一種新型純電動(dòng)混凝土泵車底盤設(shè)計(jì)

楊 輝 李政賢 王浩軒

（1.陜西風(fēng)潤(rùn)智能制造研究院有限公司；2.質(zhì)子汽車科技有限公司；陜西 西安 710200）

0 前言

隨著國(guó)家對(duì)車輛排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，城建商砼等城市工程用車電動(dòng)化趨勢(shì)加速，各主機(jī)廠及改裝廠針對(duì)商砼領(lǐng)域均已開(kāi)始研發(fā)純電動(dòng)混凝土泵車?；炷帘密嚍轳v車作業(yè)車型，作業(yè)時(shí)通過(guò)支腿支撐車輛，駕駛室頂部布置臂架，通過(guò)控制液壓系統(tǒng)進(jìn)行伸縮，駕駛室后部車架上安裝的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)液壓系統(tǒng)控制可進(jìn)行360°回轉(zhuǎn)，主泵實(shí)現(xiàn)混凝土泵送。

目前主流純電動(dòng)混凝土泵車整車方案都是基于柴油車型更換動(dòng)力總成，即底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配AMT，通過(guò)傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳輸至分動(dòng)箱(斷軸取力器)，實(shí)現(xiàn)底盤與上裝的分時(shí)驅(qū)動(dòng)；底盤配備的動(dòng)力電池為底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電用以驅(qū)動(dòng)底盤行走及上裝作業(yè)。這種方案底盤及上裝動(dòng)力輸出均需經(jīng)過(guò)分動(dòng)箱，分動(dòng)箱機(jī)械效率較低，存在較大機(jī)械損失，造成整車能耗相對(duì)較大，營(yíng)運(yùn)成本較高；且受限于電池體積能量密度，底盤電池配電量有限，嚴(yán)重制約作業(yè)時(shí)長(zhǎng)及應(yīng)用場(chǎng)景工況覆蓋，影響純電動(dòng)混凝土泵車的大規(guī)模推廣?；谝陨喜蛔?，本文設(shè)計(jì)了一種新型純電動(dòng)混凝土泵車底盤，有效解決傳統(tǒng)純電動(dòng)泵車效率低、能耗高、作業(yè)不可持續(xù)的問(wèn)題。

1 整車定位

針對(duì)60 m臂架混凝土泵車市場(chǎng)，定制化開(kāi)發(fā)總重46 t的純電動(dòng)混凝土泵車通用底盤。通過(guò)前期的法規(guī)及市場(chǎng)研究，確定整車基本指標(biāo)，如表1所示。

表1 新型純電動(dòng)混凝土泵車整車基本指標(biāo)

2 底盤總布置方案

結(jié)合60 m臂架泵車上裝設(shè)備及布置[1]要求，完成本文設(shè)計(jì)的新型純電動(dòng)混凝土泵車底盤總布置方案，如圖1所示。

圖1 新型純電動(dòng)混凝土泵車底盤總布置方案

駕駛室發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)布置電機(jī)散熱器、多合一控制器、電池管理系統(tǒng)和動(dòng)力電池。

底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配AMT布置于車架大梁中間，經(jīng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)后驅(qū)雙橋，驅(qū)動(dòng)底盤行走。

車架左側(cè)大梁Ⅱ軸后依次布置充電插座、電動(dòng)空壓機(jī)、動(dòng)力電池；車架右側(cè)大梁依次布置低壓蓄電池與儲(chǔ)氣筒、動(dòng)力電池。

底盤Ⅰ、Ⅱ軸之間預(yù)留上裝支腿安裝空間，大梁內(nèi)側(cè)預(yù)留上裝電機(jī)及主泵空間，大梁左右分別預(yù)留車載充電機(jī)、上裝輔助電機(jī)及輔助泵空間。

3 底盤設(shè)計(jì)原理

3.1 底盤動(dòng)力流及能量流

主流純電動(dòng)混凝土泵車底盤設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。該方案底盤通過(guò)傳動(dòng)軸經(jīng)分動(dòng)箱再經(jīng)傳動(dòng)軸后驅(qū)動(dòng)后橋行走，上裝部分的液壓泵經(jīng)底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)及AMT取力器驅(qū)動(dòng)，主泵及臂架泵由底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)及AMT經(jīng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)分動(dòng)箱，再經(jīng)分動(dòng)箱上的2個(gè)取力口連接傳動(dòng)桿帶動(dòng)。分動(dòng)箱機(jī)械效率較低，一般為75%～80%，混凝土泵車上裝功耗高、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)械效率對(duì)能耗影響較大。泵車在任務(wù)緊張時(shí)可能連續(xù)作業(yè)幾天，僅通過(guò)底盤電池供電無(wú)法滿足使用需求，需柴油泵車應(yīng)急，降低了工況適配性，制約了規(guī)?；瘧?yīng)用。

圖2 主流純電動(dòng)混凝土泵車底盤設(shè)計(jì)架構(gòu)

新型純電動(dòng)混凝土泵車底盤設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖3所示。該方案底盤由動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)多合一控制器為底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)AMT，經(jīng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)車輛行走。

圖3 新型純電動(dòng)混凝土泵車底盤設(shè)計(jì)架構(gòu)

當(dāng)混凝土泵車駐車作業(yè)且負(fù)荷較小時(shí)，上裝電機(jī)功率較小，上裝由工業(yè)電網(wǎng)獨(dú)立供電。電網(wǎng)的電能經(jīng)車載充電機(jī)(OBC)、多合一控制器為上裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)(輔助泵)與上裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)(主泵)供能。上裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)(輔助泵)驅(qū)動(dòng)臂架泵、回轉(zhuǎn)泵等，實(shí)現(xiàn)臂架的伸展及回轉(zhuǎn)；上裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)(主泵)驅(qū)動(dòng)主泵實(shí)現(xiàn)混凝土持續(xù)泵送。

當(dāng)混凝土泵車駐車作業(yè)且負(fù)荷較大時(shí)，上裝電機(jī)需求功率較大，車載充電機(jī)輸出功率不足以滿足負(fù)荷需求，此時(shí)需動(dòng)力電池補(bǔ)充輸出電功率，即由工業(yè)電網(wǎng)經(jīng)車載充電機(jī)(OBC)與底盤動(dòng)力電池輸出的電能通過(guò)多合一控制器功率耦合，共同為上裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電。

當(dāng)?shù)妆P動(dòng)力電池電量低、工作場(chǎng)站附近不具備充電樁充電條件時(shí)，可由工業(yè)電網(wǎng)通過(guò)車載充電機(jī)為底盤動(dòng)力電池充電；當(dāng)工業(yè)電網(wǎng)突然斷電時(shí)，可完全由底盤動(dòng)力電池獨(dú)立供電，盡快完成臂架泵內(nèi)剩余混凝土的泵送，避免混凝土凍結(jié)。

新型純電動(dòng)混凝土泵車底盤既具備了傳動(dòng)效率高、能耗低、營(yíng)運(yùn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，又能夠滿足長(zhǎng)時(shí)持續(xù)作業(yè)的場(chǎng)景應(yīng)用要求。

3.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

基于混凝土泵車駐車作業(yè)的特點(diǎn)，新型純電動(dòng)混凝土泵車底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)與上裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)分時(shí)供電驅(qū)動(dòng)，冷卻系統(tǒng)可安裝于底盤上，底盤與上裝共用一套冷卻系統(tǒng)；可通過(guò)車輛模式選擇開(kāi)關(guān)控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)車輛行走與駐車作業(yè)時(shí)冷卻水路通斷。冷卻系統(tǒng)控制原理如圖4所示。

圖4 新型純電動(dòng)混凝土泵車?yán)鋮s系統(tǒng)控制原理圖

車輛行走時(shí)，車輛模式選擇開(kāi)關(guān)在行車擋位，兩位三通電磁閥3動(dòng)作，j、k口接通，冷卻水泵2啟動(dòng)，散熱器1中的冷卻水流經(jīng)底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器4與底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，形成冷卻回路，為底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行冷卻。

駐車作業(yè)時(shí)，車輛模式選擇開(kāi)關(guān)選擇駐車作業(yè)擋位，兩位三通電磁閥3動(dòng)作，j、l口接通，冷卻水泵2啟動(dòng)，散熱器1中的冷卻水為上裝電機(jī)及其控制器進(jìn)行冷卻：(1)三位三通電磁閥6動(dòng)作，接通m、n口，冷卻水為上裝電機(jī)控制器7與上裝電機(jī)(主泵)8進(jìn)行冷卻；(2)三位三通電磁閥6動(dòng)作，接通m、o口，冷卻水為上裝電機(jī)控制器9與上裝電機(jī)(輔助泵)10進(jìn)行冷卻；(3)三位三通電磁閥6動(dòng)作，接通m、n、o口，冷卻水同時(shí)為上裝電機(jī)控制器7與上裝電機(jī)(主泵)8、上裝電機(jī)控制器9與上裝電機(jī)(輔助泵)10進(jìn)行冷卻。

4 結(jié)論

新型純電動(dòng)混凝土泵車底盤打破了原有純電動(dòng)混凝土泵車底盤獨(dú)立供電設(shè)計(jì)框架，圍繞不同工況及作業(yè)負(fù)荷，電網(wǎng)、底盤動(dòng)力電池能量流基于控制邏輯進(jìn)行獨(dú)立供電或耦合供電，希望為城市商砼泵送提供一種低能耗、低排放、低噪聲且具備持續(xù)作業(yè)覆蓋更多應(yīng)用場(chǎng)景的純電動(dòng)混凝土泵車產(chǎn)品，助力綠色商砼整體解決方案的規(guī)?；涞?。