Рабочая машина
Изобретение относится к промышленному строительному оборудованию, в частности к рабочим машинам, таким как колесные погрузчики, автопоезда, грузовые машины и экскаваторы. Технический результат - уменьшение расходы топлива и увеличение кпд. Рабочая машина, рассчитанная, по меньшей мере, на две функции, включающие перемещение рабочего оборудования и (или) рулевое управление машиной. Машина включает, по меньшей мере, две гидравлические схемы, по одной гидравлической схеме на каждую из упомянутых функций. Каждая гидравлическая схема включает, по меньшей мере, один гидравлический насос для управления работой соответствующего рабочего оборудования или функциями рулевого управления, отдельную первую электрическую машину с возможностью передачи приводного усилия, соединенную с каждым из упомянутых гидравлических насосов для отдельного снабжения энергией насоса и съема энергии с насоса, трансмиссию для перемещения рабочей машины посредством ведущих колес. Трансмиссия включает, по меньшей мере, одну вторую электрическую машину, механически соединенную с упомянутыми первыми электрическими машинами для обмена мощностью между гидравлическими схемами и трансмиссией. 21 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к рабочей машины, рассчитанной по меньшей мере на наличие двух функций, включающих перемещение рабочего оборудования и (или) рулевое управление машиной.
Изобретение применимо в рабочих машинах, относящихся к промышленному строительному оборудованию, в частности колесным погрузчикам. Хотя изобретение описано применительно к колесному погрузчику, оно не ограничено этим конкретным транспортным средством и также может применяться в других тяжелых рабочих машинах, таких как автопоезда, грузовые автомобили и экскаваторы.
Предпосылки создания изобретения
Колесный погрузчик обычно имеет двигатель внутреннего сгорания, трансмиссию и коробку передач для подачи крутящего момента на его ведущие колеса. Коробка передач обеспечивает различные передаточные отношения для изменения скорости транспортного средства и для переключения между направлением движения вперед и назад. Трансмиссия включает гидродинамический трансформатор, расположенный между двигателем внутреннего сгорания и коробкой передач. Гидротрансформатор используют для увеличения крутящего момента во время особо трудоемких технологических операций, таких как наполнение ковша или ускорение колесного погрузчика. Гидротрансформатор способен очень быстро адаптировать выходной крутящий момент к существующим условиям работы. Тем не менее, гидротрансформатор часто имеет очень низкий кпд, который также зависит от существующих условий движения. Кпд может быть повышен, если придать гидротрансформатору блокировочную функцию, которая может использоваться для работы в режиме прямого действия. Тем не менее, поскольку в состоянии блокировки передаточное отношение является фиксированным (1:1), проблема низкого кпд сохраняется при осуществлении технологических операций, в которых такая блокировочная функция не может быть использована.
Помимо подачи крутящего момента на ведущие колеса двигатель внутреннего сгорания должен снабжать энергией гидравлический насос гидравлической системы колесного погрузчика. Такая гидравлическая система используется для осуществления операций подъема и(или) рулевого управления колесным погрузчиком. Для подъема и опускания стрелы, на которой установлен ковш или рабочее оборудование или приспособление другого типа, например, вилочные захваты, предусмотрены гидравлические рабочие цилиндры. За счет использования другого гидравлического рабочего цилиндра ковш также можно наклонять или поворачивать. Для поворота колесного погрузчика путем относительного перемещения передней и задней частей корпуса колесного погрузчика предусмотрены дополнительные гидравлические цилиндры, известные как рулевые цилиндры.
С одной стороны, число оборотов двигателя внутреннего сгорания должно быть адаптировано к гидравлическому насосу, а с другой стороны, двигатель внутреннего сгорания должен быть адаптирован к потребности в очень большом крутящем моменте, например, во время наполнения ковша, когда скорость колесного погрузчика близка к нолю. Число оборотов двигателя внутреннего сгорания, заданное гидравлической системой, означает, что колесный погрузчик необходимо застопорить, чтобы адаптировать скорость колесного погрузчика к существующим условиям. Чтобы обеспечить потребности в числе оборотов и крутящем моменте в различных ситуациях, двигатель внутреннего сгорания должен быть рассчитан на излишнюю высокую эффективную мощность, которая не потребляется или потребляется только изредка. Использование двигателя внутреннего сгорания, который имеет слишком большие размеры и к тому же должен приводиться в действие в условиях, когда гидротрансформатор имеет низкий кпд и(или) когда колесный погрузчик должен быть застопорен из-за гидравлической системы, приводит к высокому расходу топлива.
Колесный погрузчик обычно используют для выемки природного грунта ковшом и его погрузки на самосвал. На фиг.7 показана траектория перемещения от места выемки грунта колесным погрузчиком 101 до места его погрузки на самосвал 103, так называемая V-образная траектория перемещения, которая чаще всего используется. В частности, колесный погрузчик 101 перемещается вперед до природного грунта 102, например, на второй передней передаче (перемещение W1). Когда он приближается к грунту 102, он углубляется в него, например, на первой передней передаче, чтобы увеличить тяговое усилие с учетом условий осуществления операции выемки (перемещение W2). По завершении выемки колесный погрузчик 101 на высокой скорости отходит от места выемки, например, на второй задней передаче (перемещение W3). Затем направление движения колесного погрузчика 101 меняется, и он на высокой скорости направляется в сторону самосвала 103 (перемещение W4). По завершении операции погрузки грунта на самосвал 103 колесный погрузчик на высокой скорости отходит от самосвала 103 (перемещение W5).
При осуществлении некоторых технологических операций гидравлическая система передает двигателю внутреннего сгорания противоречащие команды, из-за чего двигатель внутреннего сгорания должен быть рассчитан на излишнюю высокую эффективную мощность, которая потребляется только изредка. Одним из ключевых для гидравлической системы является случай, когда функции подъема и наклона не разделены, как во время опорожнения ковша.
Возвращаясь к описанной выше V-образной траектории перемещения колесного погрузчика, после того как колесный погрузчик приблизился самосвалу и его ковш поднялся над платформой самосвала, ковш должен наклониться и одновременно подняться еще немного выше, чтобы грунт распределился по платформе.
Для выполнения функции подъема требуется высокое гидравлическое давление, поскольку необходимо поднять ковш с тяжелым грузом. Вместе с тем, его необходимо поднять лишь немного, для чего требуется гидравлический поток с малым расходом. С другой стороны, для функции наклона требуется гидравлический поток с большим расходом, поскольку ковш необходимо наклонить из втянутого положения до конца в переднее положение. За счет конструкции механической связи и силы тяжести необходимо лишь небольшое гидравлическое давление. Кроме того, как для функции подъема, так и функции наклона требуется лишь умеренная гидравлическая мощность, поскольку гидравлическую мощность рассчитывают путем умножения давления на поток. Поскольку функции подъема и наклона объединены одной гидравлической системой и управляются одним гидравлическим насосом, все эти требования должны быть учтены в конструкции насоса. Так, насос будет подавать очень большую гидравлическую мощность, чтобы обеспечить как высокое давление, так и поток с большим расходом, что подразумевает, что двигатель внутреннего сгорания должен быть рассчитан на подачу сравнительно большой механической мощности. Если суммировать вышесказанное, за счет конструкции гидравлической системы происходит подача большей гидравлической мощности, чем расходуется в сумме на функции подъема и наклона. Поскольку эту избыточную гидравлическую мощность дросселируют в гидравлический бак, происходит ее потеря.
Краткое изложение сущности изобретения
Задачей изобретения является создание рабочей машины упомянутого во вступительной части типа, способной работать с более высоким кпд и меньшим расходом топлива.
Данная задача решена с помощью рабочей машины, включающей по меньшей мере две гидравлические схемы, по одной гидравлической схеме на каждую из упомянутых функций, при этом каждая гидравлическая схема включает по меньшей мере один гидравлический насос для управления работой соответствующего рабочего оборудования или функцией рулевого управления, отдельную первую электрическую машину с возможностью передачи приводного усилия, соединенную с каждым из упомянутых гидравлических насосов для отдельного снабжения энергией насоса и съема энергии с насоса, трансмиссию для перемещения рабочей машины посредством ведущих колес, при этом трансмиссия включает по меньшей мере одну вторую электрическую машину, механически соединенную с упомянутыми первыми электрическими машинами для обмена мощностью между гидравлическими схемами и трансмиссией.
Таким образом, рабочая машина создает условия для рекуперации кинетической энергии в трансмиссии (и системе рулевого управления) и потенциальной энергии при работе стрелы на протяжении полного рабочего цикла.
Иными словами, каждая функция гидравлики имеет отдельную схему и приводится в действие отдельной электрической машиной. За счет этого каждая функция гидравлики может использоваться по отдельности без отрицательного воздействия на другую функцию гидравлики. Таким образом, каждая функция гидравлики может, например, по отдельности управляться для рекуперации энергии. При этом создаются условия для значительного распределения энергии между трансмиссией и гидравлическими схемами при осуществлении различных рабочих операций. Кроме того, создаются условия для приведения в действие насосов отдельных функций гидравлики по отдельности, а также для распределения энергии между гидравлическими схемами, что выгодно, например, при опорожнении ковша, как это описано выше. За счет применения отдельных гидравлических схем также создаются условия для более свободного выбора положения электрической машины и соответствующего насоса для каждой функции.
Кроме того, за счет электронного управления гидравлическими схемами насосы могут работать с оптимальным числом оборотов независимо от работы трансмиссии (и двигателя внутреннего сгорания). Таким образом, увеличение числа оборотов насоса(-ов) не влияет на работу двигателя внутреннего сгорания.
За счет применения трансмиссии, включающей электрическую машину для приведения в действие или торможения ведущих колес и(или) для выработки электроэнергии для гидравлических насосов, может более эффективно использоваться источник энергии (силовая машина), что позволяет иметь источник энергии меньших размеров и снижать расход топлива. Например, вместо источника энергии гидравлическую систему может по меньшей мере частично приводить в действие электрическая машина. Источником энергии в одном из примеров является двигатель внутреннего сгорания. Таким образом, не требуется устанавливать число оборотов двигателя внутреннего сгорания с учетом гидравлических насосов. Электрическая машина трансмиссии может использоваться в качестве тормоза во время торможения колесного погрузчика и в то же время может действовать как генератор для рекуперации энергии. Энергия может непосредственно подаваться в гидравлические схемы или храниться в средстве для аккумулирования электроэнергии, таком как аккумуляторная батарея или конденсатор большой емкости для использования в дальнейшем. Если необходимо большое тяговое усилие, на ведущие колеса может быть подан дополнительный крутящий момент с помощью электрической машины, действующей как электродвигатель, за счет чего уменьшается нужда в гидротрансформаторе.
Кроме того, за счет этого источником энергии можно управлять таким образом, чтобы он передавал энергию непосредственно на ведущие колеса посредством механической трансмиссии (карданных валов и трансмиссий) без преобразования в электрическую энергию. Так, например, при работе в режиме движения на ведущие колеса может передаваться вся мощность, подаваемая источником энергии. В другом режиме вся мощность, подаваемая источником энергии, может преобразовываться в электрическую энергию для дальнейшей подачи в трансмиссию и(или) гидравлические схемы и(или) средство для аккумулирования. В еще одном дополнительном режиме первая часть мощности, подаваемой источником энергии, может передаваться непосредственно на ведущие колеса, а вторая часть мощности, подаваемой источником энергии, может преобразовываться в электрическую энергию.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления трансмиссия включает узел привода для сцепления и расцепления источника энергии с ведущими колесами. Иными словами, узел привода рассчитан на обеспечение механического соединения между источником энергии и ведущими колесами.
Кроме того, электрическая машина трансмиссии может использоваться для приведения ведущих колес в действие в обратном направлении. Трансмиссия предпочтительно включает коробку передач. Это значит, что в коробке передач может быть исключена передача заднего хода. Дополнительным преимуществом является то, что электрическая машина может использоваться для взаимной адаптации числа оборотов двигателя внутреннего сгорания и числа оборотов трансмиссии для обеспечения включения и выключения режима прямого действия узла привода, входящего в трансмиссию.
В другом предпочтительном варианте осуществления источник энергии механически соединен по меньшей мере с одним из упомянутых вторых электрических машин для подачи мощности только на упомянутую вторую электрическую машину. Иными словами, рабочая машина представляет собой последовательную гибридную установку. Таким образом, вся мощность, подаваемая источником энергии, поступает в электрическую машину для дальнейшей электронной передачи в гидравлические схемы и на ведущие колеса.
В дополнительно усовершенствованном последнем из упомянутых вариантов осуществления трансмиссия включает дополнительную вторую электрическую машину, при этом вторая электрическая машина, которая механически соединена с источником энергии, механически соединена с упомянутой дополнительной второй электрической машиной для обмена мощностью.
Дополнительные преимущества и признаки изобретения раскрыты далее в описании и зависимых пунктах формулы изобретения.
Определения
Термин "электрическая машина" означает комбинированный электродвигатель и генератор. Электрическая машина может иметь электрический привод для подачи выходного крутящего момента на вал или механический привод для подачи крутящего момента на вал для выработки электроэнергии.
Термин "узел привода" включает гидравлические муфты, как гидродинамические муфты, такие как гидротрансформаторы, так и гидростатические муфты, а также механические муфты. Таким образом, "узел привода" включает как гидротрансформаторы, способные увеличивать крутящий момент, так и обычные муфты, используемые только для расцепления и прямого действия при передаточном отношении 1:1.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылкой на приложенные чертежи более подробно описаны варианты осуществления изобретения, рассмотренные в качестве примеров.
На чертежах показано:
на фиг.1 - вид сбоку, иллюстрирующий колесный погрузчик, имеющий ковш для погрузочных работ и гидравлическую систему для управления ковшом и рулевого управления колесным погрузчиком,
на фиг.2 - схематическая иллюстрация гидравлической системы колесного погрузчика,
на фиг.3 - схематическая иллюстрация трансмиссии известного из уровня техники колесного погрузчика,
на фиг.4 - схематическая иллюстрация трансмиссии рабочей машины согласно изобретению,
на фиг.5 - схематическая иллюстрация первого варианта осуществления трансмиссии рабочей машины согласно изобретению,
на фиг.6 - схематическая иллюстрация второго варианта осуществления трансмиссии рабочей машины согласно изобретению и
на фиг.7 - схематическая иллюстрация режима работы известного из уровня техники колесного погрузчика с коротким производственным циклом.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На фиг.1 проиллюстрирован колесный погрузчик 1, имеющий рабочее оборудование 2 в форме ковша 3. Ковш 3 установлен на стреле 4 для подъема и опускания ковша 3, при этом ковш 3 также может быть наклонен или повернут относительно стрелы 4. Колесный погрузчик 1 имеет гидравлическую систему, включающую по меньшей мере один гидравлический насос (на показан на фиг.1) и рабочие цилиндры 5а, 5b, 6 для управления стрелой 4 и ковшом 3. Кроме того, гидравлическая система включает рабочие цилиндры 7а, 7b для поворота колесного погрузчик путем относительного перемещения переднего корпуса 8 и заднего корпуса 9. Такая гидравлическая система схематически проиллюстрирована на фиг.2.
В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.2, показаны три гидравлические схемы 121, 122, 123. Первая гидравлическая схема 121 рассчитана на выполнение функции подъема, вторая гидравлическая схема 122 рассчитана на выполнение функции наклона и третья гидравлическая схема 123 рассчитана на выполнение функции рулевого управления. Каждая гидравлическая схема включает гидравлический насос 100а, 100b, 100с для приведения в действие соответствующего рабочего оборудования или функции рулевого управления. Кроме того, предусмотрены два рабочих цилиндра, известных как подъемные цилиндры 5а, 5b, для подъема и опускания стрелы 4, и предусмотрен дополнительный подъемный цилиндр, известный как цилиндр 6 наклона, для наклона ковша 3 внутрь или наружу относительно стрелы 4. Помимо этого, предусмотрены два рабочих цилиндра, известных как рулевые цилиндры 7а, 7b, для рулевого управления колесным погрузчиком 1. Для подачи масла для гидравлических систем в гидравлические цилиндры предусмотрены три гидравлических насоса 100а, 100b, 100с. Оператор рабочей машины может управлять рабочими цилиндрами с помощью приборов, соединенных с пультом управления (не показан).
На фиг.3 схематически проиллюстрирована трансмиссия 11 известного из уровня техники колесного погрузчика 1. На одном конце трансмиссии 11 расположен двигатель 12 внутреннего сгорания. Другой конец трансмиссии 11 связан с ведущими колесами 13 колесного погрузчика 1. Двигатель 12 внутреннего сгорания подает крутящий момент на ведущие колеса 13 колесного погрузчика 1 посредством трансмиссии 11. Как показано на фиг.3, трансмиссия 11 может включать коробку передач 14 для изменения скорости транспортного средства 1 и для переключения между направлением движения вперед и назад колесного погрузчика 1. Между двигателем 12 внутреннего сгорания и коробкой передач 14 расположен гидродинамический трансформатор 15. Трансмиссия 11 колесного погрузчика 1 имеет средство приведения в действие гидравлического насоса 10 гидравлической системы для осуществления подъема и рулевого управления колесным погрузчиком 1. Согласно известному уровню техники гидравлический насос 10 приводится в действие двигателем 12 внутреннего сгорания предпочтительно посредством зубчатых колес 16, расположенных между гидротрансформатором 15 и коробкой передач 14.
На фиг.4 схематически проиллюстрирована трансмиссия 110 рабочей машины 1 согласно изобретению. На одном конце трансмиссии 110 расположен источник энергии в виде двигателя 120 внутреннего сгорания. Другой конец трансмиссии 110 связан с ведущими колесами 130 рабочей машины 1. Двигатель 120 внутреннего сгорания подает крутящий момент на ведущие колеса 130 рабочей машины 1 посредством трансмиссии 110. Как показано на фиг.4, трансмиссия 110 может включать коробку передач 140 для изменения скорости транспортного средства 1 и для переключения между направлением движения вперед и назад рабочей машины 1. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.4, трансмиссия 110 также включает узел 150 привода для сцепления и расцепления двигателя 120 внутреннего сгорания с ведущими колесами 130. Узлом 150 привода предпочтительно является гидравлическая муфта типа гидродинамического трансформатора. Гидротрансформатор способен увеличивать крутящий момент, что значит, что выходной крутящий момент гидротрансформатора может, например, в 1-3 раза превышать крутящий момент двигателя 120 внутреннего сгорания. Кроме того, гидротрансформатор предпочтительно имеет функцию свободного хода и функцию блокировки для работы в режиме прямого действия без увеличения крутящего момента. Таким образом, передаточное отношение гидротрансформатора в состоянии блокировки является фиксированным и предпочтительно равно преимущественно 1:1. Вместе с тем, в одном из альтернативных вариантов осуществления узлом 150 привода может являться обычная муфта для расцепления или работы в режиме прямого действия без увеличения крутящего момента. Такой муфтой может являться гидравлическая муфта, а также механическая муфта.
Согласно изобретению трансмиссия 110 рабочей машины 1 включает по меньшей мере одну вторую электрическую машину 17а, 17b для приведения в действие или торможения ведущих колес 130 и(или) снабжения электроэнергией упомянутого по меньшей мере одного гидравлического насоса 100а, 100b, 100с.
Хотя в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.4, для обеспечения функций, описанных со ссылкой на фиг.2, используют три гидравлических насоса, в другом варианте осуществления для обеспечения этих или других функций в гидравлической системе 20 может использоваться один, два, четыре или более гидравлических насосов. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения рабочая машина имеет по меньшей мере две функции управления рабочим оборудованием и(или) рулевого управления, при этом для каждой функции управления рабочим оборудованием и(или) рулевого управления предусмотрен по меньшей мере один упомянутый гидравлический насос. В примерах осуществления, схематически проиллюстрированных на фиг.2 и 4, рабочая машина включает три гидравлических насоса 100а, 100b, 100с; первый гидравлический насос 100а служит для обеспечения функции подъема и спуска рабочего оборудования, второй гидравлический насос 100b служит для обеспечения функции наклона рабочего оборудования и третий гидравлический насос 100с служит для обеспечения функции рулевого управления рабочей машиной. За счет отдельных гидравлических насосов для данных функций работа рабочей машины может быть дополнительно оптимизирована и тем самым снижен общий расход энергии.
С каждым из упомянутых гидравлических насосов 100а, 100b, 100с с возможностью передачи приводного усилия соединена отдельная первая электрическая машина 18а, 18b, 18с для отдельного снабжения энергией насоса и съема энергии с насоса. Кроме того, упомянутая по меньшей мере одна вторая электрическая машина 17а, 17b механически соединена с упомянутыми первыми электрическими машинами для обмена мощностью между гидравлическими схемами 121, 122, 123 и трансмиссией 110.
Таким образом, вторые электрические машины 17а, 17b электрически соединены с гидравлическими насосами 100а, 100b, 100с посредством соответствующей первой электрической машины (двигателя/генератора) 18а, 18b, 18с с электрическим приводом. Вторые электрические машины 17а, 17b могут быть непосредственно соединены с первыми электрическими машинами гидравлических насосов, а также соединены со средством 19 аккумулирования электрической энергии, таким как аккумуляторная батарея или конденсатор большой емкости, который в свою очередь соединен с первыми электрическими машинами гидравлических насосов. Рабочая машина 1 предпочтительно включает средство 19 аккумулирования электрической энергии для аккумулирования энергии и подачи энергии в гидравлические насосы или электрические машины 17а, 17b, 18a, 18b, 18с. Кроме того, для управления передачей энергии в различных частях системы, проиллюстрированной на фиг.4, могут использоваться обычные устройства управления (не показаны). Как описано со ссылкой на фиг.1 и 2, рабочая машина 1 может иметь рабочее оборудование 2 в виде ковша 3, управляемого с помощью гидравлической системы 20. Вместе с тем, следует подчеркнуть, что естественно также может использоваться другое рабочее оборудование других видов. Если изобретение применяется в рабочей машине, такой как автопоезд или грузовой автомобиль, рабочим оборудованием может являться, например, опрокидывающийся кузов. Обычно для управления опрокидывающимся кузовом во время опрокидывания используют гидравлический насос и рабочие цилиндры.
Трансмиссия 110 предпочтительно включает две вторых электрических машины 17а, 17b, одна из которых, а именно машина 17а расположена до узла 150 привода, а вторая, а именно машина 17b расположена после узла 150 привода. За счет использования двух вторых электрических машин может быть увеличено число возможных режимов работы. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.4, трансмиссия включает одну электрическую машину 17а, расположенную между двигателем 120 внутреннего сгорания и узлом 150 привода, и одну электрическую машину 17b, расположенную между узлом 150 привода и коробкой передач 140. Вторые электрические машины 17а, 17b электрически соединены друг с другом для передачи крутящего момента от двигателя 120 внутреннего сгорания на ведущие колеса 130 посредством электрических машин 17а, 17b. Кроме того, вторые электрические машины электрически соединены со средством 19 аккумулирования электрической энергии и с соответствующей первой электрической машиной (двигателем) 18a, 18b, 18с гидравлических насосов. Первая из вторых электрических машин 17а может приводиться в действие двигателем 120 внутреннего сгорания для подачи энергия непосредственно в гидравлические насосы или в средство 19 аккумулирования электрической энергии или в другую вторую электрическую машину 17b. Другая вторая электрическая машина 17b может использоваться для торможения ведущих колес 130 рабочей машины 1 во время торможения рабочей машины и для подачи энергии непосредственно в гидравлические насосы и в средство 19 аккумулирования электрической энергии. Электрическая машина 17а или другая электрическая машина 17b также может питаться от средства 19 аккумулирования электрической энергии для приведения в действие ведущих колес 130 рабочей машины 1, или другая вторая электрическая машина 17b может с этой же целью питаться от первой из вторых электрических машин 17а. Хотя предпочтительной является трансмиссия 110, включающая две электрических машины, с выгодой может использоваться и только одна электрическая машина, предпочтительно расположенная между узлом привода и ведущими колесами и до коробки передач, т.е. между узлом привода и коробкой передач таким же образом, как расположена вторая электрическая машина 17b, показанная на фиг.4. Также может использоваться по одной упомянутой электрической машине на каждое ведущее колесо. В таком случае обычно используют четыре электрических машины, чтобы приводить в действие четыре ведущих колеса. При этом каждая электрическая машина предпочтительно соединена с соответствующим ведущим колесом посредством соответствующей коробки передач.
Кроме того, возможно объединить известную из уровня техники конструкцию, в которой гидравлический насос приводится в действие двигателем внутреннего сгорания, например, как это описано со ссылкой на фиг.3, с электрической машиной для приведения в действие гидравлического насоса. При этом гидравлический насос может приводиться в действие двигателем внутреннего сгорания и(или) электрической машиной в различные периоды времени, чтобы оптимизировать работу.
Кроме того, энергия, аккумулированная средством 19 аккумулирования электрической энергии, в некоторых случаях может использоваться для обеспечения других функций 61 колесного погрузчика, таких как работа компрессоров, вентиляторов, исполнительных механизмов и т.д.
По меньшей мере одну вторую электрическую машину 17а, 17b, входящую в трансмиссию 110, используют для приведения в действие или торможения ведущих колес 130 и(или) выработки электроэнергии для упомянутого по меньшей мере одного гидравлического насоса 100а, 100b, 100с. Помимо преимуществ, получаемых за счет использования энергии одной или нескольких вторых электрических машин 17а, 17b для обеспечения работы гидравлических насосов, вторая электрическая машина 17а, 17b может использоваться для подачи крутящего момента на ведущие колеса 130. За счет адаптации работы двигателя 120 внутреннего сгорания и(или) электрических машин/генераторов 17а, 17b к существующим условиям может быть повышен общий кпд трансмиссии 110.
Как показано на фиг.4, ведущие колеса 130 может приводить в действие:
двигатель 120 внутреннего сгорания вместе с блокируемым гидротрансформатором 150,
или двигатель 120 внутреннего сгорания и(или) одна из вторых электрических машин 17а и(или) другая из вторых электрических машин 17b вместе с блокируемым гидротрансформатором 150,
или одна из вторых электрических машин 17а и другая из вторых электрических машин 17b без блокируемого гидротрансформатора 150,
или другая вторая электрическая машин 17b без блокируемого гидротрансформатора 150.
Вторая электрическая машина 17а может приводиться в действие двигателем 120 внутреннего сгорания для выработки электроэнергии или средством 19 аккумулирования электрической энергии для обеспечения крутящего момента, а другая вторая электрическая машина 17b может приводиться в действие первой из вторых электрических машин 17а или средством 19 аккумулирования электрической энергии для обеспечения крутящего момента. Гидротрансформатор 150 может быть заменен обычной гидравлической или механической муфтой, обеспечивающей такие же альтернативные возможности, как и при блокировании гидродинамического трансформатора.
На фиг.5 проиллюстрирована рабочая машина, включающая двигатель-электрогенератор 200 для снабжения электроэнергией рабочей машины. Рабочая машина включает по меньшей мере две гидравлические схемы 121, 122, 123, по одной гидравлической схеме на каждую из упомянутых функций, при этом каждая гидравлическая схема включает по меньшей мере один гидравлический насос 100а, 100b, 100с для управления работой соответствующего рабочего оборудования или функциями рулевого управления. Кроме того, с каждым из упомянутых гидравлических насосов 20 100а, 100b, 100с с возможностью передачи приводного усилия соединена отдельная первая электрическая машина 18a, 18b, 18с для отдельного снабжения энергией насоса и съема энергии с насоса.
Рабочая машина дополнительно включает трансмиссию 210 для перемещения рабочей машины посредством ведущих колес 130, при этом трансмиссия включает по меньшей мере одну вторую электрическую машину 17, механически соединенную с упомянутыми первыми электрическими машинами для обмена мощностью между гидравлическими схемами 121, 122, 123 и трансмиссией 110, 210, 310. Таким образом, двигатель-электрогенератор 200 служит для подачи электроэнергии в упомянутую по меньшей мере одну электрическую машину 17 и упомянутый по меньшей мере один гидравлический насос 100а, 100b, 100с посредством упомянутых первых электрических машин 18a, 18b, 18с.
За счет использования по меньшей мере одной электрической машины для приведения в действие ведущих колес рабочей машины и двигателя, подающего энергию в виде электроэнергии, двигатель-электрогенератор подает электроэнергию в упомянутую по меньшей мере одну электрическую машину и упомянутый по меньшей мере один гидравлический насос, энергия двигателя-электрогенератора, например двигателя внутреннего сгорания, снабженного генератором, может использоваться с более высоким кпд и может быть снижен общий расход энергии. Гидравлическая система может быть приведена в действие без необходимости адаптации числа оборотов двигателя-электрогенератора. Кроме того, электрическая машина может использоваться в качестве тормоза во время торможения рабочей машины, такой как колесный погрузчик, и в то же время может действовать как генератор для рекуперации энергии. Энергия двигателя-электрогенератора может непосредственно подаваться в электрическую машину и гидравлическую систему или аккумулироваться в средстве 19 аккумулирования электрической энергии, таком как аккумуляторная батарея или конденсатор большой емкости для использования в дальнейшем.
Кроме того, электрическая машина может использоваться для приведения в действие ведущих колес в обратном направлении. Это значит, что в коробке передач может быть исключена передача заднего хода.
Хотя рабочая машина, проиллюстрированная на фиг.5, имеет одну электрическую машину 17, можно использовать две или более электрических машины. Например, рабочая машина может включать по одной упомянутой электрической машине на каждое ведущее колесо. В таком случае обычно используют четыре электрических машины, чтобы приводить в действие четыре ведущих колеса. При этом каждая электрическая машина предпочтительно соединена с соответствующим ведущим колесом посредством соответствующей коробки передач.
Рабочая машина предпочтительно включает средство 19 аккумулирования электрической энергии для аккумулирования энергии двигателя-электрогенератора 200 и(или) упомянутой по меньшей мере одной электрической машины 17. Это средство 19 аккумулирования электрической энергии затем используют для снабжения электроэнергией упомянутой по меньшей мере одной электрической машины 17 и(или) упомянутого по меньшей мере одного гидравлического насоса 100а, 100b, 100с.
Помимо приведения в действие ведущих колес 130 по меньшей мере одна или несколько из упомянутых электрических машин 17 могут использоваться для торможения ведущих колес рабочей машины во время торможения рабочей машины. В то же время электрическая машина 17 способна действовать как генератор для рекуперации энергии, которая может аккумулироваться в средстве 19 аккумулирования электрической энергии и(или) использоваться для гидравлической системы 20.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения рабочая машина имеет по меньшей мере две функции управления рабочим оборудованием и(или) рулевого управления, при этом для каждой функции управления рабочим оборудованием и(или) рулевого управления предусмотрен по меньшей мере один упомянутый гидравлический насос. В примерных вариантах осуществления, схематически проиллюстрированных на фиг.2 и 5, рабочая машина включает три гидравлических насоса 100а, 100b, 100с; первый гидравлический насос 100а служит для обеспечения функции подъема и спуска рабочего оборудования, второй гидравлический насос 100b служит для обеспечения функции наклона рабочего оборудования и третий гидравлический насос 100с служит для обеспечения функции рулевого управления рабочей машиной. За счет отдельных гидравлических насосов для данных функций работа рабочей машины может быть дополнительно оптимизирована и тем самым снижен общий расход энергии.
На фиг.6 схематически проиллюстрирован дополнительный вариант осуществления трансмиссии 310 рабочей машины согласно изобретению. Трансмиссия 310 отличается от показанной на фиг.4 трансмиссии 110 тем, что между двумя вторыми электрическими машинами 17а, 17b, показанными на фиг.6, отсутствует узел 150 привода.
Рабочая машина, схематически показанная на фиг.6, рассчитана на по меньшей мере две функции, включающие перемещение рабочего оборудования 2 и(или) рулевое управление машиной, при этом машина включает три гидравлические схемы 121, 122, 123, по одной гидравлической схеме на каждую из упомянутых функций, каждая гидравлическая схема включает один гидравлический насос 100а, 100b, 100с для управления работой соответствующего рабочего оборудования или функциями рулевого управления. С каждым из упомянутых гидравлических насосов 100а, 100b, 100с с возможностью передачи приводного усилия соединена отдельная первая электрическая машина 18а, 18b, 18с для отдельного снабжения энергией насоса и съема энергии с насоса.
Кроме того, трансмиссия 310 для перемещения рабочей машины посредством ведущих колес 130 включает упомянутые две вторых электрических машины 17а, 17b, которые механически соединены с упомянутыми первыми электрическими машинами для обмена мощностью между гидравлическими схемами 121, 122, 123 и трансмиссией 310.
Источник энергии 120 механически соединен с одной из вторых электрических машин 17а для подачи мощности только в упомянутую вторую электрическую машину 17а. Трансмиссия 310 дополнительно включает дополнительную вторую электрическую машину 17b, а упомянутая вторая электрическая машина 17а, которая механически соединена с источником энергии 120, механически соединена с упомянутой дополнительной второй электрической машиной 17b для обмена мощностью.
В рамках заявленного изобретения двигатель-электрогенератор 200 может быть сконструирован множеством различных способов при условии, что он способен вырабатывать электроэнергию. Одним из вариантов является использование топливного элемента для выработки электроэнергии. В другом примере двигателем-электрогенератором является двигатель внутреннего сгорания, оснащенный электрогенератором. Еще одним решением является использование газовой турбины, оснащенной электрогенератором. Двигателем-электрогенератором также может являться свободно-поршневой двигатель, оснащенный электрогенератором.
Следует отметить, что используемый в заявке термин "ведущие колеса" включает колеса транспортного средства, находящиеся в непосредственном сцеплении с землей, а также колеса транспортного средства для приведения в действие находящегося в сцеплении с землей элемента, такого как траки, гусеничные колеса и т.п.
Подразумевается, что настоящее изобретение не ограничено описанными выше и проиллюстрированными на чертежах вариантами осуществления, и специалист согласится с тем, что него могут быть внесены изменения и усовершенствования, входящие в объем приложенной формулы изобретения.
Например, мощность необязательно развивает сама рабочая машина и, например, может использоваться внешний источник энергии. Более точно, рабочая машина может быть оснащена средством для ее подключения к общей системе электроснабжения. В таком случае рабочая машина должна иметь достаточное средство аккумулирования энергии.
1. Рабочая машина (1), в которой осуществляются, по меньшей мере, две функции, включающие перемещение рабочего оборудования (2) и (или) рулевое управление машиной, отличающаяся тем, что она снабжена,
по меньшей мере, двумя гидравлическими схемами (121, 122, 123) по одной гидравлической схеме на каждую из упомянутых функций, при этом каждая гидравлическая схема включает, по меньшей мере, один гидравлический насос (100а, 100b, 100с) для управления работой соответствующего рабочего оборудования или функциями рулевого управления,
отдельной первой электрической машиной (18а, 18b, 18с), соединенной с возможностью передачи приводного усилия с каждым из упомянутых гидравлических насосов (100а, 100b, 100с) для отдельного снабжения энергией насоса и съема энергии с насоса,
трансмиссией (110, 210, 310) для перемещения рабочей машины посредством ведущих колес (130), которая включает, по меньшей мере, одну вторую электрическую машину (17а, 17b), механически соединенную с упомянутыми первыми электрическими машинами для обмена мощностью между гидравлическими схемами (121, 122, 123) и трансмиссией (110, 210, 310).
2. Рабочая машина по п.1, отличающаяся тем, что она включает источник энергии (120, 200), рассчитанный на подачу мощности в гидравлические схемы (121, 122, 123) и трансмиссию (110, 210, 310).
3. Рабочая машина по п.2, отличающаяся тем, что источником энергии (120) является двигатель внутреннего сгорания.
4. Рабочая машина по п.2 или 3, отличающаяся тем, что трансмиссия (110) включает узел (150) привода для сцепления и расцепления источника энергии (120) с ведущими колесами (130).
5. Рабочая машина по п.4, отличающаяся тем, что узлом привода является гидродинамический трансформатор (150).
6. Рабочая машина по п.5, отличающаяся тем, что гидродинамический трансформатор (150) имеет блокировочную функцию, при которой гидротрансформатор имеет фиксированное передаточное отношение.
7. Рабочая машина по п.4, отличающаяся тем, что узлом (150) привода является механическая муфта.
8. Рабочая машина по п.2 или 3, отличающаяся тем, что источник энергии (120, 200) механически соединен с одной второй электрической машиной (17а) для подачи мощности только на нее.
9. Рабочая машина по п.8, отличающаяся тем, что трансмиссия (210, 310) включает дополнительную вторую электрическую машину (17b), при этом упомянутая выше вторая электрическая машина (17а), которая механически соединена с источником энергии (120, 200), механически соединена с дополнительной второй электрической машиной (17b) для обмена мощностью.
10. Рабочая машина по п.2 или 3, отличающаяся тем, что источником энергии (200) является двигатель-электрогенератор (200) для подачи электроэнергии.
11. Рабочая машина по п.10, отличающаяся тем, что двигателем-электрогенератором (200) является топливный элемент.
12. Рабочая машина по п.10, отличающаяся тем, что двигателем-электрогенератором (200) является двигатель внутреннего сгорания, оснащенный электрогенератором.
13. Рабочая машина по п.10, отличающаяся тем, что двигателем-электрогенератором (200) является газовая турбина, оснащенная электрогенератором.
14. Рабочая машина по п.10, отличающаяся тем, что двигателем-электрогенератором (200) является свободно-поршневой двигатель, оснащенный электрогенератором.
15. Рабочая машина по любому из пп.1-3, 5-7, 9 или 11-14, отличающаяся тем, что трансмиссия (210, 310) включает коробку передач (140).
16. Рабочая машина по любому из пп.1-3, 5-7, 9 или 11-14, отличающаяся тем, что она включает средство (19) аккумулирования электрической энергии, которое механически соединено с упомянутыми первыми электрическими машинами (18а, 18b, 18с) и (или) упомянутой, по меньшей мере, одной второй электрической машиной (17а, 17b).
17. Рабочая машина по п.15, отличающаяся тем, что одна или несколько из упомянутых электрических машин (17а, 17b, 18а, 18b, 18с) заряжают средство (19) аккумулирования электрической энергии, когда электрическая машина действует как генератор.
18. Рабочая машина по любому из пп.1-3, 5-7, 9 или 11-14, отличающаяся тем, что одна или несколько из вторых электрических машин (17а, 17b) тормозят ведущие колеса (130) рабочей машины (1) во время ее торможения.
19. Рабочая машина по любому из пп.1-3, 5-7, 9 или 11-14, отличающаяся тем, что одна или несколько вторых электрических машин (17а, 17b) приводят в действие ведущие колеса (130) рабочей машины (1) во время работы рабочего оборудования (2) или во время ускорения рабочей машины (1).
20. Рабочая машина по любому из пп.5-7, отличающаяся тем, что одна или несколько из вторых электрических машин (17а, 17b) обеспечивают включение или выключение режима прямого действия узла (150) привода путем взаимной адаптации числа оборотов двигателя (120) внутреннего сгорания (120) и числа оборотов трансмиссии (110).
21. Рабочая машина по любому из пп.1-3, 5-7, 9 или 11-14, отличающаяся тем, что она включает три гидравлических насоса, при этом первый гидравлический насос (100а) служит для обеспечения функции подъема и спуска рабочего оборудования, второй гидравлический насос (100b) служит для обеспечения функции наклона рабочего оборудования и третий гидравлический насос (100с) служит для обеспечения функции рулевого управления рабочей машиной.
22. Рабочая машина по любому из пп.1-3, 5-7, 9 или 11-14, представляющая собой колесный погрузчик (1).
Приоритет по пунктам: 14.10.2005 по пп.1-22.
