢控制模块6输出脉冲信号控制电枢模块7中可控硅的移相角，将开斗直流电机1收绳时电枢输出的额定电流控制在2.5—4A，满足电机收绳速度和钢丝绳绷紧的要求；开斗直流电机1开斗时电枢输出的额定电流控制在45A—50A，满足开斗要求。
具体实施例二
一种10立方米电动挖掘机的开斗直流电机的功率是5.5kw，励磁控制模块8输出脉冲信号控制励磁模块9中的可控硅的移相角，将励磁输出的额定电压设定为220V。电枢控制模块6输出脉冲信号控制电枢模块7中的可控硅的移相角，将开斗直流电机1收绳时电枢输出的额定电流控制在3—4A，满足电机收绳速度和钢丝绳绷紧的要求；开斗直流电机1开斗时电枢输出的额定电流控制在45—50A，满足开斗要求。
具体实施例三
一种20立方米电动挖掘机的开斗直流电机的功率是11kw，励磁控制模块8输出脉冲信号控制励磁模块9中的可控硅的移相角，将励磁输出的额定电压为110V。电枢控制模块6输出脉冲信号控制电枢模块7中的可控硅的移相角，将开斗直流电机1收绳时电枢输出的额定电流电流控制在3—5A，满足电机收绳速度和钢丝绳绷紧的要求；开斗直流电机1开斗时电枢输出的额定电流电流控制在50—60A，满足开斗要求。