Кузов карьерного самосвала с обогревом

Предлагаемое техническое решение относится к области транспортного машиностроения, в частности к карьерным самосвалам и может быть использовано в самосвалах с электромеханической и электрической трансмиссией.
Известен кузов грузового транспортного средства с обогревом теплоносителем, например, выхлопными газами двигателя, включающий основание, передний и боковые борта, контрфорсы, переднюю и заднюю поперечные балки, связанные соответственно с по крайней мере каждой из сторон кузова одним боковым полым контрфорсом и с задними полыми контрфорсами с образованием замкнутого объема для циркуляции теплоносителя, причем в задних контрфорсах выполнены отверстия для выхода теплоносителя из указанного объема и двойной пол, образованный верхним и нижним листами с расположенными между ними каналами, связанными с поперечными полыми балками и с замкнутым объемом. С целью повышения эффективности обогрева кузова передний и боковые борта кузова с наружной стороны снабжены дополнительными листами, жестко связанными с элементами кузова посредством элементов крепления и установленными посредством упоров с зазорами между бортами контрфорсами с образованием по всей площади кузова дополнительного закрытого пространства, связанного посредством упомянутых отверстий с объемом контрфорсов, а посредством другого отверстия, выполненного в переднем дополнительном листе - с атмосферой. Упоры выполнены из термоизолирующего материала (см. свидетельство SU № 1655834, МПК B62D 33/02, B60H 1/02, опубл. 15.06.1991).
Недостатками данного технического решения являются сложность изготовления в связи с созданием герметичного пространства для циркуляции теплоносителя (выхлопных газов), низкая эффективность в связи с отдачей значительного количества тепла в атмосферу через поверхность быстросъемных секций, материал которых не обладает термоизолирующими свойствами, а также в связи с образованием в герметичном пространстве нагара.
Известен кузов самосвала, содержащий платформу, передний и боковые борта, жестко закрепленные на платформе, задний откидной борт и механизм подвода выхлопных газов от двигателя к кузову. В полу платформы образованы карманы, боковые борта выполнены с полыми стойками, а механизм подвода выхлопных газов включает в себя клапан переключения подачи выхлопных газов и металлический гофрированный рукав, соединенный через отводящий патрубок с приемным устройством, имеющим подпружиненный штуцер, сопряженный с карманом пола платформы, при этом полости карманов и стоек сообщены между собой по всей длине кузова, корпус клапана имеет одно входное и два выходных отверстия, сообщающих клапан с металлическим гофрированным рукавом и с атмосферой, а в корпусе установлена подпружиненная заслонка с возможностью поочередного перекрывания выходных отверстий корпуса клапана (см. патент на полезную модель RU №99759, МПК B62D 33/02 (2006.01), опубл. 27.11.2010).
Недостатком данного технического решения является низкая эксплуатационная эффективность, заключающаяся в невозможности эффективного регулируемого обогрева внутренней поверхности платформы и боковых бортов, невозможности использования технического решения в кузовах самосвалов с иной, нежели механической, трансмиссией.
Известен кузов самосвала с функцией подогрева, подвижно соединенный с рамой шасси. Внизу внутренней части кузова образована полость, в которой установлен нагревательный провод, полость заполнена теплопроводной жидкостью. На поверхность выхлопной трубы намотан змеевик, входной конец которого соединен трубопроводом с одним концом гофрированной трубы, а другой конец гофрированной трубы соединен с выходным концом полости внизу кузова. В нижнем торце рамы образована полость, которая заполнена теплопроводной жидкостью. Нагревательный провод в теплопроводной жидкости используется для электрического нагрева теплопроводной жидкости, тепло выделяется под дно кузова. Таким образом, смерзшийся в кузове грунт может быть оттаян, чтобы его удобно было отделить (см. патент CN 211892973, МПК B60P 1/28, B60H 1/22, B60P 1/16, опубл. 10.11.2020).
Недостатками данного технического решения являются низкая эффективность передачи тепла посредством теплопроводной жидкости от змеевика на выхлопной трубе в полость внизу кузова, в особенности через гофрированную трубу, а также отсутствие технического решения по питанию от неопределенного источника нагревательного провода в полости внизу кузова, подвижно соединенного с рамой шасси.
В настоящее время для перевозки смерзшейся горной массы в условиях добычи полезных ископаемых активно используются самосвалы с электромеханической трансмиссией (Карьерный самосвал БЕЛАЗ-75131 и его модификации. Руководство по ремонту 7513-3902080 РС. - РУПП «Белорусский автомобильный завод», 2007. - 208 с.), или с электрической трансмиссией (Дубинкин Д.М. Сравнительный обзор технических характеристик аккумуляторных самосвалов КНР / Д.М. Дубинкин, И.А. Тарасюк, А.В. Ялышев. - Инновации в технологиях и образовании: Сборник статей участников XIV Международной научно-практической конференции. Белово, 2022. Издательство: КузГТУ имени Т.Ф. Горбачева. - С. 85-88. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=49397839). Движение самосвала осуществляется путем создания регулируемых тяговых усилий на ведущих колесах самосвала преобразованием электрической энергии в механическую при подключении линий питания тяговых электродвигателей мотор-редукторов к линии питания от тягового источника питания (тягового генератора или тяговой аккумуляторной батареи) под управлением входящего в состав шкафа управления контроллера верхнего уровня. При электрическом торможении усилия для этого на ведущих колесах формируются за счет регулируемого преобразования кинетической энергии, запасенной самосвалом в процессе движения, в электрическую. Преобразование кинетической энергии осуществляется посредством перевода тяговых электродвигателей мотор-редукторов в генераторный режим работы и создания на их валах тормозных моментов. Электрическая энергия, генерируемая электродвигателями, преобразуется в узле вентилируемых тормозных реактивных резисторов в тепловую энергию с последующим рассеянием в окружающей среде.
Известен узел размещения системы охлаждения карьерного самосвала с электромеханической трансмиссией, содержащий радиатор реактивных резисторов и радиатор двигателя внутреннего сгорания. Узел выполнен с возможностью смещения радиатора реактивных резисторов с палубы карьерного самосвала, размещенной на шасси, в сторону наклонной передней стенки кузова карьерного самосвала, а радиатор двигателя внутреннего сгорания выполнен с возможностью смещения под днище кузова на раму карьерного самосвала в направлении высоты транспортного средства (см. патент на полезную модель RU №212125, МПК B60K 6/20 (2007.10), B60H 1/22 (2006.01), опубл. 07.07.2022).
Недостатком данного технического решения является низкая эксплуатационная эффективность вследствие необходимости передачи тепла от его источников на переднюю стенку и днище кузова через воздушный зазор.
Известен самосвал с функцией обогрева, содержащий кабину, раму, опрокидывающийся относительно рамы кузов, выполненный в виде бортов и платформы, плоскость которой снабжена зафиксированными на ней отрезками нагревательного провода, подключенными под управлением устройства регулирования (контроллера) к линии питания, теплоизоляционный материал (см. патент CN 108407694, МПК B60P 1/00, B60P 1/28, B60P 1/04, опубл. 17.08.2018).
Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является низкая эксплуатационная эффективность, заключающаяся:
в невозможности эффективного регулируемого обогрева бортов, в особенности зон кузова, в которых перевозимая горная масса наиболее склонна к смерзанию в условиях низких температур;
в отсутствии технического решения относительно источника электрической энергии, потребной для обогрева кузова;
в невозможности гарантированной передачи извне потребного количества электрической энергии для обогрева кузова, шарнирно соединенного с рамой.
Технический результат - повышение эксплуатационной эффективности устройства обогрева кузова самосвала.
Указанный технический результат достигается тем, что в кузове карьерного самосвала с обогревом, включающем опрокидывающийся на шарнирном соединении относительно рамы кузов, выполненный в виде бортов и платформы, плоскость которой снабжена зафиксированными на ней отрезками нагревательного провода, подключенными под управлением контроллера к линии питания, теплоизоляционный материал, согласно заявляемому техническому решениюотрезки нагревательного провода дополнительно размещены и зафиксированы в местах сопряжений плоскостей бортов и платформы на внешних их сторонах, снаружи отрезки нагревательного провода накрыты теплоизоляционным материалом в виде зафиксированных пластин, контроллер выполнен с возможностью регулируемого по мощности подключения через линию питания отрезков нагревательного провода при разгоне и равномерном движении самосвала - к линии питания от тягового источника электрической энергии, а при торможении самосвала - к линиям питания тяговых электродвигателей мотор-редукторов самосвала, а также к линии питания вентилируемых тормозных реактивных резисторов трансмиссии самосвала.
Зафиксированные отрезки нагревательного провода подключены к линии питания через токосъемник, расположенный в шарнирном соединении рамы с кузовом самосвала.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где изображен общий вид кузова карьерного самосвала с обогревом, при этом линии питания, в действительности, представляющие собой жгуты электрических проводов, условно изображены стрелками, направления стрелок поясняют направления потоков электрической энергии. Одна из пластин теплоизоляционного материала показана с вырезом, вторая - условно, контур ее обозначен пунктирной линией.
Кузов карьерного самосвала с обогревом с электромеханической или электрической трансмиссией включает опрокидывающийся на шарнирном соединении 1 относительно рамы 2 кузов 3, выполненный в виде бортов 4 и платформы 5, плоскость которой снабжена зафиксированными на ней отрезками нагревательного провода 6, подключенными под управлением контроллера 7 к линии питания 8, теплоизоляционный материал 9.
Отрезки нагревательного провода 6 дополнительно размещены и зафиксированы в местах сопряжений плоскостей бортов 4 и платформы 5 на внешних их сторонах, снаружи отрезки нагревательного провода 6 накрыты теплоизоляционным материалом 9 в виде зафиксированных пластин, контроллер 7 выполнен с возможностью регулируемого по мощности подключения через линию питания 8 отрезков нагревательного провода 6 при разгоне и равномерном движении самосвала - к линии питания 10 от тягового источника электрической энергии 11, а при торможении самосвала - к линиям питания 12 тяговых электродвигателей 13 мотор-редукторов самосвала, а также к линии питания 14 вентилируемых тормозных реактивных резисторов 15 трансмиссии самосвала.
Зафиксированные отрезки нагревательного провода 6 подключены к линии питания 8 через токосъемник 16, расположенный в шарнирном соединении 1 рамы 2 с кузовом 3 самосвала.
Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.
Зоны, в которых перевозимая горная масса наиболее склонна к смерзанию в условиях низких температур, находятся внутри кузова 3 в местах сопряжения плоскостей бортов 4 и платформы 5. Дополнительно размещенные и зафиксированные на внешних сторонах вышеназванных сопряжений плоскостей бортов 4 и платформы 5 отрезки нагревательного провода 6, будучи подключенными под управлением контроллера 7 к линии питания 8, являются источниками тепла. Направлению теплового потока внутрь кузова, а далее - по плоскостям бортов для оттаивания смерзшейся горной массы способствует теплопроводность материала кузова, а также то, что отрезки нагревательного провода накрыты снаружи теплоизоляционным материалом 9, выполненным в виде зафиксированных пластин. Тем самым достигается заявляемый технический результат.
Регулирование по мощности выделяемого теплового потока от отрезков нагревательного провода 6, подключенных к линии питания 8 осуществлено посредством заявленной возможности контроллера 7. При разгоне и равномерном движении самосвала контроллер 7 подключает к линии питания 10 от тягового источника электрической энергии 11 отрезки нагревательного провода 6 через линию питания 8 и одновременно тяговые электродвигатели 13 мотор-редукторов самосвала в режиме потребления электрической энергии через линии питания 12 для преобразования электрической энергии в механическую и создания тяговых усилий на ведущих колесах самосвала.
При электрическом торможении усилия для этого на ведущих колесах формируются за счет регулируемого преобразования кинетической энергии, запасенной самосвалом в процессе движения, в электрическую. Преобразование кинетической энергии осуществляется посредством перевода тяговых электродвигателей мотор-редукторов в генераторный режим работы и создания на их валах тормозных моментов. Электрическая энергия, генерируемая электродвигателями, преобразуется в тормозных резисторах в тепловую энергию с последующим рассеянием в окружающей среде.
При торможении самосвала, формировании усилий для этого на ведущих колесах за счет преобразования кинетической энергии, запасенной самосвалом в процессе движения в электрическую, переводе тяговых электродвигателей 13 мотор-редукторов самосвала в генераторный режим и возвращении генерируемой электрической энергии через линии питания 12, посредством заявленной возможности контроллер 7 отключает от линии питания 10 от тягового источника электрической энергии 11 отрезки нагревательного провода 6 и подключает их через линию питания 8 к линиям питания 12 тяговых электродвигателей 13 мотор-редукторов самосвала, а также к линии питания 14 вентилируемых тормозных реактивных резисторов 15 трансмиссии самосвала. Таким образом, возвращенная генерируемая электрическая энергия расходуется на тепловыделение отрезков нагревательного провода 6, а при полном или частичном отсутствии в необходимости в этом - преобразуется в вентилируемых тормозных реактивных резисторах 15 трансмиссии самосвала в тепловую энергию с последующим рассеянием в окружающей среде, чем также достигается заявляемый технический результат.
Зафиксированные отрезки нагревательного провода 6 подключены к линии питания 8 через токосъемник 16, расположенный в шарнирном соединении 1 рамы 2 с кузовом 3 самосвала, обеспечивая гарантированную передачу от составных частей заявляемого технического решения, находящихся на раме, потребного количества электрической энергии зафиксированным отрезкам нагревательного провода 6 на вращающемся относительно рамы кузове для его обогрева, чем также достигается заявляемый технический результат.
Таким образом, заявляемый технический результат достигается тем, что:
1) отрезки нагревательного провода дополнительно размещены и зафиксированы в местах сопряжений плоскостей бортов и платформы на внешних их сторонах;
2) снаружи отрезки нагревательного провода накрыты теплоизоляционным материалом в виде зафиксированных пластин;
3) контроллер выполнен с возможностью регулируемого по мощности подключения через линию питания отрезков нагревательного провода при разгоне и равномерном движении самосвала - к линии питания от тягового источника электрической энергии, а при торможении самосвала - к линиям питания тяговых электродвигателей мотор-редукторов самосвала, а также к линии питания вентилируемых тормозных реактивных резисторов трансмиссии самосвала;
4) зафиксированные отрезки нагревательного провода подключены к линии питания через токосъемник, расположенный в шарнирном соединении рамы с кузовом самосвала.
Данная полезная модель разработана в рамках выполнения работ по Соглашению от 14.12.2020 г. № 075-11-2020-031 между Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и Публичным акционерным обществом «КАМАЗ».