Brevet FR3021911A1 — publié le 20151211

L'invention concerne une machine de travail mobile, notamment sous la forme d'un camion à benne ou d'un camion, comprenant un système d'entraînement diesel-électrique et un système de refroidissement. Des camions à benne ou des gros camions à benne sont utilisés essentiellement dans le cadre de l'extraction de charbon ou de l'extraction de minerais pour le transport de charbon, de matières minérales et de minerais. Ces camions pour matières en vrac sont fabriqués dans des dimensions de plus de 90 t (90.000 kg) jusqu'à des multiples de 100 t en poids et en charge, ce qui fait qu'ils ont des dimensions hors tout très grandes. Une motorisation diesel-électrique est utilisée comme moyens d'entraînement, l'énergie mécanique engendrée par un moteur diesel étant convertie à l'aide d'un générateur en une énergie électrique pour alimenter les moyens d'entraînement électriques. La raison pour cette façon de procéder tient au fait que les moteurs diesel, comme tous les moteurs à combustion interne, ne peuvent fonctionner avec une efficacité idéale que dans une plage de vitesses très limitée et ne peuvent pas être démarrés sous charge. Les moteurs à courant alternatif pour les axes d'entraînement peuvent produire le couple recherché aussi dans la partie inférieure de la plage de vitesses pour démarrer. Le moteur à combustion interne peut fonctionner de manière continue dans la plage de vitesses idéale. Avant, différents composants du système d'entraînement ayant besoin d'être refroidis, ont été refroidis par des systèmes de refroidissement séparés, ce qui a conduit, en raison de la conception du véhicule qui en résulte, à des efforts non négligeables dans la production de tels camions à benne. De plus, pour ne pas arranger la situation, l'entrée du système de refroidissement du véhicule est typiquement agencée à l'avant du véhicule mais les composants à refroidir du système d'entraînement diesel-électrique sont situés plutôt à l'arrière. L'huile de transmission à refroidir est habituellement transportée de l'arrière du véhicule dans la direction des échangeurs de chaleur montés à l'avant du véhicule pour utiliser l'effet refroidissant du flux d'air. Cela signifie que l'huile chaude est transportée désavantageusement devant le moteur à combustion interne, ce dont il résulte un risque énorme d'incendie. Le but de l'invention est de présenter un système de refroidissement amélioré d'une machine de travail de ce type. Le but de l'invention est atteint avec une machine de travail mobile, notamment sous la forme d'un camion à benne ou camion, ayant un système d'entraînement diesel-électrique et un système de refroidissement, dans laquelle un circuit de refroidissement commun d'un fluide liquide de refroidissement est agencé pour le refroidissement parallèle d'un ou plusieurs composants d'une électronique de puissance et d'un ou plusieurs composants d'entraînement dans une zone d'entourage d'un axe entraîné de véhicule. Selon des modes de réalisation avantageux de l'invention, la machine de travail mobile peut également 25 avoir l'une au moins des caractéristiques supplémentaires suivantes, considérées isolément ou en combinaison : - les composants à refroidir dans la zone d'entourage d'un axe entraîné de véhicule sont un ou plusieurs moteurs électriques pour l'entraînement de 30 l'axe de véhicule ; - les composants à refroidir dans la zone d'entourage d'un axe entraîné de véhicule sont une ou plusieurs transmissions, notamment des transmissions planétaires, à l'aide de laquelle ou desquelles le couple 35 d'un ou de plusieurs moteurs électriques est transmis à l'axe de véhicule ou au moyeu de roue ; - la capacité de refroidissement du fluide de refroidissement est mise à la disposition de l'huile de transmission des transmissions utilisées via un ou plusieurs échangeurs de chaleur, les échangeurs de chaleur étant disposés proche de ou dans la zone d'entourage de l'axe entraîné de véhicule ; - un ou plusieurs composants de l'électronique de puissance sont un ou plusieurs convertisseurs de fréquence et/ou le générateur du système d'entraînement 10 diesel-électrique ; - la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement est agencé de façon que les composants à refroidir ayant un besoin de refroidissement plus élevé sont refroidis ou parcourus en premier alors 15 que des composants ayant un besoin de refroidissement moindre sont disposés en aval dans le circuit de refroidissement ; - les composants ayant un besoin de refroidissement plus élevé comprennent un ou plusieurs composants de 20 l'électronique de puissance alors que les composants ayant un besoin de refroidissement moindre comprennent une ou plusieurs transmissions, notamment des transmissions planétaires, dans la zone d'entourage de l'axe entraîné de véhicule ; 25 - le circuit de refroidissement commun est agencé de façon qu'au moins quelques-uns des composants à refroidir de l'électronique de puissance sont refroidis ou parcourus par le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement commun, alors qu'une ou plusieurs 30 transmissions sont refroidies ou parcourues de manière subordonnée ; - le fluide de refroidissement passe par un module de refroidissement agencé comme puits thermique dans la partie avant de la machine de travail et est transporté 35 de là via une ou plusieurs pompes dans la direction des composants à refroidir dans la partie arrière du véhicule. Conformément à l'invention, un circuit de refroidissement commun est prévu qui comprend un fluide liquide de refroidissement pour un refroidissement parallèle d'un ou de plusieurs composants d'une électronique de puissance du système d'entraînement diesel-électrique et pour le refroidissement d'un ou de plusieurs composants d'entraînement dans une zone d'entourage d'un axe entraîné de véhicule. Le parcourt de circulation nécessaire du fluide liquide de refroidissement est réduit à un minimum par l'utilisation d'un circuit de refroidissement commun. Un effet efficace de refroidissement peut être obtenu par des chemins de flux raccourcis. En même temps, la complexité de la machine de travail est réduite du fait que l'on n'a plus besoin de prévoir et d'entretenir des systèmes de refroidissement séparés. L'eau et le glycol, par exemple, peuvent être considérés comme fluide de refroidissement utilisés. Le ou les composants de l'axe entraîné de véhicule, 20 qui sont à entraîner sont, par exemple, un ou plusieurs moteurs électriques du système d'entraînement dieselélectrique qui entraînent, par exemple, par paires les roues de l'axe entraîné. L'axe arrière est typiquement l'axe entraîné de la machine de travail mobile. 25 Il est concevable que les moteurs électriques entraînent les portions d'axe associées ou les moyeux de roue à une vitesse transformée via des transmissions appropriées. L'huile de transmission utilisée peut également être refroidie par le circuit de 30 refroidissement commun. Souvent, une ou plusieurs transmissions planétaires qui sont intégrées dans les moyeux de roue et qui transmettent le couple de sortie des moteurs électriques à l'axe de roue ou au moyeu de roue, sont utilisées comme de telles transmissions. 35 Le refroidissement de l'huile de transmission peut être mis en oeuvre à l'aide d'un ou de plusieurs échangeurs de chaleur pour refroidissement d'huile. Les échangeurs de chaleur nécessaires sont disposés, par exemple, proche de la transmission pour garder le parcourt de l'huile de transmission le plus court possible. Un tel agencement est concevable dans la zone de l'axe entraîné de véhicule ou dans la zone entre l'axe entraîné et l'électronique de puissance ou, particulièrement préféré, dans la zone entre le générateur et l'électronique de puissance. Ainsi, le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement commun passe par les moteurs électriques utilisés, d'une part, et par la ou les transmissions, notamment transmissions planétaires, c'est-à-dire les échangeurs de chaleur utilisés, d'autre part. L'agencement avantageux des échangeurs de chaleur 15 rend le transport de l'huile de transmission chaude de l'axe arrière entraîné vers l' avant du véhicule superflu ; le risque que l'huile s'enflamme est réduit. Un ou plusieurs composants de l'électronique de puissance à refroidir sont, par exemple, un ou plusieurs 20 convertisseurs de fréquence pour régler le ou les moteurs électriques de l'axe entraîné. Dans ce contexte, le générateur du système d'entraînement diesel-électrique est également compris comme un composant à être refroidi. Le ou les composants de l'électronique de puissance sont 25 parcourus de façon connue en soi par le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement commun et sont effectivement refroidis. La circulation est effectuée de préférence à l'intérieur du circuit de refroidissement de manière que 30 des composants ayant un besoin de refroidissement plus élevé sont refroidis ou parcourus en priorité, alors que des composants ayant un besoin de refroidissement moindre sont disposés an aval dans le circuit de refroidissement. Les composants de l'électronique de puissance, par 35 exemple, ont besoin d'être refroidis beaucoup plus et ont besoin d'une température de fluide de refroidissement plus basse puisque la température de fonctionnement normale est moins élevée. L'huile de transmission utilisée d'une ou de plusieurs transmissions à refroidir est, au contraire, moins exigeante et a un besoin de refroidissement moindre de façon que la température du fluide de refroidissement peut être plus élevée pour obtenir un refroidissement suffisant. Pour cette raison, il est proposé, conformément à un mode de réalisation avantageux de l'invention, que le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement commun refroidit d'abord, ou passe d'abord par, les composants de l'électronique de puissance tels les convertisseurs de fréquence, et/ou les moteurs électriques de l'axe entraîné et est fournie ensuite à un ou plusieurs échangeurs de chaleur pour refroidir l' huile de transmission des types de transmission utilisés dans l'axe entraîné de véhicule. Le circuit de refroidissement commun est avantageusement agencé de façon qu'au moins quelques-uns des composants à refroidir ayant des besoins de refroidissement similaires sont refroidis ou parcourus en parallèle. Ainsi, il peut être prévu que, par exemple, les composants de l'électronique de puissance et/ou au moins un des moteurs électriques sont refroidis ou parcourus en parallèle par le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement commun, alors que la ou les transmissions de l' axe entraîné de véhicule sont refroidis ou parcourus ensuite. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le fluide de refroidissement passe par un module de refroidissement pour liquide agencé comme puits thermique dans la partie avant de la machine de travail et est transporté de là via une ou plusieurs pompes dans la direction des composants à refroidir dans la partie arrière du véhicule. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention sont décrits à l'aide du mode de réalisation représenté dans le dessin où : - les figures 1 à 4 sont une pluralité de 5 représentations d'un camion à benne selon l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective détaillée du châssis du camion selon l'invention, et - la figure 6 est une représentation schématique d'un circuit de fluide de refroidissement du camion à 10 benne selon l'invention. Un camion à benne 10 est représenté sur les figures 1 à 4. Il s'agit ici d'un grand camion à benne tel qu'il est utilisé par exemple dans des mines de minerai. Des roues avant 14 et des roues arrière 16, entraînées par 15 des moteurs électriques non représentés en davantage de détails, sont supportées par un châssis rigide 12. Les roues arrière 16 sont représentées avec des pneus doubles. Une benne basculante 18 est montée pivotante sur le 20 châssis 12 et est adaptée pour pouvoir être pivotée à l'aide de vérins hydrauliques 20 disposés des deux côtés sur le véhicule. Le véhicule est bordé par un pare-chocs 22 dans la partie avant du véhicule 10, vu dans la direction de déplacement. Un module de radiateur 24 est 25 agencé au-dessus du pare-chocs 22. Un plateau supérieur 26, sur lequel une cabine d'opérateur 28 est agencée, s'étend sur toute la largeur du camion à benne 10 au-dessus du module de radiateurs 24. Dans le mode de réalisation représenté ici, la cabine d'opérateur 28 est 30 disposée sur le côté du plateau supérieur 26 du côté gauche, vu dans la direction de déplacement. Ainsi, la cabine d'opérateur est située au-dessus de la roue avant gauche 14. Le camion à benne 10 comprend un système 35 d'entraînement diesel-électrique qui est facilement reconnaissable sur la vue détaillée en perspective du châssis 12 sur la figure 5. Le système d'entraînement comprend un moteur diesel 40 monté dans la zone avant du châssis 12, vu dans la direction de déplacement. Le moteur à combustion interne 40 est en particulier situé dans la zone de l'axe avant 14 en dessous du plateau supérieur 26 et la cabine d'opérateur 28. Le module de radiateur 24 est situé directement en face du moteur à combustion interne 40 à la face avant du véhicule. Le moteur à combustion interne 40 entraîne le générateur 60 mécaniquement pour engendrer l'énergie électrique nécessaire pour les entraînements électriques. Deux moteurs à courant alternatif 80, qui sont intégrés à gauche et à droite dans l'axe arrière 16, servent à l'entraînement du véhicule. Une électronique de puissance 100 comportant les composants nécessaires tels que, par exemple, des convertisseurs de fréquence, etc. est prévue pour la commande et la régulation des moteurs électriques 80 et du générateur 60. Les deux moteurs électriques 80 entraînent les moyeux de roue gauche et droite de l'axe arrière entraîné 16 indépendamment l'un de l'autre. L'entraînement est effectué via des transmissions planétaires non représentées sur la figure 5. Chaque moteur électrique 80 est relié au moyeu de roue de l'axe arrière entraîné 16 via une transmission planétaire. Aussi bien l'électronique de puissance 100 que l'huile utilisée des transmissions planétaires doivent être refroidies pendant le fonctionnement du camion à benne 10. Le nouveau circuit de refroidissement selon l'invention est utilisé à cette fin. Le circuit de refroidissement utilise un fluide de refroidissement liquide, par exemple de l'eau ou du glycol, qui est refroidi par le module de radiateurs 24 comme puits de chaleur. Le fluide de refroidissement est transporté via des conduits de refroidissement à l'aide d'une ou de plusieurs pompes hydrauliques 65 dans la partie arrière du châssis 12 du véhicule. Dans le mode de réalisation représenté, la ou les pompes hydrauliques 65 sont asservies par une sortie de puissance du boîtier de transmission de pompe 50 qui est disposé directement à la sortie du générateur. Le boîtier 5 de transmission de pompe 50 auquel les pompes hydrauliques 65 sont accouplées, est intégré dans le circuit de refroidissement. Le boîtier de transmission 50 peut, cependant, être disposé directement au moteur à combustion interne 40 ou au générateur 60 ou encore entre 10 le générateur 60 et le moteur à combustion interne 40. La pompe 65 transporte le fluide hydraulique de la partie avant du camion à benne 10 dans la direction de l'électronique de puissance 100 de façon que ces composants, notamment les convertisseurs de fréquence, 15 sont refroidis ou parcourus par le fluide de refroidissement transporté et refroidis à la température de fonctionnement recherchée. De plus, le fluide de refroidissement est amené à un ou plusieurs échangeurs de chaleur 90, de préférence un échangeur de chaleur par 20 transmission planétaire, monté dans la zone devant l'électronique de puissance 100, vu à partir de l'avant du véhicule, afin de refroidir l'huile de transmission utilisée des transmissions planétaires dans l'axe arrière entraîné 16. A cette fin, l'huile est transportée de 25 l'axe arrière 16 vers les échangeurs de chaleur 90. Le fluide de refroidissement peut en outre être transporté aux moteurs électriques 80 en aval des refroidisseurs de l'huile de transmission. L'invention divulgue un circuit de refroidissement 30 unique pour les composants énoncés, qui s'étend de la face avant du châssis de véhicule 12 jusqu'à l'arrière du véhicule. La circulation du fluide de refroidissement est limitée au secteur du châssis, avec des chemins de conduit courts permettant un refroidissement efficace. Le 35 vase d'expansion 70 est prévu en plus pour compenser les fluctuations de température du fluide de refroidissement. La figure 6 est une représentation schématique du circuit de refroidissement. Le fluide de refroidissement utilisé est transporté du module de radiateurs 24 comme puits de chaleur via la pompe 65 dans la direction de 5 l'électronique de puissance 100 et des échangeurs de chaleur 90. Puisque les convertisseurs de fréquence de l'électronique de puissance 100 nécessitent un niveau de température de fonctionnement inférieur, ici moins de 65 °C, le fluide refroidi par le module de radiateurs 24 10 (température inférieure à 55 °C) est transporté en priorité vers ces composants 100. Après être passé par ces sources de chaleur, le fluide de refroidissement a une température de l'ordre de 65 °C, ce qui est suffisant pour le refroidissement de 15 l'huile de transmission. En conséquence, les échangeurs de chaleur 90 sont connectés en aval de l'électronique de puissance 100 dans le flux de circulation du fluide de refroidissement. Les échangeurs de chaleur 90 sont également parcourus par le fluide de refroidissement, 20 parallèlement l'un à l'autre. La conception selon l'invention permet d'utiliser un circuit de refroidissement commun pour les composants à refroidir, si bien que le nombre de circuits de refroidissement, etc. est réduit et un refroidissement 25 suffisamment efficace est néanmoins assuré. REVENDICATIONS1. Machine de travail mobile, notamment sous la forme d'un camion à benne (10) ou camion, ayant un 5 système d'entraînement diesel-électrique et un système de refroidissement, caractérisée en ce qu'un circuit de refroidissement commun d'un fluide liquide de refroidissement est agencé pour le refroidissement parallèle d'un ou plusieurs composants d'une électronique 10 de puissance (100) et d'un ou plusieurs composants d'entraînement (80) dans une zone d'entourage d'un axe entraîné de véhicule (16). 2. Machine de travail mobile selon la revendication 15 1, caractérisée en ce que les composants à refroidir dans la zone d'entourage d'un axe entraîné de véhicule (16) sont un ou plusieurs moteurs électriques (80) pour l'entraînement de l'axe de véhicule. 20 3. Machine de travail mobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les composants à refroidir dans la zone d'entourage d'un axe entraîné de véhicule sont une ou plusieurs transmissions, notamment des transmissions planétaires, à l'aide de 25 laquelle ou desquelles le couple d'un ou de plusieurs moteurs électriques (80) est transmis à l'axe de véhicule ou au moyeu de roue. 4. Machine de travail mobile selon la revendication 30 3, caractérisée en ce que la capacité de refroidissement du fluide de refroidissement est mise à la disposition de l'huile de transmission des transmissions utilisées via un ou plusieurs échangeurs de chaleur, les échangeurs de chaleur étant disposés proche de ou dans la zone 35 d'entourage de l'axe entraîné de véhicule (16). 5. Machine de travail mobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs composants de l'électronique de puissance (100) sont un ou plusieurs convertisseurs de fréquence et/ou le générateur (60) du système d'entraînement diesel- électrique. 6. Machine de travail mobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la circulation du fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement est agencé de façon que les composants à refroidir ayant un besoin de refroidissement plus élevé sont refroidis ou parcourus en premier alors que des composants ayant un besoin de refroidissement moindre sont disposés en aval dans le circuit de refroidissement. 7. Machine de travail mobile selon la revendication 6, caractérisée en ce que les composants ayant un besoin de refroidissement plus élevé comprennent un ou plusieurs composants de l'électronique de puissance (100) alors que les composants ayant un besoin de refroidissement moindre comprennent une ou plusieurs transmissions, notamment des transmissions planétaires, dans la zone d'entourage de l'axe entraîné de véhicule (16). 8. Machine de travail mobile selon la revendication 7, caractérisée en ce que le circuit de refroidissement commun est agencé de façon qu'au moins quelques-uns des composants à refroidir de l'électronique de puissance (100) soient refroidis ou parcourus par le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement commun, alors qu'une ou plusieurs transmissions sont refroidies ou parcourues de manière subordonnée. 9. Machine de travail mobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement passe par un module derefroidissement agencé comme puits thermique dans la partie avant de la machine de travail et est transporté de là via une ou plusieurs pompes (65) dans la direction des composants à refroidir dans la partie arrière du véhicule.