САМОХОДНАЯ МАШИНА С ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ
SELF-PROPELLED MACHINE WITH INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND ELECTROMECHANICAL TRANSMISSION

Изобретение относится к промышленным и сельскохозяйственным тракторам, строительно-дорожным машинам, грузовым автомобилям, вездеходам и другим гусеничным и колесным самоходным машинам с электромеханической трансмиссией, предназначенным для выполнения землеройных, строительных, дорожных, транспортных, сельскохозяйственных и других работ при низких температурах окружающей среды.
Известна самоходная машина с гибридной трансмиссией, содержащая тяговые электродвигатели, генератор, соединенный с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), выпрямитель выходного напряжения генератора, подключенный к шинам постоянного тока, инверторы тяговых электродвигателей, подключенные к этим шинам, а также тормозные резисторы, подключаемые к силовым шинам с помощью автоматических переключателей. Для охлаждения тормозных резисторов используется вентилятор с приводом от электродвигателя, соединенного с дополнительным инвертором (US 8054016 В2, 08.11.2011).
Недостатком этой машины является ее повышенная сложность и, соответственно, пониженная надежность, обусловленная применением отдельного электродвигателя и инвертора в приводе вентилятора тормозных резисторов.
Известна также самоходная машина с электромеханической трансмиссией, в которой тормозные резисторы размещены в потоке воздуха вентилятора ДВС (RU 2648652 С1, 27.03.2018).
Недостатком этой машины является также ее неприспособленность для работы в зимних условиях, обусловленная отсутствием в конструкции машины элементов ее тепловой подготовки к работе, а также неиспользованием тепловой энергии, выделяемой на тормозном резисторе, для этой подготовки.
Кроме того, низкая теплоемкость воздуха приводит к необходимости применения крупногабаритных тормозных резисторов и, соответственно, к увеличению размеров, объема и массы трансмиссии и самоходной машины в целом.
Известна также самоходная машина, оснащенная автоматизированной системой предпусковой тепловой подготовки ДВС, содержащей электроподогреватели охлаждающей жидкости ДВС, моторного масла, топливного фильтра, топливозаборника и аккумуляторной батареи (АКБ), соединенные с микропроцессорным блоком управления, к которому подключены блок индикации, масляный насос и датчики температуры охлаждающей жидкости ДВС, моторного масла, дизельного топлива, электролита АКБ, окружающей среды, плотности электролита и прозрачности топлива (RU 134 248 U1, 10.11.2013).
К ее недостаткам относятся повышенная сложность и пониженная надежность, что обусловлено применением множества электроподогревателей.
Аналогичные недостатки имеют самоходные машины с гидроприводом, в которых тепловая подготовка гидравлической аппаратуры (гидродвигателей, насосов и т.п.) к работе при низких температурах окружающей среды осуществляется с помощью прикрепленных к этой аппаратуре нагревательных элементов подключаемых к источникам тока и теплоизолированных от окружающей среды (RU 2550215 С1, 10.05.2015; RU 94649 U1, 27.05.2010; RU 2387888 С1, 27.04.2010).
Наиболее близкой к предложенной является самоходная машина с ДВС и электромеханической трансмиссией, содержащая тяговый генератор (мехатронный генераторный модуль), преобразующий механическую энергию ДВС в электрическую энергию, передаваемую на силовые шины, тяговые электродвигатели, входящие в состав мехатронных тяговых модулей и использующиеся для привода ведущих колес или гусениц машины, а также тормозные резисторы и систему управления, в состав которой входят органы управления трансмиссией машины, микропроцессорные контроллеры, в том числе контроллер тормозных резисторов, осуществляющий подключение этих резисторов к силовым шинам в зависимости от напряжения на этих шинах, и контроллер (преобразователь) силовой передачи, обеспечивающий реверсивный обмен электрической энергией между силовыми шинами и тяговыми электродвигателями. Тормозные резисторы, тяговый генератор и тяговые электродвигатели имеют общую систему жидкостного охлаждения, объединенную с системой охлаждения ДВС (RU 2550408 С1, 10.05.2015).
В этой самоходной машине тормозные резисторы используются только для поглощения энергии, вырабатываемой тяговыми электродвигателями при торможении машины. При этом энергия, выделяемая в тормозных резисторах, часть которой передается охлаждающей жидкости ДВС, не влияет на время подготовки самоходной машины к работе, поскольку передается на тормозные резисторы только во время торможения машины, т.е. после начала ее движения.
Поэтому недостатком этой самоходной машины является ее неприспособленность для работы в условиях низких рабочих температур, обусловленная как отсутствием в конструкции машины элементов ее тепловой подготовки к работе, так и неиспользованием с этой целью тепловой энергии, выделяемой на тормозных резисторах. Соответственно, для сокращения времени подготовки этой самоходной машины к работе в зимний период времени, необходима установка на эту машину дополнительных элементов ее тепловой подготовки к работе, что приводит к усложнению и соответствующему снижению надежности этой машины.
Из анализа аналогов и прототипа следует, что в предшествующем уровне техники не решена техническая проблема создания самоходной машины с ДВС и электромеханической трансмиссией, приспособленной для работы в условиях низких температур окружающей среды и обладающей при этом простотой конструкции и высокой надежностью. Задачей изобретения является создание такой машины.
Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является сокращение времени тепловой подготовки самоходной машины с ДВС и электромеханической трансмиссией к работе в условиях низких температур окружающей среды без усложнения конструкции этой машины.
В самоходной машине с ДВС и электромеханической трансмиссией, содержащей тяговый генератор, который непосредственно или через согласующее устройство механически соединен с ДВС и преобразует по меньшей мере часть механической энергии ДВС в электрическую энергию, передаваемую на силовые шины, по меньшей мере один тяговый электродвигатель, приспособленный для преобразования электрической энергии в механическую энергию и ее передачи по меньшей мере на одну гусеницу или ведущее колесо самоходной машины, по меньшей мере один контроллер силовой передачи, приспособленный для передачи электрической энергии от силовых шин на обмотки по меньшей мере одного тягового электродвигателя и для обратной передачи на силовые шины электрической энергии, вырабатываемой по меньшей мере одним тяговым электродвигателем в режиме торможения самоходной машины, а также по меньшей мере один тормозной резистор, приспособленный для преобразования электрической энергии в силовых шинах в тепловую энергию под управлением по меньшей мере одного контроллера тормозного резистора, поставленная задача решаются благодаря тому, что конструкция и размещение по меньшей мере одного тормозного резистора выполнены с возможностью использования тепловой энергии, выделяемой на этом тормозном резисторе, для тепловой подготовки самоходной машины к работе при низких температурах окружающей среды, причем контроллер тормозного резистора обеспечивает его подключение к силовым шинам как во время указанной тепловой подготовки, так и при наличии перенапряжений на силовых шинах.
В целях достижения указанного технического результата в частных вариантах реализации изобретения:
- самоходная машина содержит аккумуляторную батарею, соединенную с силовыми шинами, а по меньшей мере один контроллер тормозного резистора обеспечивает передачу электрической энергии предварительно заряженной аккумуляторной батареи от силовых шин на один или несколько тормозных резисторов, приспособленных для тепловой подготовки машины к работе при низких температурах окружающей среды;
- на самоходной машине предусмотрена возможность приема электрической энергии от внешнего источника на силовые шины, а контроллер (контроллеры) тормозного резистора (тормозных резисторов) обеспечивает возможность передачи этой электрической через силовые шины на тормозной резистор (резисторы) во время тепловой подготовки машины к работе;
- контроллер (контроллеры) тормозного резистора (резисторов) обеспечивает возможность передачи по меньшей мере части электрической энергии генератора от силовых шин на тормозной резистор (тормозные резисторы) во время тепловой подготовки машины к работе;
- самоходная машина содержит один или несколько датчиков температуры охлаждающей жидкости ДВС, или масла в системе смазки ДВС, или масла в гидросистеме рабочего оборудования, или воздуха в системе воздухообеспечения ДВС, или топлива в системе топливоподачи ДВС, или масла в системе смазки силовой передачи трансмиссии, или воздуха в кабине самоходной машины, при этом по меньшей мере один тормозной резистор выполнен с его охлаждением потоком среды (жидкости, газа), для измерения температуры которой установлен указанный датчик, а контроллер этого тормозного резистора (тормозных резисторов) осуществляет подключение тормозного резистора (тормозных резисторов) к силовым шинам в зависимости от результатов указанного измерения температуры, причем для осуществления по меньшей мере одного потока указанной среды самоходная машина оснащена соответствующим насосом или вентилятором.
Реализация отличительных признаков независимого и зависимых пунктов формулы изобретения обеспечивает получение одного и того же технического результата.
Обусловлено это тем, что единый изобретательский замысел предложенного технического решения заключается в таком конструктивном исполнении самоходной машины с ДВС и электромеханической трансмиссией, при котором по меньшей мере один тормозной резистор этой трансмиссии, кроме традиционно выполняемой функции защиты от перенапряжений в силовых цепях, дополнительно используется для тепловой подготовки машины к работе при низких температурах окружающей среды.
Благодаря указанным отличительным признакам независимого пункта формулы изобретения, предусматривающим реализацию конструкции и размещения на самоходной машине по меньшей мере одного тормозного резистора из условия использования выделяемой на нем тепловой энергии для тепловой подготовки машины к работе, обеспечивается сокращение времени тепловой подготовки самоходной машины к работе в условиях низких температур окружающей среды. При этом, поскольку по меньшей мере один тормозной резистор и контроллер для его управления уже присутствуют в электромеханической трансмиссии, использование этого тормозного резистора для решения иной задачи, а именно, для тепловой подготовки машины к работе, не требует установки на самоходную машину каких-либо дополнительных элементов. Достаточно изменения конструкции тормозного резистора и его размещения на машине из условия перенаправления выделяющегося на нем тепла тем рабочим средам (жидкостям и газам) и конструктивным элементам самоходной машины, прогрев которых необходим для ее подготовки к работе, а также корректировки алгоритмов подключения тормозного резистора к силовым шинам. Коррекция алгоритмов подразумевает подключение тормозного резистора к силовым шинам не только при наличии перенапряжений на этих шинах, но и при необходимости указанного подогрева. Поэтому реализация этих отличительных признаков обеспечивает сокращение времени тепловой подготовки самоходной машины к работе без установки на нее дополнительных нагревательных элементов и устройств управления этими элементами, т.е. без усложнения ее конструкции.
Реализация отличительных признаков независимого и зависимых пунктов формулы изобретения, характеризующихся тем, что энергия для тепловой подготовки машины к работе поступает от аккумуляторной батареи (АКБ), от внешнего источника электрической энергии и/или от генератора, обеспечивает сокращение времени тепловой подготовки самоходной машины к работе за счет децентрализованного размещения отдельных тормозных резисторов, выполняющих функции электроподогревателей, непосредственно около узлов и агрегатов самоходной машины, требующих подогрева их рабочих сред (жидкостей и газов), указанных в п. 5 формулы изобретения, за счет увеличения тепловой мощности подогрева этих сред, а также за счет индивидуального регулирования тепловой мощности каждого тормозного резистора. Причем сокращение времени тепловой подготовки достигается без установки на самоходную машину дополнительных конструктивных элементов и, соответственно, без усложнения ее конструкции. Поэтому реализация отличительных признаки независимого и зависимых пунктов формулы изобретения находится в прямой причинно-следственной связи достижением того же самого технического результата.
Для пояснения технической сущности, принципа действия и возможности осуществления предложенного устройства на чертеже в качестве примера показана упрощенная схема самоходной гусеничной машины с ДВС и электромеханической трансмиссией (ЭМТ).
Роль первичного источника энергии самоходной машины выполняет приводной двигатель 1, выполненный в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Возможна реализация различных кинематических схем моторно-трансмиссионной установки самоходной машины. На чертеже показана последовательная кинематическая схема, которая исключает механическую связь ДВС с гусеничным движителем.
Рабочее оборудование самоходной машины, которое может быть выполнено в виде отвала бульдозера, ковша погрузчика или экскаватора, грузоподъемного оборудования, манипулятора и т.д., а также привод этого оборудования, на чертеже условно не показаны.
ДВС непосредственно или через согласующее устройство - механическую упругую или компенсирующую муфту, мультипликатор и т.п., соединен с генератором 2, который может именоваться тяговым генератором и является источником электрической энергии для двух тяговых электродвигателей 3 и 4 и тормозных резисторов (после запуска ДВС для окончания тепловой подготовки машины к работе).
Тяговые электродвигатели могут быть асинхронными, синхронными с постоянными магнитами на роторе или реактивным индукторным.
В последнем случае каждый из них содержит статор с полюсами и фазными обмотками, выполненными в виде сосредоточенных катушек, размещенных на полюсах шихтованного магнитопровода статора, и ротор с зубчатым магнитопроводом, также выполненным из листов электротехнической стали и закрепленным на его валу. Такие электродвигатели без обмотки возбуждения в русскоязычной литературе называются вентильными индукторными реактивными двигателями (ВРД, ВИД, ВИРД), а в англоязычной литературе - электродвигателями с переменным магнитным сопротивлением: ((Switched Reluctance Motor (SRM)».
Тяговый генератор 2 может иметь конструкцию, аналогичную тяговым электродвигателям 3, 4, или отличающуюся от них.
Тяговые электродвигатели встроены в ведущие колеса или размещены у ведущих звездочек в пределах обвода гусениц, либо размещены в корпусе самоходной машины. Их выходные валы могут быть соединены с ведущими колесами или ведущими звездочками 5, 6 гусеничной машины непосредственно (для небольших самоходных машин) или через передаточные устройства - бортовые редукторы 7, 8, карданные валы, муфты и т.д.
Предпочтительным является применение маслонаполненных планетарных бортовых редукторов со встроенными гидравлически или электрически управляемыми нормально замкнутыми стояночными или рабочими тормозами 9, 10.
Возможна также реализация самоходной машины, электромеханическая трансмиссия которой содержит один тяговый электродвигатель. В этом случае передаточные устройства, с помощью которых осуществляется передача механической энергии от тягового электродвигателя на ведущие колеса или гусеницы машины, кроме бортовых редукторов 7, 8 содержат главную передачу с устройством дифференциального управления, либо с бортовыми фрикционами и рабочими тормозами 9, 10, обеспечивающими возможность поворота машины.
Электрическая энергия от генератора 2 поступает на силовые шины 11 через контроллер генератора 12. В случае применения асинхронного генератора или синхронного генератора с постоянными магнитами на роторе он может быть выполнен с виде силового управляемого или неуправляемого выпрямителя (показано на чертеже), осуществляющего преобразование переменного выходного напряжения тягового генератора 2 в постоянное напряжение силовых шин 11.
Контроллер 12 генератора 2 может быть реализован также в виде силового электронного преобразователя или коммутатора с микропроцессорным управлением. В этом случае он дополнительно обеспечивает коммутацию обмоток генератора при его работе в режиме электродвигателя при запуске ДВС и при работе в режиме торможения самоходной машины двигателем.
Контроллер силовой передачи 13 предназначен для преобразования постоянного напряжения на силовых шинах 11 в многофазное переменное напряжение или однополярные импульсы, поступающие на фазные обмотки тяговых электродвигателей 3, 4, а также для их обратного преобразования в постоянное напряжение при работе тяговых электродвигателй в генераторном режиме при торможении самоходной машины. Он содержит силовые электронные ключи, выполненные преимущественно на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ, IGBT), в частности, объединенных в транзисторные или диодно-транзисторные модули, гальванически развязанные драйверы этих транзисторов (модулей), микроконтроллеры или цифровые сигнальные процессоры, а также интерфейсные устройства, приспособленные для управления силовыми электронными ключами и для обмена информацией между другими контроллерами самоходной машины, включая ее трансмиссию. Обмен может осуществляется по шине CAN (Controller Area Network - сеть контроллеров). Возможно применение иного интерфейса - LIN (Local Interconnection Network), RS-485 (стандарт EIA/TIA) и т.д., а также отдельных сигнальных проводов.
Для нескольких (двух или более) тяговых электродвигателей 3, 4 может использоваться один (общий) многоканальный (двухканальный) контроллер силовой передачи 13 (показано на чертеже) или отдельные контроллеры для каждого тягового электродвигателя. Возможна также установка нескольких контроллеров, работающих на один тяговый электродвигатель, например, при дроблении мощности по секциям его статора.
Контроллер силовой передачи 13 может именоваться также контроллером тяговых электродвигателей, инвертором, электронным коммутатором, частотным преобразователем, силовым электронным блоком, микропроцессорным блоком управления и т.п.
Трансмиссия содержит один, два или более тормозных резисторов 14, в общем случае выполненных конструктивно раздельно и размещенных в различных частях самоходной машины машины. Они могут быть соединены между собой последовательно, параллельно или по комбинированной последовательно-параллельной схеме. Для управления каждым тормозным резистором или группой тормозных резисторов используются отдельные контроллеры, либо один (общий) контроллер тормозных резисторов 15.
Каждый одноканальный контроллер тормозного резистора (если в трансмиссия содержит несколько таких контроллеров) или многоканальный контроллер тормозных резисторов содержит соответственно один или несколько силовых электронных ключей, осуществляющих подключение тормозных резисторов к силовым шинам 11, и устройство управления силовым ключом (силовыми ключами), реализованное преимущественно на микроконтроллере и оснащенное интерфейсом CAN.
Охлаждение по меньшей мере одного тормозного резистора 14, конструктивно реализованного с жидкостным или воздушным охлаждением, осуществляется какой-либо рабочей средой (жидкостью или воздухом) самоходной машины. Возможно охлаждение отдельных тормозных резисторов охлаждающей жидкостью ДВС, маслом в системе смазки ДВС, маслом в гидросистеме рабочего оборудования, воздухом в системе воздухообеспечения ДВС, топливом в системе топливоподачи ДВС, маслом в системе смазки силовой передачи трансмиссии, воздухом в кабине самоходной машины и т.п. Возможны различные варианты охлаждения тормозных резисторов и, соответственно подогрева охлаждающей среды. Например, трансмиссия самоходный машины может иметь три тормозных резистора, из которых первый и второй конструктивно выполнены с жидкостным охлаждением топливом ДВС и охлаждающей жидкостью ДВС, а третий тормозной резистор - с охлаждение потоком воздуха в системе воздухообеспечения ДВС.
Конструкция тормозных резисторов может предусматривать наличие внутри них каналов жидкостного охлаждения или наружных ребер охлаждения, коррозионно-стойких по отношению к указанной среде (охлаждающей жидкости, маслу и т.п.). Тормозные резисторы могут быть, в частности, встроены в конструктивные элементы самоходной машины, омываемые подогреваемой средой, например, встроены в блок цилиндров ДВС.
Расположение тормозных резисторов на самоходной машине выбирается из условия сокращения длины трубопроводов или каналов, соединяющих эти резисторы с узлами и агрегатами машины, а также из условия удобства их расположения и технического обслуживания на машине.
Номинальное сопротивление и мощность каждого тормозного резистора 14 выбираются при проектировании самоходной машины в зависимости от рабочей среды (жидкости, воздуха), для подогрева которой используется каждый тормозной резистор, и мощности, необходимой для ее подогрева во время тепловой подготовки машины к работе.
При этом суммарная мощность всех тормозных резисторов, с целью их эффективного использования для предотвращения перенапряжений на силовых шинах 11, должна превышать мощность, генерируемую тяговыми электродвигателями 3, 4 в режиме торможения, в том числе при движении самоходной машины на длительных спусках.
На чертеже схематично показано включение тормозного резистора 14 в систему охлаждения ДВС. В этом случае поток охлаждающей жидкости ДВС или его смазочного масла с помощью циркуляционного насоса 16 прокачивается через этот резистор и радиатор 17. Избыток тепла, в том числе возникающий из-за использования тормозного резистора 14 для поглощения энергии, вырабатываемой тяговыми электродвигателями 3, 4 при торможении машины, удаляется воздушным потоком, создаваемым вентилятором 18 и проходящим через воздушный радиатор 17.
Во время тепловой подготовки самоходной машины к работе, когда температура охлаждающей жидкости (или масла в системе смазки ДВС) ниже предварительно установленной величины, клапан-термостат 19 направляет поток жидкости в обход радиатора 17 и вся тепловая мощность, выделяемая в принудительно включенном тормозном резисторе 14, используется для тепловой подготовки ДВС.
Самоходная машина может содержать один или несколько описанных контуров регулирования с различными тормозными резисторами, реализованных для подогрева любой рабочей среды (жидкости, воздуха). В каждом их этих контуров может быть установлен циркуляционный насос с приводом от ДВС или от отдельных электродвигателей с соответствующими контроллерами приводов этих насосов, подключенными к силовой шине 11 и к шине CAN. Радиаторы и клапаны-термостаты в этих контурах могут отсутствовать.
К силовым шинам постоянного тока 11 может быть подключен накопитель энергии 20, выполненный в виде аккумуляторной батареи (АКБ) и/или конденсаторов.
К этим шинам может быть также подключено устройство 21, обеспечивающее передачу на силовые шины 11 электрической энергии внешнего источника, например внешней трехфазной сети переменного тока 380V. Это устройство имеет выходное напряжение, согласованное с напряжением на силовых шинах 11, поступающее от контроллера (выпрямителя) генератора, либо приспособленное для заряда АКБ 20.
Примеры таких устройств - регулируемый трехфазный мостовой тиристорный выпрямитель и нерегулируемый диодный выпрямитель со стабилизатором напряжения.
Устройство 21 может быть расположено как на самоходной машине, так и вне ее. Его подключение во время стоянки самоходной машины к силовым шинам 11 или к внешнему источнику электрической энергии (если устройство размещено на самоходной машине) осуществляется с помощью силового электрического разъема.
Система управления самоходной машиной, которая может именоваться также системой электрооборудования, в общем случае включает в себя высоковольтную и низковольтную части. Она может содержать один или несколько контроллеров, преимущественно микропроцессорных, в том числе контроллер верхнего уровня (главный или ведущий контроллер) 22 и упомянутые контроллеры тягового генератора, силовой передачи (тяговых электродвигателей) и тормозных резисторов 12, 13, 15, а также рабочее место оператора 23, датчики параметров работы самоходной машины и ее рабочего оборудования, приборы низковольтного оборудования (электроснабжения, освещения, звуковой сигнализации и т.д.) и другие устройства.
Контроллеры могут быть реализованы с использованием дискретных электронных компонентов, микросхем различной степени интеграции, а также микроконтроллеров. Они могут именоваться также блоками управления, управляющими устройствами, коммутаторами, силовыми электронными преобразователями, инверторами, блоками входов и нагрузок, информационно-управляющими блоками или устройствами и т.д.
В состав рабочего места оператора 23, электронная часть которого по шине CAN соединена с контроллером верхнего уровня (ведущим контроллером) 22, входят органы управления самоходной машиной и информационная панель оператора. Органы управления предназначены для формирования сигналов управления самоходной машиной и ее рабочим оборудованием (при его наличии). Они включают в себя орган управления тепловой подготовкой самоходной машины к работе, аппарат управления ее движением (джойстик, рулевое колесо и т.п.), ключ запуска ДВС 1, клавишные и кнопочные переключатели, рукоятку управления подачей топлива, педали тормоза и акселератора и/или десселератора, органы управления рабочим оборудованием, микроклиматом в кабине машины и т.д.
Система электрооборудования (управления) может быть реализована с возможностью дистанционного и/или автоматизированного управления самоходной машиной. В этом случае в ее состав входит средство проводной или беспроводной связи, соединенное, например, с шиной CAN, обеспечивающее прием команд дистанционного управления самоходной машиной со стационарного поста (пульта), в том числе команд ее тепловой подготовки к работе.
Возможна также реализация автоматического запуска тепловой подготовки машины к работе в предварительно установленное время. В этом случае контроллер верхнего уровня 22 или иной контроллер системы электрооборудования содержит часы реального времени и программу управления устройством подключения внешнего источника энергии (выпрямителя-стабилизатора) 21 и контроллерами тормозных резисторов 15, подключающих тормозные резисторы 14 к силовым шинам 11 для осуществления этой подготовки.
Панель оператора, именуемая также панелью контрольно-измерительных приборов, комбинацией приборов, блоком индикации, блоком отображения информации и т.п., выполнена в виде набора электромеханических указателей, графической панели, световых сигнализаторов и т.п.Она обеспечивает отображение параметров работы самоходной машины, а также формирование аварийных и предупредительных сигналов для оператора (машиниста, тракториста).
Датчики параметров работы самоходной машины предназначены для контроля параметров ее работы, в том числе ее трансмиссии и рабочего оборудования. К ним относятся входят датчики температуры жидкостей и воздуха, подогрев которых осуществляется тормозными резисторами во время тепловой подготовки самоходной машины к работе, а также датчики давления и уровня рабочих жидкостей (масла, топлива, охлаждающей жидкости ДВС) в трансмиссии и двигателе 1, продольного и поперечного наклона самоходной машины (креномеры), ее положения (приемники сигналов GPS/ГЛОНАСС), тягового усилия, ускорения, угловых скоростей и положения роторов тяговых электродвигателей 3, 4, температуры воздуха в кабине машины и другие датчики.
В датчиках может быть реализовано как прямое, так и косвенное измерение параметров. Например, измерение температуры может осуществляться путем контроля температуры стенок трубопроводов или баков с какой-либо рабочей жидкостью.
Датчики могут быть выполнены с интерфейсом CAN или с любым другим интерфейсом (4-20mA, 0,5-4,5V, с резистивным выходом и т.п.). Их подключение осуществляется, соответственно, либо непосредственно к шине CAN, либо через какой-либо контроллер или дополнительный преобразователь интерфейсов.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Перед началом работы самоходной машины оператор (тракторист, машинист, водитель) дистанционно с внешнего пульта (поста) управления или при помощи органа управления, размещенного на рабочем месте оператора 23, включает систему электрооборудования машины и осуществляет запуск ее тепловой подготовки к работе.
Этот запуск может также осуществляться автоматически. В этом случае предварительно в контроллер верхнего уровня 22 или в иной контроллер, содержащий часы реального времени, дистанционно или с рабочего места 23 вводится время начала этой подготовки, а указанный контролер осуществляет этот запуск в установленное время.
Осуществление тепловой подготовки подразумевает подключение к силовым шинам 11 внешнего источника энергии от устройства (выпрямителя-стабилизатора) 21, если на самоходной машине предусмотрена такая возможность, либо наличия на этой машине заряженной аккумуляторной батареи 20.
Результаты измерения температуры охлаждающей жидкости ДВС, и/или масла в системе смазки ДВС, и/или масла в гидросистеме рабочего оборудования, и/или воздуха в системе воздухообеспечения ДВС, и/или топлива ДВС, и/или масла в системе смазки силовой передачи трансмиссии, и/или воздуха в кабине самоходной машины, и/или другой среды, поступающие от датчиков температуры на шину CAN, контроллером верхнего уровня 22, контроллером тормозных резисторов 15 или любым другим контроллером сравниваются с заданными значениями этих температур, предварительно записанными в память этого контроллера. В зависимости от результатов этого сравнения контроллер (контроллеры) 15 осуществляет подключение тормозного резистора (резисторов) 14 к силовым шинам 11, а также включение привода циркуляционного насоса (циркуляционных насосов) 16, если он выполнен управляемым (с электромеханическим приводом).
Это подключение может быть как дискретным, так и широтно-импульсным (ШИМ). В последнем случае путем выбора скважности ШИМ обеспечивается передача на тормозной резистор 14 мощности, оптимальной для тепловой подготовки соответствующей среды (жидкости, воздуха) составной части самоходной машины.
После достижения текущего значения температуры этой среды, контролируемого датчиком, заданного значения, контроллер тормозного резистора 15 отключает это резистор и, соответственно, подогрев этой среды.
В случае применения циркуляционных насосов 16 с электромеханическими приводами, контроллеры этих приводов могут уменьшать или увеличивать производительность насосов мере прогрева контролируемой среды. Одновременно контроллер 15 осуществляет регулирование тепловой мощности подогрева, выделяемой на соответствующем тормозном резисторе 14. Благодаря этому обеспечивается дополнительное уменьшение времени тепловой подготовки машины к работе а также снижение тепловых ударов в системе этой подготовки.
Одновременно на самоходной машине могут быть реализованы два или более указанных контура подогрева с применением различных тормозных резисторов.
Запуск ДВС может осуществляться до окончания тепловой подготовки к работе самоходной машины в целом. В этом случае контроллер верхнего уровня (центральный контроллер) 22 формирует сигнал запуска ДВС после достижения температуры охлаждающей жидкости ДВС, и/или масла в системе смазки ДВС, и/или воздуха в системе воздухообеспечения ДВС до величины, обеспечивающей возможность его запуска.
Далее завершение тепловой подготовки самоходной машины осуществляется с использованием электрической энергии генератора 2.
После запуска ДВС оператор дистанционно или с рабочего места 23 задает рабочую скорость и направление движения самоходной машины.
ДВС 1 непосредственно или через согласующий редуктор/мультипликатор приводит во вращение ротор тягового генератора 2. Его выходное напряжение с помощью силового выпрямителя (контроллера генератора) 12 преобразуется в напряжение постоянного тока +Uc, -Uc на силовых шинах 11, которое поступает на контроллер силовой передачи (контроллер тяговых электродвигателей) 13 тяговых электродвигателей 3, 4, на силовые ключи контроллеров тормозных резисторов 14 и, в случае необходимости, на контроллеры приводов циркуляционных насосов 16.
Контроллер верхнего уровня 22 осуществляет координацию работы всех электронных составных частей самоходной машины, в том числе ее электромеханической трансмиссии, и в зависимости от сигналов, поступающих с датчиков и с органов управления, расположенных на пульте дистанционного управления или на рабочем месте оператора 23, реализует функции управления самоходной машиной, включая ее трансмиссию, ДВС и рабочее оборудование. При этом управление ДВС может осуществляется непосредственно от контроллера 22, либо через дополнительный контроллер ДВС, встроенный в него.
Прочие контроллеры получают сигналы управления от контроллера верхнего уровня 22 по локальной сети CAN, а также, в случае необходимости (например, в аварийных режимах работы самоходной машины), непосредственно от датчиков, органов управления самоходной машиной или от других составных частей ее системы управления. Например, сигнал аварийной остановки самоходной машины может поступать от кнопки (рычага) аварийной остановки непосредственно на контроллер силовой передачи 13.
Алгоритмы взаимосвязанного и автоматизированного управления составными частями самоходной машины, включая трансмиссию и рабочее оборудование, предварительно определяются расчетным или экспериментальным путем, записываются в память контроллеров 12, 13, 15, 22 и далее программно реализуются микроконтроллерами, входящим в их состав.
Контроллер силовой передачи 13 преобразует напряжение постоянного тока +Uc, -Uc силовых шин 11 в переменное напряжение или в однополярные импульсы регулируемой частоты и скважности, поступающие на фазные обмотки тяговых электродвигателей 3, 4. Крутящий момент, создаваемый тяговыми электродвигателями, непосредственно или через дополнительные передаточные устройства (муфты, торсионы, бортовые редукторы 7, 8 и т.п.) предается на ведущие звездочки 5, 6 гусениц или на ведущие колеса, в результате чего осуществляется движение самоходной машины в соответствии с направлением и скоростью, заданными оператором.
При торможении машины тяговые электродвигатели 3, 4 переходят к работе в генераторном режиме. Энергия торможения с этих электродвигателей через контроллер силовой передачи 13 передается на силовые шины 11, что приводит к повышению напряжения на этих шинах.
Контроллер тормозного резистора 15, с целью ограничения этого напряжения на допустимом уровне, реализует, в частности, алгоритм двухпозиционного релейного регулирования. В этом случае с помощью силового ключа осуществляет подключение тормозного резистора 14 (группы или решетки резисторов, образующих тормозной резистор) к силовым шинам 11, если величина этого напряжения превысит максимально-допустимую величину. После снижения этого напряжения до допустимой величины тормозной резистор 14 отключается, напряжение на силовых шинах 11 вновь возрастает и далее процессы в устройстве повторяются до прекращения торможения (остановки) самоходной машины.
Соответственно, тормозные резисторы 14 используются как для тепловой подготовки самоходной машины к работе при низких температурах окружающей среды, так и для ограничения перенапряжений на силовых шинах 11 при торможении самоходной машины.
Если на машине присутствует аккумуляторная батарея (накопитель энергии) 20, то часть энергии торможения передается в этот накопитель, с целью ее последующего использования для осуществления как последующего движения самоходной машины, так и для ее тепловой подготовки к работе. В остальном работа устройства остается прежней.
Если во время работы самоходной машины в условиях низких температур происходит недопустимое снижение температуры какой либо среды (охлаждающей жидкости, масла, воздуха), то в предложенном устройстве осуществляется подогрев этой среды тормозными резисторами. Энергия для такого подогрева передается от генератора 2. Такое включение тормозных резисторов, как и при тепловой подготовке самоходной машины к работе, не связано с наличием перенапряжения на силовых шинах 11.
Для специалистов в данной области техники также понятно, что кроме описанных вариантов самоходной машины с ДВС и электромеханической трансмиссией возможны также иные варианты ее реализации на основе признаков, изложенных в формуле изобретения.