CN102722190B - 一种机床节能型油温控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床节能型油温控制系统，包括：水箱、热交换器、控制处理中心、控制阀、蓄热交换装置、温度传感器、变频电机及水泵。其中：温度传感器用于采集油箱中油液的温度，并将温度信号传输至所述控制处理中心；所述控制中心接收温度信号后进行分析处理，并发出相应的控制信号控制电机及阀等动作；所述热交换器放置于油箱的油液中，用于管内外水和油液之间热量的交换；所述蓄热交换装置用于储存从油液换出的热量和提供油液预热或加热用的热量。本发明可以实现机床油温的有效控制，提高了机床液压油的使用性能；而且将油液中交换出的热量进行回收并重新利用，具有节约能源的特点。

Description

一种机床节能型油温控制系统

技术领域

本发明涉及温度控制技术领域，更具体地说，涉及一种机床节能型油温控制系统。

背景技术

目前，机床作为工业生产的主要设备之一，其性能越来越受到重视，机床液压系统的性能对机床的使用性能有重要的影响，特别是油液温度的控制，由于油液温度的变化对动力粘度和润滑性影响很大，因此是系统正常高效运行的重要因素。

油温控制主要分为加热和冷却两个方面。目前，常用的加热方式是在油箱中放置电加热管，这样的控制方式缺陷是很明显的，电加热棒方式很容易产生局部过热，使油液发生变质从而严重影响使用性能。冷却时主要是能量流失的问题严重，液压系统做功大量的能量转化为热能，使液压油温度升高，常用冷却方式是直接采用冷风或冷水将热能带走，使能量白白流失掉。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种机床节能型油温控制系统，以实现对油液温度的实时控制，并对冷却水带走的热量进行回收和再利用，提高能源利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种机床节能型油温控制系统，包括：

水箱、油箱、热交换器、控制处理中心、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、蓄热交换装置、温度传感器、变频电机和水泵；其中：

所述温度传感器设置在油箱中，并与所述控制处理中心电连接，用于采集油箱中油液的温度，并将温度信号传输至所述控制处理中心；

所述控制处理中心分别与所述变频电机、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和水泵相连，用于对接收到所述温度信号进行分析处理，并发出第一控制信号控制电机及水泵工作，发出第二控制信号控制所述第一换向阀、第二换向阀和第三换向阀动作进行冷却和加热模式的切换，发出第三控制信号控制所述变频电机的启停时间；

所述热交换器放置于所述油箱的油液中，两端分别于所述第一换向阀和第二换向阀连接，用于流经所述热交换器中的冷却水与所述油箱中的油液进行热交换；

所述蓄热交换装置通过管道分别与所述水箱和第二换向阀相连，用于储存从油液换出的热量或将存储的热量用于油液的预热或加热；

所述第二换向阀通过管道分别与所述蓄热交换装置和所述热交换器相连；

所述第三换向阀通过管道分别与所述水箱和所述热交换器连接。

优选地，所述控制处理中心包括：控制处理器、温度测控器和温度数显装置；其中：

温度数显装置与所述温度传感器电连接，用于对所述温度传感器采集的油液温度值进行数显；

所述控制处理器分别与所述变频电机和所述温度测控器电连接，用于对所述温度信号的分析并发送第一控制信号控制水的流通速度，发送第二控制信号控制冷却加热模式的切换；

所述温度测控器分别于所述控制处理器和温度传感器电连接，用于对所述温度信号进行分析，并发送第三控制信号控制水的流通时间。

优选地，所述控制处理器包括：推理系统和PID控制器；其中：

所述推理系统用于分析温度传感器返回值与目标值之间的差异以及这种差异的变化率，然后调整PID控制器的输入参数；

所述PID控制器用于调节所述水泵的排水量。

优选地，所述热交换器为薄壁螺旋型热交换器。

优选地，所述第一换向阀和第二换向阀均为二位三通换向阀，用于工作模式的切换；所述第三换向阀为二位二通换向阀，用于控制水的流通时间。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的机床节能型油温控制系统，采用的薄壁螺旋型热交换器，增大了换热面的接触面积和管道内液体的湍流作用，避免了传统加热模式中局部过热的情况，而且使热交换效率得到提高。且采用的蓄热交换装置通过管道与水箱和油箱的换热器相连。在冷却模式时，它吸收并存储来自油箱的热水热量，加热模式时，来自水箱的冷却水将热量取走，进行油液的预热或加热作用，从而可将能量进行充分的回收再利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面将对需要使用的附图作简单介绍，其中：

图1为本发明的机床节能型油温控制系统冷却模式结构示意图；

图2为本发明的机床节能型油温控制系统加热模式结构示意图；

图3为本发明控制部分的控制框图；

图4为本发明控制过程中温度变化趋势效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅是本发明的一部分而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施时，如图1所示为本发明的冷却运行模式，该机床节能型油温控制系统包括水箱15、热交换器2、控制处理中心、控制阀、蓄热交换装置5、温度传感器6、变频电机及水泵10等部分。其中所述控制处理中心优选采用如下结构，控制处理器7、温度测控器8、温度数显装置9；所述控制阀优选采用如下结构，第一控制阀13、第二控制阀4、第三控制阀14、单向阀12和溢流阀11，其中第一控制阀13和第二控制阀4都是二位三通换向阀，第三控制阀14为二位二通换向阀。具体实施时，由设置在油箱中的温度传感器6采集油箱中油液的温度，并将温度信号传输至所述控制处理中心，温度数显装置9对其进行可视化数显，然后主要由控制处理器7进行分析处理。

由于在冷却过程中，冷却水的流量不同其冷却能力也不相同，因此流通速度和流通时间的把握是控制的关键。采用如图3所示的控制框图的思想，控制采用对参数进行整定的模糊PID控制，当温度传感器6反馈回温度值后，与作为系统输入的冷却水的温度进行比较，它们之间的差值ΔC与这种差值的变化C’作为控制的输入参数进入控制处理器7的推理系统，推理系统对PID参数K_P、K_I、K_D进行整定，以满足不同的ΔC和C’对PID控制器参数的不同要求，从而使受控对象有良好的动静态性能。经整定后，PID控制器发出第一控制信号控制变频电机10运转，从而调节变量泵的流量。然后冷却水经过单向阀12和第一控制阀13进入热交换器2进行油液的降温。

具体实施时，冷却水从油箱1中液压系统入口侧进入热交换器2，从液压系统排油侧流出热交换器2，由于管内冷却水和管外热油液流动方向相反，这样的换热方式是一种逆流换热，在传热面积一定的条件下可以传递更多的热量。另外，换热交换器2采用薄壁的螺旋型设计，增大了换热面的接触面积和管道内液体的湍流作用，使热交换效率得到提高。从热交换器2排出的水中吸收了大量的热能，经第二控制阀4来到蓄热交换装置5，在此处，蓄热交换装置5将热水中的热量吸收并存储起来，失去热量的冷却水流回水箱15。

以上所述为冷却工作模式，当机床液压系统刚启动或油液温度较低需要预热或加热时，系统进入热工作模式。从温度传感器6处获得的温度传至控制处理器7，处理器7发出用于工作模式切换的第二控制信号，这时，第一控制阀13、第二控制阀4、第三控制阀14产生动作，得到如图2所示的热工作模式。此模式下，经第一控制阀13后先经过蓄热交换装置5，将热量交换出来，热水流经第二控制阀4进入热交换器2对油液进行预热，完成工作后的冷却水通过第三控制阀14后返回水箱15。整个过程的水的流速仍然由控制处理器7经分析后控制变频电机10带动水泵进行流量调节工作。

除了所述流量控制外，时间的控制的也是温度控制过程中的一个关键点，如图4所示是本发明控制过程中温度变化趋势效果图。具体实施时，首先通过温度传感器6反馈温度信号，并由温度测控器8实时对比分析温差情况，确定水的启停时间t_A、t_B、t_C、t_D…，当时机温度达到哪个点，温度测控器8就会发出相应的第三控制信号控制变频电机10的启停，并和控制处理中心配合，完成工作模式的切换。如图4所示，油液平时工作时有一个最佳工作性能温度T_b，系统刚启动时，温度还比较低，需要预热，通过如图2所示的热模式使油液温度升高直至最佳性能温度T_b，然后该模式停止。由于液压系统工作过程中内部摩擦和功率损耗等因素，转化成的热能会使温度继续上升，为了避免温度超过上限值T_h，在A点启动冷却模式。当温度降低至B点时停止冷却，系统的温度将停止下降，直到下一个冷却时间点C的到来时再启动电机，这样系统的油温便可维持在最佳范围内，油液在工作过程中也具有最佳的粘度和使用性能。

最后，还需要说明的是在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各实施例之间相同相似部分互相参见即可。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种机床节能型油温控制系统，其特征在于，包括水箱、油箱、热交换器、控制处理中心、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、蓄热交换装置、温度传感器、变频电机和水泵；其中：

所述温度传感器设置在油箱中，并与所述控制处理中心电连接，用于采集油箱中油液的温度，并将温度信号传输至所述控制处理中心；

所述控制处理中心分别与所述变频电机、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和水泵相连，用于对接收到的所述温度信号进行分析处理，并发出第一控制信号控制所述变频电机及水泵工作，发出第二控制信号控制所述第一换向阀、第二换向阀和第三换向阀动作进行冷却和加热模式的切换，发出第三控制信号控制所述变频电机的启停时间；

所述热交换器放置于所述油箱的油液中，两端分别与所述第一换向阀和第二换向阀连接，用于流经所述热交换器中的冷却水与所述油箱中的油液进行热交换；

所述蓄热交换装置通过管道分别与所述水箱和第二换向阀相连，用于储存从油液换出的热量或将存储的热量用于油液的预热或加热；

所述第二换向阀通过管道分别与所述蓄热交换装置和所述热交换器相连；

所述第三换向阀通过管道分别与所述水箱和所述热交换器连接；

第一换向阀的一端通过管道、单向阀及水泵与水箱相连，另一端与蓄热交换装置相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制处理中心包括：控制处理器、温度测控器和温度数显装置；其中：

所述温度数显装置与所述温度传感器电连接，用于对所述温度传感器采集的油液温度值进行数显；

所述控制处理器分别与所述变频电机和所述温度测控器电连接，用于对所述温度信号的分析并发送第一控制信号控制水的流通速度，发送第二控制信号控制冷却加热模式的切换；

所述温度测控器分别与所述控制处理器和温度传感器电连接，用于对所述温度信号进行分析，并发送第三控制信号控制水的流通时间。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制处理器包括：推理系统和PID控制器；其中：

所述推理系统用于分析温度传感器返回值与目标值之间的差异以及这种差异的变化率，然后调整PID控制器的输入参数；

所述PID控制器用于调节所述水泵的排水量。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述热交换器为薄壁螺旋型热交换器。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一换向阀和第二换向阀均为二位三通换向阀，用于工作模式的切换；所述第三换向阀为二位二通换向阀，用于控制水的流通时间。