УСТРОЙСТВО ПРЕДПУСКОВОГО ПРОГРЕВА ПРИВОДА ЗЕМЛЕРОЙНО-СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК E02F9/22 F02N17/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к приводам и может быть использовано при создании мобильной землеройной и строительной техники, эксплуатируемой в условиях низких температур окружающего воздуха.

Состояние землеройно-строительной машины в условиях низких температур, готовность ее к пуску и безотказная работа определяется предварительным прогревом силовой установки и гидропривода. Такой прогрев связан со значительными расходами энергии, дефицит которой, особенно в условиях автономного функционирования землеройно-строительной техники в отдаленных районах Крайнего Севера на удаленных от баз объектах, где отсутствуют постоянные источники тепловой и электрической энергии и тепловые помещения - очевиден.

Известны индивидуальные средства предпускового прогрева двигателя экскаваторов ЭО-6115ГС и Э-2505СА-1 [1] с использованием серийных подогревателей ПЖД-44 и ПЖД-600. Принцип их действия следующий: в камере сгорания, куда через электромагнитный клапан подается топливо и нагнетается воздух, происходит воспламенение горючей смеси от свечи накаливания. Тепло выделяемое при этом, через теплообменник передается обогреваемой жидкости - теплоносителю, который переносит его в систему охлаждения двигателя.

Недостатком используемых подогревателей является необходимость дополнительного расходования топлива для получения тепловой энергии, которая выбрасывается в атмосферу с отработавшими газами двигателя. Отмечается также их высокая энергоемкость при запуске и работе, что ведет к быстрому выходу из строя аккумуляторных батарей и ненадежность, вследствие высокой пожароопасности. Схема прогрева двигателей подогревателями ПЖД-44 и ДЖД-600 осуществляется только на стадии предпусковой подготовки, что делает их работу малоэффективной для облегчения запуска и работы гидропривода.

Затраты энергии на предпусковой прогрев привода землеройно-строительных машин можно значительно снизить, используя теплоту отработавших газов двигателя, температура которых достигает нескольких сот градусов. Применение теплоаккумуляторов позволяет накапливать энергию отработавших газов двигателя и сохранять ее даже на период межсменной стоянки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для прогрева силовой установки транспортного средства по авторскому свидетельству N 12654, кл. F 02 N 17/04 прототип. Устройство содержит тепловой аккумулятор, водо-воздушный теплообменник, вентилятор и блок автоматического регулирования, причем водо-воздушный и водо-масляный теплообменники подключены к системе циркуляции охлаждающей жидкости, водо-масляный теплообменник размещен в картере силовой установки, вентилятор кинематически связан с приводом водяного циркуляционного насоса, а тепловой аккумулятор водо-воздушный теплообменник и вентилятор образуют промежуточный контур циркуляции воздуха.

Тепловой аккумулятор выполнен в виде емкости заполненной теплопоглощающим материалом и в последнем расположены раздельные каналы для нагреваемого воздуха и для отработавших газов. При движении транспортного средства тепловой аккумулятор накапливает энергию от тепла отработавших газов. При стоянке
силовая установка выключается и включается вспомогательным электрическим приводом, обеспечивая перенос тепловой энергии через промежуточный контур к системе охлаждения силовой установки и маслу в картере. Поддержание постоянной температуры обеспечивается блоком автоматического регулирования. Предусмотрен вариант автономной работы устройства, когда привод водяного насоса может быть выполнен в виде вспомогательного двигателя внутреннего сгорания.

Установка утилизирует вторичное тепло отработавших газов и автоматически поддерживает постоянную температуру в системе охлаждения двигателя. Однако, использование дополнительной электрической энергии или топлива (если привод насоса выполнен в виде дополнительного двигателя внутреннего сгорания) для осуществления периодического прогрева силовой установки снижает ее экономичность и надежность. Использование промежуточного теплоносителя - воздуха уменьшает эффективность использования энергии, накопленной в теплоаккумуляторе и усложняет конструкцию. Не предусмотрен прогрев от теплоаккумулятора других систем, нуждающихся в подогреве как до запуска двигателя, так и во время работы транспортного средства при низких температурах окружающего воздуха.

Цель изобретения это повышение экономичности и эффективности работы землеройно-строительной машины, как единого агрегата, имеющего привод, состоящий из дизельного двигателя и гидропередачи. Эта цель достигается тем, что устройство предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины с гидроприводом рабочих органов содержит тепловой аккумулятор в виде заполненной теплопоглощающим материалом емкости с двумя каналами первым для отработавших газов двигателя и вторым для нагреваемого теплоносителя, систему циркуляции охлаждающей жидкости с насосом и теплообменником, расположенным в картере двигателя, теплоаккумулятор также имеет третий канал, включенный в контур гидропривода машины, параллельно контуру циркуляции охлаждающей жидкости через двухпозиционный трехходовой и трехпозиционный четырехходовой распределители присоединены два контура: первый контур с последовательно соединенными дополнительным насосом, первым вентилем и вторым каналом теплоаккумулятора, и второй контур, соединенный только со вторым каналом теплоаккумулятора, выход которого через второй вентиль связан со всасывающей линией дополнительного насоса, а параллельно первому вентилю подсоединен теплообменник, размещенный в гидравлическом баке. Параллельно системе охлаждения двигателя через запорный кран может быть подключен теплообменник, установленный в кабине машиниста. В напорной линии насоса гидропривода машины может быть установлен трехходовой гидрораспределитель, соединяющий в одной позиции насос с приводом рабочего органа, а в другой с входом третьего канала теплоаккумулятора.

Реализация патентуемого изобретения позволяет создать экономичное устройство предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины с использованием тепла отработавших газов двигателя, накапливаемого в теплоаккумуляторе. Конструктивная гибкость устройства обеспечивает независимый и одновременный прогрев дизеля, гидросистемы и кабины, а также обеспечивает управление тепловым режимом этих элементов конструкции машины при ее работе в условиях низких температур окружающего воздуха.

При этом преимущество патентуемого устройства по сравнению с прототипом определяется следующим:
запуск дополнительного насоса индивидуальным приводом осуществляется в режиме циркуляции антифриза по малому кругу, что позволяет предварительно прогреть этот насос и часть контура;
предпусковой прогрев системы охлаждения дизеля и масла в поддоне картера от дополнительного насоса осуществляется в более благоприятных температурных условиях, чем у прототипа; во-первых, теплоноситель проходит через каналы, расположенные непосредственно в теплоаккумуляторе, а не в промежуточном водо-воздушном теплообменнике, что более экономично, а во-вторых, проведен предварительный прогрев дополнительного насоса;
после запуска двигателя возможен дополнительный подогрев контура циркуляции теплоносителя в системе охлаждения дизеля, что повышает надежность дизеля и позволяет более полно использовать энергию, накопленную в теплоаккумуляторе;
обеспечивается прогрев рабочей жидкости в гидробаке от дополнительного третьего канала теплоаккумулятора, или дополнительным насосом через контур циркуляции антифриза;
может осуществляться прогрев кабины машиниста как в режиме предпускового прогрева, так и после запуска дизеля.

Фиг. 1 схема устройства предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины.

Система охлаждения 1 дизельного двигателя машины содержит насос 2 и каналы 3 и 4. Дополнительно установлен обратный клапан 5. К системе охлаждения последовательно подключен теплообменник 6, размещенный в поддоне картера двигателя. Через запорный кран 7 параллельно системе охлаждения 1 подсоединен теплообменник 8 обогрева кабины машиниста. Теплоаккумулятор 9 оснащен тремя каналами: первым 10 для отработавших газов двигателя, вторым 11 для жидкости системы охлаждения, третьим 12 для рабочей жидкости гидросистемы. Дополнительный насос 13, работающий от электродвигателя 14 линиями 15 и 16 связан со входом второго канала 11 теплоаккумулятора. Между линиями 15 и 16 размещен первый вентиль 17, параллельно которому линиями 18 и 19 подключен теплообменник 20, установленный в гидробаке 21 гидропривода землеройной машины. Линия 22 от выхода канала 11 подведена к вентилю 23 и через него к всасывающей линии дополнительного насоса 13. Линия 22 связана с линией 24, которая подведена к четырехходовому трехпозиционному распределителю 25, обеспечивающему соединение в одной позиции линии 24 и 26, в другой позиции - 24 и 27, а в третьей 4 и 27. Двухпозиционный трехходовой распределитель 28 соединяет в одной позиции слив системы охлаждения двигателя (линии 3 и 4) через линию 29 с входом 16 канала 11 теплоаккумулятора, а в другой позиции с линией 30 и дополнительным насосом 13. Гидравлический насос 31 в напоре может иметь гидрораспределитель 32, переключающий поток от насоса 31 в одной позиции к рабочему органу (гидролиния 33), а в другой к гидролинии 34 и входу канала 12 теплоаккумулятора. Выходом канала 12 теплоаккумулятора является гидролиния 35, через которую осуществляется слив в гидробак 21.

Устройство работает следующим образом. Во время работы дизельного двигателя происходит зарядка теплоаккумулятора 9, который накапливает энергию отработавших газов и сохраняет тепло в период межсменной стоянки. Предпусковая подготовка привода начинается с прогрева дополнительного насоса 13 при циркуляции антифриза по малому кругу. Для этого первый вентиль 17 переключается в левую позицию и соединяет линию 15 с входом 16 канала 11 теплоаккумулятора. Второй вентиль 23 соединяет линию 22 со входом насоса 13. Распределитель 25 перекрывает линию 24 (нижняя позиция). Таким образом, нагретый антифриз закачивается насосом 13 из канала 11 теплоаккумулятора и по линиям 15, 16 возвращается в него. Этот этап длится 2-3 минуты.

Затем осуществляется предпусковой прогрев дизеля: энергия подводится к системе охлаждения 1 дизеля и теплообменнику 6, размещенному в поддоне картера. Проводятся следующие переключения распределителей и вентилей: вентиль 23 в верхней позиции отсекает линию 22 от входа в насос 13, распределитель 25 в средней позиции соединяет линии 24 и 25, распределитель 28 в нижней позиции соединяет линию 3 с линиями 29, 16 и с входом канала 11 теплоаккумулятора 9. Нагретый антифриз прокачивается дополнительным насосом 13 через теплообменные агрегаты дизеля и поступает обратно в теплоаккумулятор 9. Идет предпусковой прогрев дизеля по первому контуру.

Параллельно прогреву дизеля может проводиться прогрев рабочей жидкости в гидробаке 21 гидропривода землеройной машины. При этом первый вентиль 17 отсоединяет линии 15 и 16 переключением в первую позицию.

После прогрева дизеля идет его запуск. Переключаются распределители 28 и 25. При этом соединяются линии 3 и 29 и 24 и 27 соответственно. Насос 2 прокачивает антифриз по системе охлаждения 1, продолжая его подогревать в канале 11 теплоаккумулятора 9, при этом может происходить прогрев кабины машиниста. Для этого открывается запорный кран 7 и антифриз поступает в теплообменник 8.

При окончании прогрева дизеля распределитель 25 переключается в среднее положение, что обеспечивает за счет работы насоса 2 независимую циркуляцию антифриза в системе охлаждения дизеля.

Гидрораспределитель 32 может направлять поток рабочей жидкости к каналу 11 теплоаккумулятора и далее сливать его в гидробак 21, что улучшает прогрев гидравлического масла.

Использование: в приводах землеройной и строительной техники в условиях низких температур окружающего воздуха. Сущность изобретения: устройство содержит тепловой аккумулятор в виде емкости с двумя каналами, который заполнен теплопоглощающим материалом, систему циркуляции охлаждающей жидкости с насосом и теплообменником, расположенным в картере. Теплоаккумулятор выполнен с третьим каналом включенным в гидропривод машины, содержащий насос, напорная гидролиния которого подведена к рабочему органу. Параллельно контуру циркуляции охлаждающей жидкости через двухпозиционный трехходовой и трехпозиционный четырехходовой распределители присоединены два контура. Второй контур соединен только со вторым каналом теплоаккумулятора, выход которого через второй вентиль связан со всасывающей линией дополнительного насоса, а параллельно вентилю подсоединен теплообменник, размещенный в гидробаке. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1 1. Устройство предпускового прогрева привода землеройно-строительной машины, имеющее тепловой аккумулятор в виде заполненной теплопоглощающим материалом емкости с двумя каналами, первым для отработавших газов двигателя и вторым для нагреваемого теплоносителя, систему циркуляции охлаждающей жидкости с насосом и теплообменником, расположенным в картере двигателя, отличающееся тем, что теплоаккумулятор имеет третий канал, включенный в гидропривод машины, содержащий насос, напорная гидролиния которого подведена к рабочему органу, параллельно контуру циркуляции охлаждающей жидкости через двухпозиционный трехходовой и трехпозиционный четырехходовой распределители присоединены два контура, первый контур с последовательно соединенными дополнительным насосом, первым вентилем и вторым каналом теплоаккумулятора, и второй контур, соединенный только с вторым каналом теплоаккумулятора, выход которого через второй вентиль связан с всасывающей линией дополнительного насоса, а параллельно первому вентилю подсоединен теплообменник, размещенный в гидравлическом баке.2 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что параллельно системе охлаждения двигателя через запорный кран подключен теплообменник, установленный в кабине машиниста.2 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в напорной линии насоса гидропривода машины установлен трехходовой гидрораспределитель, соединяющий в одной позиции насос с приводом рабочего органа, а в другой с входом третьего канала теплоаккумулятора.