智能卡车换电站用吊具组件的制作方法

1.本发明涉及一种安装在智能卡车换电站内对电池进行吊装的专用吊具组件，属于新能源汽车技术领域。


背景技术：

2.随着技术的成熟，及国家社会对环保的愈加重视，近些年电动汽车技术得到了快速的发展；相应的，在工厂、码头等生产现场，越来越多的电动卡车也已投入使用；不同于普通家用车，可以利用晚上休息时间，利用充电桩对电动汽车的电池进行充电，以满足使用需求，卡车作为重要的生产运输设施，需要长时间保持使用状态，当其电能耗尽时，优选的是对电池包进行快速更换，从而使卡车能够快速的再次投入到生产中去，故目前工矿企业采购电动卡车作为运输设施时，一般都需要配备专门的充换电站，用于对卡车的电池进行快捷更换，及集中充电。
3.中国专利公开号为cn211764962u的具备换电和充电功能的载重卡车，公开了一种具备换电功能的卡车结构，其中可拆卸换电的电池箱安装固定在卡车的驾驶室后部、载货平台前部；目前大部分电动卡车都采用类似的布局设计，当在载货平台上安装了车斗、车厢等部件后，对电池的更换，一般只能采用从上方将电池吊装起来，再水平移除的方式进行。故针对卡车的换电需求，其换电作业机构与常规的电动汽车换电作业机构具有显著的区别。
4.针对卡车用电池，一般都是采用从顶部对电池进行整体式吊装的方式，如中国专利公开号为cn110406506a的一种重型卡车电池单边更换站，但其采用的是悬臂式的吊装方式，存在整个伸出结构易受力弯曲等问题。
5.针对上述不足，又有人提出了中国专利公开号为cn112848964a的一种智能化换电站的换电方法及其系统，设置一套龙门架式吊装结构，换电区域位于吊装结构下方，电池吊具受控在换电区域和电池仓之间移动，吊装电池进行更换。由于采用了可靠的龙门架吊装结构，就基本不存在架体的弯曲变形了，故电池吊装过程更稳定。
6.但采用上述已公开的智能化换电站，还需要使用到电池吊具，以期快速、可靠的与电池组件对接，从而将电池组件可靠的在换电工位的卡车，与电池仓的充电位之间进行转移；电池吊具是其中的核心部件之一，需要进行具体的结构设计。
7.故需要，针对卡车换电站的一些细节零部件，进行精确设计，以期满足卡车智能换电需求。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种智能卡车换电站用吊具组件，以期提供更加安全可靠的吊具，为卡车的充换电进行服务，实现快速化、可靠化的吊装电池组件。
9.为达到上述发明的目的，提供了一种智能卡车换电站用吊具组件，包括矩形框架，吊钩，吊钩驱动装置，以及检测装置；
10.所述矩形框架内固定有若干根横梁，所述横梁内铰接安装有若干吊钩，所述吊钩的钩体位于所述矩形框架的下方，所述吊钩的驱动柄连接到所述吊钩驱动装置上；
11.所述矩形框架的下方内侧设有吊具下落到位检测装置；
12.所述吊钩的旋转轴上设有吊钩旋转对接状态检测装置。
13.作为本发明的进一步改进，所述吊具下落到位检测装置为，在吊具组件的矩形框架内设置有下落到位检测传感器，所述下落到位检测传感器正对电池对接框。
14.作为本发明的进一步改进，所述吊钩旋转对接状态检测装置，包括检测盘，及第一状态检测传感器、第二状态检测传感器；所述检测盘固定在所述钩体的旋转轴上，所述检测盘随所述钩体同步旋转；所述检测盘主体为圆盘，其圆盘面向外凸起设有第一凸起，形成凸轮结构；所述第一状态检测传感器、所述第二状态检测传感器安装在所述检测盘的侧面，对所述第一凸起的位置进行检测。
15.进一步的，所述第一状态检测传感器、第二状态检测传感器对称安装在所述检测盘的两侧；所述第一凸起的弧度角为90
°‑
100
°
。
16.再进一步的，所述检测盘上还设有第二凸起；所述第一凸起与所述第二凸起沿中心对称；
17.所述第二凸起432的弧度角为60
°‑
70
°
。
18.作为本发明的进一步改进，所述吊钩，包括钩体、旋转轴、轴承、轴端限位、驱动连接，以及驱动柄；
19.所述钩体用于承托住电池对接框；所述钩体的一端固定在旋转轴上，所述旋转轴通过轴承旋转安装在所述横梁内；所述轴承的上方固定有轴端限位，所述轴端限位抱紧所述旋转轴，并抵在上部轴承的顶部；
20.在所述旋转轴的上部还固定有驱动连接，所述驱动连接与驱动柄相固定连接。
21.作为本发明的进一步改进，所述吊钩驱动装置包括，在所述矩形框架的中部设有1可控旋转的旋转盘，所述旋转盘中间通过转盘轴固定在所述矩形框架的中部框架上；所述旋转盘设有若干转盘铰接轴，所述转盘铰接轴上铰接有转盘驱动摆臂，所述转盘驱动摆臂与所述驱动柄相铰接；
22.所述旋转盘的转动带动上面全部所述转盘驱动摆臂同时进行摆动，进而驱动与之铰接的驱动柄绕相应的旋转轴进行旋转，最终带动所述钩体转入或转出。
23.作为本发明的进一步改进，所述吊钩驱动装置包括2根横向推杆，所述横向推杆与所述矩形框架的长边相平行，所述横向推杆可沿所述矩形框架的长边方向平移；所述横向推杆上设有滑杆；
24.所述驱动柄上开设有滑槽，所述滑杆穿在所述滑槽内；所述横向推杆的水平移动，带动所述滑杆移动，进入所述驱动柄受所述滑槽限制，进行转动；
25.所述矩形框架内固定有导向条，所述导向条内开设有导向槽，所述导向槽与所述横向推杆的水平运动方向相平行；所述滑杆插入所述导向槽内。
26.作为本发明的进一步改进，所述吊钩驱动装置包括2组以上的相互独立运行的驱动机构，所述驱动机构包括驱动摆杆，所述驱动摆杆的一端与所述驱动柄相铰接；
27.所述驱动摆杆的另一端铰接在直线驱动单元的一端，所述直线驱动单元仅进行直线伸缩运动；所述直线驱动单元的长度伸缩，带动所述驱动摆杆的一端位置改变，且所述驱
动摆杆的角度改变；
28.沿所述直线驱动单元对称设有2个所述驱动摆杆；
29.2个所述驱动摆杆的一端同时铰接在所述直线驱动单元上；
30.2个所述驱动摆杆的另一端，分别铰接在相应的所述吊钩的驱动柄上；
31.所述驱动摆杆与所述直线驱动单元通过滑动导向块进行铰接；
32.所述矩形框架上固定有滑动导向条，所述滑动导向条内开设有滑动导向槽；所述滑动导向槽的方向与所述直线驱动单元的伸缩方向一致；
33.所述滑动导向块滑动安装所述滑动导向槽内。
34.本发明智能卡车换电站用吊具组件，针对卡车换电需求进行专门改进设计，通过设置检测传感器，使整个吊装过程可控，可靠性高；同时吊钩驱动装置采用机械连杆驱动，结构可靠，易于维护。
附图说明
35.图1为电池吊具与电池组件的结合示意图；
36.图2为本发明的电池吊具的使用示意图；
37.图3为本发明的吊钩组件的结构示意图；
38.图4为本发明吊钩驱动方式一松开状态的整体结构俯视图；
39.图5为本发明吊钩驱动方式一锁紧状态的整体结构俯视图；
40.图6为本发明吊钩驱动方式一锁紧状态的整体结构示意图；
41.图7为本发明吊钩驱动方式二松开状态的整体结构俯视图；
42.图8为本发明吊钩驱动方式二锁紧状态的单侧结构俯视图；
43.图9为本发明吊钩驱动方式二的局部放大示意图1；
44.图10为本发明吊钩驱动方式二的局部放大示意图2；
45.图11为本发明吊钩驱动方式三松开状态的整体结构俯视图；
46.图12为本发明吊钩驱动方式三锁紧状态的单侧结构俯视图；
47.图13为本发明吊钩驱动方式三锁紧状态的局部放大示意图；
48.图14为本发明的吊具组件的导向机构设置示意图；
49.图15为本发明的吊具组件的导向机构及下落到位检测设置示意图；
50.图16为本发明的吊具组件的对接状态检测设置示意图；
51.图17为本发明的吊具组件的对接状态检测过程示意图。
具体实施方式
52.以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。
53.如图1所示，为电池吊具与电池组件的结合示意图，电池组件的上部设有电池对接框，用于与电池吊具进行对接，电池吊具包括吊具体，其安装在升降装置的下方，所述电池吊具的下方突出设有若干个吊钩，可伸入到电池对接框内，然后与电池对接框进行连接，实现锁紧。
54.转动式吊钩
55.如图2所示，本发明的智能卡车换电站用吊具组件，包括矩形框架1，吊钩2，以及吊
钩驱动装置3；所述矩形框架1内固定有若干根横梁11，所述横梁11内铰接安装有若干吊钩2，优选的为4个吊钩2，分别位于所述矩形框架1的四角；所述吊钩2的钩体位于所述矩形框架1的下方，所述吊钩2的驱动柄连接到所述吊钩驱动装置3上；所述吊钩驱动装置3根据需要，驱动所述吊钩2旋转，使钩体位于所述矩形框架1的内侧，与电池对接框不发生接触；或驱动所述吊钩2旋转，使钩体相对所述矩形框架1向外转出，勾住电池对接框的相应不同，实现吊装固定。
56.本发明的智能卡车换电站用吊具组件，所述吊钩2采用旋转的方式进行驱动，具体如图3所示，包括钩体21、旋转轴22、轴承23、轴端限位24、以及驱动连接25；所述钩体21的主体为长条状的平直体，用于承托住电池对接框；所述钩体21的一端固定在旋转轴22上，所述旋转轴22通过轴承23旋转安装在所述横梁11内，所述轴承23起到旋转支撑的作用；优选的，所述轴承23可选用圆锥辊子轴承，可以承受轴向的支撑力，即可以承受电池组件的重力；所述轴承23的上方固定有轴端限位24，所述轴端限位24抱紧所述旋转轴22，并抵在上部轴承23的顶部，防止所述旋转轴22垂直方向松脱；在所述旋转轴22的上部还固定有驱动连接25，用于与驱动柄26等部件连接。
57.所述吊钩驱动装置3，根据需要，可采用如下结构方式实现：
58.吊钩驱动方式一：单驱动圆盘式
59.如图4
‑
图6所示，在所述矩形框架1的中部设有1可控旋转的旋转盘311，其中间通过转盘轴312固定在所述矩形框架1的中部框架上；所述旋转盘311上设有若干转盘铰接轴313，所述转盘铰接轴313上铰接有转盘驱动摆臂314，所述转盘驱动摆臂314与所述驱动柄26相铰接，通过所述旋转盘311的转动，带动上面全部转盘驱动摆臂314进行摆动，进而驱动与之铰接的驱动柄26绕相应的旋转轴22进行旋转，最终带动所述钩体21转入或转出。
60.所述旋转盘311可由伺服电机进行驱动旋转，如其中心与减速箱输出轴相连，直接实现旋转；所述旋转盘311也可以通过外圈设置齿轮等旋转驱动结构，进行旋转驱动；而本实施例中，则采用直线驱动方式进行驱动，在所述矩形框架1上，特别是可以在所述横梁11上设有第一摆动座316，在所述旋转盘311上设有第二摆动座317，在所述第一摆动座316与所述第二摆动座317之间设有可伸缩运动的第一直线驱动元件，所述第一直线驱动元件的两端与所述第一摆动座316及所述第二摆动座317相铰接；所述第一直线驱动元件可以是气缸、液压缸、或电推缸，改变其长度，从而带动所述旋转盘311进行旋转。
61.如图4、图5所示，每2组转盘驱动摆臂314共用1个转盘铰接轴313，可以减少铰接点，但转盘驱动摆臂314的长度可能会不一致；但也可以根据需要，如图6所示，转盘驱动摆臂314分别设置转盘铰接轴313，这样旋转合适的位置，可以使转盘驱动摆臂314设计到相同长度，进一步提高零部件互换性。
62.进一步，可参照图5；在所述旋转盘311上，还设有若干限位销钉319，所述限位销钉319根据所述旋转盘311的旋转位置要求进行设置，并配合所述矩形框架1内的梁架结构，进行机械阻挡，从而提供比较准确的定位，从而使所述钩体21的转入或转出都能到达指定位置，避免过转或欠转。
63.吊钩驱动方式二：单驱动滑杆式
64.如图7、图8所示，在所述矩形框架1内平行设有2根横向推杆321，在所述矩形框架1内还固定有4个导向条322，所述导向条322内开设有导向槽323，所述导向槽323平行设置，
所述横向推杆321的2端滑动设置在所述导向槽323内；为实现2根所述横向推杆321的同步运动，在2根所述横向推杆321内设有连接板324，在所述矩形框架1内还固定有推杆座325，在所述连接板324与所述推杆座325内设有第二直线驱动元件326，所述第二直线驱动元件326可以是气缸、液压缸、或电推缸，改变其长度，从而带动所述连接板324左右移动，进而带动2根所述横向推杆321沿所述导向槽323左右移动。
65.如图9所示，所述驱动柄26上开设有滑槽327，所述横向推杆321的端部设有滑杆328，所述滑杆328穿过所述滑槽327，并插入到所述导向槽323内；当所述横向推杆321左右移动时，即所述滑杆328在所述导向槽323内左右移动，所述滑杆328沿所述滑槽327推动所述驱动柄26进行摆动，从而实现所述钩体21的转入或转出，即如图7状态运动到如图8状态，或反向运动；所述导向槽323的长度合理设置，从而使所述钩体21到达转入极限位置及转出极限位置时，所述滑杆328正好位于所述导向槽323的任一端。
66.本实施方式中，所述横向推杆321仅沿所述导向槽323进行水平运动，故所述第二直线驱动元件326的两端可以直接分别固定在所述连接板324及所述推杆座325上，当然也可以如图10所示，采用铰接的形式进行固定，以消除一定的移动间隙。
67.吊钩驱动方式三：摆动式
68.如图11、图12所示，在所述矩形框架1内，根据所述吊钩2的分布，设有2组独立运行的驱动机构，驱动机构包括驱动摆杆331，所述驱动摆杆331的一端与所述驱动柄26相铰接，所述驱动摆杆331的另一端设有滑动导向块332；在所述矩形框架1上固定有滑动导向条333，其内开设有滑动导向槽334，所述滑动导向块332滑动安装所述滑动导向槽334内，且所述驱动摆杆331与所述滑动导向块332相铰接；当所述滑动导向块332沿所述滑动导向槽334左右平移时，即带动所述驱动摆杆331进行移动且摆动，进而带动所述驱动柄26进行绕所述旋转轴22进行旋转，最终带动所述钩体21转入或转出。每2个所述驱动摆杆331同用1个所述滑动导向块332，从而形成2组独立运行的驱动机构。
69.所述滑动导向块332由第三直线驱动元件336进行驱动，在所述矩形框架1上固定有安装座335，所述第三直线驱动元件336的一端固定在所述安装座335上，所述第三直线驱动元件336的另一端与所述滑动导向块332进行固定；所述第三直线驱动元件336可以是气缸、液压缸、或电推缸，改变其长度，从而带动所述滑动导向块332左右移动，进而带动所述驱动摆杆331进行摆动，最终带动所述驱动柄26及所述钩体21进行旋转运动，即如图11状态运动到如图12状态，或反向运动。
70.所述滑动导向槽334的长度合理设置，从而使所述钩体21到达转入极限位置及转出极限位置时，所述滑动导向块332正好位于所述滑动导向槽334的任一端。
71.本实施方式中，所述滑动导向块332仅沿所述滑动导向槽334进行水平运动，故所述第三直线驱动元件336的两端可以直接分别固定在所述滑动导向块332及所述安装座335上，当然也可以如图13所示，采用铰接的形式进行固定，以消除一定的移动间隙。
72.本实施方式中，所述滑动导向槽334不仅起到导向作用，还起到限位作用；当2侧的所述驱动摆杆331等长时，直接用水平驱动的所述第三直线驱动元件336亦可直接驱动所述驱动摆杆331，但由于缺乏限位，可能导致过摆，以及存在摆动死角造成卡住等问题。
73.上述三种方式，都能很好的对驱动柄26进行旋转驱动，进而控制所述钩体21的转入或转出；采用单驱动圆盘式，可以根据需要快速匹配安装更多的吊钩2，仅需在旋转盘311
上找个合适的位置进行安装即可；采用单驱动滑杆式，则可根据需要，在同一侧安装更多的吊钩2，仅需将带有所述滑槽327的所述驱动柄26，安装到所述横向推杆321上，此时，由相应的滑杆328来进行拨动所述驱动柄26，可以不需再布置所述导向条322；而采用摆动式，则零部件结构更加简单，且采用两组分别驱动，可以减小驱动功率，间接提高可靠性。
74.吊具组件的智能化检测
75.由于本发明的吊具组件是应用到卡车换电站的，在换电过程中，为了避免人员被设备卡住、或触电等风险，要求换电站尽可能实现智能化运行，故要求吊具组件内安装有一些检测设施设备，以实现自动化、智能化运行。
76.(1)导向机构
77.如图14、图15所示，在吊具组件的下方设有若干导向块41，所述导向块41向下超出所述矩形框架1，且所述导向块41具有导向斜面，当所述吊具组件下落与电池框的对接框进行对接时，所述导向块41的导向斜面起作用，可以进行定位及导向，使吊具组件平稳、对齐的落在电池对接框上方。
78.(2)下落到位检测
79.进一步如图15所示，在所述矩形框架1内设有若干下落到位检测传感器42，所述下落到位检测传感器42可采用接触式微动开关，或非接触式霍尔开关，当所述矩形框架1落到电池对接框上方后，电池对接框上的框架抵近或者接触到所述下落到位检测传感器42，从而向系统发出指令，可以启动所述吊钩驱动装置3，启动所述吊钩2与电池对接框进行对接。
80.(3)对接状态检测
81.如图16所示，为了对所述吊钩2的对接状态进行检测，特别是对所述钩体21旋转到位情况进行检测，在所述吊钩2上设置了对接状态检测组件；所述对接状态检测组件包括，检测盘43、第一状态检测传感器44、第二状态检测传感器45；所述检测盘43固定在所述旋转轴22上，随所述钩体21的旋转而进行旋转；在所述检测盘43的外侧安装有所述第一状态检测传感器44及第二状态检测传感器45，用来对所述检测盘43结合，进行位置检测。
82.第一状态检测传感器44、第二状态检测传感器45可采用接触式微动开关，或非接触式霍尔开关；所述检测盘43如图17所示，为固定在所述旋转轴22上的圆盘，并超出盘面，设有第一凸起431，及第二凸起432，形成双面凸轮结构；为便于安装、调节，所述第一凸起431，及第二凸起432对称设置，相应所述第一状态检测传感器44、第二状态检测传感器45也对称安装。如图17所示，所述第一状态检测传感器44、第二状态检测传感器45采用接触式微动开关，分别设有第一检测头441、第二检测头451；当所述检测盘43的凸起结构旋转到所述第一状态检测传感器44、或所述第二状态检测传感器45所在方位时，凸起机构压动第一检测头441和/或第二检测头451，给出相应的检测信号，以表面所述钩体21到达相应的旋转角度位置。
83.如上所述，所述钩体21正常分为松开状态、过程状态、及锁紧状态，分别对应图17(a)、(b)、(c)；所述钩体21从松开状态旋转到锁紧状态，旋转角度为90
°
，即从如图17(a)所示状态，所述第一凸起431与所述第一检测头441发生脱离，然后经图17(b)所示状态，2个检测头均未有凸起机构压住，未有信号，最后到达图17(c)所示状态，所述第一凸起431的另一侧与所述第二检测头451接触，给出到位信号；故所述第一凸起431的弧度角为90
°
左右。
84.所述钩体21的旋出到锁紧状态时，所述钩体21垂直于所述矩形框架1的框体，使得
伸出体尺寸最大；当所述吊钩驱动装置3内未设置限位结构时，所述钩体21存在过旋的情况，即达到图17(d)所示状态，此时所述钩体21由于过旋，伸出体尺寸反而变小了，会导致对接面减小，安全系数降低，故需要给出报警信号，暂停吊装，进行检查。此时，所述第二凸起432旋向第一检测头441，所述第一状态检测传感器44及所述第二状态检测传感器45同时处于触发状态。由此，所述第二凸起432的弧度角小于90
°
，一般设置在60
°‑
70
°
之间。
85.当从锁紧状态反向旋转到松开状态时，发生过小时，所述第二凸起432将接触第二检测头451，给出信号，所述第一状态检测传感器44及所述第二状态检测传感器45同时处于触发状态，此时也要适当的检查所述吊钩驱动装置3的状态，防止发生过旋，导致处于连杆死角，影响后续正常作业。
86.通过设置第一凸起431就能实现正常的所述钩体21旋转对接状态检测；进一步通过设置第二凸起432，对过旋状态也进行检测，确保对接处于最可靠的状态。
87.正常的旋转角度状态一般采用编码器，特别是绝对角度编码器进行检测，但该类编码器较为精密，使用成本高，且易损坏；采用上述的接触式微动开关进行检测，使用成本低，且工业级的微动开关，可靠性极高，通过模拟开关量的检测检测就能判断出当前的对接状态，效率也高很多。
88.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。