CN112096699A - 液压油热交换系统和挖掘机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的一种液压油热交换系统和挖掘机，涉及挖掘机技术领域。液压油热交换系统包括油箱、主泵、主阀组件、第一控制阀、冷却组件和热交换器。油箱、主泵和主阀组件依次连接，主阀组件与油箱连接，油箱、主泵和主阀组件形成循环油路。循环油路上设有第一控制阀、冷却组件和热交换器，第一控制阀用于在第一工况下与冷却组件连通，以使液压油经过冷却组件后回到油箱；第一控制阀还用于在第二工况下与热交换器连通，以使液压油经过热交换器后回到油箱。该液压油热交换系统能够实现高温冷却和低温加热的功能，降低油耗，提升整机效率。

Description

液压油热交换系统和挖掘机
技术领域
本发明涉及挖掘机技术领域，具体而言，涉及一种液压油热交换系统和挖掘机。
背景技术
随着我国城镇化建设的不断发展，工程机械在各种环境下的可靠性、效率、油耗表现成为市场需求的热点，也是各企业核心技术竞争的重要指标。现有技术中，挖掘机液压系统受环境温度的影响比较明显，环境温度过低或者过高都会影响液压系统效率，从而增加整机油耗和排放，因此，如何将液压系统油温控制在最佳工作温度显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种液压油热交换系统和挖掘机，其能够对液压油进行低温加热和高温冷却，以使液压油保持在良好的工作温度下运行，降低整机油耗和排放，提升整机效率。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明实施例提供一种液压油热交换系统，包括油箱、主泵、主阀组件、第一控制阀、冷却组件和热交换器；所述油箱、所述主泵和所述主阀组件依次连接，所述主阀组件与所述油箱连接，所述油箱、所述主泵和所述主阀组件形成循环油路；
所述循环油路上设有所述第一控制阀、所述冷却组件和所述热交换器，所述第一控制阀用于在第一工况下与所述冷却组件连通，以使液压油经过所述冷却组件后回到所述油箱；所述第一控制阀还用于在第二工况下与所述热交换器连通，以使液压油经过所述热交换器后回到所述油箱。
在可选的实施方式中，所述循环油路包括工作油路和回油油路，所述油箱、所述主泵和所述主阀组件依次连通，形成所述工作油路，所述主阀组件和所述油箱连通以形成回油油路；
所述第一控制阀设于所述回油油路上，所述冷却组件设于所述回油油路上，且位于所述第一控制阀和所述油箱之间；所述热交换器设于所述回油油路上，且位于所述第一控制阀和所述油箱之间；
所述第一控制阀与所述冷却组件连通，或者，所述第一控制阀与所述热交换器连通。
在可选的实施方式中，所述循环油路上设有温度传感器，当所述温度传感器检测到液压油的实际温度大于或等于第一预设温度，所述第一控制阀和所述冷却组件连通；当所述温度传感器检测到液压油的实际温度小于或等于第二预设温度，所述第一控制阀和所述热交换器连通；当所述温度传感器检测到液压油的实际温度处于所述第二预设温度和所述第一预设温度之间，所述第一控制阀和所述热交换器连通。
在可选的实施方式中，所述温度传感器设于所述油箱内，或设于所述回油油路中。
在可选的实施方式中，还包括发动机，所述发动机与所述主泵连接，所述发动机的排气口与所述热交换器连通。
在可选的实施方式中，所述发动机的排气口与尾气出口连通，所述排气口和所述尾气出口之间设有排气管道，所述排气管道上设有所述热交换器。
在可选的实施方式中，所述排气管道上还设有第二控制阀，所述第二控制阀开启，以使所述排气口中的气体经所述热交换器后到达所述尾气出口；所述第二控制阀关闭，以使所述排气口中的气体直接到达所述尾气出口。
在可选的实施方式中，所述回油油路上设有所述温度传感器，当所述温度传感器检测到液压油的实际温度大于或等于第一预设温度，所述第二控制阀关闭；当所述温度传感器检测到液压油的实际温度小于或等于第二预设温度，所述第二控制阀开启；当所述温度传感器检测到液压油的实际温度处于所述第二预设温度和所述第一预设温度之间，所述第二控制阀关闭。
在可选的实施方式中，所述冷却组件采用油冷器。
第二方面，本发明实施例提供一种挖掘机，包括如前述实施方式中任一项所述的液压油热交换系统。
本发明实施例提供的液压油热交换系统和挖掘机，其有益效果包括，例如：
本发明实施例提供的液压油热交换系统，油箱、主泵和主阀组件形成循环油路，在循环油路上设有所述第一控制阀、所述冷却组件和所述热交换器，当液压油的油温过高，第一控制阀与冷却组件连通，循环油路中的液压油经过冷却组将降温，以调整油温处于合适的工作温度。当液压油的油温过低，第一控制阀与热交换器连接，液压油能经过热交换器升温，以使油温处于合适的工作温度。这样，该液压油热交换系统能够实现高温冷却和低温加热的功能，以使液压油保持在良好的工作温度下运行，降低整机油耗和排放，提升整机效率。
本发明提供的挖掘机，包括上述的液压油热交换系统，能够实现对液压油进行低温加热和高温冷却，以使液压油达到最佳的工作温度，从而降低整机油耗和排放，提升整机效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明具体实施例提供的液压油热交换系统的控制原理示意图。
图标：110-油箱；120-主泵；130-负载；131-主阀组件；140-发动机；141-冷却风扇；143-排气口；145-排气管；146-尾气出口；147-消音器；150-第一控制阀；160-冷却组件；170-热交换器；173-排气管道；175-第二控制阀；180-控制器；181-温度传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
现有的挖掘机，其液压冷却系统是依靠与发动机轮系固定连接的冷却风扇来进行散热，当挖掘机在冬季高纬度地域工作时，只要发动机启动运转，冷却风扇也随之运转，导致液压油的温度长时间无法达到最佳工作温度，进而导致整机效率低下，油耗增加，排放增加。为了克服现有技术中的缺陷，本申请提出了一种液压油热交换系统，既可以在低温工况下对液压油加热，也能在高温工况下对液压油降温，从而调整液压油的温度始终保持在较佳的工作温度，以提高整机的运行效率。
请参考图1，本实施例提供了一种液压油热交换系统，主要应用在挖掘机上，当然，也可以应用在起重机、高空机、铲斗机或其它工程机械上，这里不作具体限定。该液压油热交换系统包括油箱110、主泵120、主阀组件131、第一控制阀150、冷却组件160和热交换器170；油箱110、主泵120和主阀组件131依次连接，主阀组件131与油箱110连接，油箱110、主泵120和主阀组件131形成循环油路。主泵120用于将油箱110中的液压油输送至主阀组件131处，主阀组件131用于与负载130连接，为负载130提供动力，最后液压油再回到油箱110中，循环使用。可以理解，负载130可以是一个或多个，可以是相同类型的或不同类型的，比如包括但不限于挖掘机上的回转元件、铲斗、动臂油缸等执行元件，这里不作具体限定。循环油路上设有第一控制阀150、冷却组件160和热交换器170，第一控制阀150用于在第一工况下与冷却组件160连通，以使液压油经过冷却组件160冷却后回到油箱110；第一控制阀150还用于在第二工况下与热交换器170连通，以使液压油经过热交换器170加热后回到油箱110。这样，当液压油的油温较低时，可以经过热交换器170加热，当液压油的油温较高时，可以经过冷却组件160进行降温，以使液压油保持在合适的工作温度，从而降低油耗和排放，提升整机效率。
本实施例中，循环油路包括工作油路和回油油路，其中，油箱110、主泵120和主阀组件131依次连通，形成工作油路，在工作油路中，液压油从油箱110出来，经过主泵120，到达主阀组件131处。容易理解，主阀组件131用于与负载130连接，挖掘机中的负载130可以是一个或多个，主阀组件131用于控制液压油流向某一个或某几个负载130，以便于挖掘机完成一个动作或几个复合动作。主阀组件131和油箱110连通以形成回油油路，在回油油路中，液压油从主阀组件131处回流至油箱110中。
可选的，第一控制阀150设于回油油路上，冷却组件160设于回油油路上，且位于第一控制阀150和油箱110之间；热交换器170设于回油油路上，且位于第一控制阀150和油箱110之间。在第一工况下，即液压油的油温较高，第一控制阀150与冷却组件160连通，在回油油路中，液压油从主阀组件131经过第一控制阀150，流向冷却组件160，经冷却组件160冷却后再流回至油箱110。冷却组件160包括但不限于风冷、水冷组件，本实施例中，冷却组件160采用油冷器，油冷器用于对液压油进行冷却降温，以使高温液压油冷却至合适的工作温度，提高液压油的运行效率。
或者，在第二工况下，即液压油的油温较低，第一控制阀150与热交换器170连通，在回油油路中，液压油从主阀组件131经过第一控制阀150，流向热交换器170，经热交换器170升温后再流回至油箱110。热交换器170可以采用板翅式气液分离结构或其它加热组件，这里不作具体限定。本实施例中，热交换器170采用废热交换结构，与发动机140的排气口143连通，利用发动机140的排气口143的热量对回油油路中的液压油进行加热，无需设置额外的加热元件，充分利用发动机140排气口143的废气热能，实现能量的高效利用，提高液压油的运行效率。
本实施例中，发动机140连接有冷却风扇141，发动机140启动运转，冷却风扇141也随之运转。可选地，冷却组件160靠近冷却风扇141设置，在需要对液压油降温时，这样设置可以进一步提高降温效率。发动机140与主泵120连接，为主泵120提供动力，以输送液压油。发动机140的排气口143与尾气出口146连通，进一步地，发动机140的排气口143通过排气管145进行废气排放，排气管145的一端与排气口143连通，排气管145远离排气口143的一端与尾气出口146连通。为了减少尾气排放的噪音，排气管145上设有消音器147。为了充分利用发动机140的废气热能，还将发动机140的排气口143与热交换器170连通。可选地，排气口143和尾气出口146之间设有排气管道173，排气管道173上设有热交换器170。排气管道173为废气排放的另一条支路，即排气管道173的一端与排气管145连通，且连接于排气口143和消音器147之间；排气管道173的另一端与尾气出口146连通。进一步地，排气管道173上还设有第二控制阀175，第二控制阀175开启，以使排气口143中的气体经热交换器170后到达尾气出口146；第二控制阀175关闭，以使排气口143中的气体直接到达尾气出口146。
可选地，循环油路上设有温度传感器181，温度传感器181用于检测液压油的实际油温。温度传感器181可以设置在工作油路上，也可以设置在回油油路上，或者温度传感器181也可以设置在油箱110内，这里不作具体限定。可以理解，该液压油热交换系统中还包括控制器180，控制器180分别与温度传感器181、第一控制阀150和第二控制阀175连接，控制器180用于根据温度传感器181检测到的液压油的实际温度，来控制第一控制阀150和第二控制阀175的工作状态。
本实施例中，第一控制阀150和第二控制阀175包括但不限于采用电控阀。温度传感器181设置在油箱110中，用于检测油箱110中的实际油温。当温度传感器181检测到液压油的实际温度大于或等于第一预设温度，比如高于60度，控制器180控制第一控制阀150，使第一控制阀150和冷却组件160连通，以使液压油在回油油路中经过油冷器降温；同时，控制器180控制第二控制阀175，使第二控制阀175关闭，这样发动机140的排气口143的废气直接排出至尾气出口146，以防止废气长时间腐蚀热交换器170。
当温度传感器181检测到液压油的实际温度小于或等于第二预设温度，比如低于40度，控制器180控制第一控制阀150，使第一控制阀150和热交换器170连通，以使液压油在回油油路中经过热交换器170升温；同时，控制器180控制第二控制阀175，使第二控制阀175开启，这样发动机140的排气口143的废气经过热交换器170后，排出至尾气出口146。当液压油经过热交换器170回油，发动机140排出的废气热量源源不断地经过热交换器170，与热交换器170进行热交换，以使热交换器170中的液压油吸收热量，油温升高，实现对液压油的加热。
当温度传感器181检测到液压油的实际温度处于第二预设温度和第一预设温度之间，比如处于40度至60度之间，控制器180控制第一控制阀150，使第一控制阀150和热交换器170连通，实现液压油的保温；同时，控制器180控制第二控制阀175，使第二控制阀175关闭，防止液压油过渡加热。
需要说明的是，本实施例中，为便于液压油油温的协调控制，第一控制阀150和第二控制阀175均通过控制器180统一控制。控制器180可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。当然，控制器180也可以集成为PLC控制器180、单片机等，这里不作具体限定。文中描述的第一预设温度、第二预设温度等可以根据实际情况进行灵活设定和调整。
本发明实施例提供的液压油热交换系统，其工作原理如下：
该液压油热交换系统运行时，温度传感器181检测循环油路中的实际温度，若液压油的实际油温大于或等于第一预设温度，控制器180控制第一控制阀150的工作状态，以使第一控制阀150与冷却组件160连通，液压油经过冷却组件160降温后回到油箱110。同时控制器180控制第二控制阀175关闭，发动机140的废气直接通过排气管145从尾气出口146排出。当温度传感器181检测到液压油的实际温度小于或等于第二预设温度，控制器180控制第一控制阀150的工作状态，以使第一控制阀150与热交换器170连通，液压油经过热交换器170升温后回到油箱110；同时控制器180控制第二控制阀175开启，发动机140排气口143的废气进入热交换器170，对热交换器170中的液压油加热。当温度传感器181检测到液压油的实际温度处于第二预设温度和第一预设温度之间，控制器180控制第一控制阀150的工作状态，以使第一控制阀150与热交换器170连通，液压油经过热交换器170保温后回到油箱110；同时控制器180控制第二控制阀175关闭，以避免液压油被过渡加热。通过对低温液压油进行加热，对高温液压油进行降温，以使液压油始终保持在合适的工作温度下，可以降低油耗和排放，提升液压油及整机的运行效率。
本发明实施例还提供一种挖掘机，包括如前述实施方式中任一项的液压油热交换系统。通过在回油油路中设置第一控制阀150、冷却组件160和热交换器170，能够实现对液压油低温加热、高温冷却的目的，以使液压油保持在合适的工作温度下，提高液压系统的运行效率。并且，本实施例中利用发动机140工作产生的废气热量加热液压油，无需额外的加热组件，充分利用废热，成本较低，结构紧凑。
综上所述，本发明实施例提供的一种液压油热交换系统和挖掘机，具有以下几个方面的有益效果：
该液压油热交换系统使用范围广，可以应用在挖掘机、起重机等工程机械上，也可以应用其他液压机械领域。适用场景和地域不受限制，无论工作环境是高温或低温，该液压油热交换系统均能根据实际环境对液压油进行低温加热、高温冷却的调节，以使液压油始终保持在较佳的工作温度范围内，提升整机运行效率。并且，该液压油热交换系统可以利用发动机140的废气热量对液压油加热，提高能量利用率，对机械原有结构改动较小；也可以利用原油箱110中的温度传感器181，改进成本低，控制方便。
该挖掘机包括上述的液压油热交换系统，能同时兼顾高温和低温环境，始终保持液压油处于较佳的工作温度，提升系统效率。充分利用废气热能，提高能量利用率，大幅降低能耗和排放，提升整机效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种液压油热交换系统，其特征在于，包括油箱(110)、主泵(120)、主阀组件(131)、第一控制阀(150)、冷却组件(160)和热交换器(170)；所述油箱(110)、所述主泵(120)和所述主阀组件(131)依次连接，所述主阀组件(131)与所述油箱(110)连接，所述油箱(110)、所述主泵(120)和所述主阀组件(131)形成循环油路；
所述循环油路上设有所述第一控制阀(150)、所述冷却组件(160)和所述热交换器(170)，所述第一控制阀(150)用于在第一工况下与所述冷却组件(160)连通，以使液压油经过所述冷却组件(160)后回到所述油箱(110)；所述第一控制阀(150)还用于在第二工况下与所述热交换器(170)连通，以使液压油经过所述热交换器(170)后回到所述油箱(110)。
2.根据权利要求1所述的液压油热交换系统，其特征在于，所述循环油路包括工作油路和回油油路，所述油箱(110)、所述主泵(120)和所述主阀组件(131)依次连通，形成所述工作油路，所述主阀组件(131)和所述油箱(110)连通以形成回油油路；
所述第一控制阀(150)设于所述回油油路上，所述冷却组件(160)设于所述回油油路上，且位于所述第一控制阀(150)和所述油箱(110)之间；所述热交换器(170)设于所述回油油路上，且位于所述第一控制阀(150)和所述油箱(110)之间；
所述第一控制阀(150)与所述冷却组件(160)连通，或者，所述第一控制阀(150)与所述热交换器(170)连通。
3.根据权利要求2所述的液压油热交换系统，其特征在于，所述循环油路上设有温度传感器(181)，当所述温度传感器(181)检测到液压油的实际温度大于或等于第一预设温度，所述第一控制阀(150)和所述冷却组件(160)连通；当所述温度传感器(181)检测到液压油的实际温度小于或等于第二预设温度，所述第一控制阀(150)和所述热交换器(170)连通；当所述温度传感器(181)检测到液压油的实际温度处于所述第二预设温度和所述第一预设温度之间，所述第一控制阀(150)和所述热交换器(170)连通。
4.根据权利要求3所述的液压油热交换系统，其特征在于，所述温度传感器(181)设于所述油箱(110)内，或设于所述回油油路中。
5.根据权利要求3所述的液压油热交换系统，其特征在于，还包括发动机(140)，所述发动机(140)与所述主泵(120)连接，所述发动机(140)的排气口(143)与所述热交换器(170)连通。
6.根据权利要求5所述的液压油热交换系统，其特征在于，所述发动机(140)的排气口(143)与尾气出口(146)连通，所述排气口(143)和所述尾气出口(146)之间设有排气管道(173)，所述排气管道(173)上设有所述热交换器(170)。
7.根据权利要求6所述的液压油热交换系统，其特征在于，所述排气管道(173)上还设有第二控制阀(175)，所述第二控制阀(175)开启，以使所述排气口(143)中的气体经所述热交换器(170)后到达所述尾气出口(146)；所述第二控制阀(175)关闭，以使所述排气口(143)中的气体直接到达所述尾气出口(146)。
8.根据权利要求7所述的液压油热交换系统，其特征在于，所述回油油路上设有所述温度传感器(181)，当所述温度传感器(181)检测到液压油的实际温度大于或等于第一预设温度，所述第二控制阀(175)关闭；当所述温度传感器(181)检测到液压油的实际温度小于或等于第二预设温度，所述第二控制阀(175)开启；当所述温度传感器(181)检测到液压油的实际温度处于所述第二预设温度和所述第一预设温度之间，所述第二控制阀(175)关闭。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的液压油热交换系统，其特征在于，所述冷却组件(160)采用油冷器。
10.一种挖掘机，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的液压油热交换系统。
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