CN102562248A - 液压行走机械的冷却系统及其冷却方法、液压挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压行走机械的冷却系统及其冷却方法、液压挖掘机。该液压行走机械的冷却系统包括：独立设置的发动机冷却系统(10)和液压油冷却系统(20)，发动机冷却系统(10)包括用于对发动机(11)进行散热的集成散热器(30)和冷却集成散热器(30)的发动机风扇(12)，液压油冷却系统(20)包括用于对工作系统的液压油进行散热的液压油冷却器(41)和冷却液压油冷却器(41)的液压油冷却风扇(21)。根据本发明的液压行走机械的冷却系统，解决了单个发动机冷却风扇和单个集成散热器面积过大的问题，并且节省系统能量，降低噪音。

Description

液压行走机械的冷却系统及其冷却方法、液压挖掘机

技术领域

本发明涉及土方工程机械领域，具体而言，涉及一种液压行走机械的冷却系统及其冷却方法、液压挖掘机。

背景技术

液压挖掘机的冷却系统主要包括三个独立的部分：一、发动机本身的冷却；二、发动机进气的冷却；三、液压油的冷却。为了节省空间，通常是将三个独立的冷却器组装在一起由发动机风扇同时风冷。但是对于大功率液压挖掘机(发动机功率250kW～600kW)，由于发动机水冷部分和进气冷却部分所需的冷却功率达到发动机总功率的5％，并且，还要增加燃油冷却，再加上液压系统的节流损失较大，通常液压系统的冷却功率也达到总功率的5～7％，因此大功率液压挖掘机的冷却系统存在以下问题：

由于系统所需的散热功率较大，如果采用中小型挖掘机的冷却方案，即仅用发动机冷却风扇和单一的集成散热器，会造成冷却风扇和集成散热器面积过大，不便于整机设计和安装。

发明内容

本发明旨在提供一种液压行走机械的冷却系统及其冷却方法、液压挖掘机，解决了单个发动机冷却风扇和单个集成散热器面积过大的问题，并且节省系统能量，降低噪音。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种液压行走机械的冷却系统，包括独立设置的发动机冷却系统和液压油冷却系统，发动机冷却系统包括用于对发动机进行散热的集成散热器和冷却集成散热器的发动机风扇，液压油冷却系统包括用于对工作系统的液压油进行散热的液压油冷却器和冷却液压油冷却器的液压油冷却风扇。

进一步地，液压油冷却系统包括与液压油冷却风扇驱动连接的一转速可调的驱动马达及与驱动马达连接的一变量液压泵。

进一步地，液压油冷却器所在的液压油路上设置有检测液压油冷却器内的液压油温度的温度传感器，变量液压泵与温度传感器之间依次串联设置有控制变量液压泵的排量调节比例阀和控制排量调节比例阀的阀体控制器。

进一步地，阀体控制器包括比较模块，比较模块上设置有变量液压泵调节温度范围，比较模块用于接收温度传感器检测的温度，并将该温度与变量液压泵的调节温度范围进行比较，阀体控制器根据的比较的结果控制排量调节比例阀的阀口的大小，进而控制变量液压泵的流量大小。

进一步地，集成散热器包括发动机水冷器、发动机中冷器和发动机燃油冷却器。

根据本发明的另一方面，提供了一种液压行走机械的冷却系统的冷却方法，该液压行走机械包括发动机及工作系统，该冷却方法包括：提供用于对发动机散热的发动机冷却系统，发动机冷却系统包括发动机风扇和集成散热器，将发动机风扇和集成散热器与发动机连接，将集成散热器设置在发动机风扇的出风方向；提供与发动机冷却系统分离设置的液压油冷却系统，液压油冷却系统包括用于对工作系统的液压油散热的液压油冷却器及液压油冷却风扇，将液压油冷却器设置在液压油冷却风扇的出风方向；控制发动机风扇和液压油冷却风扇运转分别对集成散热器和液压油冷却器进行降温。

进一步地，液压油冷却系统包括与液压油冷却风扇连接的驱动系统，该驱动系统包括一检测液压油冷却器内的液压油温度的温度传感器，根据温度传感器感测的温度的不同而控制液压油冷却风扇的转速。

进一步地，该驱动系统还包括与液压油冷却风扇驱动连接的驱动马达、驱动该驱动马达的变量液压泵、与变量液压泵连接的排量调节比例阀和阀体控制器，控制液压油冷却风扇对液压油冷却器进行降温包括：温度传感器检测液压油冷却器内的液压油温度Tcur，并将该液压油温度Tcur输出至阀体控制器；阀体控制器内包括有比较模块，比较模块上设置有变量液压泵的调节温度的范围，阀体控制器将该液压油温度Tcur与调节温度范围进行比较，根据比较的结果控制排量调节比例阀的阀口的大小，进而控制变量液压泵的排量。

进一步地，阀体控制器根据该液压油温度Tcur控制排量调节比例阀的阀口的大小，进而控制变量液压泵的排量包括：当该液压油温度Tcur小于变量液压泵的调节最低温度Tmin时，阀体控制器控制排量调节比例阀的电流最大，使驱动马达以最低转速运转；当该液压油温度Tcur大于变量液压泵的调节最高温度Tmax时，阀体控制器控制排量调节比例阀的电流最小，使驱动马达以最高转速运转；当该液压油温度Tcur大于调节最低温度Tmin且小于调节最高温度Tmax时，使阀体控制器控制排量调节比例阀的电流为：

$I\max -(I\max -I\min )*\frac{\mathrm{Tcur}-T\min }{T\max -T\min },$

其中Imax为排量调节比例阀的最大调节电流，Imin为排量调节比例阀的最小调节电流。

根据本发明的再一方面，提供了一种液压挖掘机，包括发动机、工作系统及冷却系统，该冷却系统为上述任一种的液压行走机械的冷却系统，其中，发动机冷却系统的集成散热器与发动机相连，液压油冷却系统的液压油冷却器与工作系统串联设置。

进一步地，液压挖掘机还包括输入端与发动机驱动连接的分动箱，工作系统串联设置于分动箱的其中一个输出轴与液压油冷却器之间。

进一步地，工作系统包括与分动箱驱动连接的工作泵、依次串联在工作泵的液压油路上的主控阀、执行机构、以及分别与工作泵的入口和液压油冷却器的出口连接的油箱。

应用本发明的技术方案，液压行走机械的冷却系统包括独立设置的发动机冷却系统和液压油冷却系统，发动机冷却系统包括发动机、与发动机相连的集成散热器和冷却集成散热器的发动机风扇，液压油冷却系统包括液压油冷却器和冷却液压油冷却器的液压油冷却风扇。通过将发动机冷却系统和液压油冷却系统进行单独设置，设置单独的液压油冷却器和液压油冷却风扇对液压油进行冷却，减小了发动机冷却风扇和集成散热器的面积，便于整机的设计和安装。

液压油冷却风扇驱动连接至转速可调的驱动马达，驱动马达驱动连接至液压泵，液压泵通过分动箱与发动机驱动连接，液压泵为变量液压泵，液压油冷却器所在的液压油路上设置有检测液压油冷却器内的液压油温度的温度传感器，变量液压泵与温度传感器之间依次串联设置有控制变量液压泵的排量调节比例阀和控制排量调节比例阀的阀体控制器。阀体控制器可以根据液压油冷却器内的液压油的温度调节排量调节比例阀，使排量调节比例阀控制变量液压阀的排量，从而调节液压油冷却风扇的转速，节省系统能量，降低系统噪音。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的液压行走机械的冷却系统的连接结构示意图；

图2示出了根据本发明的液压行走机械的冷却系统的冷却温度与控制电流之间的关系曲线示意图；

图3示出了根据本发明的液压行走机械的冷却系统的控制电流与泵排量之间的关系曲线示意图；以及

图4示出了根据本发明的液压行走机械的冷却系统的泵排量与风扇转速之间的关系曲线示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种液压行走机械的冷却系统包括发动机冷却系统10和液压油冷却系统20。本实施例中，该液压行走机械为挖掘机。发动机冷却系统10单独对发动机11进行冷却，液压油冷却系统20单独对工作系统40的液压油进行冷却。通过单独设置发动机冷却系统10和液压油冷却系统20，分别对挖掘机的两个需冷却部分进行冷却，避免了将发动机冷却系统10和液压油冷却系统20结合在一起所带来的冷却风扇和集成散热器的面积过大的问题，能够减少对挖掘机内部安装空间的占用，便于进行整机设计和安装。

发动机冷却系统10包括用于对发动机11进行散热的集成散热器30和冷却该集成散热器30的发动机风扇12。发动机11的第一个输出端与发动机风扇12驱动连接，为发动机风扇12提供转动能量，使发动机风扇12能够形成冷却风。集成散热器30设置在发动机风扇12的出风方向上，发动机11通过发动机风扇12为集成散热器30的各散热模块提供冷却风量，对集成散热器30进行散热，从而对集成散热器30内的冷却介质进行降温散热。发动机风扇12可以为吹风风扇或者吸风风扇。

集成散热器30包括发动机水冷器31、发动机中冷器32和发动机燃油冷却器33，发动机水冷器31内的冷却介质(即不冻液)经过发动机水冷器31进行散热降温之后，重新循环流动，对发动机11的内部缸套等需冷却单元进行降温。发动机中冷器32的入口和出口分别连接发动机涡轮增压器的出口和发动机的进气口。发动机11的发动机涡轮增压器对外界空气进行压缩后，将压缩空气排入发动机中冷器32内。发动机风扇12对发动机中冷器32内的压缩空气进行降温冷却之后，发动机中冷器32将冷却后的压缩空气排入发动机的进气口处。发动机燃油冷却器33内的冷却介质(即燃油)经过发动机风扇12进行降温散热处理后，部分重新回到油箱继续进行循环。

发动机11的第二个输出端与分动箱13的输入端驱动连接，通过分动箱13形成多轴动力源。分动箱13的输出端连接有工作系统40和液压油冷却系统20，工作系统40和液压油冷却系统20的两个动力泵连接至分动箱13，并将发动机11输出的动力输送至工作系统40和液压油冷却系统20，保证系统的正常运行。工作系统40和液压油冷却系统20的两个动力泵可以串联在分动箱13的同一个输出轴上，也可以通过分动箱13的不同输出轴并联设置。当两个动力泵串联在分动箱13的同一个输出轴上时，分动箱13通过同一个输出轴为两个动力泵同时输出动力，两个动力泵各自的工作系统仍然是独立的，即单独的动力泵仍然驱动自身所在的系统工作，两个动力泵之间并不互相影响，只是分动箱13的同一个输出轴所受到的扭转作用力更大。当两个动力泵并联设置在分动箱13的两个输出轴上时，分动箱13可以通过两个输出轴分别对两个动力泵实现控制，各个动力泵仍然分别驱动自身所在的系统工作。本实施例中的两个动力泵是并联设置的。

液压油冷却系统20包括液压油冷却器41、液压油冷却风扇21和液压油冷却风扇21的驱动系统，液压油冷却器41与挖掘机的工作系统40串联设置，用于对工作系统40内的液压油进行冷却降温。液压油冷却风扇21的出风方向朝向液压油冷却器41，用于为液压油冷却器41提供冷却风，对液压油冷却器41内的液压油进行冷却，冷却后的液压油继续参与液压油工作循环。

液压油冷却风扇21的驱动系统包括驱动连接在分动箱13的一个输出轴上的变量液压泵23和与该变量液压泵23通过液压管路连接的驱动马达22，变量液压泵23将发动机11输出的动能转换为液压能，并驱使驱动马达22转动，从而使驱动马达22带动液压油冷却风扇21转动。

工作系统40包括依次串联的工作泵42(即连接在分动箱13上的其中一个动力泵)、主控阀43、执行机构44和油箱45。工作泵42连接在分动箱13的其中一个输出轴上，在发动机11的驱动下，驱动工作系统40进行动作。液压油冷却器41设置在执行机构44和油箱45之间的液压油路上。液压油经过工作泵42增压后，参与主控阀43、执行机构44的动作，之后高温的液压油进入液压油冷却器41内进行降温散热处理，然后冷却后的液压油重新进入到工作系统40中参与循环。

在连接至液压油冷却器41的液压油路上设置有温度传感器24，用于检测进入液压油冷却器41内的液压油的温度。在变量液压泵23与温度传感器24之间依次串联设置有控制变量液压泵23的排量调节比例阀25和控制排量调节比例阀25的阀体控制器26。阀体控制器26内包括有比较模块，比较模块上设置有变量液压泵23的调节温度范围，比较模块的输入端接收温度传感器23检测到的液压油的当前温度，并用该当前温度与变量液压泵23的调节温度范围进行比较。阀体控制器26根据比较结果确定排量调节比例阀25的开口大小，从而调节变量液压泵23的排量，进而控制驱动马达22的转速。

请结合参见图2至图4所示，液压油的温度与阀体控制器26的输出电流是成反比的，阀体控制器26的输出电流与变量液压泵23的排量是成反比的，变量液压泵23的排量与液压油冷却风扇21的转速是成正比的，因此，当液压油温度过高时，需调整阀体控制器26输出最小电流，从而使变量液压泵23输出最大排量的液压油，使液压油冷却风扇21达到最大转速，使液压油冷却风扇21对液压油冷却器41的降温调节到最大，对液压油进行降温。当液压油温度过低时，其调节方式则正好相反。

请再次参阅图1，根据本发明的实施例，液压挖掘机包括上述的液压行走机械的冷却系统。液压挖掘机还包括输入端与液压行走机械的冷却系统的发动机驱动连接的分动箱13，分动箱13的其中一个输出轴与液压行走机械的冷却系统的液压油冷却器41之间串联设置有挖掘机的一个工作系统40。

工作系统40包括依次串联的工作泵42(即连接在分动箱13上的其中一个动力泵)、主控阀43、执行机构44和油箱45。工作泵42连接在分动箱13的另外一个输出轴上，在发动机11的驱动下，驱动工作系统40进行动作。液压油冷却器41设置在执行机构44和油箱45之间的液压油路上。液压油经过工作泵42增压后，参与主控阀43、执行机构44的动作，之后高温的液压油进入液压油冷却器41内进行降温散热处理，然后冷却后的液压油重新进入到工作系统40中参与循环。温度传感器24设置在工作系统40的执行机构44与液压油冷却器41之间的液压管路上。

下面对液压行走机械的冷却系统的冷却方法进行阐述：

首先将发动机冷却系统10和液压油冷却系统20分别单独设置；然后分别将发动机冷却系统10的发动机11分别与发动机风扇12和集成散热器30连接，将集成散热器30设置在发动机风扇12的出风方向；将液压油冷却系统20的液压油冷却器41设置在液压油冷却风扇21的出风方向；最后控制发动机风扇12和液压油冷却风扇21分别对集成散热器30和液压油冷却器41进行降温。

在对液压油冷却风扇21进行控制时，首先通过温度传感器24检测液压油冷却器41内的液压油温度，然后将该温度传递至阀体控制器26内，阀体控制器26根据该温度输出控制电流，控制排量调节比例阀25的阀口大小，从而控制变量液压泵23的流量大小。具体控制过程如下：

当该液压油温度Tcur小于变量液压泵23的调节最低温度Tmin时，阀体控制器26控制排量调节比例阀的电流最大，使驱动马达22以最低转速运转；当该液压油温度Tcur大于变量液压泵23的调节最高温度Tmax时，阀体控制器26控制排量调节比例阀的电流最小，使驱动马达22以最高转速运转；当该液压油温度Tcur大于调节最低温度Tmin且小于调节最高温度Tmax时，使阀体控制器26控制排量调节比例阀25的电流为：

$I\max -(I\max -I\min )*\frac{\mathrm{Tcur}-T\min }{T\max -T\min },$

其中Tcur为当前的液压油冷却器内的液压油温度，Imax为排量调节比例阀的最大调节电流，Imin为排量调节比例阀的最小调节电流。

通过加入排量调节比例阀25、阀体控制器26和温度传感器24，能够实时获取液压油冷却器41内的液压油的温度，从而根据液压油的温度使得调节比例阀25实时控制变量液压泵23的排量大小，实现对液压油冷却风扇21的实时控制。这种设置方式能够根据实际情况调节变量液压泵23的排量，根据液压油温度实时调节液压油冷却风扇21的转速，从而在对液压油冷却器41内的液压油进行较好的温度调节的基础上，节省了系统能源，降低了系统噪音。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：液压行走机械的冷却系统包括独立设置的发动机冷却系统和液压油冷却系统，发动机冷却系统包括发动机、与发动机相连的集成散热器和冷却集成散热器的发动机风扇，液压油冷却系统包括液压油冷却器和冷却液压油冷却器的液压油冷却风扇。通过将发动机冷却系统和液压油冷却系统进行单独设置，设置单独的液压油冷却器和液压油冷却风扇对液压油进行冷却，减小了发动机冷却风扇和集成散热器的面积，便于整机的设计和安装。液压油冷却风扇驱动连接至转速可调的驱动马达，驱动马达驱动连接至液压泵，液压泵通过分动箱与发动机驱动连接，液压泵为变量液压泵，液压油冷却器所在的液压油路上设置有检测液压油冷却器内的液压油温度的温度传感器，变量液压泵与温度传感器之间依次串联设置有控制变量液压泵的排量调节比例阀和控制排量调节比例阀的阀体控制器。阀体控制器可以根据液压油冷却器内的液压油的温度调节排量调节比例阀，使排量调节比例阀控制变量液压阀的排量，从而调节液压油冷却风扇的转速，节省系统能量，降低系统噪音。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种液压行走机械的冷却系统，其特征在于，包括独立设置的发动机冷却系统(10)和液压油冷却系统(20)，所述发动机冷却系统(10)包括用于对发动机(11)进行散热的集成散热器(30)和冷却所述集成散热器(30)的发动机风扇(12)，所述液压油冷却系统(20)包括用于对工作系统的液压油进行散热的液压油冷却器(41)和冷却所述液压油冷却器(41)的液压油冷却风扇(21)。

2.根据权利要求1所述的液压行走机械的冷却系统，其特征在于，所述液压油冷却系统(20)包括与液压油冷却风扇(21)驱动连接的一转速可调的驱动马达(22)及与驱动马达(22)连接的一变量液压泵(23)。

3.根据权利要求2所述的液压行走机械的冷却系统，其特征在于，所述液压油冷却器(41)所在的液压油路上设置有检测所述液压油冷却器(41)内的液压油温度的温度传感器(24)，所述变量液压泵(23)与所述温度传感器(24)之间依次串联设置有控制所述变量液压泵(23)的排量调节比例阀(25)和控制所述排量调节比例阀(25)的阀体控制器(26)。

4.根据权利要求3所述的液压行走机械的冷却系统，其特征在于，所述阀体控制器(26)包括比较模块，所述比较模块上设置有所述变量液压泵(23)调节温度范围，所述比较模块用于接收所述温度传感器(24)检测的温度，并将该温度与变量液压泵(23)的调节温度范围进行比较，所述阀体控制器(26)根据比较的结果控制排量调节比例阀(25)的阀口的大小，进而控制变量液压泵(23)的流量大小。

5.根据权利要求1所述的液压行走机械的冷却系统，其特征在于，所述集成散热器(30)包括发动机水冷器(31)、发动机中冷器(32)和发动机燃油冷却器(33)。

6.一种液压行走机械的冷却系统的冷却方法，该液压行走机械包括发动机及工作系统，其特征在于，包括：

提供用于对发动机散热的发动机冷却系统(10)，发动机冷却系统(10)包括发动机风扇(12)和集成散热器(30)，将发动机风扇(12)和集成散热器(30)与发动机(11)连接，将集成散热器(30)设置在发动机风扇(12)的出风方向；

提供与发动机冷却系统分离设置的液压油冷却系统(20)，液压油冷却系统包括用于对工作系统的液压油散热的液压油冷却器(41)及液压油冷却风扇(21)，将液压油冷却器(41)设置在液压油冷却风扇(21)的出风方向；

控制发动机风扇(12)和液压油冷却风扇(21)运转分别对集成散热器(30)和液压油冷却器(41)进行降温。

7.根据权利要求6所述的液压行走机械的冷却系统的冷却方法，其特征在于，液压油冷却系统(20)包括与液压油冷却风扇(21)连接的驱动系统，该驱动系统包括一检测所述液压油冷却器(41)内的液压油温度的温度传感器(24)，根据所述温度传感器(24)感测的温度的不同而控制液压油冷却风扇(21)的转速。

8.根据权利要求7所述的液压行走机械的冷却系统的冷却方法，该驱动系统还包括与液压油冷却风扇驱动连接的驱动马达(22)、驱动该驱动马达(22)的变量液压泵(23)、与变量液压泵(23)连接的排量调节比例阀(25)和阀体控制器(26)，控制液压油冷却风扇(21)对液压油冷却器(41)进行降温包括：

温度传感器(24)检测液压油冷却器(41)内的液压油温度T_cur，并将该液压油温度T_cur输出至阀体控制器(26)；

阀体控制器(26)内包括有比较模块，比较模块上设置有变量液压泵的调节温度的范围，阀体控制器(26)将该液压油温度T_cur与调节温度范围进行比较，根据比较的结果控制排量调节比例阀(25)的阀口的大小，进而控制变量液压泵(23)的排量。

9.根据权利要求8所述的液压行走机械的冷却系统的冷却方法，其特征在于，阀体控制器(26)根据该液压油温度T_cur控制排量调节比例阀(25)的阀口的大小，进而控制变量液压泵(23)的排量包括：

当该液压油温度T_cur小于变量液压泵(23)的调节最低温度T_min时，阀体控制器(26)控制排量调节比例阀的电流最大，使驱动马达(22)以最低转速运转；

当该液压油温度T_cur大于变量液压泵(23)的调节最高温度T_max时，阀体控制器(26)控制排量调节比例阀的电流最小，使驱动马达(22)以最高转速运转；

当该液压油温度T_cur大于调节最低温度T_min且小于调节最高温度T_max时，使阀体控制器(26)控制排量调节比例阀(25)的电流为：

$I\max -(I\max -I\min )*\frac{\mathrm{Tcur}-T\min }{T\max -T\min },$

其中I_max为排量调节比例阀的最大调节电流，I_min为排量调节比例阀的最小调节电流。

10.一种液压挖掘机，包括发动机(11)、工作系统(40)及冷却系统，其特征在于，所述冷却系统为权利要求1至5中任一项所述的液压行走机械的冷却系统，其中，发动机冷却系统(10)的集成散热器(30)与发动机(11)相连，液压油冷却系统(20)的液压油冷却器(41)与工作系统(40)串联设置。

11.根据权利要求10所述的液压挖掘机，其特征在于，所述液压挖掘机还包括输入端与发动机(11)驱动连接的分动箱(13)，所述工作系统(40)串联设置于所述分动箱(13)的其中一个输出轴与所述液压油冷却器(41)之间。

12.根据权利要求11所述的液压挖掘机，其特征在于，所述工作系统(40)包括与所述分动箱(13)驱动连接的工作泵(42)、依次串联在所述工作泵(42)的液压油路上的主控阀(43)、执行机构(44)、以及分别与所述工作泵(42)的入口和所述液压油冷却器(41)的出口连接的油箱(45)。

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