为Käsbohrer公司开发了全电气化的除雪车样车最初的情况是: Pistenbully 100 型除雪车已经成功投入使用了很多年,主要用于越野滑雪道,但也用于室内的滑雪厅,该项目需要电气化。基础型车辆是柴油车,重7.5吨,额定功率超过200HP。有一个很复杂的液压系统,由几个独立的液压泵组成,用于两条履带的静液驱动和越野滑雪道除雪车切割机,也用于清理挡板的调节和其他液压功能。根据使用情况不同,每小时柴油消耗大约为9到20升。
项目流程:第一步,与车辆制造商沟通了解有关车辆的主要基本数据,比如内燃发动机和液压泵的具体规格、液压原理图和车辆的设计,然后有必要创建进一步工作所需的遥测数据。基于这些数据,开发出了来自多方不同观点的多种多样电气化设计理念并相互进行比较,像牵引驱动和切割驱动这些需要很高功率的,事情很快就变清楚了,简单地把内燃机换成电力驱动是不可能的。这种理念不可能将液压系统的效率变得最优,还会增加电池成本,重量也会超过规定。
为了减少电池的成本和重量,需要采取以下优化步骤:
最大消耗能量的地方是牵引驱动和切割机驱动,他们都是旋转运动,因此是电气化项目比较好的备选。
牵引驱动配两个电驱,一个在底盘的左边,一个在右边;越野滑雪道除雪车切割机的驱动通过另外一个电驱来承担。第四个电驱用在液压泵上来调节性能、履带的张紧和其它功能需要。所有四个驱动加在一起的峰值功率每次可达到90千瓦。
液压系统冷却用的电扇是另一个需要用到的地方,不可忽略。由于电驱有着比较明显的高能效,产生的余热比较少,冷却扇可以用一个更小尺寸的电扇来代替。基于运行时间来计算,这样也可以几个小时节约几千瓦的电。
另外,为了减少备用压力和节流损失,在液压系统里可进行各式各样的优化。“旧”的系统是使用一个变量泵来调节清理挡板,一个齿轮泵用来调节制动器开启和履带张紧。这两种功能都需要连续压力。
这两种泵都可以由一个定量内啮合齿轮泵来代替,为了电驱高速运转,这个泵做过优化设计,与液压蓄能器组合在一起。这两者为制动器的开启和履带张紧的保持提供必须的、连续不断的压力,也为已安装的比例换向阀提供备用压力。
液压蓄能器的另一个优点就是做到电机泵单元保持小而紧凑。
内啮合齿轮泵和液压蓄能器组合在一起的优点:
• 可变的电机速度
• 较高动态控制反馈
• 泵驱动时摩擦比较小
• 噪音排放较低
• 效率高
• 紧凑电机泵液压泵站
整体上,噪音排放可减少50%;在待机模式情况下,可再节省50%的能耗,液压系统继续完成同样的工作。
电力供应情况,装入了16个单元的模块化电池组,标称电压为400伏,总容量为140千瓦时(kWh)。因为模块化的设计可以扩充,为了应对恶劣的工作环境,对他们也进行了相应的特殊优化。电池的充电是由一个已装入的22千瓦的充电器来完成,需要一个400伏的电力供应。
结果是: 第一辆全电动除雪车辆,毛重7.8吨,比原来车辆重一点点,功率是360千瓦,速度达到每小时27公里,超过了设计时的每小时25公里,可用时长为2到2.5小时,对于室内区域工作足够了。
这些经验清楚地表明,每一个电气化项目都必须考虑其高度的独特性。根据行走机械需要作业的境况和打算完成的工作内容范围,有多种不同的解决方案,涵盖了从全电动车辆到只有液压系统电气化。
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