CN103031796B - 具有自动风扇转速调节的建筑机械 - Google Patents

具有自动风扇转速调节的建筑机械 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有自动风扇转速调节的建筑机械(1)。该建筑机械包括可操作地连接到相应的风扇(70)上的至少一个电动马达(90)。该建筑机械(1)还包括控制单元(60)，其构造用于记录运行特定数据(2)。控制单元(60)构建用于根据运行特定数据(2)调节相应的电动马达(90)的电气输出，以调节风扇(70)上期望的目标风扇转速。

Description

具有自动风扇转速调节的建筑机械
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的具有自动风扇转速调节的建筑机械，尤其是道路摊铺机或进料机。本发明还涉及根据权利要求15所述的用于建筑机械的冷却系统的自动调节和控制的方法。
背景技术
在实际应用中，柴油马达用作道路摊铺机中的主引擎。由于它们的效率程度，柴油马达和通过其驱动的组件都具有热能损失，这些热能损失必须通过冷却器消散，以防止被驱动的组件过热。
已知的是，在现有的摊铺机中，三种工作介质，即冷却水、充气(chargeair)和液压油，通过换热器冷却到所需的温度。为了确保空气流通过换热器，风扇成为了冷却系统的组件。
在传统的道路摊铺机的情形下，风扇刚性地连接到柴油马达上，从而使得风扇总是具有等于柴油马达转速的运行转速。其不利的后果是，即使柴油马达转速短期升高，风扇也同样以更高的速度旋转，结果是可能导致相当大的噪音。然而通风设备这样的同步运行性能在实际中不需要，因为风扇的运行更多地依赖于工作介质所需的温度，而不是与柴油马达转速同步驱动的需要。
作为风扇刚性连接到柴油马达的替代，实际中在道路摊铺机上采用了液压驱动的风扇。然而其具有这样的缺点，即液压损失必须在风扇驱动器中可接受。此外，如果想最优化液压风扇驱动器的效率程度的话，财务开销大大地增加了。
发明内容
本发明的目的因此在于提供一种建筑机械，尤其是道路摊铺机或进料机，其中冷却流的提供最佳地适合于建筑机械的运行条件，由此可使用简单、经济的装置用于实现这样的效果。从而还产生提供一种方法的目的，通过该方法可以获得冷却系统改进的调节和控制。
该目的通过权利要求1的技术手段和独立权利要求15的技术手段实现。本发明改进的进一步发展通过从属权利要求的技术手段给出。
本发明涉及建筑机械，尤其是道路摊铺机或进料机，其具有自动风扇转速调节。为此目的，该建筑机械包括驱动单元、控制单元和包括至少一个风扇的冷却单元。所述至少一个风扇提供用于产生冷却空气流。冷却空气流例如用于冷却工作介质，主要是冷却水、充气和液压油，到建筑机械运行所需的温度。
特别地，建筑机械的控制单元构建用于记录运行特定数据(operation-specific data)。这将在下面更详细地解释。
根据本发明，关于该建筑机械，该冷却单元包括至少一个可调节的电动马达，其可操作地连接到相应的风扇上。电动马达提供用于驱动风扇，以使风扇产生所需的冷却空气流，以确保相应的冷却。而且，根据本发明，控制单元构建用于这样根据运行特定数据调节相应的电动马达的电气输出，使得期望的目标风扇转速可以在风扇上进行调节。
结果，本发明提供了技术优点，即建筑机械的风扇转速调节可以通过专门为此目的提供的电动马达或为此目的提供的多个电动马达而这样进行，使得于驱动单元的刚性耦接能够得以避免。电动马达的使用类似地提供了对液压驱动器的使用的经济替代。基于使用的电动马达，尤其是维护和服务成本能够由此得以减小。
根据运行特定数据，通过控制单元所需的电动马达的调节和控制使得减小建筑机械运行过程中的噪音产生成为可能。这是由于这样的事实，即风扇不再如同传统建筑机械那样刚性地连接到柴油马达，而是能够通过控制单元，根据运行特定数据，在根据实际情形的基础上得到调节。结果，期望的和所需的目标风扇转速可以最佳地适合于建筑机械的运行状态。
还期待的是，由于电动马达或耦接到所述电动马达上的风扇的运行相关的控制，导致其改进的生命期望，其结果是运行成本能够得以减小。
在本发明有利的实施方式中，驱动单元的负载因子和/或转速可以通过控制单元记录为运行特定数据。负载因子例如可以提供用于描述建筑机械的运行状态，例如摊铺运行、运输运行或建筑机械在摊铺场地上移动过程中的运行。另一方面，驱动单元描述驱动单元瞬时的柴油马达转速，其在建筑机械的使用过程中能够升高或降低。通过该控制单元到驱动单元的可操作连接，使得可能通过控制单元记录负载因子，例如驱动单元的转速。最重要的，这提供了技术优点，即驱动单元的运行特定数据，也即负载因子和/或柴油马达转速，能够在建筑机械的运行过程中在任何时间得到记录，以基于该信息调节期望的风扇目标转速。
在本发明的其他实施方式中，控制单元构建用于将建筑机械的进气温度和/或环境温度记录为运行特定数据。为记录进气温度和/或环境温度，可以提供仪器，其这样可操作地连接到控制器，使得在期望的目标风扇转速的计算之中考虑到通过控制器记录的温度。通过记录进气温度或环境温度，使得根据天气条件最优化风扇的运行成为可能。
还有利的是，控制单元构建用于将充气、冷却空气和/或液压油的温度记录为运行特定数据。在建筑机械的运行过程中，尤其重要的是将这些运行介质，即充气、冷却空气和液压油保持在特定的温度，以使被供应的组件平滑地起作用。根据运行介质的温度规范，风扇能够通过控制器这样调节，使得运行介质，即充气、冷却空气和/或液压油保持在指定的温度。结果，建筑机械的运行能够得以改进。
为了确定期望的目标风扇转速，优选地为控制单元提供至少一个映射。该映射形成用于基于运行特定数据确定期望的目标风扇转速，以基于该目标风扇转速通过控制单元进行电动马达的驱动。该映射为控制单元提供了简单的方案，以确定期望的目标风扇转速。通过采用多个映射，建筑机械的不同运行状态能够以适合于它们的专门的通风而得到调节。
控制单元优选地构建用于根据驱动单元的转速而启用预定的映射，由此确定目标风扇转速。结果，能够进行最适合于计算目标风扇转速的映射的初步选择，以使风扇转速尤其适合于建筑机械当前的运行状态。
在本发明的实施方式中，控制单元构建为使得目标风扇转速能够基于启用的映射而确定，其中映射根据驱动单元的负载因子和根据环境温度确定目标风扇转速。这提供了这样的技术优点，即建筑机械的环境的特定数据和驱动单元实际运行的特定数据都考虑进来以计算目标风扇转速。
作为替代，在本发明的其他实施方式中，控制单元构建用于根据充气、冷却空气和/或液压油温度，通过预定映射确定目标风扇转速。目标风扇转速的确定由此能够通过运行温度、也即充气、冷却空气和/或液压油温度的任意组合而进行。在这点上，基于目标风扇转速的映射计算，运行介质因此能够保持在所需的运行温度，因为它们相应地由风扇供应冷却空气流。
为了使风扇达到期望的目标风扇转速，相应的供应电压必须提供给电动马达。因此优选地，控制单元包括电力电子装置，其根据确定的目标风扇转速为电动马达提供特定的、可改变的电压。电力电子装置因此确保为电动马达带来足够的电力供应，以使风扇达到例如通过先前所述的映射计算获得的目标风扇转速。
在本发明的其他实施方式中，控制单元包括仪器，所述仪器形成用于对使通过控制单元记录的每个运行特定数据进行平均。这是有利的，因为可放置电动马达受到控制单元的太频繁的驱动，这将使得风扇的响应行为变得忙乱。通过提供用于进行平均的控制单元的这些仪器，可能的是，在摊铺运行过程中，在预定的时间周期过程中记录运行特定数据，以从中计算可以用于风扇调节的平均记录量。基于通过控制单元进行的平均，类似地可能的是，减小计算消耗，从而使得控制单元不受过热风险。
将有利的是，形成控制单元，以至少一秒内至少2个、优选地至少20个值的采样率记录运行特定数据，以从中形成平均值。这意味着相同种类的至少20条运行特定数据用于在预定时间间隔内进行平均。尤其有利的是，控制单元形成用于以秒的间隔记录相应的运行特定数据，由此每次总共有至少二十条相应记录数据用于进行平均。结果，可能的是，这样调节风扇，使得不发生忙乱的调节，由此运行过程中的噪音产生能够同样减小。
为了防止从一个目标风扇转速突然改变到新计算得到的目标风扇转速，优选地使得控制单元包括用于衰减的仪器，其形成用于慢速地调节目标风扇转速。用于衰减的仪器例如可以包括斜坡函数，通过其可以实现目标风扇转速的慢速增加。用于衰减的仪器或斜坡函数指定梯度，通过其，目标转速的步进、选择性的调节成为可能。斜坡函数的梯度由此这样是平坦的，使得摊铺机的运行不产生转速跳动的感觉。另一方面，斜坡函数的梯度足够陡峭，使得风扇转速得到快速调节，以对抗冷却系统的过热。在本发明尤其有利的实施方式中，斜坡函数的梯度位于0.1转每秒到200转每秒的范围内，其中梯度优选地大约为12转每秒。这样，风扇功能能够最优化。
在本发明的其他实施方式中，控制单元包括存储器，其形成用于存储建筑机械运行过程中的具体的运行特定数据。而且，存储器可以选择性地存储控制器内的计算步骤的中间结果。通过存储器存储的值例如可以在建筑机械的某些运行状态下找回，其结果是可能实现目标风扇转速的迅速计算。
冷却单元优选地包括传感器，其形成用于记录实际风扇转速并将其传送给控制单元。这样，监测风扇的运行成为可能。
本发明还涉及用于自动调节和控制建筑机械的冷却系统的方法。为此，提供控制单元，其记录建筑机械的运行特定数据，并基于这些数据确定期望的目标风扇转速。反应于此，控制单元为提供用于冷却系统的电动马达供应电压，其这样提供，使得连接到电动马达上的风扇达到期望的目标风扇转速。
附图说明
本发明的实施方式通过图1示出。图1表示如根据本发明提供的建筑机械1的示意结构。
具体实施方式
建筑机械1可以是道路摊铺机或进料机。建筑机械1包括驱动单元80，其连接到泵输送装置81。驱动单元还可操作地连接到控制单元60。虚线箭头130、140由此指示控制单元60可以记录负载因子和驱动单元的转速。
控制单元还可操作地连接到冷却单元3。冷却单元3包括电动马达90和耦接到电动马达90上的风扇70。
点线120用于指示从控制单元60到电动马达90的电力供应。从电动马达90到控制单元60的虚线箭头100清楚地表示，实际风扇转速能够通过控制单元60记录。
控制单元60类似地构造用于记录充气30、冷却空气40和液压油50的温度。充气30、冷却空气40和液压油50的温度记录通过虚线31、41、51描述，它们在到控制单元60的方向上。虚线箭头线21指示控制单元60能够记录环境温度10和进气温度20。
控制单元60包括至少一个映射150，其构造用于确定期望的目标风扇转速，例如基于负载因子和环境温度或进气温度的相互关系。在具有多个映射150的情形下，使得相应的映射150能够根据柴油马达转速而启用。
控制单元60还包括仪器300，其选择性地提供用于计算记录的特定数据2的平均值。记录的特定数据2可以包括负载因子、柴油马达转速、充气温度、冷却空气温度、液压油温度、环境温度和/或进气温度。
通过用于计算平均值的仪器300，控制单元60记录多个每次测量值的值，其采样率为十毫秒到360秒内采样2-1000个值。平均值通过记录的值形成。记录优选地以在至少一秒内至少20个值的采样率而发生。这防止了快速的短而大的负载跳动反映在风扇转速上并在运行过程中产生令人不快的噪音波动。还使得仪器300构造用于通过滑动平均(sliding average)、几何平均、调和平均、二次平均或立方平均进行其他平均。
控制单元还包括用于衰减的仪器240。这样，风扇70上可能的转速跳动可以通过提供用于仪器240的斜坡函数而衰减。用于衰减的仪器240构建用于执行实际风扇转速步进调节，直到达到目标风扇转速。目标风扇转速的步进调节通过限定的梯度而进行，该梯度具体用于用于衰减的仪器240。仪器240的梯度，即斜坡函数，应当如此的平坦，使得建筑机械的操作者对转速的跳动没有感觉。另一方面，梯度呈现到这样的程度，使得目标风扇转速足够快速地上升，以防止冷却系统3过热。每秒0.1-200转的斜坡梯度是可以想到的，其中优选地给出每秒大致12转的梯度。
存储器160也提供用于控制单元60。运行特定数据可以存储在存储器160中，其中计算步骤中间结果在控制器60内的存储也选择性地可以在存储器160中。
最后，控制单元60包括电力电子装置110。电力电子装置110构建用于确保供应电压，即用于电动马达90的电力供应。通过电力电子装置110提供到电动马达的供应电压的幅度依赖于确定的目标风扇转速。
道路摊铺机只在具有非常高的环境温度和非常高的马达容量使用的极端作业条件下才要求最大冷却空气体积流量。然而该运行状态极少发生，因而目标风扇转速在多数应用情形下可以减小，因此可以得到道路摊铺机上减小的噪音。如果风扇70不在摊铺机1的最大设计点处运行，减小的目标风扇转速允许燃料得以节省。比较于液压驱动风扇，根据本发明的具有电动马达90的风扇驱动器具有更好的总效率程度。
本发明类似地提供了技术优点，即目标风扇转速可以根据负载因子和环境温度10而确定，其结果是可以有更快的风扇70的响应时间，以防止机器过热。因为负载因子和环境温度10已经在冷却介质30、40、50的加热过程中的时间点上出现，因此目标风扇转速可以在冷却单元3温度升高之前得以调节。死时间因此得以绕开，因为正确的冷却空气流可以在可能的过热之前通过冷却器70调节。这通过独立于驱动单元80的当前柴油马达转速、专门提供用于冷却单元的电动马达而成为可能。
由于风扇70不必如直接驱动风扇的情形那样位于靠近驱动单元80的驱动轴处的事实，冷却单元3、尤其是风扇70的位置，可以在建筑机械1内自由选择。
特别考虑到复杂排气后处理系统引起的日益密集的构建空间问题，尤其有利的是，冷却单元3的布置不必依赖于在建筑机械1内的固定位置。
如同已经描述的，多个风扇70可以提供用于冷却单元3，其中每个可以通过多个电动马达90驱动。通过多个电气驱动的风扇70，因此可能的是，根据单独冷却空气要求而分别调节需要冷却的介质，例如充气、冷却空气和/或液压油。
此外，可设想的是，在控制单元中执行诊断功能。如果发生温度不能够正确记录的情形，这能够避免建筑机械1过热。例如，温度传感器的功能可以得到诊断。
本发明涉及具有改进的冷却空气供应的建筑机械，从而使得建筑机械不发生过热。冷却单元3由此可以根据场所、根据运行特定数据2的条件而驱动。至少一个电动马达专门提供用于冷却单元3，其中所述电动马达确保了有效和经济的方案，以通过耦接风扇70提供所需的冷却空气流。

Claims (17)

1.具有自动风扇转速调节的建筑机械(1)，具有驱动单元(80)、控制单元(60)和冷却单元(3)，该冷却单元包括至少一个风扇(70)，以产生冷却空气流，其中该控制单元(60)构建用于记录运行特定数据(2)，
其特征在于：
所述冷却单元(3)包括至少一个可调节的电动马达(90)，该电动马达可操作地连接到相应的风扇(70)，和
该控制单元(60)包括仪器(300)，其构造用于对通过控制单元(60)记录的运行特定数据进行平均而获得平均值，且所述控制单元(60)构建用于根据所述平均值调节相应的电动马达(90)的电气输出，以调节风扇(70)上期望的目标风扇转速。
2.根据权利要求1所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)构建用于通过运行特定数据(2)记录驱动单元(80)的负载因子(14)和/或转速(130)。
3.根据权利要求2所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)构建用于通过运行特定数据(2)记录建筑机械(1)的进气温度(20)和/或环境温度(10)。
4.根据权利要求3所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)构建用于通过运行特定数据(2)记录充气温度、冷却空气温度和/或液压油温度(30、40、50)。
5.根据权利要求4所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)包括至少一个映射(150)，其提供用于确定目标风扇转速。
6.根据权利要求5所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)构建用于根据驱动单元(80)的转速(130)启用预定的映射(150)，以通过所述映射确定所述目标风扇转速。
7.根据权利要求5所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)构建用于根据具体的运行特定数据(2)，通过预定的映射(150)确定目标风扇转速。
8.根据权利要求7所述的建筑机械，其特征在于，所述运行特定数据(2)是驱动单元(80)的负载因子(140)和环境温度(10)。
9.根据权利要求6所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)构建用于根据充气温度、冷却空气温度和/或液压油温度(30、40、50)而通过预定的映射(150)确定目标风扇转速。
10.根据在前任一权利要求所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)包括电力电子装置(110)，其根据确定的目标风扇转速为所述电动马达(90)提供预定的电压。
11.根据权利要求10所述的建筑机械，其特征在于，所述仪器(300)构造用于记录至少十个运行特定数据(2)，以从中形成平均值。
12.根据权利要求11所述的建筑机械，其特征在于，所述仪器(300)构造用于记录至少二十个运行特定数据(2)，以从中形成平均值。
13.根据权利要求1所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)包括用于衰减的仪器(240)，其构造用于平滑而无步进地调节目标风扇转速。
14.根据权利要求1所述的建筑机械，其特征在于，所述控制单元(60)包括存储器(160)，其构造用于在建筑机械(1)的运行过程中存储具体的运行特定数据(2)。
15.根据权利要求1所述的建筑机械，其特征在于，所述冷却单元(3)包括传感器(4)，其构造用于记录实际风扇转速并将其传送到所述控制单元(60)。
16.根据权利要求1所述的建筑机械，其特征在于，所述建筑机械是道路摊铺机或进料机。
17.用于建筑机械(1)的冷却系统(3)的自动调节和控制的方法，其中提供的控制单元(60)记录建筑机械的运行特定数据(2)并对所记录的运行特定数据进行平均而得到平均值，并基于该平均值确定期望的目标风扇转速，且其中所述控制单元(60)为提供用于冷却系统(3)的电动马达(90)供应可调节的电压，以使连接到该电动马达(90)上的风扇(70)实现期望的目标风扇转速。
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