CN102418362B

CN102418362B - 一种液压挖掘机独立散热控制系统

Info

Publication number: CN102418362B
Application number: CN201110292040.4A
Authority: CN
Inventors: 李亚东; 杨梅; 陈柏余; 张宏; 张箭; 廖明军; 刘永杰
Original assignee: Xuzhou XCMG Excavator Machinery Co Ltd
Current assignee: Xuzhou XCMG Mining Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-10-01
Filing date: 2011-10-01
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2031-10-01
Also published as: CN102418362A

Abstract

本发明公开了一种液压挖掘机独立散热控制系统，属于挖掘机散热控制技术领域，包括主控制器、监控器、发动机、ECM、液压油温度传感器、第一风扇马达、第二风扇马达、第一散热器和第二散热器，还包括风扇泵、反转信号触发开关、电磁换向阀和反比例电磁比例阀；监视器、液压油温度传感器和反转信号触发开关分别电连接主控制器，主控制器通过ECM电连接发动机，发动机电连接风扇泵，风扇泵分别连接第一风扇马达和第二风扇马达，第一风扇马达和第二风扇马达分别对应并联的第一散热器和第二散热器。有益效果是提高了散热系统的效率，降低了系统的噪音，同时有效的实现了系统的节能性以及提高了风扇反转运行时系统的稳定性。

Description

一种液压挖掘机独立散热控制系统

技术领域

本发明涉及一种挖掘机散热控制系统，尤其涉及一种新型液压挖掘机独立散热控制系统，属于液压挖掘机散热控制技术领域。

背景技术

目前，散热器是液压挖掘机发动机冷却系统的核心，冷、热介质以一定的方式流经散热器，来实现热量交换，达到降低热侧流体温度的要求。如果散热系统不能够正常工作，将会对液压系统以及动力系统造成诸多不利。因此，如何开发出高效节能的散热控制系统成为各个厂家争相研发的重点。

传统的液压挖掘机散热系统主要为发动机直驱散热系统，如图4所示，发动机（11）直接连接风扇（12），风扇外侧安装有散热器（13），也有装配两个散热系统的设计，但是主要具有以下缺点：1、风扇的转速直接取决于发动机的转速，且不能超过（或不能低于）发动机的转速；2、风扇的功率随着发动机的转速而变化；3、风扇的安装位置受到限制；4、在发动机高转速运行时，风扇的噪音大且不能有效的节能；5、风扇不能实现“反转”。发动机直驱散热系统虽然可以通过改善散热器结构，优化散热系统的匹配等方法，在一定程度上提高散热系统的散热效率，但发动机直驱散热器风扇的转速只取决于发动机的转速，而不能根据散热系统的散热需求灵活变换，所以传统的散热系统无法针对同一转速下不同的散热需求提供合适的解决方案，有待进一步改进。

发明内容

针对上述现存的技术问题，本发明提供了一种新型液压挖掘机独立散热控制系统，应用独立的液压风扇泵控制风扇马达进而控制散热器散热功率，提高了散热系统的效率，降低了系统的噪音，同时有效的实现了系统的节能性。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种新型液压挖掘机独立散热控制系统，包括主控制器、监控器、发动机、ECM、液压油温度传感器、第一风扇马达、第二风扇马达、第一散热器和第二散热器，还包括风扇泵、反转信号触发开关、电磁换向阀和反比例电磁比例阀；监视器、液压油温度传感器和反转信号触发开关分别电连接主控制器，主控制器通过ECM电连接发动机，发动机电连接风扇泵，风扇泵分别连接第一风扇马达和第二风扇马达；主控制器通过反比例电磁比例阀电连接风扇泵，主控制器通过电磁换向阀电连接第一风扇马达和第二风扇马达；第一风扇马达和第二风扇马达分别对应第一散热器和第二散热器，且第一散热器和第二散热器并联。

进一步，液压油温度传感器安装在液压油箱底部吸油口附近。

进一步，液压油温度传感器为电压型温度传感器。

进一步，风扇泵为反比例电控变量柱塞泵。

进一步，反转信号触发开关为带复位的翘板开关。

进一步，第一散热器为发动机水散热器，第二散热器为液压油散热器。

进一步，主控制器与ECM之间为CAN总线连接。

进一步，主控制器与监控器之间为CAN总线连接。

本发明的工作原理：首先，要确认系统如何实现散热的功能，根据要求可明确系统要对两个独立的散热器进行散热控制，且每个散热器控制的对象不同。散热系统由两个散热器并联组成，一个发动机水散热器，一个液压油散热器，分别选择冷却水温度，中冷器之后的进气温度以及液压油的温度为被控对象。主控制器对发动机ECM以及液压油温度传感器所传的温度信号进行判定后，根据“水温优先于油温，油温优先于进气温度”的原则，并根据预先设定的程序来调节风扇泵的排量以及发动机的转速，进而来改变散热系统的散热功率。根据不同的散热需求来控制风扇马达的转速，减弱发动机转速变化对风扇转速受的影响，使风扇转动平稳，有效的解决了发动机高转速而散热需求功率低的条件下功率过盈的问题。通过降低风扇泵的排量来降低风扇马达的转速，既降低了功率损耗，又减弱了散热器带来的噪音；在低转速且散热需求功率比较大的时候，通过提高风扇泵的排量，在不改变发动机转速的前提下，实现提高散热系统的散热功率，并满足此时的散热需求。

其次，对反转功能如何实现进行探讨，反转功能应该具有操作安全性，因为突然间的反转会增加液压风扇马达轴向力矩，降低液压马达的使用寿命。考虑到系统的可靠性，通过控制对发动机状态的判定，可以避免发动机高速运转时的风扇反转状况，提高了马达的使用寿命。

本发明的有益效果是：通过对发动机水温、进气温度以及液压油温度的信号处理，来动态调节系统散热功率，噪音小、节能性高，提高了系统的可维护性，增强了散热效果，确保发动机在适宜的温度下正常工作。同时，具备人性化的反转除尘功能，通过人机交互界面进行反转功能确认，并且主控制器通过对机器状态的判断，能对异常情况下的反转进行自锁，禁止在异常情况下发动机反转，操作简单，安全性高，且符合人机工程学。

附图说明

图1为本发明的电原理示意图；

图2为本发明独立散热控制功能的流程图；

图3为本发明风扇反转控制功能的流程图；

图4为现有技术的发动机直驱散热系统的结构示意图。

图中：1、液压油温度传感器，2、反转信号触发开关，3、电磁换向阀，5、液压油箱，6、风扇泵，7、反比例电磁比例阀，11、发动机，12、风扇，13、散热器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括主控制器、监控器、发动机、ECM、液压油温度传感器1、第一风扇马达、第二风扇马达、第一散热器和第二散热器，其特征在于，还包括风扇泵6、反转信号触发开关2、电磁换向阀3和反比例电磁比例阀7；监视器、液压油温度传感器1和反转信号触发开关2分别电连接主控制器，主控制器通过ECM电连接发动机，发动机电连接风扇泵6，风扇泵6分别连接第一风扇马达和第二风扇马达；主控制器通过反比例电磁比例阀7电连接风扇泵6，主控制器通过电磁换向阀3电连接第一风扇马达和第二风扇马达；第一风扇马达和第二风扇马达分别对应第一散热器和第二散热器，且第一散热器和第二散热器并联。

其中，液压油温度传感器1安装在液压油箱5底部吸油口附近。液压油温度传感器1为电压型温度传感器。风扇泵6为反比例电控变量柱塞泵。反转信号触发开关2为带复位的翘板开关。第一散热器为发动机水散热器，第二散热器为液压油散热器。主控制器与ECM之间为CAN总线连接。主控制器与监控器之间为CAN总线连接。

上述独立散热控制系统主要实现两大功能，即独立散热控制功能和反转除尘功能，实施时，各控制装置及过程包括如下内容。

一、独立散热控制功能。

散热系统由两个散热器并联组成，一个为发动机水散热器，另一个为液压油散热器。发动机水散热器选取发动机冷却水的温度以及中冷器之后的进气温度作为被控对象；液压油散热器选取液压油的温度为被控对象。考虑到成本，没有选择精度高的电流型传感器，电压型温度传感器较电阻型温度传感器精度更高且抗干扰能力更好，选择的电压型温度传感器能充分满足系统对采集温度准确性的要求。考虑到系统的可靠性，选择风扇泵6的比例阀电流与泵的排量之间为反比例关系的反比例电控变量柱塞泵，这样可以避免在主控制器失效的情况下系统的散热功率无法满足的情况。

如图2所示，首先，主控制器在CAN总线上读取ECM上发动机的水温信号，主控制器在CAN总线上读取ECM上发动机的进气管温度信号，主控制器通过安装在液压油箱5吸油口附近的电压型温度传感器直接读取此时液压油的温度信号。然后，主控制器将采集的温度信号经过处理与实际设定的温度进行比较，根据“水温优先于油温，油温优先与进气温度”的原则，调整PWM电流输出口的驱动电流来动态的调整风扇泵6的比例阀输出，进而通过控制风扇泵6的排量来调节散热系统的功率，使被控制的温度对象分布在预先设定的控制温度范围之内。

上述的三个温度信号代表着三个不同的系统，每一个系统都有一个合适的工作温度范围，使用软件对工作温度范围进行设定。系统采用分段控制的思路，把温度控制划分为三段t1、t2、t3，其中t1＞t2＞t3，t1和t3段采用定功率控制，t2段采用变功率控制。变功率控制阶段为了避免频繁的调节、保证系统的稳定性，放弃了PID动态调节，而选择了分段比例控制，根据变功率段的温度，选择若干个温度点，并对温度点控制数据进行分析，总结出所分温度段的控制比例。对变功率控制段采用较为简单的比例控制，实验证明这样可以较好的完成系统的散热功能，且程序编写较为简单。

当被控对象的温度小于t1时，风扇泵6的电流为最大值，此时风扇泵6的排量最小，在同样转速的情况下流经风扇马达的流量最小，系统的散热功率最小；当被控对象的温度大于t3时，风扇泵6的电流为最小值，此时风扇泵的排量最大，在同样转速的情况下流经风扇马达的流量最大，系统的散热功率最大；当温度为t2时，采取了变功率比例控制，比例参数可调，根据调试的参数确认比例参数，此时的散热功率根据被控对象的温度值来匹配不同的比例参数。

二、反转除尘控制功能。

选择带复位的翘板开关作为反转信号触发开关2，当主控制器检测到开关为触发状态时，主控制器判断发动机当前的运行状态，并对反转请求进行判断。如果发动机正在进行运转，则主控制器进行自锁，禁止散热控制系统进行反转；如果发动机没有运转，主控制器将支持反转的请求。

具体控制流程如图3所示，通过一定的编程，使得监控器将主控制器通过CAN总线传递过来的信息进行图形化显示，然后监控器上弹出对话框。当发动机在运转时，对话框提示此时无法进行反转；当发动机未运行时，对话框提示可以进行反转。操作人员可以通过选择反转或者正转状态来提交是否进行反转的指令。当确认完毕后，监控器上弹出的对话框消失，并进入当前页面状态。

当主控制器接到反转确认的信息后，主控制器的换向阀驱动口输出高电平，控制安装在换向阀上的电磁换向阀3进行换向。若电磁换向阀3故障时，主控制器还可以将故障信息传递给监控器，使得监控器进行故障显示。

Claims

1.一种新型液压挖掘机独立散热控制系统，包括主控制器、监控器、发动机、ECM、液压油温度传感器（1）、第一风扇马达、第二风扇马达、第一散热器和第二散热器，其特征在于，还包括风扇泵（6）、反转信号触发开关（2）、电磁换向阀（3）和反比例电磁比例阀（7）；监视器、液压油温度传感器（1）和反转信号触发开关（2）分别电连接主控制器，主控制器通过ECM电连接发动机，发动机电连接风扇泵（6），风扇泵（6）分别连接第一风扇马达和第二风扇马达；主控制器通过反比例电磁比例阀（7）电连接风扇泵（6），主控制器通过电磁换向阀（3）电连接第一风扇马达和第二风扇马达；第一风扇马达和第二风扇马达分别对应第一散热器和第二散热器，且第一散热器和第二散热器并联。

2.根据权利要求1所述的新型液压挖掘机独立散热控制系统，其特征在于，所述的液压油温度传感器（1）安装在液压油箱（5）底部吸油口附近。

3.根据权利要求1或2所述的新型液压挖掘机独立散热控制系统，其特征在于，所述的液压油温度传感器（1）为电压型温度传感器。

4.根据权利要求1所述的新型液压挖掘机独立散热控制系统，其特征在于，所述的风扇泵（6）为反比例电控变量柱塞泵。

5.根据权利要求1所述的新型液压挖掘机独立散热控制系统，其特征在于，所述的反转信号触发开关（2）为带复位的翘板开关。

6.根据权利要求1所述的新型液压挖掘机独立散热控制系统，其特征在于，所述的第一散热器为发动机水散热器，第二散热器为液压油散热器。

7.根据权利要求1所述的新型液压挖掘机独立散热控制系统，其特征在于，所述的主控制器与ECM之间为CAN总线连接。

8.根据权利要求1所述的新型液压挖掘机独立散热控制系统，其特征在于，所述的主控制器与监控器之间为CAN总线连接。