CN103557206B - 液压系统中冷却风机的转速控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压系统中冷却风机的转速控制方法及装置。其中，该方法包括：获取液压系统的当前油温以及在预设目标温度时上述冷却风机的平衡转速，其中，在该平衡转速下，上述液压系统的散热量和发热量相等；比较上述预设目标温度和上述当前油温；根据比较结果控制冷却风机的转速以使上述当前油温达到上述预设目标温度；在上述当前油温达到上述预设目标温度时，控制冷却风机按照上述平衡转速运行。采用本发明提供的上述技术方案，解决了相关技术中，冷却风机用较高的转速控制会造成电瓶亏电以及浪费能源的问题,实现了控制冷却风机按照平衡转速运行，液压系统在设定温度上保持恒定，合理利用冷却风机的功率消耗。

Description

液压系统中冷却风机的转速控制方法及装置

技术领域

本发明涉及液压系统散热领域，具体而言，涉及一种液压系统中冷却风机的转速控制方法及装置。

背景技术

作为建设施工中的关键设备，大多数工程机械往往要在恶劣环境下长时间工作，由于经常长时间大负荷工作在高温的环境中，所以工作中会出现液压系统油温过高的现象，因此为满足液压油的散热需要，用于冷却液压系统的冷却风机都采取保持匀速运行的状态，以保证整个液压系统在任何工况下，都有冷却风进行冷却。但这样却会造成冬季时冷却能力过剩，浪费能源，使运行成本增加。而在夏季时有可能出现冷却能力不足使液压油温过高等现象，造成工程设备运行不稳定。且在整个工程机械未进入高强度工作状态，主发动机怠速运行的情况下，液压系统的散热需求并不高，同时发动机所提供的功率较低，冷却风机如果此时采用较高的转速控制不但会造成电瓶亏电的情况，而且还会浪费能源。

针对上述问题，相关技术中，采用了以下技术方案：通过发动机转速传感器采集发动机转速信号以及温度传感器采集液压系统液压油的温度信号，再由中央处理器根据所采集的信号来控制冷却风机，冷却风机的转速即可以根据液压油自身的温度变化和发动机的转速来综合进行自动调节。但是，这样强行建立起发动机转速和冷却风机降温需求的关联其实是不可靠的，其侧重点在于减少设备在怠速下（默认不可作业时）的风机转速，实现节能；并且没有介绍如何调节散热效果。

针对相关技术中的上述问题，目前尚无有效地解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种液压系统中冷却风机的转速控制方法及装置，从而可以使液压系统在设定温度上保持恒定，合理利用冷却风机的功率。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种液压系统中冷却风机的转速控制方法，上述方法包括：获取液压系统的当前油温以及在预设目标温度时上述冷却风机的平衡转速，其中，在该平衡转速下，上述液压系统的散热量和发热量相等；比较上述预设目标温度和上述当前油温；根据比较结果控制冷却风机的转速以使上述当前油温达到上述预设目标温度；在上述当前油温达到上述预设目标温度时，控制冷却风机按照上述平衡转速运行。

优选地，当前油温通过以下方式获取：获取上述液压系统中主油路的进油口温度或回油口温度，将上述进油口温度或上述回油口温度作为上述当前油温。

优选地，获取上述液压系统的当前油温以及在预设目标温度时上述冷却风机的平衡转速，包括：获取上述液压系统的主油路的回油口温度、上述液压系统的环境温度以及上述主油路的进油口温度；按照以下公式计算得到上述平衡转速：其中，V_X表示上述平衡转速，C_油表示液压油的比热容，∑_主表示预设的上述液压系统的各油泵的排量和，∑主为一常量，T_A表示上述主油路的回油口温度，T_B表示上述液压系统的环境温度，T_C表示上述主油路的进油口温度，η表示散热效率系数，η≤1，C气表示当前环境下的空气热容，K为上述冷却风机的流量系数，为一常量。

优选地，根据比较结果控制上述冷却风机的转速以使所述当前油温达到所述预设目标温度，包括：在比较结果为上述当前油温大于上述预设目标温度时，控制上述冷却风机增大转速运行，直至上述当前油温等于上述预设目标温度；在比较结果为上述当前油温小于上述预设目标温度时，控制上述冷却风机减小转速运行，直至上述当前油温等于上述预设目标温度；在比较结果为上述当前油温等于上述预设目标温度时，控制上述冷却风机按照上述平衡转速匀速运行。

优选地，控制上述冷却风机增大转速运行包括：控制上述冷却风机以最大转速运行；控制上述冷却风机减小转速运行包括：控制上述冷却风机停止运行。

为了实现上述目的，根据本发明的再一个方面，提供了一种液压系统中冷却风机的转速控制装置，包括：第一获取模块，用于获取上述液压系统的当前油温以及在预设目标温度时上述冷却风机的平衡转速，其中，在该平衡转速下，上述液压系统的散热量和发热量相等；比较模块，用于比较上述预设目标温度和上述当前油温；控制模块，用于根据比较结果控制所述冷却风机的转速以使所述当前油温达到所述预设目标温度，以及在所述当前油温达到所述预设目标温度时，控制所述冷却风机按照所述平衡转速运行。

优选地，上述装置还包括：第二获取模块，用于获取上述液压系统中主油路的进油口温度或回油口温度，将上述进油口温度或上述回油口温度作为上述当前油温。

优选地，上述第一获取模块包括：获取单元，获取上述液压系统的主油路的回油口温度、上述液压系统的环境温度以及上述主油路的进油口温度；计算单元，按照以下公式计算得到上述平衡转速：其中，V_X表示上述平衡转速，C_油表示液压油的比热容，∑_主表示预设的上述液压系统的各油泵的排量和，∑主为一常量，T_A表示上述主油路的回油口温度，T_B表示上述液压系统的环境温度，T_C表示上述主油路的进油口温度，η表示散热效率系数，η≤1，C气表示当前环境下的空气热容，K为上述冷却风机的流量系数，为一常量。

优选地，上述控制模块，用于按照以下规则控制所述冷却风机的转速以使所述当前油温达到所述预设目标温度：在比较结果为上述当前油温大于上述预设目标温度时，控制上述冷却风机增大转速运行，直至上述当前油温等于上述预设目标温度；在比较结果为上述当前油温小于上述预设目标温度时，控制上述冷却风机减小转速运行，直至上述预设目标温度等于上述当前油温。

优选地，上述控制模块，用于按照以下方式控制上述冷却风机增大转速运行：控制上述冷却风机以最大转速运行；以及按照以下方式控制上述冷却风机减小转速运行：控制上述冷却风机停止运行。

应用本发明的技术方案，由于可以根据预设目标温度与液压系统的当前油温的比较结果控制冷却风机在当前油温到达预设目标温度时按照平衡转速运行，因此，可以使液压系统在设定温度上保持恒定，合理利用冷却风机的功率消耗。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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为根据本发明实施例的液压系统中冷却风机的转速控制方法的流程图；

图2为根据本发明优选实施例的液压系统中发热散热系统模型结构示意图；

图3为图2所示发热散热系统模型中各个温度传感器的安装位置示意图；

图4为根据本发明优选实施例的液压系统中冷却风机的转速控制原理示意图；

图5为根据本发明优选实施例的液压系统中冷却风机的转速控制流程示意图；

图6为根据本发明实施例的液压系统中冷却风机的转速控制装置的结构框图；

图7为根据本发明优选实施例的液压系统中冷却风机的转速控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面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。

图1为根据本发明实施例的液压系统中冷却风机的转速控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括步骤S102-S106：

步骤S102，获取液压系统的当前油温以及在预设目标温度时冷却风机的平衡转速，其中，在该平衡转速下，液压系统的散热量和发热量相等。也就是说，在该平衡转速下，液压系统处于热平衡状态。热平衡状态指液压系统产生的热量和冷却风机释放的热量相等，即主油路产生的热量值和散热油路释放的热量值相等。需要说明的是，在具体实施时，上述预设目标温度可以为一取值区间，即预设目标温度可以在理想预设目标温度点可允许的波动范围内取值。例如，理想预设目标温度点为60℃，可允许的波动范围为58℃至62℃，此时可以将58℃至62℃中的任一取值认为是当前油温已达到预设目标温度60℃。

在本实施例中，获取上述液压系统的当前油温以及在预设目标温度时上述冷风机的平衡转速，包括：获取液压系统的主油路的回油口温度、液压系统的环境温度以及上述主油路的进油口温度；

按照以下公式计算得到上述平衡转速：其中，V_X表示平衡转速，C_油表示液压油的比热容，∑_主表示液压系统的各油泵的排量和，T_A表示液压系统的主油路的回油口温度，T_B表示液压系统的环境温度，T_C表示液压系统的主油路的进油口温度，η表示散热效率系数，C_气表示当前环境下的空气热容。对于∑_主可以根据油泵规格、油泵转速及油泵控制电流（电控变量泵）计算得知，由于计算方式可以在相关技术中查询得知，此处不再赘述，对于K可以根据冷却风机的规格通过实验等手段计算得知。

其中，上述回油口温度、进油口温度和上述环境温度均可以通过相应地传感器采集得到。以图2所示的发热散热系统模型为例，如图2所示，液压油箱201和液压油箱203，液压油箱201对应主油路的回油口205，液压油箱203对应主油路的进油口211。在设备作业过程中，主油路产生大量的热量，部分热量通过回油口205进入到油箱中。

通常，散热油路的进油口207设置在与回油口205接近的位置，散热油路的出油口209将散热后的低温液压油带回油箱中。

冷却风机213将散热油路中的热量释放到环境（大气）中。在平衡状态，主油路新带回油箱的热量全部通过散热油路释放，即：

Q_主=Q_散……………………………………公式1

由于Q_散是冷却风机的转速的函数，计算出Q_主和Q_散便可以计算出所需要的冷却风机转速。为达到该目的，如图3所示，在图2所示系统模型中增加了若干温度传感器：在液压油箱201和液压油箱203及散热油路的外围环境（未经过散热器的大气）三个位置增加了三个温度传感器（A、C、B），分别获取T_A、T_C、T_B三个温度数据。

由于V_X是T_x（预设目标温度）、T_A、T_B、∑_主的函数，它们的关系可以通过理论推导或实验方式获取（注：理论推导的基础就是Q_主=Q_散），并利用图4所示原理获取相关变量的数据。

基于上述理论，V_x的推导过程如下：

Q_主=C_油×∑_主×（T_A-T_C），其中，C_油是液压油的比热容，∑_主是主油路流量；对于∑_主可以根据油泵规格、油泵转速及油泵控制电流（电控变量泵）计算得知，由于计算方式可以在相关技术中查询得知，此处不再赘述。

Q_散=η×C_气×(K×V)（T_C-T_B），其中，V是风机转速，K是对应冷却风机转速下的流量系数，(K×V)与∑_主单位相同；C_气是当前环境下的空气热容，η是考虑到散热效率的一个散热效率系数，η≤1。

步骤S104，比较上述预设目标温度和当前油温。其中，比较过程可以表现为将预设目标温度和当前油温做差值计算，根据差值为正数、负数或0确定两者的大小。

其中，当前油温的获取方式如下：获取液压系统中主油路的进油口温度或回油口温度，将上述进油口温度或上述回油口温度作为当前油温。在该情况下，根据进油口温度或回油口温度与当前油温比较结果便可以控制冷却风机按照平衡转速运行。

步骤S106，根据比较结果控制冷却风机的转速以使当前油温达到预设目标温度，以及在当前油温达到预设目标温度时，控制冷却风机按照平衡转速运行。

在该步骤中，按照以下方式控制冷却风机的转速：在上述比较结果为当前油温大于预设目标温度时，控制冷却风机增大转速运行，直至上述当前油温等于上述预设目标温度，其中，优选的一个实施方式如下：控制上述冷却风机以最大转速运行；在上述比较结果为当前油温小于预设目标温度时，控制冷却风机减小转速运行，直至当前油温等于预设目标温度，其中，优选的一个实现方式为：控制上述冷却风机停止运行。

在上述比较结果表现为当前油温与预设目标温度的差值时，上述实施过程的一个优选实施过程如下：上述差值（当前油温大于预设目标温度）为正数时，控制冷却风机以最大转速运行，直至上述差值为0；在上述差值为负数（当前油温小于预设目标温度）时，控制冷却风机停止运行，直至上述差值为0；在上述差值为0时，控制冷却风机按照平衡转速匀速运行。以图2-3所示系统模型为例，冷却风机的转速控制的原理可以参见图4所示：在控制器对回油温度传感器、进油温度传感器、环境温度传感器采集的温度以及油泵流量和进行处理后，可获取对冷却风机的目标控制转速即平衡转速，通常是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称为PWM）调速信号或电压值信号进行风机转速控制。

以进油温度T_C为受控温度，它的预设目标温度值为T_x（即热平衡时的平衡温度，对应冷却风机的平衡转速），则采取如下控制策略：1，为使系统最快速地达到预设工作温度点（即T_x），冷却风机可以以极端作业方式作业（停止V=0或按最大转速V_MAX运转）。2，当传感器T_C检测到系统温度到达预设工作温度T_x后（此时T_C=T_x），风机转速再调整为能维持系统油温平衡的转速V_x（风机转速可以通过控制器输出进行开环控制）。

以下结合图5详细说明一下将目标油温控制在预设目标温度值T_x的流程。如图5所示，该流程包括：

步骤S502，启动风机（即冷却风机）；

步骤S504，检测T_A、T_B、T_C和∑_主；

步骤S506，判断T_C是否约等于T_x，如果是，则转步骤S514，否则，转步骤S508；

步骤S508，判断T_C是否大于T_x，如果是，则转步骤S512，否则转步骤S510；

步骤S510，风机暂停，转步骤S516；

步骤S512，风机全速运行，即以V_MAX运行，转步骤S516；

步骤S514，风机以平衡转速运行（V_x），转步骤S516；

步骤S516，判断是否停止风机，如果是，则转步骤S518，否则转步骤S504；

步骤S518，停止风机运行。

对工程机械而言，当油温的理想作业温度在范围[T1，T2]区间上时，由于同等作业情况下，将油温控制在T2所需的风机转速较小。因此，为使冷却风机的应用满足节能性的需求（在满足系统油温性能要求的情况下减少能耗），可以将系统油温控制在较高的可接受的值上，即令受控温度目标值T_x=T2。例如：

假设泵车液压油温的理想工作温度是30-60℃，可接受的油温范围是20-70℃；需要将回油口油温控制在60℃，当油温到达70℃时，冷却风机以最大转速V_MAX运转；到达60度时，则以V_60℃转速运转。

由此可见，通过本实施例提供的上述技术方案，可以为风机转速控制提供依据，实现了风机转速的精确控制；而现有技术仅仅是不断地调整适应、且不知道以何种幅度来调整。并且可以保证油温在设定值上恒定；而现有技术只能是振荡地适应，且振荡的过程可能会带来诸多隐患，如超调、延迟、失效等问题；可以使系统温度从阈值范围外快速调整到温度设定值上；而现有技术比它漫长，对系统的保护调整过程过漫长。可以使设备温度稳定，避免温度波动造成的系统性能不稳定；能有效实现降温，并可根据节能需求，使系统按节能目标具备节能降温的特点。

在本实施例中，还提供了一种液压系统中冷却风机的转速控制装置，用于实现上述方法，其中，液压系统包括：主油路和散热油路，如图6所示，上述装置包括：

第一获取模块60，用于获取液压系统的当前油温以及在预设目标温度时冷却风机的平衡转速，其中，在该平衡转速下，液压系统的散热量和发热量相等；

比较模块62，用于比较上述预设目标温度和上述当前油温；

控制模块64，连接至第一获取模块60和比较模块62，用于根据比较结果控制冷却风机的转速以使当前油温达到预设目标温度，以及在当前油温达到预设目标温度时，控制冷却风机按照平衡转速运行。

如图7所示，上述装置还可以包括：第二获取模块66，连接至控制模块64，用于获取液压系统中主油路的进油口温度或回油口温度，将进油口温度或回油口温度作为当前油温。

在本实施例中，第一获取模块60，包括以下处理单元：

获取单元600，获取上述液压系统的主油路的回油口温度、上述液压系统的环境温度以及上述主油路的进油口温度；

计算单元602，按照以下公式计算得到上述平衡转速：

其中，V_X表示上述平衡转速，C_油表示液压油的比热容，∑_主表示预设的上述液压系统的各油泵的排量和，∑_主为一常量，T_A表示上述主油路的回油口温度，T_B表示上述液压系统的环境温度，T_C表示上述主油路的进油口温度，η表示散热效率系数，η≤1，C气表示当前环境下的空气热容，K为上述冷却风机的流量系数，为一常量。对于∑主可以根据油泵规格、油泵转速及油泵控制电流（电控变量泵）计算得知，由于计算方式可以在相关技术中查询得知，此处不再赘述。

在本实施例中，控制模块64，用于按照以下规则控制冷却风机的转速：在上述比较结果为当前油温大于预设目标温度时，控制冷却风机增大转速运行，直至上述当前油温等于上述预设目标温度，其中，优选的一个实施方式如下：控制上述冷却风机以最大转速运行；在上述比较结果为当前油温小于预设目标温度时，控制冷却风机减小转速运行，直至当前油温等于预设目标温度，其中，优选的一个实现方式为控制上述冷却风机停止运行。

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、改进或实现基础补充等，均应包含在本发明的保护范围之内。（实现基础补充主要指求Q_散时，需要用到的空气热容是环境敏感的，可能需要一些手段来获取，而其原理是公知的、在现在是有手段获知的，如果是对这方面的补充，如增加了传感器，也应视为本案的范围；因为C_气指的就是当前环境的空气热容而不是指绝干空气的热容。）

Claims (10)

1.一种液压系统中冷却风机的转速控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述液压系统的当前油温以及在预设目标温度时所述冷却风机的平衡转速，其中，在该平衡转速下，所述液压系统的散热量和发热量相等；

比较所述预设目标温度和所述当前油温；

根据比较结果控制所述冷却风机的转速以使所述当前油温达到所述预设目标温度；

在所述当前油温达到所述预设目标温度时，控制所述冷却风机按照所述平衡转速运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前油温通过以下方式获取：

获取所述液压系统中主油路的进油口温度或回油口温度，将所述进油口温度或所述回油口温度作为所述当前油温。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述液压系统的当前油温以及在预设目标温度时所述冷却风机的平衡转速，包括：

获取所述液压系统的主油路的回油口温度、所述液压系统的环境温度以及所述主油路的进油口温度；

按照以下公式计算得到所述平衡转速：其中，V_X表示所述平衡转速，C_油表示液压油的比热容，∑_主表示预设的所述液压系统的各油泵的排量和，∑_主为一常量，T_A表示所述主油路的回油口温度，T_B表示所述液压系统的环境温度，T_C表示所述主油路的进油口温度，η表示散热效率系数，η≤1，C_气表示当前环境下的空气热容，K为所述冷却风机的流量系数，为一常量。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，根据比较结果控制所述冷却风机的转速以使所述当前油温达到所述预设目标温度，包括：

在所述比较结果为所述当前油温大于所述预设目标温度时，控制所述冷却风机增大转速运行，直至所述当前油温等于所述预设目标温度；

在所述比较结果为所述当前油温小于所述预设目标温度时，控制所述冷却风机减小转速运行，直至所述当前油温等于所述预设目标温度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

控制所述冷却风机增大转速运行包括：控制所述冷却风机以最大转速运行；

控制所述冷却风机减小转速运行包括：控制所述冷却风机停止运行。

6.一种液压系统中冷却风机的转速控制装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取所述液压系统的当前油温以及在预设目标温度时所述冷却风机的平衡转速，其中，在该平衡转速下，所述液压系统的散热量和发热量相等；

比较模块，用于比较所述预设目标温度和所述当前油温；

控制模块，用于根据比较结果控制所述冷却风机的转速以使所述当前油温达到所述预设目标温度，以及在所述当前油温达到所述预设目标温度时，控制所述冷却风机按照所述平衡转速运行。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：第二获取模块，用于获取所述液压系统中主油路的进油口温度或回油口温度，将所述进油口温度或所述回油口温度作为所述当前油温。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

获取单元，获取所述液压系统的主油路的回油口温度、所述液压系统的环境温度以及所述主油路的进油口温度；

计算单元，按照以下公式计算得到所述平衡转速：

其中，V_X表示所述平衡转速，C_油表示液压油的比热容，∑_主表示预设的所述液压系统的各油泵的排量和，∑_主为一常量，T_A表示所述主油路的回油口温度，T_B表示所述液压系统的环境温度，T_C表示所述主油路的进油口温度，η表示散热效率系数，η≤1，C_气表示当前环境下的空气热容，K为所述冷却风机的流量系数，为一常量。

9.根据权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块，用于按照以下规则控制所述冷却风机的转速以使所述当前油温达到所述预设目标温度：

在所述比较结果为所述当前油温大于所述预设目标温度时，控制所述冷却风机增大转速运行，直至所述当前油温等于所述预设目标温度；

在所述比较结果为所述当前油温小于所述预设目标温度时，控制所述冷却风机减小转速运行，直至所述预设目标温度等于所述当前油温。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述控制模块，用于按照以下方式控制所述冷却风机增大转速运行：控制所述冷却风机以最大转速运行；以及按照以下方式控制所述冷却风机减小转速运行：控制所述冷却风机停止运行。