CN101875301A - 一种起重机及其可控散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控散热系统，包括内部设有风扇的主散热器以及热交换器，该热交换器的进水口与发动机的冷却液流出口连通，出水口与发动机的冷却液流回口连通，上述散热器可选择地连接于发动机的冷却液流出口和冷却液流回口之间，该系统的主要特征在于其风扇由驱动元件驱动，驱动元件的动力由动力元件提供，系统还包括用于检测发动机冷却液回水口处液体温度的第一温度传感器和用于检测散热器出气口处的第二温度传感器以及根据第一温度传感器和第二温度传感器传送的温度信号来控制驱动元件转速的控制装置。该系统可以根据动力系统所需要的散热量调整散热系统的散热功率，以实现散热功率根据工作要求实时改变，提高散热效率，减少动力浪费。

Description

一种起重机及其可控散热系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种可控散热系统。此外，本发明还涉及一种包括上述可控散热系统的工程机械。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，市场对于起重机的需求量日益增大。而在工程机械领域，大型的工程机械尤其是在起重机中，由于动力系统具有很大的功率，需要散发的热量就会比较大，自然冷却已经不能满足机械的要求，因此额外增加的散热系统是每个工程机械中不可或缺的一部分，而散热系统的好坏直接影响到整机的质量。在大型机械尤其是在起重机中，由于整机自重较高，动力系统必须具有相当大的功率才能够满足整机要求，因此，需要散发的热量也是很大的。目前工程中所使用的全头式起重机的发动机一般布置在驾驶室后，同时发动机采用吸风式风扇。由于风扇的吸风道被驾驶室挡住了一部分，散热效果也受到一定影响。同时，大吨位的起重机中一般都要增加液力缓速器，液力缓速器也需要散热，如果单纯地增大散热器的面积，不仅影响风扇扫过面积，而且过大的散热器在制造和安装上也存在较大困难。现阶段在生产实际中大多采用两个散热器串联的方式解决大型起重机散热效果不佳的问题。

请参考图1，图1为现有技术中一种典型的散热系统的结构示意图。

该散热系统除了包括一个主散热器16外，还包括一个位于整车适当位置的辅助散热器，即副散热器15，以此来增大散热系统功率，提高散热效果。工作时，冷却液从发动机11的冷却液流出口111流出，经过热交换器12和变速箱13后，流回节温器14。此时，如果冷却液的温度低于83℃，则节温器14关闭，冷却液通过发动机的冷却液流回口112流回发动机，这种循环称为小循环；如果冷却液的温度高于83℃，节温器14开启，冷却液进入主散热器16，并经过副散热器15、回水管后从发动机的冷却液流回口112流回发动机，这种循环称为大循环。

采用以上的方法对散热系统进行的改进虽然可以缓解大型起重机散热困难的问题，但是，上述散热系统存在无法避免的矛盾。在现有技术中，主散热器中风扇是由起重机的发动机控制的，在散热器的芯片类型选定后，风扇的转速与发动机的转速成正比。由此可知，风扇转速为最高点时，发动机转速为最高；而起重机散热系统最危险的工作点往往不在最大功率点处，而是在最大扭矩点附近；这是因为发动机的散热功率与转速的关系曲线不是一条直线，而是一条近似于抛物线形式的曲线；同时如果变速箱带有缓速制动器，缓速制动器的工作点一般在发动机转速处于1000rpm-1700rpm的范围内，此范围恰恰涵盖了发动机最大扭矩点；如果缓速制动器开启，动力系统处于最大散热功率需求点处，但是由于发动机转速没有达到最高点，即散热系统没有达到最大功率点，容易造成散热能力不足。因此，在选取散热器芯片时，如果参照发动机在最大扭矩点附近的散热功率，则在发动机额定转速工作时会浪费大量的动力；而如果参照发动机额定转速附近的散热功率，又无法满足发动机最大扭矩工作时的散热需要。增加一个副散热器，实际上就是加大了散热系统的散热面积，并未从根本上解决上述问题。

综上所述，要从根本上满足起重机动力系统的实时散热需求，必须另辟蹊径。如何实时可控地调整散热系统的散热功率，从而满足动力系统不同工作状态下的散热需求，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可控散热系统，该系统可以根据动力系统所需要的散热量调整散热系统的散热功率，以实现散热功率根据工作要求实时改变，提高散热效率，减少动力浪费。本发明的另一目的是提供一种包括上述可控散热系统的工程机械。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可控散热系统，用于工程机械，包括散热器以及与所述散热器配合的风扇；所述散热器可选择地连接于所述工程机械的发动机的冷却液流出口和冷却液流回口之间，其特征在于，还包括用于驱动所述风扇的驱动部件，且所述驱动部件的转速能够独立于所述发动机的转速调整，以便单独调整所述风扇的转速。

优选地，还包括第二温度传感器、控制装置和节温器；所述第二温度传感器检测所述冷却液流回口处的液体温度，并将液体温度信号传输给所述控制装置；所述控制装置根据所述液体温度信号以及预定策略控制所述节温器的开启或闭合。

优选地，当所述冷却液流回口的温度低于第一预定温度时，所述节温器不开启；当所述冷却液流回口的温度在所述第一预定温度与第二预定温度之间时，所述节温器部分开启；当所述冷却液流回口的温度高于所述第二预定温度时，所述节温器全部开启。

优选地，所述第一预定温度的范围为80℃至85℃；所述第二预定温度的范围为92℃至98℃。

优选地，所述第一预定温度为83℃；所述第二预定温度为95℃。

优选地，还包括第一温度传感器，用于检测所述换热器的出气口处的气体温度，并将气体温度信号传输给所述控制装置；所述控制装置根据所述气体温度信号和所述液体温度信号以及预定策略控制所述驱动部件的转速。

优选地，所述控制装置为电液比例控制阀。

优选地，所述驱动部件为液压马达。

本发明还提供一种工程机械，包括上述任一项所述的可控散热系统。

优选地，所述工程机械具体为起重机。

本发明所提供的可控散热系统包括至少一个散热器，其可选择地与发动机的冷却液流出口和冷却液流回口连通。上述风扇设置于散热器以外，该风扇由输出量可变的驱动元件驱动，该驱动元件的转速与发动机的转速无关。在实际工作中，可控散热系统的额定散热功率参照整个动力系统所需要的最大散热功率来配置。当整机的动力系统所需的散热功率由大变小时，减少驱动元件的输出量，进而减小风扇的转速，将可控散热系统调整到一个合适的工作点，减少不必要的动力浪费。当整机的动力系统所需的散热功率由小变大时，增加驱动元件的输出量，进而增加风扇的转速，将可控散热系统调整到较大功率的工作点，以满足动力系统的散热要求。

本发明所提供的可控散热系统能够根据整机的动力系统的散热需要实时改变其散热功率，既能够满足整机的动力系统在不同工作状态下的散热要求，又能够解决动力浪费的问题。

附图说明

图1为现有技术中一种典型的散热系统的结构示意图；

图2为本发明所提供可控散热系统一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明所提供可控散热系统中控制驱动部分一种具体实施方式的结构示意图；

具体实施方式

本发明的核心是提供一种可控散热系统，该系统可以根据不同的散热需要实时改变散热功率，从而，既能够满足动力系统的散热需要又解决了动力浪费的问题。本发明的另一核心是提供一种包括上述可控散热系统的工程机械。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本发明所提供可控散热系统一种具体实施方式的结构示意图。

本发明一种具体实施方式所提供的可控散热系统包括散热器22，其可选择地与发动机的冷却液流出口和冷却液流回口连通。该散热器22的内部设有风扇221，该风扇221由输出量可变的驱动元件231驱动，该驱动元件231的输出转速与发动机24的转速无直接关系。当整机的动力系统所需的散热功率由大变小时，减少驱动元件的输出量，进而减小风扇的转速，将可控散热系统调整到一个合适的工作点，减少不必要的动力浪费。当整机的动力系统所需的散热功率由小变大时，增加驱动元件的输出量，进而增加风扇的转速，将可控散热系统调整到较大功率的工作点，以满足动力系统的散热要求。

本发明上述具体实施方式所提供的可控散热系统中，并未使用起重机的发动机来直接为风扇提供动力，而是使用单独的驱动部件为风扇提供动力，也可以使用发动机所附带的驱动部件为风扇提供动力，但是该驱动部件的转速不受发动机转速的限制，这样就使得风扇的转速与发动机的转速之间没有必然的联系，消除了发动机转速对风扇转速的限制，在满足散热需要的基础上还避免了发动机动力的浪费。

在上述具体实施方式的基础上，该可控散热系统还可以包括设置在发动机24冷却液流回管上的第一温度传感器211，该第一温度传感器211为气体温度传感器，用以将采集到的气体温度信号转变为电信号传送至控制阀234的控制芯片中，其工作范围根据实际工作中测定介质的不同而不同；设置在发动机24冷却液流出管上的第二温度传感器212，该第二温度传感器212为液体温度传感器，用以将采集到的液体温度信号转变为电信号并传送至控制阀234中的控制芯片上。控制阀234中的控制芯片将第一温度传感器211和第二温度传感器212传入其中的电信号计算合成后转变成压力信号，并将压力信号输出并作用于动力元件232上，从而控制动力元件232的输出量，进而改变执行元件231的输出量和风扇221的转速，从而调整散热功率。

在实际工作中，可控散热系统的额定散热功率可以参照整个动力系统所需要的最大散热功率来配置。当动力系统所需的散热功率由大变小时，第一温度传感器211将采集到的气体温度信号传送到控制阀234的控制芯片(图中为示出)中，同时，第二温度传感器212将采集到的液体温度信号也传送到控制阀234的控制芯片中，控制芯片将二者传送而来的温度信号经过计算合成后转换成压力信号并将该压力信号作用于动力元件232上，减小动力元件232的输出功率，从而降低执行元件231的输出量，进而降低风扇221的转速，将可控散热系统调整到一个合适的工作点，减少不必要的动力浪费。当动力系统所需的散热功率由小变大时，以同样的方式调整到较大功率的工作点，以满足动力系统的散热要求。当动力系统达到所需散热功率最大的工作点时，将可控散热系统调整至最大功率的工作点即可为动力系统提供最大的散热功率。

本发明上述具体实施方式所提供的可控散热系统中，并未使用起重机的发动机来直接为风扇提供动力，而是使用发动机附带的单独的动力元件和驱动元件为风扇提供动力，这样就使得风扇的转速与发动机的转速之间没有直接的联系，消除了发动机转速对风扇转速的限制，避免了发动机动力的浪费；另外，上述具体实施方式所提供的可控散热系统中，利用温度传感器采集散热系统的温度信号，通过合成计算后作为系统的反馈信号，并将该反馈信号直接作用于系统的动力元件，从而通过控制动力系统的动力输出而控制执行元件的动力输出和风扇的转速，这样就能够根据动力系统不同工作状态时的散热需要实时改变其散热功率，既能够满足动力系统在不同工作状态下的散热要求，又能够解决动力浪费的问题。

在上述具体实施方式的基础上，本发明所提供的可控散热系统还可以包括热交换器26，该热交换器26的第一冷却液流回口与发动机24的冷却液流出口连接，其第一冷却液流出口与发动机24的冷却液流回口连接，换热器26的第二冷却液流回口和第二冷却液流出口分别与变速箱25的冷却液流出口和冷却液流回口连接，用于对变速箱25或者液力缓速器(图中未示出)工作时产生的高温油进行散热。冷却液从发动机24的冷却液流出口流出，经过变速箱25和热交换器26后，高温的冷却液从发动机24的冷却液流回口流回发动机24，实现对变速箱的散热。

在上述具体实施方式的基础上，本发明所提供的可控散热系统还可以包括节温器27，该节温器27可以位于发动机24的冷却液流出口与冷却液流回口之间，用以将经热交换器26散热后流回发动机24的冷却液分流。发动机24的冷却液流出口和冷却液流回口为常通口，冷却液从冷却液流出口流出发动机24后，经过变速箱25和热交换器26的热交换后流回发动机24。此时，若冷却液的温度低于83℃，则节温器27不开启，冷却液直接流回发动机24的腔体；若冷却液的温度等于或高于83℃而低于95℃，则节温器27部分开启，冷却液分为两个部分，一部分流回发动机24的腔体，另一部分经散热器22冷却后流回发动机24；若冷却液的温度等于或高于95℃，则节温器27完全打开，冷却液全部由散热器22冷却后流回发动机24，完成冷却循环。

增加了节温器以后，该可控散热系统可以在冷却液流经温度传感器之前就进行温度的识别和分流，使该系统的散热效果更好，散热效率更高。

在上述具体实施方式的基础上，还可以设置一个或者多个辅助散热器，上述辅助散热器可以设置于整车的适当位置，这样可以扩大散热系统的散热面积，提高散热效率。在上述具体实施方式的基础上，辅助散热器可以不是为发动机散热而设置的散热器，可以是为如变矩器、如下车液压系统等部件而设置的散热器，该散热器也可以引出一个第三温度传感器(液体温度传感器)，此传感器的信号同样引至控制阀234的芯片上，并作为调整动力元件232的一个参考值。

在上述具体实施方式中，可控散热系统的执行元件和动力元件可以均为液压控制元件。

请参考图3，图3为本发明所提供可控散热系统中控制驱动部分一种具体实施方式的结构示意图。

在该种具体实施方式中，可控散热系统的控制和驱动是通过液压元件完成的。其中，控制元件可以是电液比例控制阀234，其内部具有控制芯片(图中未示出)，由第一温度传感器211和第二温度传感器212(示于图2中)传输而来的温度信号在控制芯片中被合成后转变为压力信号作用于变量柱塞泵232上，该变量柱塞泵232的内部具有可以改变角度的斜盘(图中未示出)，当输入的压力信号发生改变时，变量柱塞泵232内部的斜盘角度发生改变，变量柱塞泵232的输出流量随即发生相应的改变。上述变量柱塞泵232即为该实施方式中可控散热系统的动力元件，该变量柱塞泵232控制系统的执行元件液压马达231的转速，当变量柱塞泵232的输出流量发生改变时，液压马达231的转速也发生相应地改变，从而使散热器中的风扇221的转速发生相应地改变，调整散热器的散热功率。上述液压马达可以为定量液压马达，当然也不局限于使用定量液压马达，在不影响使用功能的情况下也可以使用其它类型的液压马达。

在上述具体实施方式中，还可以在变量柱塞泵232附近的适当位置设置液压油箱233，该液压油箱233与变量柱塞泵232连接，以便随时为变量柱塞泵232提供和贮存液压油。该液压油箱233的材料可以为金属材料，当然，也可以是具有一定密封性的其他材料。

在上述具体实施方式中，可控散热系统的控制元件、动力元件和驱动元件均为液压元件，液压传动的功率大、成本低并且压力和流量的可控性能好，既能够根据动力机构的散热要求实现散热功率的实时调整，又能够有效地解决动力浪费的问题，从而能够较好地实现该可控散热系统所要达到的预期效果。

在本发明所提供的控制驱动部分的具体实施方式中采用液压元件作为动力、驱动等元件，但是不局限于使用液压元件。

例如，可以在上述具体实施方式的基础上，使用气压元件作为动力、驱动等元件，也可以达到自动控制散热功率的预期效果。使用气压传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并容易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统，同样可以实现该可控散热系统所要达到的散热功率实时调整和减少动力浪费等预期效果。

例如，还可以使用直流或交流伺服电机等电气元件代替液压元件，也可以达到自动控制散热功率的预期效果。

在上述的具体实施方式中，风扇叶片的形状可以为梯形，有利于提供比较大的风压，提高可控散热系统的散热效率。当然，风扇的叶片也不局限于梯形，也可以使用目前比较常用的镰刀形以及不影响使用功能的其它形状。

除了可控散热系统，本发明还提供一种包括上述可控散热系统的起重机，该起重机的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的可控散热系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可控散热系统，用于工程机械，包括散热器以及与所述散热器配合的风扇；所述散热器可选择地连接于所述工程机械的发动机的冷却液流出口和冷却液流回口之间，其特征在于，还包括用于驱动所述风扇的驱动部件，且所述驱动部件的转速能够独立于所述发动机的转速调整，以便单独调整所述风扇的转速。

2.根据权利要求1所述的可控散热系统，其特征在于，还包括第二温度传感器、控制装置和节温器；所述第二温度传感器检测所述冷却液流回口处的液体温度，并将液体温度信号传输给所述控制装置；所述控制装置根据所述液体温度信号以及预定策略控制所述节温器的开启或闭合。

3.根据权利要求2所述的可控散热系统，其特征在于，当所述冷却液流回口的温度低于第一预定温度时，所述节温器不开启；当所述冷却液流回口的温度在所述第一预定温度与第二预定温度之间时，所述节温器部分开启；当所述冷却液流回口的温度高于所述第二预定温度时，所述节温器全部开启。

4.根据权利要求3所述的可控散热系统，其特征在于，所述第一预定温度的范围为80℃至85℃；所述第二预定温度的范围为92℃至98℃。

5.根据权利要求4所述的可控散热系统，其特征在于，所述第一预定温度为83℃；所述第二预定温度为95℃。

6.根据权利要求2所述的可控散热系统，其特征在于，还包括第一温度传感器，用于检测所述换热器的出气口处的气体温度，并将气体温度信号传输给所述控制装置；所述控制装置根据所述气体温度信号和所述液体温度信号以及预定策略控制所述驱动部件的转速。

7.根据权利要求2所述的可控散热系统，其特征在于，所述控制装置为电液比例控制阀。

8.根据权利要求1所述的可控散热系统，其特征在于，所述驱动部件为液压马达。

9.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的可控散热系统。

10.根据权利要求9所述的工程机械，其特征在于，具体为起重机。

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