САМОХОДНЫЙ НАЗЕМНЫЙ РОТОРНЫЙ ЭКСКАВАТОР С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ ФРЕЗ-БАРАБАНА Российский патент 2015 года по МПК E02F3/24 E02F9/20 H02K9/197 

Настоящее изобретение относится к самоходному наземному роторному экскаватору, предпочтительно в форме дорожной фрезы, шнекороторного снегоочистителя или карьерного комбайна, с фрез-барабаном, способным вращаться вокруг горизонтальной оси вращения, и приводом фрез-барабана, содержащим по меньшей мере один электродвигатель, установленный внутри фрез-барабана, причем статор и ротор электродвигателя помещаются внутри воздухо- и/или пыленепроницаемого корпуса электродвигателя.

Наземные роторные экскаваторы представляют собой непрерывно самостоятельно передвигающиеся рабочие машины, которые с помощью вращающегося барабана снимают и измельчают слой почвы, асфальта или подобного материала и непрерывно перемещаются, обычно с помощью гусеничного ходового механизма, чтобы барабан вдавливался в снимаемый материал. При этом указанный барабан образует основной рабочий агрегат, который требует высокой мощности и которому необходим в этом отношении подходящий привод. В этой связи в документе DE 102007007996 B4 предлагается дизель-электрический привод, у которого фрез-барабан карьерного комбайна приводится в действие электродвигателем, снабжаемым током от генератора, который в свою очередь работает от дизельного агрегата. Другие конструктивные формы карьерного комбайна показаны также в работах WO 03/058031 A1, DE 102008008260 A1, DE 102007044090 A1, DE 102007028812 B4, DE 19941800C2, DE 19941799C2 или DE 202007002403 U1, причем вместо электромоторного привода частично применяются также гидравлические приводы, которые питаются гидравлической энергией от работающего на дизельном двигателе гидравлического насоса.

Карьерный комбайн с находящимся внутри приводом от электродвигателя для фрез-барабана известен из патента DE 102007007996 B4. При этом два регулируемых короткозамкнутых электродвигателя с соответствующими планетарными механизмами установлены внутри корпуса фрез-барабана, так что приводы фрез-барабана хорошо защищены от внешних воздействий и повреждений, например, камнями. Чтобы защитить передаточный механизм и электродвигатель от пыли, противоположные торцы помещенного в трубчатую рамную структуру блока моторпередаточного механизма закрыты чашеобразными корпусными элементами, которые соответственно пыленепроницаемо герметизированы кольцевым уплотнением на несущей раме.

Однако при таких закрытых электроприводах внутри фрез-барабана возникают термические проблемы, так как тепло, образующееся на двигателе и передаточном механизме, не может отводиться в достаточной степени.

Обычно электродвигатели охлаждают поверхностным охлаждением или вытяжным охлаждением посторонней принудительной вентиляцией или самовентиляцией. Однако эти известные решения для охлаждения не рациональны для применения в передвижных наземных роторных экскаваторах, таких как карьерный комбайн, дорожные машины и подобное, по причинам внесения пыли, которая может возникнуть из-за работающего в почве или на почве фрез-барабана. Кроме того, привод может также частично погружаться в воду при работе, так что предпочтительна закрытая конструкция двигателя. Кроме того, большой воздушный поток, выходящий из двигателя, может, в свою очередь, в зависимости от почвы в месте применения, вызывать сильное образование и завихрение пыли, что в большинстве случаев неприемлемо.

В этом отношении уже была идея предусмотреть всасывание охлаждающего воздуха через что-то вроде дыхательной пробки в верхней точке машины, так как там происходит меньшее образование пыли и тем самым достигается меньшее внесение пыли в двигатель. Правда, проблема образования пыли из-за выходящего охлаждающего воздуха этим не решается.

Значительно подавить образование пыли можно при герметично закрытом двигателе, у которого выходящий охлаждающий воздух также помещен в трубопровод и снова проводится для выпуска в верхнюю точку на машине. Тем не менее, часть внесенной в двигатель пыли остается, так как образование пыли в случае наземного роторного экскаватора значительно, а всасывающую линию нельзя провести произвольно высоко.

Поэтому уже рассматривалась работа с герметично закрытым двигателем, у которого воздух проводится по замкнутому контуру циркуляции и охлаждается с помощью теплообменника с находящимися вверху входными и выходными отверстиями для воздуха. Правда, при этом имеется проблема, что необходимые для этого большие количества воздуха требуют очень больших поперечных сечений трубопровода к низу привода фрез-барабана и обратно, которые едва ли можно компактно разместить, и, соответственно, их сложно защитить от механических повреждений.

Поэтому в основе настоящего изобретения стоит задача разработать улучшенный передвижной наземный роторный экскаватор указанного в начале рода, который устраняет недостатки уровня техники и выгодным образом усовершенствует уровень техники. В частности, достигается снижение тепловой нагрузки на привод фрез-барабана без повышения пылевой нагрузки.

Согласно изобретению эта задача решена передвижным наземным роторным экскаватором по п.1 формулы изобретения. Предпочтительные формы осуществления изобретения являются объектом зависимых пунктов.

Так, предлагается снабдить электродвигатель привода фрез-барабана, находящийся внутри корпуса фрез-барабана, охлаждающим устройством с замкнутым контуром жидкостного охлаждения. Благодаря высокой теплоемкости подходящей охлаждающей жидкости, такой как масло или смесь воды с гликолем, для контура жидкостного охлаждения достаточны малые объемные потоки и тем самым возможны малые сечения трубопровода. С другой стороны, благодаря замкнутой структуре контура жидкостного охлаждения можно избежать всякого внесения пыли в привод фрез-барабана, а также образования пыли из-за отходящего воздуха.

Отвод тепла от охлаждающей жидкости можно в принципе осуществлять различными способами. В предпочтительном выполнении изобретения контур жидкостного охлаждения содержит расположенный снаружи фрез-барабана теплообменник для охлаждения охлаждающей жидкости, который через выходящие с торцов из фрез-барабана линии охлаждающей жидкости, которые предпочтительно могут проходить на несущей раме для удержания корпуса барабана или в ней, соединен с относящимся к электродвигателю участком контура жидкостного охлаждения. Указанный теплообменник мог бы в принципе располагаться и внутри фрез-барабана, но снаружи корпуса электродвигателя, чтобы отдавать тепло от охлаждающей жидкости в окружающую среду. Однако при расположении снаружи фрез-барабана масляный холодильник или теплообменник для охлаждения охлаждающей жидкости лучше обтекаются окружающим воздухом. Предпочтительно, указанный теплообменник может быть установлен на машине в месте заметно выше фрез-барабана, чтобы предотвратить засорение теплообменника пылью. В принципе, можно предусмотреть различные позиции для размещения теплообменника.

Чтобы перекачивать охлаждающую жидкость, предусмотрен насос, который в благоприятном варианте выполнения изобретения может располагаться, в частности, на конце приводного вала электродвигателя, который обращен к наружной стороне фрез-барабана. Благодаря этому насос легкодоступен для целей технического обслуживания. Предпочтительно, насос находится при этом вне герметизированного корпуса электродвигателя, так что последний не нужно открывать, чтобы обслуживать насос.

Альтернативно или дополнительно, указанные насосы могут применяться также для перекачивания смазки для передаточного механизма, которая смазывает соединенный с электродвигателем передаточный механизм. И в этом случае указанный насос с выгодой можно расположить на конце вала электродвигателя, находящемся с наружной стороны фрез-барабана, вне герметизированного корпуса электродвигателя. Предпочтительно, указанный насос, соответственно, двухкамерный или многокамерный насос, может приводиться в действие приводным валом электродвигателя. Однако альтернативно или дополнительно для указанного насоса может применяться также отдельный приводной двигатель.

В благоприятном варианте выполнения изобретения на указанном конце вала электродвигателя, находящемся с внешней стороны фрез-барабана, можно также расположить тормоз, который предпочтительно воздействует на приводной вал электродвигателя, и поскольку передаточное отношение присоединенного к электродвигателю передаточного механизма используется также для тормозящего действия, то можно применять тормоз меньших размеров. Одновременно тормоз становится легкодоступным и поэтому легким в обслуживании. Если одновременно предусмотрены насос и тормоз, то в благоприятном варианте выполнения тормоз можно расположить между насосом и электродвигателем, причем предпочтительно и тормоз и насос располагать коаксиально с приводным валом электродвигателя.

Охлаждающая жидкость контура жидкостного охлаждения может циркулировать внутри электродвигателя в принципе различными способами. Например, в варианте выполнения изобретения можно предусмотреть охлаждение статорного железа через рубашку или прямое охлаждение обмотки статора, например, с разделительным барабаном для ротора. Охлаждающая жидкость может проводиться также через образованную корпусом цилиндрическую жидкостную камеру или змеевик, который может быть отлит в корпусе или может быть заделан в пакет статорного железа. Чтобы достичь также охлаждения и ротора, жидкость можно проводить также сквозь ротор через вертлюжный узел.

В предпочтительном варианте охлаждающее устройство электродвигателя предусматривает также охлаждение лобовой части обмотки. В частности, охлаждающее устройство внутри герметизированного корпуса электродвигателя может содержать замкнутый контур циркуляции охлаждающего воздуха с принудительным перекачиванием, причем упомянутый выше контур жидкостного охлаждения содержит обдуваемый охлаждающим воздухом замкнутого контура циркуляции охлаждающего воздуха теплообменник для охлаждения охлаждающего воздуха. В частности, указанный охлаждающий воздух может при этом проводиться через лобовую часть обмотки, чтобы охлаждать ее. В таком случае охлаждающий воздух отбирает тепло через теплообмен с контуром жидкостного охлаждения, который в свою очередь отдает тепло в окружающую среду.

Указанное принудительное перекачивание охлаждающего воздуха внутри корпуса электродвигателя может успешно достигаться по меньшей мере одним рабочим колесом вентилятора, которое может быть установлено на валу двигателя, чтобы вращаться вместе с ним. Предпочтительно, на противоположных сторонах ротора на валу ротора могут быть установлены два таких рабочих колеса вентилятора, которые предпочтительно могут быть выполнены в форме центробежного вентилятора.

В варианте выполнения изобретения замкнутый контур циркуляции охлаждающего воздуха внутри герметизированного корпуса электродвигателя целенаправленно проводится через лобовую часть обмотки. Для этого в секции лобовой части обмотки можно предусмотреть воздушные каналы или направляющие, чтобы проводить охлаждающий воздух через лобовую часть обмотки, а также через свободно лежащие в секции лобовой части обмотки охлаждающие змеевики контура жидкостного охлаждения. Благодаря охлаждению циркулирующим внутренним воздухом непосредственно на лобовой части обмотки или в ней можно достичь эффективного охлаждения лобовой части обмотки, не жертвуя компактностью конструкции. Заделки охлаждающего змеевика контура жидкостного охлаждения в лобовую часть обмотки не требуется.

Указанные каналы и/или направляющие для охлаждающего воздуха в принципе могут быть образованы различными способами. В одном варианте выполнения изобретения они создаются таким образом, чтобы охлаждающий воздух у горловины лобовой части обмотки, то есть в переходной области между лобовой частью обмотки и пластинами статора, проходил насквозь через лобовую часть обмотки и циркулировал вокруг лобовой части обмотки, причем воздушный поток, проходящий через лобовую часть обмотки, течет между наружной стороной лобовой части обмотки и корпусом, вокруг передней стороны лобовой части обмотки на внутреннюю сторону лобовой части обмотки или, наоборот, вокруг лобовой части обмотки.

В частности, воздушные каналы или воздухопроводы могут содержать расположенные в горловине лобовой части обмотки сквозные зазоры, предпочтительно щелевидные, которые распределены по периметру лобовой части обмотки. Эти сквозные зазоры в лобовой части обмотки могут быть достигнуты различными средствами, которые отделяют или отодвигают друг от друга провода обмотки в горловине лобовой части обмотки. Например, между выходящими из пластин статора пучками проводов можно предусмотреть распорные элементы в форме гильз. В другом варианте выполнения изобретения можно предусмотреть также и другие разделительные средства, предпочтительно в виде петель или лент, которые собирают в пучки провода обмотки и оставляют свободными желаемые щелевидные сквозные зазоры.

Альтернативно или дополнительно к указанным, проходящим радиально через лобовую часть обмотки сквозным зазорам можно предусмотреть также зазоры для охлаждающего воздуха, идущие в продольном направлении примерно по оси через лобовую часть обмотки. Если предусматриваются также описанные выше радиальные сквозные зазоры, то они предпочтительно сообщаются с указанными осевыми зазорами для охлаждающего воздуха. Благодаря этому можно достичь улучшенного охлаждения также в передней области лобовой части обмотки.

В одном из вариантов выполнения изобретения воздушные каналы или воздухопроводы для охлаждающего воздуха задают большое число кольцевых, обходящих вокруг лобовой части обмотки направлений течения, которые через указанные сквозные зазоры обходят по кольцу соответствующий сегмент лобовой части обмотки, в котором образован соответствующий сквозной зазор. При этом указанные траектории течения идут радиально через сквозной зазор, затем по оси между лобовой частью обмотки и корпусом машины вдоль лобовой части обмотки, затем радиально вокруг торцевого участка лобовой части обмотки и по оси на внутренней стороне лобовой части обмотки назад к сквозному зазору, причем направление течения при необходимости может также быть обратным.

Охлаждающие змеевики в принципе могут быть расположены в различных местах в секции лобовой части обмотки, причем предпочтительно они находятся на участке с сильной циркуляцией охлаждающего воздуха. Согласно одному благоприятному осуществлению изобретения охлаждающие змеевики могут быть расположены на торцевой стороне лобовой части обмотки. Этим можно достичь более высокого переноса тепла от охлаждающего воздуха в охлаждающий змеевик при одновременно более компактной конструкции.

Чтобы обеспечить охлаждение ротора, охлаждающий воздух может также проходить внутрь ротора. В частности, для этого можно предусмотреть, чтобы секции лобовой части обмотки, будучи замкнутыми, т.е. образующими объемы циркулирующего воздуха, не сообщающиеся с окружающей средой машины, были, тем не менее, соединены друг с другом по меньшей мере одним воздушным каналом, который идет по оси сквозь ротор. Предпочтительно, через ротор могут проходить четыре или более аксиальных отверстий для охлаждающего воздуха, через которые обе секции лобовой части обмотки и циркулирующий в них охлаждающий воздух могут сообщаться друг с другом.

В благоприятном варианте выполнения изобретения охлаждающий воздух проводится при этом в противотоке через ротор. Указанные выше воздушные каналы или воздухопроводы предпочтительно имеют противоточное устройство, которое проводит охлаждающий воздух в противотоке через отверстия для охлаждающего воздуха в роторе. Тогда как первый набор отверстий для охлаждающего воздуха проводит охлаждающий воздух из левой секции лобовой части обмотки в правую секцию лобовой части обмотки, второй набор отверстий для охлаждающего воздуха в роторе служит для того, чтобы проводить охлаждающий воздух в противоположном направлении, из правой секции лобовой части обмотки в левую секцию лобовой части обмотки.

Указанное противоточное устройство может при этом содержать находящиеся непосредственно на роторе насадочные диски, которые содержат отверстия для протока воздуха, соединенные по потоку с по меньшей мере одним воздушным каналом в роторе, причем насадочные диски, находящиеся на противоположных торцах ротора, вращаются друг относительно друга таким образом, что указанные вентиляционные отверстия одного насадочного диска сообщаются с первым набором воздушных каналов ротора, а вентиляционные отверстия другого насадочного диска сообщаются со вторым набором воздушных каналов ротора. Указанные насадочные диски предпочтительно могут образовывать часть вышеуказанных рабочих колес вентилятора и иметь похожие на лопатки средства подачи воздуха. Предпочтительно, указанные рабочие колеса вентилятора в форме насадочных дисков могут иметь радиальные механизмы отведения, которые ведут в сквозные зазоры в лобовой части обмотки, тогда как с другой стороны отверстия для протока воздуха идут мимо вентилятора и образуют впускные каналы, которые сообщаются с по меньшей мере одним каналом охлаждающего воздуха в роторе.

При этом можно предусмотреть, что каналы в роторе, которые на одной стороне соединены через отверстия для протока воздуха в насадочном диске с внутренней поверхностью лобовой части обмотки, на другой стороне заканчиваются на внутренней стороне периметра радиальной лопатки находящегося там насадочного диска.

Если двигатель, в соответствии с условиями эксплуатации, чаще работает с числом оборотов заметно ниже его номинальной частоты вращения, движущего эффекта таких работающих от вала двигателя рабочих колес вентилятора уже недостаточно для охлаждения ротора. Поэтому в одном из вариантов выполнения изобретения альтернативно или дополнительно к указанным, установленным на валу двигателя рабочим колесам вентилятора, можно предусмотреть также по меньшей мере одно рабочее колесо вентилятора, которое может приводиться в действие мотором вентилятора независимо от вала ротора.

Альтернативно или дополнительно, в одном из вариантов выполнения изобретения вместо охлаждаемого воздухом или жидкостью короткозамкнутого асинхронного электродвигателя можно использовать также двигатель, который не требует или почти не требует охлаждения ротора. В частности, электродвигатель может быть выполнен как синхронный двигатель с ротором на постоянных магнитах. В таком синхронном двигателе на постоянных магнитах, у которого в роторе находятся не стержни, а постоянные магниты, почти нет потерь в роторе, так что никакого интенсивного охлаждения ротора не требуется.

Далее изобретение подробнее поясняется на предпочтительных примерах осуществления и соответствующих чертежах. На чертежах показано:

фиг.1: схематическое изображение самоходного наземного роторного экскаватора, выполненного в форме карьерного комбайна, но который может быть также выполнен как дорожная фреза, согласно одному из вариантов осуществления изобретения,

фиг.2: схематический продольный разрез фрез-барабана наземного роторного экскаватора по фиг.1, который в данном случае имеет два расположенных внутри фрез-барабана привода фрез-барабана, каждый в форме электродвигателя с соответствующим ему планетарным передаточным механизмом,

фиг.3: продольный разрез электродвигателя по фиг.2, который имеет замкнутый контур циркуляции охлаждающего воздуха в герметизированном корпусе двигателя, причем охлаждающий воздух проводится в противоположных направлениях через аксиальные отверстия для охлаждающего воздуха в роторе от секции лобовой часть обмотки к противолежащей секции лобовой части обмотки и назад,

фиг.4: продольный разрез электродвигателя по фиг.2 согласно следующему воплощению изобретения, в соответствии с которым на валу снаружи подшипникового щита двигателя предусмотрен центробежный вентилятор, и

фиг.5: продольный разрез электродвигателя по фиг.2 согласно следующему воплощению изобретения, в соответствии с которым электродвигатель выполнен как синхронный двигатель с ротором на постоянных магнитах, и предусмотрен контур циркуляции охлаждающего воздуха для охлаждения лобовых частей обмотки, который проводится в противоположных направлениях через отверстия в роторе от одной секции лобовой часть обмотки к противоположной секции лобовой части обмотки и обратно.

Фиг.1 показывает самоходный наземный роторный экскаватор как карьерный комбайн или дорожную фрезу, главный рабочий агрегат которого образован вращающимся вокруг горизонтальной оси приводным фрез-барабаном 2, по периметру которого расположены режущие инструменты, чтобы, снимая, измельчать слой почвы или асфальта. Наземный роторный экскаватор 1 непрерывно перемещается при этом с помощью гусеничного ходового механизма 3, так что указанный фрез-барабан 2 непрерывно осуществляет движение подачи. Корпус 4 машины, который может перемещаться посредством указанного гусеничного ходового механизма 3, опирается на землю и несет указанный фрез-барабан 2, кроме того, он включает в себя также транспортное средство для отвода снятого материала. Снятый материал переносится с фрез-барабана на транспортер-подборщик 5, который передает материал на транспортер-погрузчик 6, чтобы перегрузить измельченный материал, например, на грузовик. Указанные транспортер-подборщик и транспортер-погрузчик 5 и 6 могут быть выполнены, например, как ленточные конвейеры.

Вышеуказанный фрез-барабан 2 может согласно фиг.2 приводиться в действие электродвигателями 20, которые могут быть связаны с фрез-барабаном 2 передаточным механизмом в форме планетарной коробки передач 8 и при необходимости могут помещаться внутри фрез-барабана. Состоящий из электродвигателя 20 и планетарной коробки передач 8 привод 7 фрез-барабана одновременно служит также для опоры корпуса 9 барабана. Как показано на фиг.2, оба привода 7 фрез-барабана расположены справа и слева внутри корпуса 9 барабана, так что они практически не выступают за торец корпуса 9 барабана. Электродвигатель 20 каждого привода 7 фрез-барабана при этом жестко закреплен своим корпусом 21 через корпусную деталь 40 передаточного механизма на части 33 несущей рамы, которая с торцевой стороны вдается в корпус 9 барабана и соединена с корпусом 4 наземного роторного экскаватора 1. Альтернативно, корпус 21 двигателя может образовывать часть корпуса передаточного механизма. Вторая корпусная часть 34 передаточного механизма, напротив, установлена в подшипниках с возможностью вращения, причем предпочтительно предусматривается максимально возможное расстояние между двухпозиционной опорой, которая выполнена жесткой по оси и радиусу. В показанном воплощении согласно фиг.2 предусмотрен конический, установленный под ненулевым углом неподвижный подшипник 35, а также находящийся на расстоянии от него радиальный подшипник 36, ср. фиг.2.

Указанный передаточный механизм 8 предпочтительно выполнен в виде планетарного механизма, который может быть многоступенчатым, чтобы можно было осуществить соответствующую высокую ступень передачи на малом пространстве для установки.

В качестве источника электроэнергии для электродвигателей 20 выгодно предусмотреть генератор, который работает от двигателя внутреннего сгорания, например, в форме дизельного двигателя.

Предпочтительно, электродвигатели 20 могут питаться от генератора, по выбору через преобразователь частоты или напрямую, т.е. без или с шунтированием преобразователя частоты или без него. Шунт образует, так сказать, байпас или подводящий провод вокруг преобразователя частоты, причем указанный шунт может переключаться посредством коммутирующего элемента, например, в форме прерывателя, так что двигатель может по выбору питаться через преобразователь частоты или в обход него.

Вместо нескольких электродвигателей 20 для приведения в действие главного рабочего агрегата 2 можно также предусмотреть всего один электродвигатель. В показанном воплощении предусмотрены два электродвигателя 20, каждый из которых соединен с фрез-барабаном 2 приводом.

Показанная на фиг.3 электрическая машина 20 содержит вал 19 с ротором 12, который установлен с возможностью вращения на подшипниковые щиты, образующие часть корпуса 21 машины и/или закрывают с торца рубашку 22, которая окружает статор 13 машины 20. Указанная рубашка 22 содержит охлаждение корпуса рубашкой, через которую циркулирует охлаждающая жидкость контура 23 жидкостного охлаждения. При этом указанная рубашка 22 установлена без зазоров, заподлицо и/или по поверхности на пластинах статора, чтобы достичь хорошей теплопередачи от статора 13 на охлаждающую рубашку 22.

Наряду с указанным контуром 23 жидкостного охлаждения, охлаждающее устройство 24 электрической машины 20 содержит воздушное охлаждение 25 для охлаждения лобовой части обмотки 11, которое с обеих сторон статора 13 и ротора 12 вдается в ограниченные корпусом 21, точнее сказать, рубашкой 22 и подшипниковыми щитами, секции 26 лобовой части обмотки. Как показано на фиг.3, статор 13 содержит обмотку 14, которая частично заделана в железо статора 13 и снаружи указанного железа статора образует с обеих сторон лобовую часть обмотки 11 в форме корзинки.

Чтобы охладить указанную лобовую часть обмотки 11, с помощью рабочих колес вентилятора 16 в каждой из указанных секций 26 лобовой части обмотки имеется внутренняя циркуляция охлаждающего воздуха, т.е. окружающий воздух не проводится через машину или через лобовую часть обмотки 11, но создается внутренний контур циркуляции охлаждающего воздуха, который охлаждает указанные лобовые части обмотки 11. Чтобы отбирать тепло у охлаждающего воздуха, в секциях 26 лобовой части обмотки, как показывает фиг.3, предусмотрены охлаждающие змеевики 15, через которые циркулирует охлаждающая жидкость. Проходящий через указанные охлаждающие змеевики 15 контур жидкостного охлаждения может в принципе быть выполнен отдельно от контура 23 жидкостного охлаждения рубашкой 22. Однако предпочтительно можно предусмотреть соединение охлаждающего змеевика 15 с жидкостным контуром 23 охлаждения рубашкой, причем в зависимости от термической нагрузки отдельных частей машины можно предусмотреть параллельное соединение или же последовательное соединение охлаждающих змеевиков 15 с охлаждением рубашкой 22 и питающим его контуром 23 жидкостного охлаждения.

Чтобы достичь сильного охлаждающего эффекта на циркулирующий охлаждающий воздух, указанные охлаждающие змеевики 15 на их наружных поверхностях предпочтительно снабжены оребрением, например, в виде нескольких аксиальных ребер на каждой охлаждающей трубке, чтобы увеличить поверхность теплообмена охлаждающего змеевика.

В показанной на фиг.3 форме осуществления охлаждающие змеевики 15 расположены по существу на торце лобовой части обмотки 11 в предусмотренном там зазоре между торцом указанной лобовой части обмотки 11 и подшипниковыми щитами, причем указанные охлаждающие змеевики 15 проходят по существу по кольцу вокруг оси вала 19.

Рабочие колеса 16 вентилятора, которые вызывают циркуляцию воздуха, в форме осуществления с фиг.3 расположены прямо на указанном валу 19 и приводятся им в действие. При этом, предпочтительно, указанные рабочие колеса вентилятора 16 помещаются во внутреннем объеме секции 26 лобовой части обмотки 11, имеющей форму корзинки. Рабочие колеса вентилятора 16 в показанном варианте воплощения снабжены действующими радиально лопатками, так что они нагнетают воздух радиально в кольцевой промежуток, ограниченный изнутри лобовыми частями обмотки 11, а снаружи рубашкой 22, ср. фиг.3.

Как показывают фиг.3 и 4, лобовые части обмотки 11 в их горловине, т.е. в переходной области к пластинам статора, снабжены радиальными сквозными зазорами 37, которые позволяют охлаждающему воздуху проходить через лобовые части обмотки 11.

Указанные сквозные зазоры 37 образуют часть каналов и направляющих, которые создают кольцевую циркуляцию воздуха вокруг имеющей форму корзинки лобовой части обмотки 11, как это символически показано стрелками тока на фиг.3. Охлаждающий воздух, нагнетаемый рабочими колесами вентилятора 16 к горловине соответствующей лобовой части обмотки 11, течет там через указанные сквозные зазоры 37, затем вдоль по наружной стороне лобовой части обмотки 11 между лобовой частью обмотки 11 и рубашкой 22 к торцевой стороне соответствующей лобовой части обмотки 11 и назад вокруг торца назад на внутреннюю сторону лобовой части обмотки 11. При этом на торце лобовой части обмотки 11 охлаждающий воздух проходит над охлаждающим змеевиком 15, так что охлаждающий воздух отдает тепло, которое он до того снял с обмотки лобовой части 11.

Далее, воздуховод для охлаждающего воздуха содержит воздушные каналы 38, проходящие через ротор 12 от одной секции 26 лобовой части обмотки к другой секции лобовой часть обмотки на противоположной стороне и обратно.

Это направление охлаждающего воздуха создают рабочие колеса вентилятора 16, которые выполнены как насадочные диски или нажимные диски и которые непосредственно прилегают к торцу ротора 12 и установлены на валу 19. Рабочие колеса вентилятора состоят по существу из выступающего радиально фланца, на котором закреплены подходящие средства нагнетания воздуха, например, в виде транспортирующих скребков или лопаток, и выполнены отверстия для протока воздуха, которые распределены по периметру и сообщаются с аксиальными отверстиями для охлаждающего воздуха или воздушными каналами 38 в роторе 12, которые идут по оси через указанный ротор 12 и выходят со стороны торца из указанного ротора 12. При этом в роторе 12 предусмотрено вдвое больше воздушных каналов 38, чем предусмотрено отверстий для протока воздуха в насадочных дисках, так что каждый насадочный диск со своими отверстиями для протока воздуха сообщается лишь с каждым вторым воздушным каналом 38 в роторе 12. При этом оба насадочных диска могут вращаться относительно друг друга, так что первый набор воздушных каналов 38 в роторе 12 сообщается через отверстия для протока воздуха с левой секцией лобовой части обмотки 11, тогда как второй набор воздушных каналов 38 ротора 12 через отверстия для протока воздуха в другом насадочном диске сообщается с внутренним объемом секции лобовой части обмотки 11 на правой стороне, так что достигается циркуляция охлаждающего воздуха, символически показанная на фиг.3 стрелками.

Циркуляция охлаждающего воздуха организована следующим образом: часть рабочего колеса вентилятора 16, которая работает радиально, нагнетает охлаждающий воздух через предусмотренные в горловине лобовой части обмотки 11 сквозные зазоры 37 на наружную сторону лобовой части обмотки 11. Нагнетаемый через сквозные зазоры 37 охлаждающий воздух циркулирует затем, аналогично показанному на фиг.3 проведению воздуха, вокруг лобовой части обмотки 11, причем он проникает на наружной стороне между соответствующей лобовой частью обмотки 11 и рубашкой 22, затем вокруг торцевой стороны лобовой части обмотки 11 и мимо охлаждающего змеевика 15 над ним, откуда он доходит до внутренней стороны лобовой части обмотки 11. Оттуда охлаждающий воздух нагнетается в отверстия для протока воздуха соответствующего насадочного диска, который в этом отношении образует впускные каналы для воздушных каналов 38 ротора 12. Охлаждающий воздух течет затем по указанным каналам 38 охлаждающего воздуха через ротор 12, чтобы на другой стороне ротора попасть на деталь рабочего колеса 16 вентилятора предусмотренного там насадочного диска. Там охлаждающий воздух циркулирует по соответствующей траектории через и вокруг лобовой части обмотки 11 и затем в противоположном направлении назад через ротор 12, так что в роторе 12 создается направленный противоположно поток охлаждающего воздуха через указанные ранее два рабочих колеса вентилятора 16.

Электрическая машина, показанная на фиг.4, имеет в принципе аналогичную конструкцию, что и машина по фиг.3, причем разница между ними состоит в основном в том, что создается течение внутреннего воздуха через рабочее колесо вентилятора 31, которое установлено снаружи подшипникового щита на валу и нагнетает поток внутреннего воздуха в правую на фиг.4 сторону от охлаждающих змеевиков 15 и в воздушные каналы 38 ротора. Указанный подшипниковый щит имеет при этом впускные и выпускные отверстия для охлаждающего воздуха, так что поток охлаждающего воздуха может циркулировать над наружной поверхностью указанного подшипникового щита. На указанной наружной поверхности подшипникового щита находится, кроме того, чашеобразный колпак корпуса, через который предусмотрено прохождение замкнутого контура циркуляции охлаждающего воздуха. В состоянии бездействия или при низком числе оборотов интенсивного охлаждения электрической машины 20 можно достичь посредством мотора вентилятора. При этом мотор вентилятора приводит в действие дополнительное рабочее колесо вентилятора, которое установлено на моторе вентилятора, который в свою очередь установлен на наружной стороне подшипникового щита.

Для варианта воплощения согласно фиг.5 электродвигатель выполнен как синхронный двигатель с ротором на постоянных магнитах, у которого в роторе находятся не стержни, а постоянные магниты. Тем самым в роторе почти нет потерь, так что двигатель не требует интенсивного охлаждения ротора. Как показано на фиг.5, контур 23 жидкостного охлаждения может содержать участок охлаждения рубашки, чтобы охлаждать рубашку 22, и далее, в указанном порядке, охлаждающие змеевики 15 в секциях 26 лобовой части обмотки, чтобы охлаждать там охлаждающий воздух.

Двигатель 20 на постоянных магнитах содержит ротор 12, который выполнен с постоянными магнитами 18 и насажен на вал 19, а также статор 13, который охлаждается посредством указанного жидкостного охлаждения рубашкой, которое может быть включено последовательно с внешним теплообменником, параллельно или смешанно. Установленные на вал 19 двигателя рабочие колеса вентилятора 16 приводят в движение внутренний поток воздуха в соответствующей секции 26 лобовой части обмотки. Воздух течет как через обмотку 14, так и через охлаждающие змеевики 15, которые предпочтительно состоят из оребренных труб, в соответствующую секцию 26 лобовой части обмотки и образует замкнутый контур.

Как показывают фиг.3-5, на конце приводного вала 19 электродвигателя 20, который обращен к наружной стороне корпуса 9 фрез-барабана 2, предпочтительно находится насос 27, который может служить для перекачивания охлаждающей жидкости контура 23 жидкостного охлаждения и/или для перекачивания смазки для прилагаемого к электродвигателю 20 планетарного механизма 8. Если в качестве охлаждающей жидкости применяется масло, то при необходимости масло можно прокачивать как через электродвигатель для его охлаждения, так и через передаточный механизм для его смазки и охлаждения. Однако альтернативно насос может содержать две отдельные ступени, из которых одна перекачивает охлаждающую жидкость, а другая смазку для передаточного механизма.

Указанный насос 27 предпочтительно приводится в действие приводным валом 19 электродвигателя 20.

Как показывает фиг.2, дополнительно к насосу 27 на указанном конце вала может располагаться также тормоз 28. При необходимости там могут также быть установлены и другие дополнительные элементы, например, датчик числа оборотов. В результате размещения насоса 27 и тормоза 28 вне корпуса электродвигателя 21 на конце вала электродвигателя 20 с наружной стороны фрез-барабана, указанный конструктивный узел легкодоступен, благодаря чему можно еще больше улучшить эксплуатационную готовность машины. Эта удобная для обслуживания конструкция предлагает, кроме того, то преимущество, что тормоз 28, даже если он рассчитан только как стояночный тормоз, может использоваться, там не менее, для аварийного останова, даже если он при этом будет испытывать термическую перегрузку. Благодаря доступности возможна быстрая починка. Далее, в результате установки насоса 27 на конце вала электродвигателя 20 не требуется другого дополнительного подвода энергии, например, по кабелю.

Настоящее изобретение относится к самоходному наземному роторному экскаватору, предпочтительно в форме дорожной фрезы, шнекороторного снегоочистителя или карьерного комбайна, с фрез-барабаном, способным вращаться вокруг горизонтальной оси вращения, и приводом фрез-барабана, содержащим по меньшей мере один электродвигатель, установленный внутри фрез-барабана, причем статор и ротор электродвигателя установлены во внутреннем объеме воздухо- и/или пыленепроницаемого корпуса электродвигателя. Предлагается снабдить находящийся внутри корпуса фрез-барабана электродвигатель привода фрез-барабана охлаждающим устройством с замкнутым контуром жидкостного охлаждения. Благодаря высокой теплоемкости подходящей охлаждающей жидкости, такой как масло или смесь воды с гликолем, для контура жидкостного охлаждения достаточны малые объемные потоки и, тем самым, возможны малые сечения трубопровода. С другой стороны, благодаря замкнутой структуре контура жидкостного охлаждения можно избежать всякого внесения пыли в привод фрез-барабана, а также образования пыли отходящим воздухом. Техническим результатом является снижение тепловой нагрузки на привод фрез-барабана без повышения пылевой нагрузки. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Самоходный наземный роторный экскаватор, предпочтительно карьерный комбайн, дорожная фреза или шнекороторный снегоочиститель, с фрез-барабаном (2), установленным в возможностью вращения вокруг горизонтальной оси вращения, и приводом (7) фрез-барабана, содержащим по меньшей мере один электродвигатель (20), установленный внутри фрез-барабана (2), причем статор (13) и ротор (12) электродвигателя установлены во внутреннем объеме (29) воздухо- и/или пыленепроницаемого корпуса (21) электродвигателя, отличающийся тем, что по меньшей мере один электродвигатель (20) внутри фрез-барабана снабжен охлаждающим устройством (24) с замкнутым контуром (23) жидкостного охлаждения, причем контур (23) жидкостного охлаждения содержит расположенный снаружи фрез-барабана (2) теплообменник для охлаждения охлаждающей жидкости, который через выходящие с торцевой стороны из фрез-барабана (2) линии охлаждающей жидкости соединен с соответствующим по меньшей мере одному электродвигателю (20) участком контура (23) жидкостного охлаждения.

2. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 1, причем на конце приводного вала (19) электродвигателя (20), находящемся снаружи фрез-барабана, расположен насос (27) для перекачивания охлаждающей жидкости и/или перекачивания смазки для передаточного механизма.

3. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 1 или 2, причем охлаждающее устройство (24) во внутреннем объеме (29) герметизированного корпуса (21) электродвигателя содержит замкнутый контур (25) циркуляции охлаждающего воздуха для охлаждения лобовой части обмотки (11) и ротора (12) с принудительным перекачиванием, и контур (23) жидкостного охлаждения содержит обдуваемый охлаждающим воздухом замкнутого контура (25) циркуляции теплообменник, предпочтительно в виде охлаждающих змеевиков (15), для охлаждения охлаждающего воздуха.

4. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 3, причем для принудительного перекачивания охлаждающего воздуха во внутреннем объеме (29) корпуса электродвигателя предусмотрено по меньшей мере одно насаженное на вал (19) двигателя рабочее колесо (16) вентилятора, предпочтительно в форме центробежного вентилятора.

5. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 3, причем обмотка (14) статора содержит лобовые части обмотки (11), находящиеся на противоположных сторонах в каждой секции (26) лобовой части обмотки, охлаждающие змеевики (15) контура (23) жидкостного охлаждения проходят снаружи лобовой части обмотки (11) через секцию (26) лобовой части обмотки, и воздушное охлаждение содержит два предназначенных для соответствующей секции (26) лобовой части обмотки рабочих колеса (16) вентилятора для создания воздушного потока, циркулирующего внутри каждой секции (26) лобовой части обмотки, который циркулирует по воздушным каналам и/или воздухопроводам в соответствующей секции обмотки, над свободно расположенными охлаждающими змеевиками (15) и через лобовую часть обмотки (11).

6. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 5, причем воздушные каналы и/или воздухопроводы содержат расположенные в горловине лобовой части обмотки (11) сквозные зазоры (37) в соответствующей лобовой части обмотки (11), предпочтительно щелевидные, которые распределены по периметру лобовой части обмотки (11), и/или содержат идущие в продольном направлении через лобовую часть обмотки (11) зазоры для охлаждающего воздуха, которые соединены с указанными сквозными зазорами (37) в горловине лобовой части обмотки (11).

7. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 6, причем воздушные каналы или воздухопроводы задают большое число кольцевых, идущих вокруг лобовой части обмотки (11) путей потоков, которые охватывают соответственно указанные сквозные зазоры (37), наружный участок между соответствующей лобовой частью обмотки (11) и рубашкой (22), торцевой участок пути потока между торцевыми сторонами лобовой части обмотки и подшипниковыми щитами, а также внутренний участок на внутренней стороне лобовой части обмотки (11).

8. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 5, причем охлаждающие змеевики (15) расположены на торцевых сторонах лобовых частей обмотки (11).

9. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 5, причем секции (26) лобовой части обмотки образуют замкнутые циркуляционные объемы и соединены друг с другом воздушными каналами (38), которые проходят через ротор (12).

10. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 5, причем воздушные каналы и/или воздухопроводы содержат противоточное устройство для проведения охлаждающего воздуха в противоположном направлении через ротор (12).

11. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 3, причем для принудительного перекачивания охлаждающего воздуха во внутреннем объеме (29) корпуса двигателя предусмотрено по меньшей мере одно рабочее колесо (31) вентилятора, которое может приводиться в действие валом и которое установлено снаружи подшипникового щита, содержащего впускные и выпускные отверстия для охлаждающего воздуха.

12. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 3, причем для принудительного перекачивания охлаждающего воздуха во внутреннем объеме (29) корпуса двигателя предусмотрено по меньшей мере одно рабочее колесо вентилятора, которое может работать от мотора вентилятора независимо от вала (19) двигателя.

13. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 1, причем электродвигатель (20) выполнен как асинхронный двигатель.

14. Самоходный наземный роторный экскаватор по п. 1, причем электродвигатель (20) выполнен как синхронный двигатель с ротором на постоянных магнитах.