CN103670651A - 一种内燃机车冷却风扇驱动装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃机车冷却风扇驱动装置及控制方法，包括液力偶合器、偶合器传动箱、工作油油箱、充排油控制阀和PLC控制系统，所述偶合器传动箱的输出端连接冷却风扇，工作油通过所述充排油控制阀与液力偶合器连接，所述充排油控制阀通过风管路连接高压空气源，高压空气源由所述PLC控制系统根据冷却水温度控制其通断。本发明整体结构简单，辅助设备少，故障率低，成本低，以液力偶合器驱动冷却风扇运转，工作稳定可靠，不受运行环境、气候的影响，有效保证运行安全，而且冷却风扇只有额定转速和惰转两种转速，控制方式更为简单。

Description

一种内燃机车冷却风扇驱动装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机冷却风扇驱动装置，特别涉及用于通过偶合器驱动的内燃机车冷却风扇驱动装置及控制方法。

背景技术

目前，大功率内燃机普遍配备了冷却风扇，即内燃机启动，冷却风扇随即启动，在现有技术中，冷却风扇一般有下述两种驱动方式，一种是电机驱动，利用电机直接驱动冷却风扇，但电机故障率较高，而且成本高，受车辆运行环境和气候的影响较大；另一种是静液压系统驱动，利用静液压泵及静液压系统连控制静液压马达,再由静液压马达驱动冷却风扇，但该驱动系统管路繁杂，辅助设备多，故障率高。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种工作稳定可靠，不受运行环境、气候等影响的内燃机车冷却风扇驱动装置。

本发明的另一个主要目的在于，提供一种控制方式更为简单，易于操作的控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种内燃机车冷却风扇驱动装置，包括液力偶合器、偶合器传动箱、充排油控制阀和PLC控制系统，所述偶合器传动箱的输出端连接冷却风扇，工作油通过所述充排油控制阀与液力偶合器连接，所述充排油控制阀通过风管路连接高压空气源，高压空气源由所述PLC控制系统根据冷却水温度控制其通断。

进一步，在所偶合器传动箱的出口与所述充排油控制阀的进油口之间依次设置有滤清器、齿轮油泵及热交换器。

进一步，所述液力偶合器包括泵轮轴、涡轮轴、泵轮和涡轮，与动力源连接的输入轴与所述泵轮轴之间通过螺旋伞齿轮啮合连接，所述涡轮轴连接所述冷却风扇。

进一步，在所述风管路上设置电空阀，所述电空阀与所述PLC控制系统连接。

进一步，所述充排油控制阀包括阀体，在所述阀体上设置有与所述偶合器传动箱连接的进油口和回油口、与所述液力偶合器连接的充油口、与所述液力偶合器的排油槽连接的排油口及高压空气的进气口，在所述阀体内设置有活塞、控制滑阀及复位弹簧，在所述活塞的顶部具有空气腔，所述进气口与所述空气腔连通，所述活塞与所述控制滑阀的顶部连接，所述复位弹簧连接在所述控制滑阀上，所述活塞和控制滑阀与所述阀体的内壁之间滑动连接，所述进油口、回油口、充油口和排油口之间通过所述控制滑阀的移动而选择性的连通或断开。

进一步，在所述控制滑阀的外周设置有多个凹槽，所述凹槽在所述控制滑阀移动时将所述进油口、回油口、充油口和排油口之间选择性地连通或断开。

进一步，所述凹槽沿所述控制滑阀的径向呈环形设置，相应地，所述进油口、回油口、充油口、排油口分别沿所述阀体的周圈均匀设置多个。

进一步，在所述阀体上还开设有用于反应油压的调节口。

进一步，所述控制滑阀由中间的芯杆及套设在所述芯杆外周的滑阀体组成，所述复位弹簧套设在所述芯杆上，所述活塞的底部伸入至所述滑阀体的顶部与所述芯杆的顶部固定连接，在所述活塞与所述滑阀体之间套设一压力弹簧。

进一步，在所阀体的顶部设置有与所述阀体内腔连通的通孔，所述通孔处设置一螺堵。

本发明的另一个技术方案是：

一种采用上述的内燃机车冷却风扇驱动装置的控制方法，当PLC控制系统检测水温低于设定温度时，冷却风扇处于惰转状态；当PLC控制系统检测水温达到设定温度需要给冷却水降温时，控制冷却风扇以额定转速运转。

综上内容，本发明所述的一种内燃机车冷却风扇驱动装置和控制方法，与现有技术相比，具有如下优点：

（1）该装置整体结构简单，辅助设备少，故障率低，成本低。

（2）以液力偶合器驱动冷却风扇运转，工作稳定可靠，不受运行环境、气候的影响，有效保证运行安全。

（3）冷却风扇只有额定转速和惰转两种转速，节能经济，控制方式更为简单。

（4）通过PLC控制系统检测水温，并通过水温控制冷却风扇的开停的自动运行。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明偶合器结构示意图；

图3是本发明充排油控制阀在非工作状态下的结构示意图；

图4是本发明充排油控制阀在工作状态下的结构示意图；

图5是本发明控制原理图。

如图1至图5所示，液力偶合器1，偶合器传动箱2，油箱3，充排油控制阀4，滤清器5，齿轮油泵6，热交换器7，冷却风扇8，泵轮轴9，涡轮轴10，输入轴11，螺旋伞齿轮12，泵轮13，涡轮14，轴承15，轴承16，轴承17，风管路18，电空阀19，阀体20，排空孔21，活塞22，控制滑阀23，复位弹簧24，压盖25，螺栓26，进油口27,回油口28,充油口29,排油口30，进气口31，空气腔32，芯杆33，滑阀体34，环形凸台35，弹簧座36，锁环37，T形槽38，T形头39，凸沿40，压力弹簧41，凹槽42，密封槽43，密封圈44，螺堵45，调节口46。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明提供的一种内燃机车冷却风扇驱动装置，包括液力偶合器1、偶合器传动箱2、充排油控制阀4、滤清器5、齿轮油泵6、热交换器7，偶合器传动箱2的输出端固定连接冷却风扇8。

其中，液力偶合器1安装在偶合器传动箱2的顶部，偶合器传动箱2的下部即为工作油的油箱3，滤清器5安装在偶合器传动箱2的箱体上，滤清器5用于过滤工作油中的杂质，齿轮油泵6安装在偶合器传动箱2的输入轴上，齿轮油泵6用于给液力偶合器1提供工作油，滤清器5的出口通过油管路与齿轮油泵6连接，齿轮油泵6的出口与热交换器7连接，热交换器7的出口与充排油控制阀4的进油口27连接，热交换器7用于给工作油降温，避免工作油的油温过高。

如图2所示，液力偶合器1内主要包括泵轮轴9、涡轮轴10、泵轮13和涡轮14，泵轮13和涡轮14与液力偶合器1的外壳刚性连接，泵轮轴9带动泵轮13高速旋转，泵轮13中的工作油在离心力的作用下进入涡轮14，从而带动涡轮14旋转，涡轮14带动涡轮轴10旋转，将动力输出到冷却风扇8上。泵轮13接收由发动力传来的机械能，并将其转换为液力的动能，涡轮14再将液力的动能转换为机械能输出。

偶合器传动箱2内的输入轴11与作为动力源的发动机的主轴（图中未示出）连接，输入轴11通过螺旋伞齿轮12与泵轮轴9啮合连接，进而驱动泵轮轴9，发动机的主轴高速旋转时，泵轮轴9也同样以高速旋转，螺旋伞齿轮12改变了动力输入与输出的方向，输入轴11与泵轮轴9相互垂直布置，涡轮轴10与泵轮轴9的输出方向相同，涡轮轴10作为输出轴，其顶部固定连接冷却风扇8，输入轴11与偶合器传动箱2的箱体之间通过轴承15支撑固定，泵轮轴9和涡轮轴10也分别通过轴承16和轴承17与箱体支撑固定。

涡轮轴10的旋转或停止通过给液力偶合器1充、排油进行控制，液力偶合器1的充、排油通过充排油控制阀4进行控制，充排油控制阀4通过高压空气来控制，在充排油控制阀4与高压空气源之间通过风管路18连接，在风管路18上串接一电空阀19，通过电空阀19控制高压空气的供给和停止，电空阀19的开关通过PLC控制系统控制，在PLC控制系统中具有监控冷却水的温度的温度检测部分。当高温水或中冷水温度达到设定温度时，由PLC控制系统发出指令，使电空阀19得电打开，高压空气由电空阀19进入充排油控制阀4，将充排油控制阀4内的活塞22和控制滑阀23顶下，打开液力偶合器1充油油路，同时关闭充排油控制阀4的排油油路，进而驱动冷却风扇8高速运转，给冷却水降温。

如图3和图4所示，充排油控制阀4包括阀体20，阀体20固定在控制阀安装座上，在阀体20内设置有活塞22、控制滑阀23及复位弹簧24，活塞22的底部与控制滑阀23的顶部连接，活塞22带动控制滑阀23移动，活塞22和控制滑阀23与阀体20的内壁之间滑动连接。在阀体20的顶部具有一可拆卸的压盖25，压盖25压紧阀体20并通过螺栓26固定连接在控制阀安装座上。

在阀体20上设置有与齿轮油泵6连接的进油口27和回油口28、与液力偶合器1的进油口连接用于向液力偶合器1供油的充油口29及用于将液力偶合器1内的工作油排向油箱3的排油口30，排油口30与液力偶合器1的排油槽（图中未示出）连接，在阀体20上还设置有高压空气的进气口31。其中，进气口31开设在压盖25上，进气口31通过风管路18与高压空气源连接，在活塞22的顶部具有空气腔32，进气口31与空气腔32连通，高压空气由进气口31进入后，向下推动活塞22，活塞22再推动控制滑阀23。进油口27、回油口28、充油口29和排油口30之间通过控制滑阀23的上下移动而选择性的连通或断开。

控制滑阀23由中间的芯杆33及套设在芯杆33外周的滑阀体34组成，在芯杆33上套设复位弹簧24，芯杆33起至导向复位弹簧24的作用，在芯杆33的中部延伸出一环形凸台35，在芯杆33的底部设置弹簧座36，复位弹簧24设置在环形凸台35和弹簧座36之间，弹簧座36起到支撑复位弹簧24的作用，弹簧座36与芯杆33底部之间通过锁环37连接，避免两者脱开，弹簧座36及阀体20下端面通过芯杆33和控制阀安装座的导向顶在偶合器传动箱2箱体的上端面上，弹簧座36的内部是中空的，给芯杆33上下移动留出足够的空间。

活塞22的底部伸入至滑阀体34的顶部与芯杆33的顶部固定连接，在活塞22的底部中间具有一T形槽38，在芯杆33的顶部具有一T形头39，T形头39卡在T形槽38内实现芯杆33与活塞22之间的固定连接。活塞22的底部为T形结构，滑阀体34的顶部具有向中心轴线延伸的凸沿40，活塞22底部的T形结构卡在凸沿40内。复位弹簧24复位时，推动芯杆33向上移动，再带动活塞22及滑阀体34一起向上移动，恢复至原位。在活塞22与滑阀体34之间套设一压力弹簧41，活塞22向下移动时，在压力弹簧41的作用下推动滑阀体34向下移动，压力弹簧41的弹力与高压空气的压力相匹配，确定活塞22移动所需的初始压力。

在控制滑阀23的滑阀体34的外周设置有多个凹槽42，每个凹槽42沿滑阀体34的径向呈环形设置，自上而下平行设置三个凹槽42，回油口28、进油口27、充油口29、排油口30也是自上而下设置四排，回油口28、进油口27、充油口29、排油口30分别沿阀体20的周圈均匀设置2-6个，本实施例中，回油口28、进油口27、充油口29、排油口30均优选采用6个，由于凹槽42呈环形，所以6个回油口28之间、6个进油口27之间、6个充油口29之间、6个排油口30之间均相互连通。回油口28、进油口27、充油口29、排油口30分别与控制阀安装座的相应位置的孔相通，再通过控制阀安装座内的孔与油箱3、液力偶合器1等连通。

在活塞22的外周上设置至少一个呈环形的密封槽43，在密封槽43内设置密封圈44，密封圈44起到密封的作用，保证高压空气不泄漏。

在压盖25上设置有与阀体20内腔连通的通孔，通孔处设置一螺堵45，当控制滑阀23出现卡滞现象时，可将螺堵45拧下，用专业工具将活塞22直接顶下，使控制滑阀23动作进行充油。

在组装控制阀时，可以将活塞22、密封圈24、复位弹簧24、滑阀体34、芯杆33、压力弹簧41、弹簧座36、锁环37等组装在一起后再安装在阀体20内，最后用压盖25将阀体20压紧并通过螺栓26固定在控制阀安装座上。

本发明还提供一种冷却风扇的控制方法，冷却风扇8的工作转速只有惰转和额定转速两种，惰转指液力偶合器1在不充油的情况下冷却风扇8的转速，额定转速是指液力偶合器1充油后冷却风扇8达到的最高转速，这种控制方式更为简单。当液力偶合器1充油工作时，冷却风扇8在几秒钟之内就能达到额定转速，当水温降到规定温度时，电空阀19失电，切断高压空气，充排油控制阀4切断供油油路，开启排油油路，液力偶合器1内的工作油排空，液力偶合器1恢复至惰转。

如图5所示，下面详细描述该驱动装置的工作过程：

A、油箱3内的工作油在齿轮油泵6的作用下，不断地从油箱3流出，依次经过滤清器5、齿轮油泵6和热交换器7进入充排油控制阀4的进油口27内。工作油不间断地循环流动，保证液力偶合器1的正常工作。

B、当PLC控制系统中的温度检测部分检测冷却水温度低于设定温度时，电空阀19断开，高压空气源断开，如图3所示，充排油控制阀4中的控制滑阀23处于原始状态，复位弹簧24和压力弹簧41均处于初始位置，滑阀体34外周的位于中间的凹槽42将回油口28和进油口27连通，由进油口27进入阀体20内的工作油直接经回油口28流出，下部的凹槽42将充油口29隔开，工作油不能进入液力偶合器1内，最底部的排油口30与回油口28、进油口27和充油口29隔开，液力偶合器1的工作油从排油槽流出后进入排油口30，再从控制阀底部的排空孔21流回油箱3。

此过程中，由进油口27进入阀体20内的工作油直接经回油口28流出，又返回至油箱3，而不能进入液力偶合器1内，冷却风扇8处于惰转状态。

C、当PLC控制系统中的温度检测部分检测出高温水或中冷水温度达到设定温度时，由PLC控制系统发出指令，使电空阀19得电打开，接通高压空气源，高压空气由电空阀19、风管路18进入充排油控制阀4。

如图4所示，在此过程中，高压空气从进气口31进入活塞22顶部的空气腔32内，在高压空气的压力下，活塞22向下移动，推动芯杆33向下移动，复位弹簧24被压缩，同时，活塞22向下移动时，在压力弹簧41的作用下，滑阀体34也向下移动，凹槽42随之向下移动。

中间的凹槽42将进油口27和充油口29连通，而将回油口28封堵断开。由进油口27进入的工作油经充油口29进入液力偶合器1内，最下方的凹槽42将排油口30切断，使液力偶合器1出来的油不能排出。

此时，发动机的主轴高速旋转时，输入轴11通过螺旋伞齿轮12驱动泵轮轴9也高速旋转，泵轮轴9带动泵轮13高速旋转，泵轮13中的工作油在离心力的作用下进入涡轮14，从而带动涡轮14旋转，涡轮14带动涡轮轴10旋转，将动力输出到冷却风扇8上，进而驱动冷却风扇8在几分钟内达到高速运转。

D、当冷却水温度降低至设定温度以下时，液力偶合器1停止工作时，由PLC控制系统发出指令，使电空阀19失电断开，切断高压空气源，在复位弹簧24回弹的作用下，芯杆33向上移动，同时推动活塞22、滑阀体34向上移动至原始位置，回油口28和进油口27连通，由进油口27进入阀体20内的工作油直接经回油口28流出，不进入液力偶合器1内，排油口30被打开，使偶合器内的工作油经排油口30回到油箱。

在充排油控制阀4的阀体20上还开设有用于反应油压的调节口46，调节口46可以只设置一个，也可以沿阀体20的周圈设置多个，最上部的凹槽42与调节口46无论在充油时还是不充油时都连通，如图4所示，在偶合器充油工作时，当偶合器的工作油量太多而压力较大时，偶合器的工作油会甩出而进入调节口46内，如果压力很大时，进入调节口46内的油会将滑阀体34向上顶起一点距离，此时，回油口28接通一点，充油口29被关闭一点，这样一部分工作油不会流向偶合器，而是从回油口28处流回油箱，进而调节偶合器的油压。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：包括液力偶合器、偶合器传动箱、充排油控制阀和PLC控制系统，所述偶合器传动箱的输出端连接冷却风扇，工作油通过所述充排油控制阀与液力偶合器连接，所述充排油控制阀通过风管路连接高压空气源，高压空气源由所述PLC控制系统根据冷却水温度控制其通断。

2.根据权利要求1所述的内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：在所偶合器传动箱的出口与所述充排油控制阀的进油口之间依次设置有滤清器、齿轮油泵及热交换器。

3.根据权利要求1所述的内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：所述液力偶合器包括泵轮轴、涡轮轴、泵轮和涡轮，与动力源连接的输入轴与所述泵轮轴之间通过螺旋伞齿轮啮合连接，所述涡轮轴连接所述冷却风扇。

4.根据权利要求1所述的内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：在所述风管路上设置电空阀，所述电空阀与所述PLC控制系统连接。

5.根据权利要求1所述的内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：所述充排油控制阀包括阀体，在所述阀体上设置有与所述偶合器传动箱连接的进油口和回油口、与所述液力偶合器连接的充油口、与所述液力偶合器的排油槽连接的排油口及高压空气的进气口，在所述阀体内设置有活塞、控制滑阀及复位弹簧，在所述活塞的顶部具有空气腔，所述进气口与所述空气腔连通，所述活塞与所述控制滑阀的顶部连接，所述复位弹簧连接在所述控制滑阀上，所述活塞和控制滑阀与所述阀体的内壁之间滑动连接，所述进油口、回油口、充油口和排油口之间通过所述控制滑阀的移动而选择性的连通或断开。

6.根据权利要求5所述的内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：在所述控制滑阀的外周设置有多个凹槽，所述凹槽在所述控制滑阀移动时将所述进油口、回油口、充油口和排油口之间选择性地连通或断开。

7.根据权利要求6所述的内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：所述凹槽沿所述控制滑阀的径向呈环形设置，相应地，所述进油口、回油口、充油口、排油口分别沿所述阀体的周圈均匀设置多个。

8.根据权利要求5所述的内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：在所述阀体上还开设有用于反应油压的调节口。

9.根据权利要求5所述的内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：所述控制滑阀由中间的芯杆及套设在所述芯杆外周的滑阀体组成，所述复位弹簧套设在所述芯杆上，所述活塞的底部伸入至所述滑阀体的顶部与所述芯杆的顶部固定连接，在所述活塞与所述滑阀体之间套设一压力弹簧。

10.根据权利要求5所述的内燃机车冷却风扇驱动装置，其特征在于：在所阀体的顶部设置有与所述阀体内腔连通的通孔，所述通孔处设置一螺堵。

11.一种如权利要求1-10任一项所述的内燃机车冷却风扇驱动装置的控制方法，其特征在于：当PLC控制系统检测水温低于设定温度时，将高压空气源切断，充排油控制阀排油，液力偶合器停止工作，冷却风扇处于惰转状态；

当PLC控制系统检测水温达到设定温度需要给冷却水降温时，接通高压空气源，充排油控制阀充油，液力偶合器开始止工作，控制冷却风扇快速达到额定转速运转。

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