Рабочая машина, в частности карьерный самосвал или грузовой автомобиль
Изобретение относится к системе охлаждения силовых установок. Мобильная рабочая машина, в частности в форме карьерного самосвала или грузового автомобиля, содержит дизель-электрический тяговый привод и систему охлаждения. Мобильная рабочая машина содержит общий контур охлаждения для жидкого хладагента для параллельного охлаждения одного или более компонентов силовой электроники и для охлаждения одного или более компонентов привода в области ведущего моста транспортного средства. При этом компонентами, подлежащими охлаждению в области ведущего моста транспортного средства, являются один или более электродвигателей для привода ведущего моста. Циркуляция хладагента в контуре охлаждения происходит так, чтобы охлаждаемые компоненты, имеющие более высокую потребность в охлаждении, охлаждались или промывались первыми, а компоненты, имеющие более низкую потребность в охлаждении, были расположены в контуре охлаждения ниже по потоку. Компоненты, имеющие более высокую потребность в охлаждении, являются одним или более из компонентов силовой электроники, а компоненты, имеющие более низкую потребность в охлаждении, являются одной или более из трансмиссий. Технический результат заключается в повышении эффективности системы охлаждения рабочей машины. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к мобильной рабочей машине, в частности в форме карьерного самосвала или грузового автомобиля, имеющего дизель-электрический тяговый привод и систему охлаждения.
Карьерные самосвалы или так называемые большегрузные карьерные самосвалы преимущественно применяются при добыче угля или руды для транспортировки добытого угля, минералов и руды. Эти устройства для транспортировки сыпучих материалов имеют вес и грузоподъемность от более 90 метрических тонн до нескольких сотен тонн, поэтому они имеют очень большие габариты.
В качестве тягового привода применяется дизель-электрический привод, в котором механическая энергия, генерируемая дизельным двигателем, преобразуется в электрическую энергию для питания тяговых электроприводов. Причина применения такого процесса заключается в том, что дизельные двигатели, как и все двигатели внутреннего сгорания, могут работать с идеальным кпд только в очень ограниченном диапазоне частоты оборотов и не могут запускаться под нагрузкой. Применяемые для ведущего моста электродвигатели переменного тока могут создавать требуемый для начала движения момент при меньших оборотах. Применяемый двигатель внутреннего сгорания может постоянно работать с постоянным кпд.
Различные компоненты тягового привода, требующие охлаждения, ранее охлаждались отдельными системами охлаждения, изготовление которых требовало существенных усилий при производстве таких карьерных самосвалов, что обусловлено их конструкцией.
Хуже того, впуск охладителя подвижной рабочей машины типично расположен в передней части транспортного средства, а компоненты дизель-электрического привода, требующие охлаждения, находятся в задней части. Трансмиссионное масло, требующее охлаждения, в настоящее время транспортируется из задней части транспортного средства в направлении теплообменников, установленных в передней части транспортного средства для использования охлаждающего эффекта потока воздуха. Это значит, что горячее масло неблагоприятно пропускается рядом с двигателем внутреннего сгорания, что влечет большой риск пожара.
Задачей настоящего изобретения является создание улучшенной системы охлаждения подвижной рабочей машины описанной категории.
Эта задача решается с помощью подвижной рабочей машины, в частности карьерного самосвала или грузового автомобиля, обладающего признаками по п. 1 формулы изобретения. Преимущественные варианты рабочей машины являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению предлагается общий контур охлаждения, содержащий хладагент для параллельного охлаждения одного или более компонента силовой электроники дизель-электрического двигателя и для охлаждения одного или более компонентов привода в области ведущего моста транспортного средства. Необходимый путь циркуляции жидкого хладагента сокращается до минимума за счет применения общего контура охлаждения. Эффективный охлаждающий эффект может быть достигнут за счет укороченных проточных каналов. В то же время, общая сложность рабочей машины уменьшается, поскольку не требуется создавать и обслуживать отдельные системы охлаждения.
В качестве применяемого хладагента можно рассматривать, например, воду или гликоль.
Одним или более компонентами ведущего моста транспортного средства, которые следует приводить, являются, например, один или более приводных электродвигателей дизель-электрического привода, которые, например, приводят колеса ведущего моста парами. В мобильной рабочей машине ведущим мостом типично является задний мост.
Возможно решение, при котором приводные электродвигатели приводят соединенные с ними полуоси или колесные ступицы ведущего моста транспортного средства с преобразованием скорости через соответствующие трансмиссии. Трансмиссионное масло также может охлаждаться общим контуром охлаждения. В качестве таких трансмиссий часто применяют одну или более планетарных трансмиссий, каждая из которых интегрирована в колесные ступицы и которые передают выходной момент электродвигателей на ось или ступицу колеса.
Охлаждение трансмиссионного масла может быть реализовано с помощью одного или более теплообменников масло/хладагент. Необходимые теплообменники, например, расположены рядом с трансмиссией для того, чтобы линейный путь трансмиссионного масла был как можно более коротким. Они могут размещаться рядом в области ведущего моста транспортного средства или в области между ведущим мостом транспортного средства и силовой электроникой, или, особенно предпочтительно, в области между генератором и силовой электроникой. Охлаждающая жидкость общего контура охлаждения, таким образом, с одной стороны течет через применяемые электродвигатели, а с другой стороны, через одну или более трансмиссий, в частности планетарные трансмиссии, т.е., используемые теплообменники. Преимущественное расположение теплообменников делает подачу горячего трансмиссионного масла от ведущего моста в переднюю часть транспортного средства ненужной и риск воспламенения транспортируемого масла сокращается.
Одним или более из компонентов силовой электроники, которые нужно охлаждать, являются, например, один или более преобразователей частоты для управления одними или более электродвигателями ведущего моста транспортного средства. В этой связи применяемый генератор дизель-электрического привода также понимается как компонент, подлежащий охлаждению. Этот один или более из компонентов силовой электроники промываются охлаждающей жидкостью общего контура охлаждения известным способом и эффективно охлаждаются.
Циркуляция предпочтительно происходит в контуре охлаждения так, чтобы компоненты, имеющие большую потребность в охлаждении, охлаждались или промывались в первую очередь, тогда как компоненты, имеющие меньшую потребность в охлаждении, расположены в охлаждающем контуре ниже по потоку. Компоненты силовой электроники, например, должны охлаждаться значительно сильнее, или требуют более низкой температуры хладагента, поскольку обычная рабочая температура такого компонента является более низкой.
Трансмиссионное масло, применяемое в одной или более трансмиссиях, которое нужно охлаждать, является менее требовательным и меньше нуждается в охлаждении, поэтому температура хладагента для достаточного охлаждения может быть более высокой. Поэтому согласно преимущественному варианту изобретения предлагается хладагентом общего контура охлаждения сначала охлаждать или промывать такие компоненты силовой электроники, как преобразователи частоты и/или электродвигатели ведущего моста, а затем направлять его на один или более теплообменников для охлаждения трансмиссионного масла того типа трансмиссий, который применяется в ведущем мосте транспортного средства.
Общий контур охлаждения предпочтительно сконфигурирован так, чтобы по меньшей мере часть компонентов, подлежащих охлаждению и имеющих сходную потребность в охлаждении охлаждались или промывались параллельно. Можно предусмотреть, например, чтобы компоненты силовой электроники и/или по меньшей мере один из приводных электродвигателей охлаждался/охлаждались или промывались хладагентом общего контура охлаждения параллельно, тогда как одна или более трансмиссий ведущего моста транспортного средства охлаждались или промывались во вторую очередь.
В предпочтительном варианте изобретения хладагент пропускают сквозь жидкостный охладитель, установленный как радиатор в передней части рабочей машины, и отводят от него через один или более насосов в направлении компонентов в задней части, требующих охлаждения.
Другие преимущества и свойства настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания вариантов, показанных на чертежах, где:
Фиг. 1-4 - множество видов карьерного самосвала по настоящему изобретению.
Фиг. 5 - подробный вид в перспективе рамы карьерного самосвала по настоящему изобретению.
Фиг. 6 - схема контура охлаждения карьерного самосвала по настоящему изобретению.
На фиг. 1-4 показан карьерный самосвал 10. Он является так называемым большегрузным карьерным самосвалом, применяемым в карьерах по открытой добыче руды. Передние колеса 14 и задние колеса 16, приводимые электродвигателями, более подробно не показаны и установлены на жесткой раме 12. Задние колеса 16 имеют сдвоенные шины.
С рамой 12 соединен опрокидывающийся кузов 18, который выполнен с возможностью опрокидывания гидравлическими подъемными цилиндрами 20, которые расположены с обеих сторон транспортного средства. Транспортное средство 10 ограничено бампером 22, расположенным спереди по направлению движения. Модуль 24 охладителя установлен над бампером 22. Верхняя палуба 26, на которой расположена кабина 28 оператора, в свою очередь проходит по ширине карьерного самосвала 10 над модулем 24 охлаждения. В показанном варианте кабина 28 оператора расположена сбоку на верхней палубе 26 слева по направлению движения. Таким образом, кабина оператора находится над левым передним колесом 14.
Карьерный самосвал 10 содержит дизель-электрический привод, который легко узнается на подробном виде в перспективе рамы 12 на фиг. 5. Привод содержит дизельный двигатель 40, установленный на раме 12 транспортного средства в передней части, если смотреть в направлении движения. Двигатель 40 внутреннего сгорания в частности установлен в области переднего моста 14 под верхней палубой 26 и кабиной 28 оператора. Модуль 24 охладителя расположен непосредственно перед двигателем 40 внутреннего сгорания в передней части транспортного средства.
Двигатель 40 внутреннего сгорания механически приводит генератор 60 для выработки требуемой электроэнергии для тяговых электродвигателей 80. Два электродвигателя 80 переменного тока, которые интегрированы слева и справа с задним мостом 16, служат тяговым приводом. Силовая электроника 100 с необходимыми силовыми компонентами, такими как преобразователи частоты и прочее, служат для управления или регулировки электродвигателей 80 и генератора 60.
Два электродвигателя 80 приводят левую и правую колесные ступицы ведущего заднего моста 16 независимо друг от друга. Привод осуществляется через планетарные трансмиссии (не показаны на фиг. 5). Каждый электродвигатель 80 соединен с колесной ступицей заднего ведущего моста 16 через планетарную трансмиссию.
И силовая электроника 100 и масло, применяемое в планетарных трансмиссиях, во время работы карьерного самосвала 10 требуют охлаждения. Для этого используется новый контур охлаждения по настоящему изобретению. В контуре охлаждения используют жидкий хладагент, например, воду или гликоль, который соответственно охлаждается охладителем 24, работающим как радиатор. Хладагент транспортируется по линиям охлаждения с помощью одного или более гидравлических насосов 65 в заднюю часть рамы 12 транспортного средства.
Один или более гидравлических насосов 65 в показанном варианте приводятся в действия за счет отбора мощности коробкой 50 привода насосов, расположенной непосредственно у выходного вала генератора. Коробка 50 привода насоса, у которой расположены гидравлические насосы 65, интегрирована в контур охлаждения. Коробка 50, однако, альтернативно может быть расположена непосредственно рядом с двигателем 40 внутреннего сгорания или у генератора 60, или между генератором 60 и двигателем 40 внутреннего сгорания.
Насос 65 передает гидравлическую среду из передней части карьерного самосвала 10 в направлении силовой электроники 100 так, чтобы эти компоненты, в частности, преобразователи частоты, охлаждались или промывались транспортируемым хладагентом и охлаждались до требуемого уровня рабочей температуры. Дополнительно, хладагент подается на один или более теплообменников 90 вода/масло, предпочтительно один теплообменник для каждой планетарной трансмиссии, установленные перед силовой электроникой 100, если смотреть с передней части транспортного средства, для охлаждения трансмиссионного масла, применяемого в планетарных трансмиссиях заднего ведущего моста 16. Для этого масло пропускается от заднего ведущего моста 16 до теплообменников 90. Хладагент, кроме того, может подаваться на электродвигатели 80, расположенные ниже по потоку от охладителей трансмиссионного масла.
Настоящее изобретение раскрывает единственный контур охлаждения для названных компонентов, который проходит от передней стороны рамы 12 транспортного средства до задней части транспортного средства. Циркуляция хладагента ограничена областью рамы и проходит по коротким путям, что обеспечивает эффективное охлаждение. Дополнительно имеется сосуд компенсации давления для компенсации температурных флуктуаций хладагента.
На фиг. 6 приведен эскиз контура охлаждения. Применяемый хладагент транспортируется от охлаждающего модуля 24, работающего как радиатор, через насос 65 в направлении силовой электроники 100 и теплообменников 90. Поскольку преобразователи частоты силовой электроники 100 требуют более низкого уровня температуры для работы, в данном случае менее 65°С, хладагент, охлажденный охлаждающим модулем 24 (с температурой ниже 55°С) в первую очередь подается на эти компоненты 100.
После протекания через эти компоненты 100, хладагент имеет более высокую температуру, порядка 65°С, что достаточно для охлаждения трансмиссионного масла. Теплообменники 90 в циркуляционном потоке хладагента подключены ниже по потоку от силовой электроники 100. Теплообменники 90 также промываются параллельно друг другу.
Конструкция по настоящему изобретению позволяет использовать общий контур охлаждения, чтобы сократить количество компонентов контура охлаждения и прочее, и, тем не менее, добиться достаточно эффективного охлаждения.
1. Мобильная рабочая машина, в частности в форме карьерного самосвала или грузового автомобиля, содержащая дизель-электрический тяговый привод и систему охлаждения, отличающаяся тем, что содержит общий контур охлаждения для жидкого хладагента для параллельного охлаждения одного или более компонентов силовой электроники и для охлаждения одного или более компонентов привода в области ведущего моста транспортного средства, при этом компонентами, подлежащими охлаждению в области ведущего моста транспортного средства, являются один или более электродвигателей для привода ведущего моста, причем циркуляция хладагента в контуре охлаждения происходит так, чтобы охлаждаемые компоненты, имеющие более высокую потребность в охлаждении, охлаждались или промывались первыми, а компоненты, имеющие более низкую потребность в охлаждении, были расположены в контуре охлаждения ниже по потоку, причем компонентами, имеющими более высокую потребность в охлаждении, являются один или более из компонентов силовой электроники, а компонентами, имеющими более низкую потребность в охлаждении, являются одна или более трансмиссий, в частности планетарных трансмиссий, в области ведущего моста транспортного средства.
2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что компонентами, подлежащими охлаждению в области ведущего моста транспортного средства, являются одна или более трансмиссий, в частности планетарных трансмиссий, посредством которых момент одного или более электродвигателей может передаваться на ось транспортного средства или на колесную ступицу.
3. Машина по п. 2, отличающаяся тем, что охлаждающая способность хладагента может быть применена к трансмиссионному маслу применяемых трансмиссий с помощью одного или более теплообменников, при этом теплообменники расположены в области ведущего моста транспортного средства.
4. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что одним или более из компонентов силовой электроники являются один или более преобразователей частоты и/или генератор дизель-электрического привода.
5. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что общий контур охлаждения сконфигурирован так, чтобы, по меньшей мере, часть требующих охлаждения компонентов силовой электроники охлаждалась или промывалась хладагентом общего контура охлаждения параллельно, а одна или более трансмиссий ведущего моста транспортного средства охлаждались или промывались во вторую очередь.
6. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что хладагент течет через охлаждающий модуль, работающий как радиатор в передней части рабочей машины и транспортируется из него одним или более насосами в направлении требующих охлаждения компонентов в задней части транспортного средства.
