САМОХОДНАЯ РАБОЧАЯ МАШИНА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ПРИВОДА, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК E02F9/20 H02P1/54 

Настоящее изобретение относится к самоходной рабочей машине, в частности, в виде почвофрезы, как, например, карьерного комбайна (Surface Miner), асфальтореза, фрезерного снегоочистителя с главным рабочим агрегатом и/или главным приводным агрегатом, работающим в стационарном или почти стационарном режиме и приводимым в движение приводным устройством, содержащим по меньшей мере один электродвигатель, причем электродвигателю для ограничения пускового тока придана пусковая схема с преобразователем частоты. Изобретение относится также к способу эксплуатации такой самоходной рабочей машины.

Карьерные комбайны (Surface Miner) представляют собой непрерывно работающие карьерные экскаваторы, которые с помощью вращающегося валика путем фрезерования измельчают горную породу или почву, а для погружения валика в горную породу обычно непрерывно продвигаются вперед с помощью гусеничного ходового механизма. При этом упомянутый валик образует главный рабочий агрегат, потребляющий большую мощность и потому требующий соответствующего привода. На этот счет DE 10 2007 007 996 В4 предлагает дизель-электрический привод, в котором фрез-барабан карьерного комбайна (Surface Miner) приводится в движение с помощью электродвигателя, снабжаемого током от генератора, который, в свою очередь, приводится в действие дизельным двигателем. Другие варианты выполнения карьерных комбайнов (Surface Miner) представлены также в публикациях WO 03/0580321 A1, DE 10 2008 008 260 A1, DE 10 2007 044 090 A1, DE 10 2007 028 812 B4, DE 199 41 800 C2, DE 199 41 799 C2 или DE 20 2007 002 403 U1.

По сравнению с гидростатическими приводами такие электроприводы имеют значительные преимущества, так, например, лучший коэффициент полезного действия и более простое обслуживание. Благодаря значительно лучшему коэффициенту полезного действия в результате более низких эксплуатационных расходов, которые при требуемых мощностях весьма значительны, могут быть достаточно быстро снова скомпенсированы довольно высокие расходы на приобретение электродвигателей. В этом смысле сопоставимая дизель-электрическая концепция привода напрашивается не только для карьерного комбайна (Surface Miner), но и для аналогичных самоходных рабочих машин, как-то: асфальторезы, фрезерные снегоочистители, а также сельскохозяйственные машины, как, например, зерновые комбайны и т.п., режим работы которых является непрерывным и примерно стационарным, т.е., основное выполняемое рабочее движение которых, в частности, является вращательным с постоянным или примерно постоянным числом оборотов, а перемещение которых представляет собой продвижение. При этом под «стационарным» режимом необязательно понимается строго постоянный режим в том смысле, что указанный главный рабочий агрегат действительно эксплуатируется со строго постоянным числом оборотов, а допускаются также небольшие колебания относительно заданной рабочей точки, например, в результате колебания числа оборотов дизельного двигателя.

Однако проблематичным в таких дизель-электрических приводах для указанного типа рабочих машин является процесс пуска. Непосредственное включение рабочего двигателя через генератор нецелесообразно, поскольку в этом случае возникает очень большой пусковой ток, который может превзойти величину номинального тока в пять-десять раз и для которого пришлось бы рассчитывать, т.е., рассчитывать с запасом, всю систему.

Поэтому известно применение систем плавного пуска, в которых пусковой ток ограничивается понижением напряжения. Однако это возможно лишь в том случае, если при пуске отсутствует или почти отсутствует необходимость во вращающем моменте.

Если нужен только такой пусковой момент, который составляет менее одной трети пускового момента двигателя при непосредственном включении, рабочий двигатель может запускаться также по схеме соединения звезда-треугольник. Однако при таком варианте все еще возникает большой пусковой ток, который, как правило, превышает номинальный ток и который должен учитываться при расчете параметров генератора, что делает его больше и дороже.

Однако, например, в случае карьерных комбайнов (Surface Miner), вполне может потребоваться относительно большой пусковой момент, чтобы, например, включить фрез-барабан после его промерзания рывком. В таких случаях, когда при пуске из-за большого внешнего нагрузочного момента или необходимого времени пуска требуется значительная часть номинального крутящего момента или даже больший момент пуска примерно вплоть до удвоенного номинального момента, известна установка преобразователя частоты, преобразующего частоту генератора для ограничения тока включения при пуске. Как показано на фиг.10, между генератором G и электродвигателем М включен соответствующий преобразователь FU частоты.

Хотя (главный) рабочий привод во время работы эксплуатируется с постоянным или приблизительно постоянным числом оборотов, подпитка в этом случае в течение всего времени работы осуществляется через указанный преобразователь частоты, параметры которого, таким образом, должны соответствовать по меньшей мере номинальной мощности рабочего привода. Это отрицательно сказывается на потерях, коэффициенте полезного действия, эксплуатационных расходах и на амортизации.

Исходя из этого, задачей настоящего изобретения являются создание усовершенствованной самоходной рабочей машины, а также усовершенствованного способа ее эксплуатации, устранение недостатков уровня техники и успешное дальнейшее совершенствование последнего. В частности, простыми средствами без принесения в жертву беспрепятственного надежного пуска должны быть достигнуты лучший коэффициент полезного действия, более низкие эксплуатационные расходы.

Указанная задача согласно изобретению решается с помощью самоходной рабочей машины согласно пункту 1, а также способа согласно пункту 16 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Таким образом, для пуска привода с целью ограничения пускового тока предлагается использовать преобразователь частоты, а в дальнейшем в стационарном режиме для предотвращения потерь, возникающих в преобразователе частоты, и снижения коэффициента полезного действия электродвигателей, связанного с работой преобразователя, работать без преобразователя частоты. Если рабочий агрегат увеличил число оборотов или по меньшей мере приблизительно достиг желательного стационарного режима работы, преобразователь частоты, использованный для пуска, шунтируется. Согласно изобретению для стационарного режима предусмотрена рабочая схема, содержащая мостик для шунтирования преобразователя частоты после пуска и/или достижения стационарного рабочего режима. Мостик переключается по выбору для активирования или деактивирования. Применение преобразователя частоты в фазе пуска и его шунтирование в стационарной рабочей фазе имеет следующие преимущества:

- Потери в преобразователе частоты в постоянном режиме работы уже не являются напрасными и постоянными, а считаться с ними приходится лишь в фазе пуска. В частности, в случае машин большой мощности, на этом могут быть сэкономлены значительные эксплуатационные расходы.

- Коэффициент полезного действия электродвигателя в стационарном режиме может быть повышен, поскольку коэффициент полезного действия электродвигателя при энергоснабжении непосредственно от генератора или от другого источника электроэнергии со строго синусоидальным напряжением выше, чем энергоснабжение через преобразователь частоты.

- Повышение готовности, а интервалы профилактических осмотров могут быть увеличены, поскольку проблемы или сбои в работе постоянно эксплуатируемого преобразователя частоты могут быть устранены, что может быть очень заметно, в частности, в случае интенсивно работающих машин с большим сроком службы.

- Изоляция электродвигателя не подвергается длительной нагрузке за счет пиков высокого напряжения и изменений ∆U/∆t напряжения питания преобразователя частоты.

В порядке усовершенствования изобретения в рабочей схеме может быть предусмотрено непосредственное, прямое переключение частоты источника электроэнергии для электродвигателя вышеупомянутого приводного устройства и/или по меньшей мере в статическом режиме могут быть шунтированы все преобразователи частоты, приданные главному рабочему агрегату и/или рабочим агрегатам большой мощности. Благодаря непосредственному переключению частоты источника электроэнергии для электродвигателя частота источника электроэнергии определяет число оборотов электродвигателя. Если в качестве источника электроэнергии предпочтительным образом используется генератор, приводимый в действие от двигателя внутреннего сгорания, в частности, от дизельного двигателя, желательная скорость привода рабочего агрегата или число оборотов электродвигателя, даже если двигатель внутреннего сгорания желательным образом эксплуатируется с почти постоянным числом оборотов, могут быть достигнуты за счет того, что число пар полюсов генератора и рабочего двигателя, а также возможные передаточные числа передач между электродвигателем и рабочим агрегатом, а также двигателем внутреннего сгорания и генератором выбираются таким образом, чтобы при возможном диапазоне числа оборотов двигателя внутреннего сгорания достигался желательный диапазон числа оборотов рабочего агрегата, причем чтобы предпочтительным образом были предусмотрены по меньшей мере почти постоянные число оборотов инструмента или рабочая скорость при по меньшей мере почти постоянном числе оборотов двигателя внутреннего сгорания. Если вместо дизельного двигателя с генератором используется любой другой источник энергии с почти постоянной частотой электрического напряжения, число оборотов основного рабочего движения соответствующим образом может быть установлено с помощью числа пар полюсов электродвигателя и/или передаточных чисел передач.

Шунтированием преобразователя частоты после пуска рабочего агрегата в принципе можно управлять любым способом. Шунтирование в зависимости от времени было бы возможно, например, таким образом, чтобы мостик активировался по истечении заранее определенного промежутка времени после пуска. Однако в предпочтительном варианте выполнения изобретения шунтирование преобразователя частоты предусмотрено в зависимости от числа оборотов. Вышеупомянутая рабочая схема может иметь устройство управления, активирующее или деактивирующее мостик в зависимости от числа оборотов главного рабочего и/или главного приводного агрегата. В частности, указанное устройство управления может деактивировать мостик при заданном числе оборотов, которое меньше заранее определенного, так чтобы электродвигатель управлялся через преобразователь частоты, и активировать мостик при заданном числе оборотов, которое больше заранее определенного, так чтобы преобразователь частоты шунтировался. Указанным отключающим числом оборотов, при превышении которого преобразователь частоты шунтируется, может быть заданное число оборотов при стационарном режиме или при известных условиях число оборотов, уменьшенное на определенную величину, например, до 95% указанного заданного числа оборотов при стационарном режиме.

В порядке усовершенствования изобретения по меньшей мере для одного электродвигателя источником электроэнергии выделяется рабочая частота в таком диапазоне, который располагается явно выше частот известной промышленной сети. Предпочтительным образом рабочая частота, с которой электродвигатель тем самым эксплуатируется в стационарном режиме, может составлять более 75 Гц, предпочтительно, более 100 Гц и, в частности, около 100-200 Гц. Это дает возможность реализовывать особенно компактные, т.е., небольшие, а тем самым и экономичные приводные двигатели в ограниченных монтажных пространствах.

При этом для различных диапазонов нагрузки могут предусматриваться различные рабочие частоты и/или рабочие напряжения. Предпочтительно, электрическая система может эксплуатироваться в режиме полной нагрузки, в котором главный рабочий и/или приводной агрегат работает с рабочей нагрузкой, с более высокой рабочей частотой, предпочтительно, в диапазоне от 100 до 200 Гц, и/или при более высоком рабочем напряжении, в то время как в диапазоне частичной нагрузки, в котором, например, главный рабочий агрегат не работает и/или приводятся в действие только приводы движения, работа ведется с более низкой рабочей частотой, например, в диапазоне от 50 до 100 Гц, и/или при более низком рабочем напряжении. В порядке альтернативы или дополнения работа может осуществляться также в режиме холостого хода, в котором, например, эксплуатируются только вспомогательные агрегаты, как, например, холодильный агрегат или кондиционер с еще более низкими рабочей частотой и/или рабочим напряжением.

В случае электродвигателя, преобразователь частоты которого при стационарном режиме шунтируется, речь может идти об одном или нескольких приводных двигателях главного рабочего агрегата, определяющего основное рабочее движение самоходной рабочей машины и/или ее функцию. В случае почвофрезы речь может идти, в частности, о приводном двигателе или приводных двигателях для почвофрезы, причем в зависимости от параметров системы и краевых условий предусмотрено может быть применение только одного или же в порядке альтернативы также нескольких электродвигателей, причем предпочтительно, чтобы при применении нескольких электродвигателей для привода рабочего агрегата указанные электродвигатели были соединены между собой механически и/или с использованием техники управления, так чтобы они работали по существу с одинаковым или пропорциональными друг другу числами оборотов.

При этом нагрузочная способность преобразователя частоты или преобразователей частоты по току для пуска предпочтительным образом выбирается так, чтобы пуск был возможен при моменте вплоть до номинального или даже больше него, причем при известных условиях может быть предпочтительно, чтобы для пуска обеспечивался номинальный момент вплоть до его двукратного значения. На основе принципа действия преобразователя частоты генератор при пуске не нагружается реактивными токами, скорее генератор должен давать только ток, пропорциональный текущей мощности двигателя, и потому может быть выполнен явно меньших размеров.

Хотя пуск не всегда происходит без нагрузки, все же при моменте явно ниже номинального при использовании электродвигателя может найти применение преобразователь частоты, нагрузочная способность которого по току меньше тока через электродвигатель при номинальном моменте.

Между тем, если для привода главного рабочего агрегата используются несколько электродвигателей, могут быть предусмотрены выделение преобразователя частоты не всем, а лишь части или только одному из электродвигателей и использование для пуска лишь этой части или только одного указанного из электродвигателей. При этом при пуске предпочтительным образом снабжаются энергией лишь электродвигатель или электродвигатели с преобразователем частоты, так что лишь этот или лишь эти электродвигатели доводят основное рабочее движение до рабочего числа оборотов. При этом электродвигатель или электродвигатели без преобразователя частоты отключаются от источника электроэнергии и благодаря механической связи с главным рабочим агрегатом или соответствующим электродвигателем разгоняются вслед за ними в обесточенном состоянии. По достижении стационарного режима работы по меньшей мере один преобразователь частоты по меньшей мере для одного электродвигателя шунтируется, и по меньшей мере один следующий электродвигатель без преобразователя частоты соединяется с источником электроэнергии, так что в этом случае все электродвигатели указанного главного рабочего агрегата запитываются непосредственно от источника электроэнергии.

При этом, в частности, в том случае, если при разгоне нагрузочные моменты оказываются ниже номинального, нагрузочная способность преобразователя частоты по току или суммарная нагрузочная способность по току нескольких преобразователей частоты могут быть выбраны меньше суммарного тока через электродвигатели при номинальном моменте.

В порядке усовершенствования изобретения преобразователь частоты может быть снабжен тормозным сопротивлением или соединен с ним. При этом для сбережения механических тормозов, возможно, имеющихся у приводных двигателей главного рабочего агрегата, с помощью электрического торможения посредством указанного тормозного сопротивления главный рабочий агрегат тормозится вплоть до остановки. Предпочтительным образом предусмотрена тормозная схема, содержащая размыкающее устройство для размыкания всех непосредственных соединений по меньшей мере одного электродвигателя с источником электроэнергии, а также синхронизирующие средства для синхронизации работы преобразователя или преобразователей частоты с электродвигателем до начала торможения. Предпочтительным образом перед электрическим торможением все непосредственные соединения по меньшей мере одного электродвигателя с источником электроэнергии, например, через контакторы, размыкаются, причем предпочтительным образом по меньшей мере один преобразователь частоты синхронизируется с соответствующим электродвигателем, прежде чем начнется электрическое торможение.

В зависимости от параметров преобразователя частоты и тормозного сопротивления тормозной момент может создаваться вплоть до достижения номинального момента электродвигателя или даже превысить его.

В порядке усовершенствования изобретения преобразователь частоты может быть использован также для управления сниженным числом оборотов главного рабочего агрегата, например, замедленным ходом в целях обслуживания и/или для позиционирования рабочего агрегата при смене инструмента. Для этого могут быть предусмотрены схемы замедленного хода и/или позиционирования, деактивирующие для реализации сниженного числа оборотов и/или занятия заранее определенного положения шунтирование по меньшей мере одного преобразователя частоты и желательным образом управляющие по меньшей мере одним преобразователем частоты.

В порядке альтернативы или дополнения может быть предусмотрена схема обратного хода, также деактивирующая шунтирование по меньшей мере одного преобразователя частоты и реверсирующая через указанный по меньшей мере один преобразователь частоты рабочее движение указанного главного рабочего агрегата и/или вызывающее движение главного рабочего агрегата задним ходом. Такое реверсирование может быть использовано, например, для отбойки и для устранения блокад. Отбойка из неподвижного состояния или реверсирование в зависимости от параметров по меньшей мере одного преобразователя частоты возможны вплоть до достижения номинального момента привода или даже сверх этого.

В порядке усовершенствования изобретения электрическая система самоходной рабочей машины используется не только для привода ее главного рабочего и/или главного приводного агрегата, но и для подпитки по меньшей мере одного дополнительного вспомогательного электрического агрегата. Такими вспомогательными агрегатами могут быть различные потребители электроэнергии, а в случае почвофрезы, в частности, приводы движения и/или, например, приводы отводящего транспортера, перегружателя, направляющего устройства и/или поворотного механизма. Такие вспомогательные агрегаты обычно имеют явно меньшее потребление мощности, чем привод главного рабочего агрегата. Несмотря на это, привод главного рабочего агрегата и вспомогательные электрические агрегаты запитываются с общим уровнем напряжения.

Однако, чтобы обойтись для главного привода малыми токами, было бы предпочтительно подавать на главный привод более высокое напряжение. Однако это более высокое напряжение для вспомогательных агрегатов из-за больших затрат на изоляцию и большей стоимости преобразователей частоты для этих вспомогательных агрегатов при и без того малой силе токов является нежелательным. Предпочтительно, преобразователи частоты используются во вспомогательных агрегатах для изменения их рабочей скорости по сравнению с рабочей скоростью главного рабочего агрегата с тем, чтобы подстроить работу машины под различные параметры обработки и окружающей среды. С одной стороны, чтобы подать на главный привод более высокое напряжение, а, с другой, чтобы предотвратить подачу этого более высокого напряжения на вспомогательные агрегаты, в усовершенствованном варианте изобретения в рабочей машине могут быть предусмотрены два уровня напряжения, а именно, более высокий уровень напряжения для подачи потребителям электроэнергии, например, электродвигателям, большей мощности и более низкий уровень напряжения для подачи потребителям электроэнергии, в частности, электродвигателям, меньшей мощности.

В порядке усовершенствования изобретения различные уровни напряжения генерируются общим генератором, который для этого может быть выполнен с двумя различными статорными обмотками, которые обеспечивают каждая свой уровень напряжения. При такой схеме оба уровня напряжения гальванически отделены друг от друга. Между тем, если в таком гальваническом разделении нет необходимости, генератор может быть также выполнен только с одной статорной обмоткой, причем меньший уровень напряжения в этом случае может отводиться с помощью вывода этой обмотки.

Для снижения напряжения для вспомогательных агрегатов может использоваться также трансформатор или преобразователь постоянного напряжения.

Указанные вспомогательные агрегаты наряду с уже упомянутыми приводами для отводящих транспортеров, перегружателей и т.п., в частности, могут также содержать по меньшей мере один холодильный агрегат, который предпочтительным образом работает с различными рабочими частотами и различными рабочими напряжениями и/или которому для выполнения различных требований к охлаждению выделен преобразователь частоты. Предпочтительным образом по меньшей мере один указанный холодильный агрегат может эксплуатироваться при прочих отключенных вспомогательных агрегатах с тем, чтобы, например, обеспечить достаточное охлаждение приводных и снабженческих агрегатов в окружающих средах с высокими температурами, даже если сама почвофреза совсем не работает. Благодаря работоспособности при различных рабочих частотах и/или рабочих напряжениях охлаждающая способность может увеличиваться в зависимости от того, в каком диапазоне нагрузки эксплуатируется машина.

Ниже изобретение более подробно поясняется на предпочтительных примерах выполнения со ссылкой на соответствующие чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематическое изображение самоходной рабочей машины, которая согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения выполнена в качестве самоходной почвофрезы в виде карьерного комбайна (Surface Miner), однако может также образовывать асфальторез.

Фиг.2 - схематическое изображение системы привода главного рабочего агрегата самоходной рабочей машины на фиг.1, выполненной в этом варианте выполнения дизель-электрической и содержащей электродвигатель, запитываемый через преобразователь частоты, которому придан мостик.

Фиг.3 - схематическое изображение приводного устройства главного рабочего агрегата самоходной рабочей машины на фиг.1, причем согласно альтернативному варианту выполнения привод содержит два электродвигателя, каждому из которых выделен преобразователь частоты.

Фиг.4 - схематическое изображение приводного устройства главного рабочего агрегата самоходной рабочей машины на фиг.1, причем согласно другому варианту выполнения изобретения привод содержит два электродвигателя, которым выделен общий преобразователь частоты.

Фиг.5 - схематическое изображение приводного устройства главного рабочего агрегата самоходной рабочей машины на фиг.1, причем согласно другому варианту выполнения изобретения привод содержит два электродвигателя, из которых преобразователь частоты придан только одному электродвигателю.

Фиг.6 - схематическое изображение приводного устройства главного рабочего агрегата самоходной рабочей машины на фиг.1, отличающегося от варианта выполнения на фиг.5 тормозным сопротивлением, приданным преобразователю частоты.

Фиг.7 - схематическое изображение всей системы привода самоходной рабочей машины по фиг.1 с главным и вспомогательным агрегатами, приводимыми в движение электродвигателями, причем главный и вспомогательный агрегаты запитываются с одним и тем же уровнем напряжения.

Фиг.8 - схематическое изображение всей системы привода самоходной рабочей машины по фиг.1 с главным и вспомогательным агрегатами, приводимыми в движение электродвигателями, причем главный и вспомогательный агрегаты запитываются напряжением разного уровня, генерируемым генератором с помощью раздельных обмоток.

Фиг.9 - схематическое изображение всей системы привода самоходной рабочей машины по фиг.1 с главным и вспомогательным агрегатами, приводимыми в движение электродвигателями, причем главный и вспомогательный агрегаты здесь также запитываются напряжением разного уровня, причем разные холодильные агрегаты подключаются и отключаются отдельно от других вспомогательных агрегатов и, кроме того, дополнительные вспомогательные агрегаты могут эксплуатироваться с уровнем напряжения главного рабочего агрегата, и

Фиг.10 - схематическое изображение дизель-электрического приводного устройства главного рабочего агрегата самоходной рабочей машины, не имеющее мостика у преобразователя частоты, выделенного электродвигателю.

На фиг.1 изображена самоходная рабочая машина в виде почвофрезы 1, главный рабочий агрегат 2 которой образует фрез-барабан, приводимый во вращение вокруг горизонтальной оси, по окружности которого установлены режущие инструменты для размельчения слоя почвы или асфальта и т.п. При этом почвофреза 1 с помощью ходовых механизмов, в частности, гусеничных ходовых механизмов 3, непрерывно перемещается, так что указанный фрез-барабан продвигается вперед. Корпус 4 машины, опирающийся на землю с помощью указанных гусеничных ходовых механизмов с возможностью перемещения и несущий указанный фрез-барабан, кроме того, содержит еще транспортные средства для отгрузки фрез-материала. Фрез-материал, поступающий с фрез-барабана, принимается приемо-подающим транспортером 5, передающим материал на загрузочный транспортер 6 для перегрузки размельченного материала, например, на грузовик. Указанные приемоподающий и загрузочный транспортеры 5, 6 могут быть выполнены, например, в виде ленточных транспортеров.

Вышеупомянутый главный рабочий агрегат 2 согласно фиг.2 может приводиться в движение с помощью электродвигателя М, который посредством сцепления и/или передачи 12 может быть соединен с главным рабочим агрегатом и при необходимости установлен во фрез-барабане.

В качестве источника электроэнергии в изображенном варианте выполнения предусмотрен генератор G, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, выполненным в изображенном варианте выполнения в виде дизельного двигателя 7, посредством сцепления и/или передачи 8. В порядке альтернативы или дополнения самоходная рабочая машина в зависимости от исполнения может также иметь другой источник электроэнергии или пользоваться им и/или иметь подключение к электросети, например, с помощью кабеля, чтобы быть подсоединенной к внешнему источнику электроэнергии.

Как показано на фиг.2, электродвигатель может запитываться от генератора G по выбору через преобразователь FU частоты или непосредственно, т.е., без шунтирования или с шунтированием преобразователя FU частоты. Мостик 9 образует, так сказать, байпас подводящей линии в обход преобразователя FU частоты.

Предпочтительным образом указанный мостик 9 переключается с помощью коммутирующего элемента 10, так что электродвигатель М запитывается по выбору через преобразователь FU частоты или в обход последнего.

С помощью разъединителя 11 электроснабжение электродвигателя М от генератора G может быть отключено полностью.

Для пуска главного рабочего агрегата 2 электронное устройство управления самоходной рабочей машины размыкает коммутирующий элемент 10 с тем, чтобы деактивировать мостик 9, так что напряжение генератора G подается на преобразователь FU частоты. С помощью преобразователя FU частоты электродвигатель М запускается до тех пор, пока электродвигатель М и/или главный рабочий агрегат 2 не достигнут рабочего числа оборотов. Как только оно будет достигнуто, мостик 9 активируется, для чего коммутирующий элемент замыкается, так что на электродвигатель М синусоидальное напряжение подается непосредственно. Преобразователь FU частоты оказывается обойденным. При этом дизельный агрегат 7, предпочтительно, работает с постоянным числом оборотов. При этом для достижения желательного рабочего числа оборотов рабочего агрегата 2 числа пар полюсов генератора G и электродвигателя М, а также передаточные числа передач 8 и 12 выбираются соответствующим образом, чтобы добиться желательного рабочего числа оборотов главного рабочего агрегата 2 без изменения числа оборотов дизельного агрегата 7.

В зависимости от необходимого пускового момента нагрузочная способность преобразователя FU частоты по току выбирается таким образом, чтобы достичь желательного пускового момента. Последний в зависимости от рабочей машины может быть меньше, а также больше номинального момента для стационарного режима.

Согласно фиг.3 для привода главного рабочего агрегата 2 предпочтительным образом могут быть предусмотрены также несколько электродвигателей М. При этом в изображенном варианте выполнения предусмотрены два электродвигателя М, которые, соответственно, находятся в приводной связи с главным рабочим агрегатом 2 и посредством главного рабочего агрегата 2 механически соединены друг с другом. При этом в варианте выполнения на фиг.3 каждому из электродвигателей М выделен преобразователь FU частоты, через который напряжение, генерируемое генератором G, может подаваться на электродвигатели М. Благодаря общему мостику 9 оба преобразователя FU частоты шунтируются, так что в стационарном режиме рабочее напряжение генератора G здесь может также подаваться на электродвигатели М непосредственно.

Как показано на фиг.4, оба электродвигателя М в фазе пуска также запитываются через общий преобразователь FU частоты. В то время как в варианте выполнения на фиг.3 с раздельными преобразователями частоты их нагрузочная способность по току должна подстраиваться под пусковой момент, создаваемый каждым электродвигателем в фазе пуска, в варианте выполнения на фиг.4 нагрузочная способность преобразователя FU частоты по току должна выбираться таким образом, чтобы она соответствовала суммарному току обоих пусковых токов обоих электродвигателей М при соответствующем создаваемом пусковом моменте.

Если необходимый пусковой момент явно меньше суммы номинальных моментов электродвигателей М в стационарном режиме, то преобразователь FU частоты также может быть выделен только одному из электродвигателей М, как это показано на фиг.5. В этом варианте выполнения в процессе пуска второй электродвигатель М с помощью разъединителя 14 полностью отключается от подачи напряжения из электросети, так что этот второй электродвигатель М запускается совместно обесточенным. Пуск осуществляется только от электродвигателя М, запитываемого с помощью преобразователя FU частоты. После достижения желательного рабочего числа оборотов в стационарном режиме главного рабочего агрегата 2, с одной стороны, для шунтирования указанного преобразователя FU частоты путем замыкания коммутирующего элемента 10 активируется мостик 9. С другой стороны, для подачи напряжения на второй электродвигатель М замыкается разъединитель 14. В этом случае и здесь в стационарном режиме после пуска на оба электродвигателя 17, соответственно, непосредственно подается синусоидальное напряжение генератора G.

В предпочтительном усовершенствованном варианте выполнения изобретения преобразователю FU частоты для электрического торможения главного рабочего агрегата 2 с помощью электродвигателя М может быть выделено тормозное сопротивление 15. Как показано на фиг.6, тормозное сопротивление 15 установлено в петле, подсоединенной к указанному преобразователю FU частоты. В зависимости от параметров преобразователя FU частоты и тормозного сопротивления тормозной момент может создаваться вплоть до достижения номинального момента электродвигателя М или даже сверх этого. Перед электрическим торможением все непосредственные соединения электродвигателей М с генератором G размыкаются. Кроме того, преобразователь FU частоты синхронизируется с электродвигателем М, прежде чем начнется электрическое торможение.

Как показано на фиг.7, генератор G, приводимый в действие дизельным агрегатом 7, используется не только для энергоснабжения приводного устройства 12 главного рабочего агрегата 2, но и для подпитки других вспомогательных агрегатов 16. Эти вспомогательные агрегаты 16, с одной стороны, могут содержать приводы FAW1, FAW2 и FAW3 движения гусеничного ходового механизма 3 почвофрезы 1 на фиг.1. Кроме того, вспомогательные агрегаты 16 могут содержать также приводные устройства других функциональных узлов, как, например, ленточного питателя, ленточного перегружателя, направляющей гусеницы или поворотного механизма. В изображенном варианте выполнения указанные приводы FAW1, FAW2 и FAW3 движения содержат лишь по одному электродвигателю М, в то время как приводы других вспомогательных агрегатов для ленточного питателя, ленточного перегружателя и направляющей гусеницы содержат по два электродвигателя М. Однако в зависимости от необходимой мощности и вспомогательного агрегата могут быть предусмотрены также другие конфигурации.

Предпочтительным образом каждый вспомогательный агрегат 16 снабжен преобразователем FU частоты для варьирования управления соответствующим электромотором М в отношении числа его оборотов, чтобы, несмотря на стационарный режим работы фрез-барабана, подстраивать режим обработки под различные параметры, как-то: твердость почвы, покатости и т.п.

При этом в варианте выполнения на фиг.7 вспомогательные агрегаты 16, включая указанные приводы движения, с одной стороны, а также приводное устройство 13 главного рабочего привода 2, с другой, запитываются с общим уровнем напряжения, причем вспомогательные агрегаты 16 при этом присоединяются посредством сглаживающих дросселей 17.

Чтобы, с одной стороны, запитать приводное устройство 13 главного рабочего агрегата 2 более высоким напряжением и тем самым меньшими токами, а, с другой стороны, не предусматривать для менее мощных вспомогательных агрегатов 16 никакой повышенной изоляции и никаких дорогих специальных преобразователей FU частоты, согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения может быть также предусмотрена подпитка главного агрегата, с одной стороны, и вспомогательных агрегатов, с другой, с разными уровнями напряжения. Более высокий уровень напряжения предусмотрен для подпитки двигателей большей мощности, а более низкий уровень напряжения - для подпитки двигателей меньшей мощности. Такой вариант выполнения показан на фиг.8, причем оба уровня напряжения генерируются общим генератором G, который может быть выполнен с двумя раздельными статорными обмотками, каждая из которых имеет свой уровень напряжения.

Как показано на фиг.9, приводы FAW1, FAW2 и FAW3 движения, сведенные в вариантах выполнения на фиг.7 и 8 вместе с приводным устройством 13 главного рабочего агрегата 12, т.е., могущие работать с одним уровнем напряжения, могут также запитываться с более низким уровнем напряжения, с которым запитываются также другие вспомогательные агрегаты 16. При этом указанным приводам FAW1, FAW2 и FAW3 движения уже описанным способом может быть выделен общий преобразователь FU частоты, причем приводам FAW1, FAW2 и FAW3 движения преобразователь частоты может быть также выделен каждому в отдельности. Таким образом, приводы FAW1, FAW2 и FAW3 движения могут запитываться с более низким уровнем напряжения, чем приводное устройство 13 главного рабочего агрегата 12, причем указанные уровни напряжения здесь, в свою очередь, могут подаваться раздельными статорными обмотками генератора G.

Как показано на фиг.9, другие побочные потребители 16b, как, например, подъемный механизм фрез-барабана, осветительные устройства, охлаждающее устройство или кондиционер, также могут запитываться с уровнем напряжения генератора G, с которым запитывается также приводное устройство главного рабочего агрегата. При этом напряжение, предпочтительно, с помощью трансформатора может соответствующим образом адаптироваться. Чтобы указанные побочные потребители оставались под напряжением даже при отключенном главном приводе, снабжение указанных побочных потребителей 16b может быть организовано путем соединения с генератором в обход разъединителя для главного приводного устройства, см. фиг.9.

Как, кроме того, показано на фиг.9, вспомогательные агрегаты 16 могут содержать также разные холодильные агрегаты, которые для работы холодильного агрегата могут содержать, соответственно, один или несколько электродвигателей. Такие холодильные агрегаты для электродвигателей могут содержать, например, один или несколько радиаторов дизельного двигателя, систему охлаждения распределительного шкафа, масляный или же водяной радиатор. Указанные холодильные агрегаты, как и прочие вспомогательные агрегаты 16, предпочтительным образом запитываются с более низким уровнем напряжения, которое указанным образом может быть подано генератором G, причем предпочтительным образом указанным электродвигателям холодильных агрегатов может быть выделен преобразователь FU частоты, причем нескольким или всем холодильным агрегатам может быть выделен общий преобразователь частоты, или отдельным, или всем холодильным агрегатам, соответственно, может быть выделен собственный преобразователь частоты. Предпочтительным образом указанные холодильные агрегаты в зависимости от эксплуатационной нагрузки рабочей машины для подстройки охлаждающей способности под диапазон эксплуатационных нагрузок рабочей машины могут эксплуатироваться с различными рабочими напряжениями и/или различными рабочими частотами. Предпочтительным образом указанные холодильные агрегаты для работы охлаждения даже при отключенных приводах движения могут быть соединены с источником электроэнергии по отдельности или в обход прерывателя для приводов движения и других вспомогательных агрегатов, см. фиг.9.

Настоящее изобретение относится к самоходной рабочей машине, таким как почвофрезы, асфальтореза, фрезерного снегоочистителя с главным рабочим агрегатом. Техническим результатом является обеспечение беспрепятственного надежного пуска приводных двигателей, повышение КПД и снижение эксплуатационных расходов. Предложена самоходная рабочая фрезерная машина, содержащая главный рабочим агрегат, который образует фрез-барабан, приводимый во вращение вокруг горизонтальной оси, по окружности которого установлены режущие инструменты для размельчения слоя почвы, асфальта или снега. При этом упомянутый главный рабочий агрегат выполнен с возможностью работы в стационарном режиме и приводится в движение приводным устройством, содержащим по меньшей мере один электродвигатель. Причем электродвигателю для ограничения пускового тока придана пусковая схема, содержащая по меньшей мере один преобразователь частоты. Кроме того, предусмотрена рабочая схема (19) для стационарного режима, содержащая мостик для шунтирования преобразователя частоты после пуска или достижения стационарного режима. Причем рабочая схема (19) содержит устройство управления для деактивирования мостика (9) и энергоснабжения электродвигателя (М) от источника электроэнергии через преобразователь (FU) частоты при рабочей скорости фрез-барабана ниже заранее определенной, и активирования мостика (9) для шунтирования преобразователя (FU) частоты и непосредственного энергоснабжения электродвигателя (М) от источника электроэнергии при рабочей скорости выше заранее определенной скорости. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Самоходная рабочая фрезерная машина, в частности почвофреза, асфальторез, фрезерный снегоочиститель, содержащая главный рабочий агрегат (2), которой образует фрез-барабан, приводимый во вращение вокруг горизонтальной оси, по окружности которого установлены режущие инструменты для размельчения слоя почвы, асфальта или снега, причем упомянутый главный рабочий агрегат выполнен с возможностью работы в стационарном режиме и приводится в движение приводным устройством (13), содержащим по меньшей мере один электродвигатель (М), причем электродвигателю (М) для ограничения пускового тока придана пусковая схема (18), содержащая по меньшей мере один преобразователь (FU) частоты, причем предусмотрена рабочая схема (19) для стационарного режима, содержащая мостик (9) для шунтирования преобразователя (FU) частоты после пуска или достижения стационарного режима, причем рабочая схема (19) содержит устройство управления для деактивирования мостика (9) и энергоснабжения электродвигателя (М) от источника электроэнергии через преобразователь (FU) частоты при рабочей скорости фрез-барабана ниже заранее определенной, и активирования мостика (9) для шунтирования преобразователя (FU) частоты и непосредственного энергоснабжения электродвигателя (М) от источника электроэнергии при рабочей скорости выше заранее определенной скорости.

2. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем рабочая схема (19) предусматривает непосредственное, прямое переключение частоты и напряжения источника электроэнергии для электродвигателя (М) приводного устройства (13).

3. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем для установки рабочей скорости указанного главного рабочего агрегата при заданных частоте и напряжении источника электроэнергии предусмотрены выборное число пар полюсов электродвигателя (М) и/или передаточное число передачи с выборным передаточным числом повышающей/понижающей передачи.

4. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем для установки рабочей скорости указанного главного рабочего агрегата при заданном диапазоне числа оборотов двигателя (7) внутреннего сгорания предусмотрены выборное число пар полюсов генератора (G) и/или передаточное число с выборным передаточным числом повышающей/понижающей передачи между двигателем (7) внутреннего сгорания и генератором (G) и/или между электродвигателем (М) и главным рабочим агрегатом (2).

5. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем частота источника электроэнергии превышает 75 Гц, предпочтительно, 100 Гц.

6. Самоходная рабочая машина по п. 1 или 5, причем устройство управления при работе с полной нагрузкой предусматривает более высокую частоту, предпочтительно, в диапазоне 100-200 Гц, а при работе с частичной нагрузкой и/или в режиме холостого хода - более низкую частоту, предпочтительно, в диапазоне 50-100 Гц.

7. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем приводное устройство (13) указанного главного рабочего агрегата (2) содержит несколько электродвигателей (М), механически соединенных через главный рабочий агрегат, которым, соответственно, по отдельности или в общее пользование выделен по меньшей мере один преобразователь (FU) частоты, причем для шунтирования всех преобразователей (FU) частоты для стационарного режима предусмотрены один или несколько мостиков (9).

8. Самоходная рабочая машина по п. 7, причем преобразователь или преобразователи (FU) частоты обладают суммарной нагрузочной способностью по току, равной или большей номинального тока и/или суммы номинальных токов по меньшей мере одного электродвигателя (М), приданного преобразователю или преобразователям (FU) частоты.

9. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем приводное устройство (13) указанного рабочего агрегата (2) содержит несколько электродвигателей (М), из которых по меньшей мере один электродвигатель (М) предусмотрен без приданного преобразователя частоты и в процессе пуска посредством разъединителя (14) может отключаться от источника электроэнергии, чтобы благодаря механическому соединению с главным рабочим агрегатом (2) запускаться вместе с ним обесточенным.

10. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем преобразователь (FU) или преобразователи (FU) частоты обладают суммарной нагрузочной способностью по току, меньшей тока электродвигателя, приданного преобразователю (FU) или преобразователям (FU) частоты, или меньше суммы токов электродвигателей (М), приданных преобразователю (FU) или преобразователям (FU) частоты, при номинальном моменте.

11. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем по меньшей мере одному преобразователю (FU) частоты выделено тормозное сопротивление (15) и предусмотрены тормозная схема (20) и разъединительные устройства (11, 14, 9) для разъединения всех непосредственных соединений между по меньшей мере одним электродвигателем (М) и источником электроэнергии, а также, предпочтительно, синхронизирующие средства для синхронизации работы преобразователя или преобразователей (FU) частоты с соответствующим электродвигателем (М) до начала торможения.

12. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем в качестве источника электроэнергии предусмотрен генератор (G), прямо или косвенно приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, в частности дизельным двигателем (7).

13. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем в дополнение к главному рабочему агрегату (2) предусмотрен по меньшей мере один вспомогательный электрический агрегат (16), а главный рабочий агрегат (2) и по меньшей мере один вспомогательный агрегат (16) запитываются от общего источника электроэнергии, в частности от общего генератора (G).

14. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем в дополнение к главному рабочему агрегату (2) предусмотрен по меньшей мере один вспомогательный электрический агрегат (16), запитываемый более низким напряжением, чем главный агрегат (2).

15. Самоходная рабочая машина по п. 13, причем по меньшей мере один вспомогательный агрегат (16) и главный рабочий агрегат (2) запитаны с разными уровнями высокого напряжения, подаваемого с общего генератора (G), содержащего, предпочтительно, раздельные статорные обмотки.

16. Самоходная рабочая машина по п. 1, причем по меньшей мере один вспомогательный агрегат (16) для изменения рабочей скорости вспомогательного агрегата относительно рабочей скорости главного рабочего агрегата в стационарном режиме работы главного рабочего агрегата (2) также запитывается через преобразователь (FU) частоты.

17. Самоходная рабочая машина по п. 14, причем по меньшей мере два вспомогательных агрегата (16а, 16b) запитываются с разными уровнями высокого напряжения.

18. Самоходная рабочая машина по любому из пп. 13-17, причем по меньшей мере один вспомогательный агрегат (16) содержит по меньшей мере один холодильный агрегат, который эксплуатируется с различными рабочими частотами и/или различными рабочими напряжениями и/или которому придан преобразователь (FU) частоты.

19. Способ эксплуатации самоходной рабочей фрезерной машины, в частности в виде почвофрезы, как, например, асфальтореза, фрезерного снегоочистителя, по одному из предшествующих пунктов, причем по меньшей мере один электродвигатель (М), предусмотренный для привода главного рабочего агрегата (2), во время пуска запитывают от источника электроэнергии через преобразователь (FU) частоты, а после пуска и/или достижения заранее определенного стационарного режима преобразователь (FU) частоты шунтируют мостиком (9), и электродвигатель (М) снабжают электроэнергией непосредственно от источника электроэнергии, причем при рабочей скорости фрез-барабана ниже заранее определенной проводят деактивирование мостика (9) и энергоснабжения электродвигателя (М) осуществляют от источника электроэнергии через преобразователь (FU) частоты, а при рабочей скорости фрез-барабана выше заранее определенной скорости - активируют мостик (9) для шунтирования преобразователя (FU) частоты и энергоснабжение электродвигателя (М) осуществляют непосредственного от источника электроэнергии.