РАБОЧАЯ МАШИНА, В ЧАСТНОСТИ САМОСВАЛ ИЛИ ГРУЗОВИК
WORK MACHINE, IN PARTICULAR DUMP TRUCK OR TRUCK

Настоящее изобретение относится к рабочей машине, в частности, в виде самосвала или грузовика, имеющей дизель-электрический тяговый привод, содержащей по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания, по меньшей мере один генератор переменного тока, по крайней мере один комплект силовой электроники, а также по меньшей мере один электродвигатель.
Самосвалы или так называемые большегрузные самосвалы используются преимущественно для работы на угольных рудниках или горнорудных разрезах для транспортирования добытого угля, минералов или руды. Эти самосвалы для насыпных минералов производятся в размерах по весу и нагрузке от более чем 90 метрических тонн до нескольких сотен тонн, так что они имеют очень большие габаритные размеры.
В качестве тягового привода используется дизель-электрический привод, в котором созданная дизельным двигателем механическая энергия с помощью генератора переменного тока преобразуется в электрическую энергию электрических тяговых приводов. Смысл такого процесса заключается в том, что дизельные двигатели, как и все двигатели внутреннего сгорания, могут работать с идеальной эффективностью только в очень ограниченном скоростном диапазоне, и не могут включаться под нагрузкой.
Электродвигатель переменного тока для приводной оси может развивать требуемый момент вращения и в диапазоне малых скоростей при трогании с места. Используемый двигатель внутреннего сгорания может работать непрерывно в идеальном скоростном диапазоне.
Соответствующая силовая электроника требуется, чтобы управлять одним или более электродвигателями и генератором переменного тока. Она, как правило, включает в себя один или более преобразователей частоты для регулирования скорости электродвигателей.
В известных рабочих машинах, особенно, в самосвалах над бампером в передней части рабочей машины по ходу ее движения установлен большой радиатор, а над ним расположена верхняя платформа, по которой можно гулять. Кабина шофера обычно расположена сбоку, над одним из колес на уровне этой верхней платформы. Распределительная коробка, к которой имеется доступ с верхней платформы, и которая включает в себя требуемую силовую электронику для управления генератором переменного тока или его регулирования, а также электродвигателей привода, установлена рядом с кабиной шофера на верхней платформе. С другой стороны, генератор переменного тока или сами электродвигатели установлены в вертикальной раме, причем, электродвигатели, предпочтительно, встроены в ось заднего привода, а генератор переменного тока установлен недалеко от двигателя внутреннего сгорания.
Вследствие больших размеров рабочей машины требуются длинные линии проводов для того, чтобы соединить генератор переменного тока с силовой электроникой или силовую электронику - с электродвигателями. Следовательно, необходимо провести требуемые жгуты проводов от генератора переменного тока по раме транспортного средства на несколько метров вверх до верхней платформы транспортного средства и оттуда - назад в раме транспортного средства к приводной задней оси.
Однако длинные линии проводов увеличивают усилия по прокладке проводки. Кроме того, огромная длина проводов увеличивает вероятность возникновения электромагнитных помех, особенно между силовыми проводами и сигнальными проводами для передачи сигналов управления на генератор переменного тока и на электродвигатель.
Задача настоящего изобретения состоит в предложении альтернативной конструкции цепи дизель-электрического привода, которая могла бы исключить вышеуказанные проблемы.
Эта задача решается посредством рабочей машины в соответствии с признаками по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения рабочей машины являются предметом зависимых пунктов.
Известна рабочая машина, в частности, в виде самосвала или грузовика, имеющая дизель-электрический тяговый привод, содержащая по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания, по меньшей мере один генератор переменного тока, по крайней мере один комплект силовой электроники, а также по меньшей мере один электродвигатель. Исходя из этого, в соответствии с настоящим изобретением предложено расположить силовую электронику или по крайней мере некоторую часть силовой электроники в области приводной ведущей оси рабочей машины.
Расположением силовой электроники в области приводной ведущей оси, то есть в области электродвигателей, которых необходимо снабжать энергией, достигнуто радикальное сокращение требуемой длины проводов между силовой электроникой и электродвигателем. Силовая электроника больше не установлена - как известно из предшествующего уровня техники - на верхней платформе рудникового рабочего автомобиля, а вместо этого - близко от земли, в области приводной ведущей оси. Тем самым это приводит не только к удобному доступу к силовой электронике для технического обслуживания, но и к сокращению требуемой длины проводов между электрическими компонентами, чем минимизируется вероятность электромагнитных помех. Кроме того, еще больше уменьшается риск для рабочего персонала, поскольку силовая электроника больше не находится в опасной области на верхней платформе у кабины шофера.
По меньшей мере один генератор переменного тока, силовая электроника, а также по меньшей мере один электродвигатель особенно предпочтительно расположены на транспортном средстве один за другим в направлении движения, предпочтительно, - на раме транспортного средства. Тем самым достигнута не только особенно короткая длина проводов между электродвигателем и силовой электроникой, но и между силовой электроникой и генератором переменного тока. При этом еще больше оптимизируются уже описанные ранее преимущества размещения в соответствии с настоящим изобретением. Особенно предпочтительно выгодной является установка силовой электроники по крайней мере частично между генератором переменного тока и приводной ведущей осью.
Рама транспортного средства обычно содержит по меньшей мере две балки рамы, которые продолжаются параллельно одна другой и которые продолжаются, по крайней мере, частично параллельно продольному направлению транспортного средства. Силовая электроника может быть идеально расположена между двумя балками рамы. Установка между балками рамы транспортного средства обеспечивает для силовой электроники дополнительную защиту. Кроме того, местоположение этой установки характеризуется хорошим удобством для технического обслуживания, поскольку эта область легкодоступна с земли, и доступ не блокируется никакими другими компонентами рабочей машины.
Альтернативно, силовая электроника, по крайней мере частично, может быть расположена также и снаружи рамы транспортного средства, то есть снаружи балок транспортного средства. Кроме того, приемлемо также, чтобы некоторая часть силовой электроники была закреплена между балками транспортного средства, а некоторые другие элементы были закреплены снаружи на по меньшей мере одной балке транспортного средства. Есть возможность, чтобы соответствующий компонент силовой электроники был установлен и на (или у) левой балке транспортного средства, и на (или у) правой балке транспортного средства.
Силовая электроника может быть собрана в одну часть внутри общего корпуса, который выборочно может быть закреплен между балками рамы транспортного средства или снаружи у одной из балок транспортного средства. Является также приемлемым, чтобы силовая электроника имела модульную конструкцию, то есть, чтобы силовая электроника содержала два или более функциональных модулей, каждый из которых имел закрытый корпус. В этом случае возможным является ее общее расположение на раме транспортного средства, то есть между балками транспортного средства или общее расположение снаружи рамы транспортного средства. В то же время приемлемой является установка первого функционального модуля в раме между балками рамы и крепление второго или третьего функционального модуля снаружи у рамы.
Естественно приемлемыми являются многочисленные возможности установки для отдельных функциональных модулей силовой электроники, которые не могут быть специально перечислены здесь. Сущность настоящего изобретения, однако, составляет расстояние силовой электроники, то есть, по меньшей мере некоторых функциональных модулей от генератора переменного тока и (или) от приводной ведущей оси, которое по размеру максимально возможно сокращено с достижением преимуществ в соответствии с настоящим изобретением.
Особенное преимущество технического решения в соответствии с настоящим изобретением достигается в результате того, что силовая электроника стала легкодоступной, предпочтительно, при поднятом вверх кузове рабочей машины, так что при этом упрощены работы по ее техническому обслуживанию, работа по установке и работа по демонтажу. Во время обычной работы силовая электроника является защищенной от воздействий внешнего окружения с одной стороны - кузовом, а с другой стороны - рамой транспортного средства. Кузов поднимают для установки, при этом обеспечен простой доступ сверху близко от земли.
В этих целях приемлемо, чтобы у рабочей машины был обеспечен один или более подъемных механизмов для установки или демонтажа, в частности, в области кузова, особенно предпочтительно, у переднего нижнего края кузова, чтобы можно было принимать на себя силовую электронику или отдельные функциональные модули. С помощью подъемного механизма для силовой электроники или для отдельных компонентов силовой электроники может быть обеспечена возможность простой установки или демонтажа. В дополнение к вертикальному движению подъема подъемное устройство может обеспечивать горизонтальное движение для перемещения груза, чтобы принятые функциональные модули можно было легко перемещать.
Дальнейшие преимущества и характеристики рабочей машины в соответствии с настоящим изобретением проистекают из показанных на чертежах вариантов исполнения. На них показано:
фиг. 1-4: множество изображений самосвала в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 5: подробный вид в перспективе цепи привода самосвала в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 6-8: схематичные изображения цепи привода в соответствии с настоящим изобретением в соответствии с различными вариантами исполнения;
фиг. 9: подробный вид силовой электроники;
фиг. 10: вид сбоку самосвала с подъемным механизмом; и
фиг. 11: различные схематичные изображения рамы транспортного средства с различными установочными положениями силовой электроники в соответствии с настоящим изобретением.
Самосвал 10 показан на фиг. 1-4. Здесь представлен так называемый большегрузный самосвал, такой как тот, который используется на рудниках. Передние колеса 14 и задние колеса 16, приводимые от электродвигателей, более подробно не показанных, удерживаются в жесткой раме 12. Задние колеса 16 построены с двойными шинами.
Кузов 18 шарнирно соединен с рамой 12, и может поворачиваться посредством гидравлических подъемных цилиндров, установленных на транспортном средстве по обеим сторонам. Транспортное средство 10 скреплено бампером 22 в передней части транспортного средства 10 в направлении движения. Над бампером 22 установлен модуль 24 радиатора. В свою очередь, верхняя платформа 26 продолжается по ширине самосвала 10 поверх модуля 24 радиатора. Кабина 28 шофера расположена сбоку от верхней платформы 26. В показанном здесь варианте исполнения кабина 28 шофера расположена сбоку от верхней платформы 26 слева по ходу движения. Таким образом, кабина 28 шофера находится над левым передним колесом 14.
Самосвал 10 содержит диэлектрический привод, который является легко узнаваемым на подробном виде в перспективе рамы 12 транспортного средства по фиг. 5. Привод содержит дизельный двигатель 40, который установлен на раме 12 транспортного средства в передней части, если смотреть в направлении движения. Двигатель 40 внутреннего сгорания, в частности, посажен в области передней оси 14 под верхней платформой 26 и кабиной 28 шофера. Необходимый топливный бак помещен на раме 12 между осью 14 передних колес и осью 16 задних колес с левой стороны в направлении движения.
Двигатель 40 внутреннего сгорания механически приводит в действие генератор 60 переменного тока для генерации электроэнергии, необходимой для электрического тягового привода. В качестве тягового привода служат два электродвигателя 80 переменного тока, которые встроены в ось 16 колеса с левой и с правой стороны. Использование отдельных электродвигателей для каждой стороны задней оси 16 транспортного средства оптимизирует движение на повороте и маневрирование, поскольку для приводимых колес могут быть выбраны различные скорости. Для управления электродвигателями 80 и генератором 60 переменного тока или их регулировки имеется силовая электроника 100 с необходимыми силовыми компонентами, такими как частотные преобразователи и т.д.
Многочисленные вторичные потребители самосвала больше не приводятся в действие электрически, а вместо этого получают гидравлическую энергию. Вторичными потребителями являются, например, гидравлические поднимающие цилиндры 20, привод рулевого управления самосвала 10, который, аналогичным образом, построен на гидравлике, а также один или более гидравлических двигателей вентиляторов для охлаждения электродвигателей 80, силовая электроника 100, генератор 60 переменного тока и любые другие компоненты.
Необходимое гидравлическое масло для вторичных потребителей обеспечивается гидравлическим баком 32, который расположен сбоку транспортного средства 10 напротив топливного бака 31.
В соответствии с подробным видом по фиг. 5 рама 12 транспортного средства содержит две продольные балки 12а и 12b рамы, которые продолжаются параллельно одна другой, и в центре которых удерживается общая цепь привода транспортного средства. В показанном варианте исполнения раздаточная коробка 50 насоса установлена непосредственно у двигателя 40, сзади его в области вала мотора. Раздаточная коробка содержит непрерывный вал, который соединен с выходной стороны через карданный вал 55 с генератором 60 переменного тока. Тем самым выходная мощность передается на генератор 60 переменного тока почти без потерь.
Кроме того, раздаточная коробка 50 обеспечивает множество механизмов 51, 52 отбора мощности, через которые ответвляются небольшие части выходной мощности двигателя и используются для привода вторичных потребителей. В варианте исполнения, показанном на фиг. 5, оказалось, является полезным то, что карданный вал 55 служит только для передачи требуемого момента вращения на генератор 60 переменного тока. Нагрузка раздаточной коробки 50 не имеет отношения к карданному валу 55.
Мощность двигателя 40 внутреннего сгорания, в частности, в высокомощных двигателях для самосвалов вызывает сильные вибрации, которые через карданный вал 55 могут быть переданы на генератор 60 переменного тока. В результате такой конструкции генератор 60 переменного тока подвержен всяким вибрациям, так что между генератором 60 переменного тока и дизельным двигателем 40 встроена дополнительная муфта. Муфта, имеющая встроенный глушитель торсионной вибрации, в частности, встроена напрямую в раздаточную коробку 50.
Показанный вариант исполнения по фиг. 5 создает дополнительное конструктивное пространство в конце генератора переменного тока, так что датчик углового положения (кодирующее устройство) 70 имеет пространство между силовой электроникой 100 и генератором 60 переменного тока (см. фиг. 6). Имеющееся конструктивное пространство позволяет использовать обычные датчики 70 углового положения, которые могут быть установлены без какой-либо сложной и (или) дорогой новой конструкции или модификации. Тем самым можно сэкономить на затратах на дополнительные разработки и на производственных затратах.
Сборка компонентов 40, 50, 60 привода на рамном соединении производится посредством крепящих зажимов. На изображении в соответствии с фиг. 5 средства крепления двигателя 40 внутреннего сгорания должны дополнительно удерживать вес раздаточной коробки 50. Средства крепления генератора 60 переменного тока приварены сбоку для крепления генератора к продольным балкам 12а и 12b в области между ними.
Для ясности, вариант исполнения по фиг. 5 снова схематично показан на фиг. 6. Раздаточная коробка 50 содержит третий механизм отбора мощности, в дополнение к видимым на фиг. 5 механизмам 51, 52 отбора мощности. Например, гидравлический насос для обеспечения требуемого гидравлического давления для работы поднимающих цилиндров 20 приводится через первый механизм 51 отбора мощности. Второй механизм 52 отбора мощности приводит насос гидравлического рулевого управления, в то время как дополнительный гидравлический насос соединен с третьим механизмом 52 отбора мощности для передачи давления на один или более гидравлических двигателей вентилятора или на другие гидравлические потребители. Изображения по фиг. 5 и 6 показывают три общепринятых механизма отбора мощности, но вполне возможны варианты исполнения, имеющие меньшее или большее количество механизмов отбора мощности, если при этом может быть обеспечен требуемый генератор переменного тока. Отдельные гидравлические насосы подсоединены к механизмам 51, 52, 53 отбора мощности посредством секций цилиндрического зубчатого колеса.
Альтернативно вариантам исполнения настоящего изобретения по фиг. 5 и 6 раздаточная коробка 50 также может быть установлена прямо у генератора 60 переменного тока, как это можно видеть на фиг. 8, при этом сборка производится на входе генератора переменного тока в обратной зеркальной последовательности тому, что показано на фиг. 5 и 6. Соединение между выходным валом двигателя и раздаточной коробкой достигнуто посредством карданного вала 55. В этом отношении карданный вал 55 должен обеспечивать общую требуемую мощность для работы генератора 60 переменного тока и раздаточной коробки 50. Альтернативный вариант исполнения имеет то преимущество, что двигатель 40 внутреннего сгорания может быть заменен более быстро, поскольку при этом отсоединять необходимо только концевое соединение карданного вала 55. Кроме того, необходимые средства крепления двигателя внутреннего сгорания не должны удерживать дополнительный вес раздаточной коробки 40 на раме 12 самосвала 10. К тому же, дополнительное удержание генератора переменного тока может производиться через раздаточную коробку 50.
Следующий альтернативный вариант исполнения можно видеть на фиг. 7, в соответствии с которым раздаточная коробка 50 насоса напрямую соединена с двигателем 40 внутреннего сгорания и генератором 60 переменного тока. К генератору 60 может вести дополнительный карданный вал, который требуется, чтобы обеспечить подсоединение дополнительного механизма 54 отбора мощности на выходе генератора 60.
В известных решениях предшествующего уровня техники силовая электроника для дизель-электрического привода самосвала была расположена в большой распределительной коробке на верхней платформе рядом с кабиной шофера. Однако из-за высокой генерируемой электрической мощности из этой силовой электроники исходит большая потенциальная опасность для работающего персонала. Поэтому распределительную коробку с собранной там силовой электроникой могут открывать и обслуживать только специальные обученные техники.
Вследствие огромных размеров самосвала 10 предыдущее расположение распределительной коробки на верхней платформе предполагало необходимость очень длинных линий проводов для электрического соединения силовой электроники с генератором переменного тока, с одной стороны, и с встроенными в заднюю ось электродвигателями, с другой стороны. Следовательно, требуемые жгуты проводов сначала должны вести от генератора переменного тока по вертикальной раме на несколько метров вверх до верхней платформы транспортного средства и оттуда должны были быть проложены назад в раме транспортного средства к приводной задней оси.
Однако длинные линии питания увеличивают усилия по прокладке проводки. Кроме того, огромная длина линии проводов увеличивает вероятность электромагнитных помех, особенно между силовыми проводами и сигнальными проводами для передачи сигналов управления на генератор переменного тока и на электродвигатель.
Теперь конфигурация самосвала 10 в соответствии с настоящим изобретением отличается от предшествующих решений, известных из существующего уровня техники и предлагает не располагать силовую электронику 100 на верхней платформе 26, а лучше располагать ее как можно ближе к области цепи электрического привода дизеля, то есть в районе задней приводной оси 16 в непосредственной близости от электродвигателей 80 и (или) от генератора 60 переменного тока. Возможное место установки силовой электроники 100 показано на фиг. 5. Встраивание силовой электроники 100 в раму 12 транспортного средства приводит к гораздо меньшему удалению ее от генератора 60 переменного тока и от электродвигателей 80 в задней приводной оси 16. Тем самым получены относительно короткие длины проводов и сигнальные линии, минимизированы нежелательные перекрестные наводки между этими проводами и, таким образом, уменьшены мешающие помехи на сигналы управления. Общая схема электропроводки дизель-электрического привода, кроме того, стала гораздо более простой, чем по решениям предшествующего уровня техники.
Более того, вся силовая электроника 100 в целом не размещена в общем корпусе (распределительной коробке), а вместо этого имеет модульную конструкцию. В соответствии с иллюстративным изображением по фиг. 9 вся силовая электроника 100 в целом составлена из трех отдельных функциональных модулей 101, 102, 103, каждый из которых помещен в свой собственный закрытый корпус. Фиг. 9 показывает похожие на коробки функциональные модули 101, 102, 103, установленные рядом друг с другом в ряд на приемной раме 110. Закрытые корпуса выполнены конструктивно прочными и, таким образом, обеспечивают защиту от внешних воздействий, таких как вода, пыль, осколки камней.
Силовая электроника или отдельные функциональные модули 101, 102, 103 установлены в области задней приводной оси 16 между двумя продольными балками 12а и 12b рамы 12 транспортного средства, то есть прикреплены к продольным балкам 12а и 12b с помощью использованной крепежной рамы 110. Передние и задние стороны отдельных функциональных модулей 101, 102, 103, то есть стороны коробок, направленные на генератор 60 переменного тока и на электродвигатели 80, содержат множество электрических разъемов 104, 105 для взаимного электрического соединения функциональных модулей 101, 102, 103 и для подсоединения генератора 60 переменного тока и электродвигателей 80.
Например, средний функциональный модуль 102 содержит все необходимые управляющие компоненты для управления генератором 60 переменного тока или его регулирования. Поэтому генератор 60 переменного тока подсоединен к силовой электронике через разъемы 104 на передней стороне функционального модуля 102. В отличие от него, функциональные модули 101, 103 содержат преобразователи частоты, необходимые для питания электродвигателей 80, причем соответствующие функциональные модули 101, 103 являются приписанными к одному определенному электродвигателю 80. Соединения между функциональными модулями 101, 102, 103 при этом установлены через имеющиеся разъемы 105 на задних сторонах функциональных модулей 101, 102, 103, то есть на сторонах, направленных на электродвигатели 80. Аналогичным же образом, соединение с электродвигателями производится через разъемы 105. На фиг. 5 электропроводка не показана, но она условно показана на фиг. с 6 по 8.
В дополнение к электрическим разъемам 104, 105 на передней стороне есть внешние разъемы 108 для встроенного жидкостного охлаждения силовых модулей. Следовательно, каждый закрытый корпус функциональных модулей 101, 102, 103 содержит свое собственное встроенное охлаждение.
Иллюстрация по фиг. 5 показывает общую конфигурацию имеющихся функциональных модулей 101, 102, 103 силовой электроники 100 между продольными балками 12а и 12b рамы 12 транспортного средства. Эта конфигурация соответствует схематичному представлению в соответствии с фиг. 11а, которая показывает раму 12 транспортного средства на виде в плане.
На фиг. 11b можно видеть альтернативную конфигурацию, в соответствии с которой силовая электроника 100 больше не установлена между продольными балками 12а и 12b, а - с правой наружной стороны балки 12b транспортного средства по ходу его движения. Естественно, также является возможной установка всей силовой электроники 100 с левой видимой стороны по ходу движения, то есть у балки 12а транспортного средства.
Фиг. 11с показывает следующую возможность, в соответствии с которой отдельные функциональные модули силовой электроники 100 установлены слева и справа рядом с продольными балками 12а и 12b. Например, возможно распределение функциональных модулей 101, 102, 103 по различным установочным позициям на раме, например, для того, чтобы как можно больше уменьшить расстояние между функциональными модулями 101, 103, "ответственными" за электродвигатели, и соответствующими электродвигателями 80.
В дополнение к показанным вариантам исполнения настоящего изобретения по фиг. с 11а по 11с, естественно, возможна также компоновка, в которой некоторая часть силовой электроники 100 закреплена между балками 12а и 12b рамы 12 транспортного средства, в то время как остальная часть установлена снаружи.
Далее, фиг. 10 показывает следующее преимущество представленного решения. В дополнение к уже показанным техническим преимуществам, обеспечен лучший доступ для работы по техническому обслуживанию, сборочным работам и работам по демонтажу силовой электроники 100, обусловленный местом установки силовой электроники 100, более близкой к земле. Для доступа к силовой электронике с целью технического обслуживания необходимо только, чтобы был поднят кузов 18 (см. фиг. 10).
Необходимые модули 101, 102, 103 могут быть сняты либо по отдельности, либо все вместе, и их не нужно теперь передвигать на длинное расстояние с верхней платформы 26 самосвала или на нее. В дополнение, имелось в виду, что при возникновении неисправности в силовой электронике отдельные модули 101, 102, 103 могут быть сразу же заменены, а не должны ремонтироваться на месте. На месте можно обойтись без специально обученных техников, а время простоя машины 10 из-за повреждения может быть минимизировано.
Альтернативно, как показано на фиг. 10, к нижнему краю кузова 18 может быть прикреплено по меньшей мере одно подъемное устройство, которое могло бы принимать на себя всю силовую электронику 100 или отдельные модули 101, 102, 103 для сборки или демонтажа. Используемое таким образом подъемное устройство дополнительно к вертикальному движению подъема идеально позволяет совершать горизонтальное движение для перемещения принятого груза.
Дополнительно следует указать, что преимущественные компоновки силовой электроники 100 на раме 12 транспортного средства (см. фиг. 11а-11с) относятся не только к модульной конфигурации силовой электроники, а также и к обычной ее конструкции в едином корпусе. Конфигурация силовой электроники, подобная модульной, одинаково возможна, если она установлена на верхней платформе 26 или где-нибудь еще на самосвале 10.