一種新型純電動混凝土泵車底盤設計

楊 輝 李政賢 王浩軒

（1.陜西風潤智能制造研究院有限公司；2.質子汽車科技有限公司；陜西 西安 710200）

0 前言

隨著國家對車輛排放要求越來越嚴格，城建商砼等城市工程用車電動化趨勢加速，各主機廠及改裝廠針對商砼領域均已開始研發純電動混凝土泵車。混凝土泵車為駐車作業車型，作業時通過支腿支撐車輛，駕駛室頂部布置臂架，通過控制液壓系統進行伸縮，駕駛室后部車架上安裝的回轉機構通過液壓系統控制可進行360°回轉，主泵實現混凝土泵送。

目前主流純電動混凝土泵車整車方案都是基于柴油車型更換動力總成，即底盤驅動電機匹配AMT，通過傳動軸將動力傳輸至分動箱(斷軸取力器)，實現底盤與上裝的分時驅動；底盤配備的動力電池為底盤驅動電機供電用以驅動底盤行走及上裝作業。這種方案底盤及上裝動力輸出均需經過分動箱，分動箱機械效率較低，存在較大機械損失，造成整車能耗相對較大，營運成本較高；且受限于電池體積能量密度，底盤電池配電量有限，嚴重制約作業時長及應用場景工況覆蓋，影響純電動混凝土泵車的大規模推廣。基于以上不足，本文設計了一種新型純電動混凝土泵車底盤，有效解決傳統純電動泵車效率低、能耗高、作業不可持續的問題。

1 整車定位

針對60 m臂架混凝土泵車市場，定制化開發總重46 t的純電動混凝土泵車通用底盤。通過前期的法規及市場研究，確定整車基本指標，如表1所示。

表1 新型純電動混凝土泵車整車基本指標

2 底盤總布置方案

結合60 m臂架泵車上裝設備及布置[1]要求，完成本文設計的新型純電動混凝土泵車底盤總布置方案，如圖1所示。

圖1 新型純電動混凝土泵車底盤總布置方案

駕駛室發動機艙內布置電機散熱器、多合一控制器、電池管理系統和動力電池。

底盤驅動電機匹配AMT布置于車架大梁中間，經傳動軸帶動后驅雙橋，驅動底盤行走。

車架左側大梁Ⅱ軸后依次布置充電插座、電動空壓機、動力電池；車架右側大梁依次布置低壓蓄電池與儲氣筒、動力電池。

底盤Ⅰ、Ⅱ軸之間預留上裝支腿安裝空間，大梁內側預留上裝電機及主泵空間，大梁左右分別預留車載充電機、上裝輔助電機及輔助泵空間。

3 底盤設計原理

3.1 底盤動力流及能量流

主流純電動混凝土泵車底盤設計架構如圖2所示。該方案底盤通過傳動軸經分動箱再經傳動軸后驅動后橋行走，上裝部分的液壓泵經底盤驅動電機及AMT取力器驅動，主泵及臂架泵由底盤驅動電機及AMT經傳動軸驅動分動箱，再經分動箱上的2個取力口連接傳動桿帶動。分動箱機械效率較低，一般為75%～80%，混凝土泵車上裝功耗高、作業時間長，機械效率對能耗影響較大。泵車在任務緊張時可能連續作業幾天，僅通過底盤電池供電無法滿足使用需求，需柴油泵車應急，降低了工況適配性，制約了規模化應用。

圖2 主流純電動混凝土泵車底盤設計架構

新型純電動混凝土泵車底盤設計架構如圖3所示。該方案底盤由動力電池經過多合一控制器為底盤驅動電機提供電能，驅動電機帶動AMT，經傳動軸驅動車輛行走。

圖3 新型純電動混凝土泵車底盤設計架構

當混凝土泵車駐車作業且負荷較小時，上裝電機功率較小，上裝由工業電網獨立供電。電網的電能經車載充電機(OBC)、多合一控制器為上裝驅動電機(輔助泵)與上裝驅動電機(主泵)供能。上裝驅動電機(輔助泵)驅動臂架泵、回轉泵等，實現臂架的伸展及回轉；上裝驅動電機(主泵)驅動主泵實現混凝土持續泵送。

當混凝土泵車駐車作業且負荷較大時，上裝電機需求功率較大，車載充電機輸出功率不足以滿足負荷需求，此時需動力電池補充輸出電功率，即由工業電網經車載充電機(OBC)與底盤動力電池輸出的電能通過多合一控制器功率耦合，共同為上裝驅動電機供電。

當底盤動力電池電量低、工作場站附近不具備充電樁充電條件時，可由工業電網通過車載充電機為底盤動力電池充電；當工業電網突然斷電時，可完全由底盤動力電池獨立供電，盡快完成臂架泵內剩余混凝土的泵送，避免混凝土凍結。

新型純電動混凝土泵車底盤既具備了傳動效率高、能耗低、營運成本低的優點，又能夠滿足長時持續作業的場景應用要求。

3.2 冷卻系統設計原理

基于混凝土泵車駐車作業的特點，新型純電動混凝土泵車底盤驅動電機與上裝驅動電機分時供電驅動，冷卻系統可安裝于底盤上，底盤與上裝共用一套冷卻系統；可通過車輛模式選擇開關控制電磁閥，實現車輛行走與駐車作業時冷卻水路通斷。冷卻系統控制原理如圖4所示。

圖4 新型純電動混凝土泵車冷卻系統控制原理圖

車輛行走時，車輛模式選擇開關在行車擋位，兩位三通電磁閥3動作，j、k口接通，冷卻水泵2啟動，散熱器1中的冷卻水流經底盤驅動電機控制器4與底盤驅動電機5，形成冷卻回路，為底盤驅動電機進行冷卻。

駐車作業時，車輛模式選擇開關選擇駐車作業擋位，兩位三通電磁閥3動作，j、l口接通，冷卻水泵2啟動，散熱器1中的冷卻水為上裝電機及其控制器進行冷卻：(1)三位三通電磁閥6動作，接通m、n口，冷卻水為上裝電機控制器7與上裝電機(主泵)8進行冷卻；(2)三位三通電磁閥6動作，接通m、o口，冷卻水為上裝電機控制器9與上裝電機(輔助泵)10進行冷卻；(3)三位三通電磁閥6動作，接通m、n、o口，冷卻水同時為上裝電機控制器7與上裝電機(主泵)8、上裝電機控制器9與上裝電機(輔助泵)10進行冷卻。

4 結論

新型純電動混凝土泵車底盤打破了原有純電動混凝土泵車底盤獨立供電設計框架，圍繞不同工況及作業負荷，電網、底盤動力電池能量流基于控制邏輯進行獨立供電或耦合供電，希望為城市商砼泵送提供一種低能耗、低排放、低噪聲且具備持續作業覆蓋更多應用場景的純電動混凝土泵車產品，助力綠色商砼整體解決方案的規模化落地。