CN113997747A - 用于作业机器的废热清除方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种作业机器，包括：原动机、电动马达、电动马达流体回路、变速器流体回路、液压回路、冷却回路、泵和控制器。所述电动马达可以供应所述原动机的动力的一部分。所述电动马达流体回路可以适于从所述电动马达移除废热。所述变速器流体回路可以适于润滑由原动机提供动力的变速器的移动零件。所述液压回路可以适于将动力从所述原动机传递到所述作业机器的移动部件。所述冷却回路可以正从所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个吸收废热。所述控制器可以适于控制将废热的一部分从所述冷却回路转移到所述驾驶室的一部分。

Description

用于作业机器的废热清除方法和系统
技术领域
本公开涉及一种作业机器上的废热清除系统和方法。
背景技术
随着对节能和更环保产品兴趣的增长，混合动力和电动形式的车辆在汽车工业中变得更加普遍，并且现在已经过渡到作业机器中。然而，例如挖掘、负荷承载和对地面表面刻槽(carve)等繁重的工作负荷动作需要大量动力。作业机器(例如，反铲装载机)具有液压系统以实现其在精确和重复的情况下移动大负荷的功能。液压系统通常一直由燃料提供动力。在节能产品的情况下，当增加的动力使用需要不断增加尺寸的电池时，动力效率和动力消耗的精细化对于平衡作业机器的尺寸和功能变得至关重要。其中存在针对任何消耗的能量优化系统的需求，所述消耗的能量包括对驾驶室和其中的部件的加热。
发明内容
提供本发明内容是为了介绍下文将在详细描述和附图中进一步描述的一些概念。本发明内容不意在标识所附权利要求书的关键或必要特征，也不意在用于帮助确定所附权利要求书的范围。
本公开包括一种用于清除废热以加热作业机器上的驾驶室的一部分的设备。所述作业机器包括原动机、电动马达流体回路、变速器流体回路、液压回路、冷却回路和控制器。所述原动机可以包括供应所述原动机的动力的至少一部分的电动马达。所述电动马达流体回路可以被适配为从所述电动马达移除废热。所述变速器马达流体回路可以被适配为从所述电动马达移除废热。所述变速器流体回路可以被适配为润滑所述由原动机提供动力的变速器的移动零件，其中，所述变速器流体回路可以包括废热。所述液压回路可以被适配为将动力从所述原动机传递到所述作业机器的移动部件，其中，所述液压回路可以包括废热。所述冷却回路可以循环冷却介质，其中，所述冷却回路从所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个吸收废热。所述控制器可以被适配为控制所述废热的至少一部分从所述冷却回路转移到所述作业机器的所述驾驶室的至少一部分。
所述作业机器可以进一步包括热交换器，其中，热交换器旁通阀限制废热的一部分从电动马达流体回路、变速器流体回路和液压回路中的一个或更多个传递到冷却回路。当达到冷却回路目标温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个时，所述热交换器旁通阀可以移动到完全旁通位置。当达到所述冷却回路目标温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个时，所述完全旁通位置限制从所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个到所述冷却回路的所有废热传递。
所述作业机器可以进一步包括联接到所述冷却回路、所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个的比例阀。基于目标油回路温度、冷却回路目标温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个，所述比例阀可以将所述废热的一部分从所述冷却回路转移到大气或环境温度。
根据本公开的一方面，所述冷却回路可以包括定位成邻近所述驾驶室和在所述驾驶室内中的一个或更多个的驾驶室加热部分。
根据本公开的另一方面，所述驾驶室加热部分可以加热所述驾驶室空气温度、驾驶室座椅和控制手柄中的一个或更多个。
根据本公开的另一方面，所述控制器可以基于所述冷却回路目标温度、所述冷却回路温度、所述驾驶室温度和所述驾驶室目标温度中的一个或更多个而控制所述废热的转移。
所述作业机器可以进一步包括驾驶室电加热器，所述驾驶室电加热器联接到所述冷却回路和所述驾驶室中的一个或更多个，所述驾驶室电加热器至少向所述驾驶室的所述部分补充热。
所述控制器可以通过由联接到所述冷却回路的泵调节所述冷却介质的泵送速率来控制所述废热的转移速率。所述冷却介质可以包括水和二醇中的一个或更多个。
根据本公开的另一方面，一种用于清除与包括液压回路和变速器流体回路的作业机器相关联的废热的系统可以包括原动机、驾驶室电加热器和控制器。所述驾驶室电加热器可以被适配为将热供应到所述驾驶室的至少一部分。所述控制器可以被适配为协调废热的清除，其中，所述控制器被适配为控制由所述液压回路、所述变速器流体回路和所述原动机中的一个或更多个产生的所述废热的一部分的转移，使得响应于对与所述驾驶室电加热器的操作相关联的动力的需求的增加，对来自所述驾驶室电加热器的电力的需求的至少一部分被所产生的废热抵消。
根据本公开的另一方面，一种用于从作业机器清除废热以用于加热驾驶室的方法可以包括以下各项：提供电动马达流体回路、变速器流体回路和液压流体回路中的一个或更多个；提供循环冷却介质的冷却回路，所述冷却回路联接到所述电动马达流体回路、变速器流体回路和液压流体回路中的一个或更多个；由所述冷却回路通过热交换器从所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个吸收废热；将所述冷却回路中的废热朝向所述作业机器的所述驾驶室转移；和通过所述作业机器的所述驾驶室的至少一部分中的热交换器释放废热。所述方法可以进一步包括：当达到冷却回路目标温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个时，限制废热被释放到所述驾驶室的至少一部分。
依据下面的详细描述和附图，这些和其它特征将变得显而易见，其中，借助于图示示出和描述了各种特征。本公开能够具有其它和不同的配置，并且其多个细节能够在各种其它方面中进行修改，所有这些都不脱离本公开的范围。因此，详细描述和附图在本质上被认为是图示性的而不是限制性的或限制的。
附图说明
附图的详细描述参考了附图，其中：
图1是示例性实施例反铲装载机的透视图；
图2足如应用于反铲装载机的废热清除系统的第一实施例的高级液压气动示意图；
图3是如图2中所示的废热清除系统的第一实施例的流程示意图；
图4是从作业机器清除废热以加热驾驶室的方法的流程图。
具体实施方式
在以上附图和以下详细描述中公开的实施例并不意在是穷举性的或将本公开限制于这些实施例。相反，存在在不脱离本公开的范围的情况下可以做出的多种变化和修改。尽管本公开涉及电动或混合动力作业机器，但其也可以应用于传统的燃料动力作业机器。
如本文中所使用的，除非另有限制或修改，否则具有由合取术语(例如，“和”)分隔并且前面还带有短语“...中的一个或更多个”或“...中的至少一个”的元素的列表指示潜在地包括列表的个别元素或者其任何组合的配置或布置。举例来说，“A、B和C中的至少一个”或“A、B和C中的一个或更多个”指示只A、只B、只C或A、B和C中的两个或更多个的任何组合的可能性(例如，A和B；B和C；A和C；或A、B和C)。
如本文中所使用的，术语“控制器”是包括处理器和存储器的计算装置。“控制器”可以是单个装置或者可替选地是多个装置。所述控制器可以进一步个别地或以任何组合指代任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑、处理装置，包括但不限于：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能性的其它合适部件。
如本文中所使用的，术语“阀”可以是通过打开、关闭或部分地阻塞回路中的各种通路来引导流体流动的电子或机械受控装置。
图1图示了示例性作业机器100，一种其中可以使用废热清除系统200的反铲装载机。图2是如其与本实施例相关的废热清除系统200的高水平示意图。
反铲装载机具有框架105，用于支撑和推进作业机器100的地面接合机构110联接到框架105。附接到作业机器的前部的是装载机组件115，并且附接到车辆的后部的是反铲组件120。操作者从驾驶室125(下文中也称为驾驶室)控制作业机器100的功能。装载机组件115和反铲组件120两者都执行各种材料处理功能。连杆包括动臂连杆130和铲斗连杆135。动臂连杆130在第一动臂连杆枢轴140处枢转地附接到动臂，并且在第二动臂连杆枢轴150处枢转地附接到装载机铲斗液压缸145。铲斗连杆135在第一铲斗连杆枢轴155处枢转地附接到装载机铲斗液压缸145，并且在第二铲斗连杆枢轴160处枢转地附接到铲斗。在该特定情况下，第二动臂连杆枢轴150和第一铲斗连杆枢轴155是相同的(即，它们都处于相同的枢转轴线处)。随着装载机铲斗液压缸145延伸和缩回，动臂连杆130与铲斗连杆135之间的角度分别减小和增加。
作业机器100包括原动机165、电动马达170、电动马达流体回路175、变速器流体回路180、液压回路185、冷却回路190和控制器195。
原动机165可以包括用以向液压系统提供旋转动力传动系统动力和/或动力的任何动力源。举例来说，原动机165可以包括但不限于内燃机、活塞发动机、旋转发动机、液压马达、静液压系统、电动马达等。在混合动力配置中，电池197可以供应原动机165的动力的至少一部分。在纯电动配置中，电池197可以是用于原动机165上的电动马达170的主要电源。在任一配置中，为了优化电池197的能量利用，冷却回路190能够清除通常被排到大气245的废热198，以加热驾驶室125的至少一部分。冷却回路190可以通过使用液体对液体的热交换器201来传递来自液压同路185中的液压油203、电动马达流体回路175中的电动马达冷却流体205和来自变速器流体回路180的变速器/静液压油207的废热198来实现这一点。废热198的这种转移可以从三个回路(175、180、185)中的单个或任何组合发生，并且以任何顺序转移到冷却回路190中的水和/或二醇209。
电动马达流体回路175可以适于从电动马达170移除废热198。变速器流体回路180可以适于润滑由原动机165提供动力的变速器的移动零件。液压回路185可以适于将动力从原动机165传递到作业机器100的移动部件。举例来说，在本实施例中，移动部件可以包括反铲组件120和装载机组件115。
冷却回路190可以循环冷却介质212。冷却回路190可以从电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个吸收废热198。在本实施例中，冷却介质212可以包括水和二醇209中的一个或更多个。然而，在替代实施例中，冷却介质212可以包括水、丙二醇、乙二醇、油和/或合适的制冷剂以移动废热198。
用于冷却回路190的泵215可以调节冷却介质212的循环速率。每个相应的油回路(175、180、185)可以具有它们自己的泵(275、280、285)，以调节介质在每个相应油回路中的循环速率。
现在转到图3，在继续参考图1和图2的情况下，控制器195可以适于控制废热198的至少一部分从冷却回路190转移到作业机器100的驾驶室125的至少一部分。控制器195可以基于冷却回路目标温度220、冷却回路温度222、驾驶室目标温度224和驾驶室温度226中的一个或更多个而控制废热198的转移。控制器195可以通过由泵215调节对冷却介质212的泵送速率来控制废热198的转移速率。
作业机器可以进一步包括热交换器201。当使用液体对液体的热交换器201时，废热198从每个油回路(175、180、185)传递到冷却回路190中的冷却介质212。热交换器201可以包括旁通阀230，其中，热交换器旁通阀230限制废热198的一部分从电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个传递到冷却回路190。系统有利地收集能量(即，废热198)，所述能量否则将在作业机器100的标准操作中损失到大气245。热交换器旁通阀230包括至少两个温度传感器235，在油237中的第一温度传感器235a和在冷却介质212中的第二温度传感器235b。如果油237比冷却介质212热，则冷却介质212流过热交换器201以捕获废热198。如果油237比冷却介质212冷，则冷却介质212绕过热交换器201以确保任何热不会被排出到油237。前面提到的描述可以应用于回路(175、180、185)中的每一个。可替选地，并且在图3中演示，油237(而不是冷却介质212)可以绕过热交换器201以确保不会发生热传递。
当达到冷却回路目标温度220和驾驶室空气目标温度224中的一个或更多个时，热交换器旁通阀230可以移动到完全旁通位置。在达到目标温度(220、224)中的一个或两个时，完全旁通位置限制所有废热198从电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个到冷却回路190。
作业机器100可以进一步包括联接到冷却回路190、电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个的比例阀240。为了优化对从冷却介质212和油237中的一个或更多个传递到大气245的废热198的量的控制，基于冷却回路目标温度220、驾驶室目标温度224和油目标温度252中的一个或更多个，比例阀240可以将废热198的一部分从把来自冷却回路190和/或油回路(175、180、185)的废热198排出的液体对空气的热交换器250转移到大气245。在一个示例性实施例中，其可以使用油237中的温度传感器235a来达到油目标温度252。如果油237比油目标温度252冷，则油237绕过液体对空气的热交换器250，以便允许废热198被发送到冷却回路190。一旦油237达到油目标温度252，则比例阀240将持续调节维持油回路(175、180、185)中的油目标温度252所需的旁通流量。如果比例阀240达到完全关闭位置并且需要额外的热排出到大气245，则冷却风扇255将调节其速度以将油回路(175、180、185)维持在其油目标温度252。前面提到的描述可以应用于每个相应的油回路(175、180、185)和/或冷却回路190(其中未示出比例阀240)。每个相应的油回路(175、180、185)可以具有它们相应的油目标温度252设定中的每一个，其小，可以基于每个相应的油回路(175、180、185)的流动速率和油温度而将比例阀调节到相应的位置。
冷却回路190包括定位成邻近驾驶室125和在驾驶室125内中的一个或更多个的驾驶室加热部分260。
驾驶室加热部分260可以加热驾驶室空气温度226、驾驶室座椅261和控制手柄262中的一个或更多个。
在其中将不足量的废热198传递到冷却回路190的情形中，驾驶室电加热器265可以提供所需的额外能量。在第一实施例中，驾驶室电加热器265可以包括电热水器并且联接到冷却回路。在第二实施例中，驾驶室电加热器265可以包括电空气加热器，并且联接到驾驶室125，借此将所加热的空气直接吹到驾驶室125中。驾驶室电加热器265可以向驾驶室260的至少一部分补充热。驾驶室260的部分可以包括冷却回路190，冷却回路190包括位于驾驶室内或邻近驾驶室的驾驶室加热部分260(如图1中所示)。
可替选地，在另一实施例中，并且也由图1和图2图示，可以如下描述用于为具有液压回路185和变速器流体回路180的作业机器100清除废热198的系统200。系统200可以包括原动机165、驾驶室电加热器265和控制器195。原动机165可以是电动的，并且适于供应用于作业机器100的操作的机械能量。驾驶室电加热器265可以适于加热驾驶室125的至少一部分。控制器195可以适于控制由液压回路185、变速器流体回路180和原动机165中的一个或更多个产生的废热198的一部分的转移，使得响应于对与驾驶室电加热器265的操作相关联的电力的需求的增加，对来自驾驶室电加热器265的电力的需求的至少一部分被所产生的废热198抵消。即，在作业机器100操作例如液压装置(即，液压回路185)、变速器(即，变速器流体回路180)和原动机165的部件时，运行驾驶室电加热器265以使驾驶室的至少一部分达到目标温度224所需的电力可以通过将废热198从部件重新定向到驾驶室125而抵消。
现在转到图4，示出了从作业机器100清除废热198以用于加热驾驶室125的方法400。在第一步骤410中，方法包括提供电动马达流体回路、变速器流体回路和液压流体回路中的一个或更多个。在下一步骤420中，方法400包括提供循环冷却介质212的冷却回路190。冷却回路190可以联接到电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个。在下一步骤430中，方法400包括：由冷却回路190通过热交换器201从电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个吸收废热198。在下一步骤440中，方法400包括将冷却回路190中的废热198朝向作业机器100的驾驶室125转移。在步骤450中，方法400包括通过作业机器100的驾驶室260的至少一部分中的热交换器201释放废热198。在460处，作为反馈机构的一部分，当达到冷却回路目标温度220和驾驶室目标温度224时，方法400可以包括限制废热198被释放到驾驶室260的至少一部分，从电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个到冷却回路190。这可以通过将热交换器旁通阀230放置在完全旁通位置来实现。控制器195可以适于协调来自电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个的废热198的转移，并且通过热交换器250将废热198释放到驾驶室125的至少所述部分。举例来说，这种协调可以包括通过协调控制每个相应的回路(175、180、185)的泵215以及协调调节穿过各种阀(230、240)的流动速率来控制转移和释放废热198的速率和计时。在一个示例性实施例中，热交换器201可以包括热交换器旁通阀230，其中，热交换器旁通阀201限制废热198的一部分从电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个传递到冷却回路190。这可以在热交换器旁通阀230移动到完全旁通位置时发生。
控制器195还可以适于控制联接到冷却回路190、电动马达流体回路175、变速器流体回路180和液压回路185中的一个或更多个的一个或更多个比例阀240。为了优化对从冷却介质212和油237中的一个或更多个传递到大气245的废热198的量的控制，基于冷却回路目标温度220、驾驶室目标温度224和油目标温度252中的一个或更多个，比例阀240可以将废热198的一部分从把来自冷却回路190和/或油回路(175、180、185)的废热198排出的液体对空气的热交换器250转移到大气245。
本文中所使用的术语用于描述特定实施例或实施方案的目的，而非意在限制本公开。除非另有明确指示，否则如本文中所使用的，单数形式的“一(a)”、“一个(an)”和“所述”意在包括复数含义。将进一步理解，在本说明书中，术语“具有(has)”、“含有(have)”、“拥有(having)”、“包括(include)”、“包涵(includes)”、“包括(including)”、“包含(comprise)”、“包含(comprises)”、“包含(comprising)”或类似物的任何使用标识了所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
本文中与附图标记一起使用的参考“a”和“b”仅用于在描述设备的多个实施方案时的澄清。
本文中所讨论的任何方法、过程或系统中的步骤或操作中的一个或更多个可以被省略、重复或重新排序，并且在本公开的范围内。
虽然上文描述了本公开的示例性实施例，但是这些描述不应该以限制性或限制意义来看待。相反，存在在不脱离所附权利要求书的范围的情况下可以做出的多种变化和修改。

Claims (16)

1.一种作业机器，包括：
原动机；
电动马达，所述电动马达供应所述原动机的动力的至少一部分；
电动马达流体回路，所述电动马达流体回路被适配为从所述电动马达移除废热；
变速器流体回路，所述变速器流体回路被适配为润滑由所述原动机提供动力的变速器的移动零件，所述变速器流体回路具有废热；
液压回路，所述液压回路被适配为将动力从所述原动机传递到所述作业机器的移动部件，所述液压回路具有废热；
冷却回路，所述冷却回路使冷却介质循环，所述冷却回路吸收来自所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个的所述废热；和
控制器，所述控制器被适配为控制所述废热的至少一部分从所述冷却回路转移到所述作业机器的驾驶室的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的作业机器，进一步包括：
热交换器，所述热交换器包括热交换器旁通阀，其中，所述热交换器旁通阀限制一部分废热从所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个到所述冷却回路的传递。
3.根据权利要求2所述的作业机器，其中，当达到冷却回路目标温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个时，所述热交换器旁通阀移动到完全旁通位置，其中，当达到冷却回路目标温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个时，所述完全旁通位置限制从所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个到所述冷却回路的所有废热传递。
4.根据权利要求2所述的作业机器，进一步包括：
比例阀，所述比例阀联接到所述冷却回路、所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个；所述比例阀基于油回路目标温度、冷却回路目标温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个而将所述废热的一部分从所述冷却回路转移到大气。
5.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述冷却回路包括定位成邻近所述驾驶室和/或定位在所述驾驶室内的驾驶室加热部分。
6.根据权利要求4所述的作业机器，其中，所述驾驶室加热部分能够加热驾驶室空气温度、驾驶室座椅和控制手柄中的一个或更多个。
7.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述控制器基于冷却回路目标温度、所述冷却回路温度、所述驾驶室温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个而控制所述废热的转移。
8.根据权利要求1所述的作业机器，进一步包括：
驾驶室电加热器，所述驾驶室电加热器联接到所述冷却回路和所述驾驶室中的一个或更多个，所述驾驶室电加热器向所述驾驶室的所述至少一部分补充热。
9.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述控制器通过由联接到所述冷却回路的泵调节所述冷却介质的泵送速率来控制所述废热的转移速率。
10.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述冷却介质包括水和二醇中的一种或更多种。
11.一种从作业机器清除废热以用于加热驾驶室的方法，所述方法包括：
提供电动马达流体回路、变速器流体回路和液压流体回路中的一个或更多个；
提供使冷却介质循环的冷却回路，所述冷却回路联接到所述电动马达流体回路、变速器流体回路和液压流体回路中的一个或更多个；
由所述冷却回路通过热交换器从所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个吸收废热；
将所述冷却回路中的废热朝向所述作业机器的所述驾驶室转移；和
通过所述作业机器的所述驾驶室的至少一部分中的热交换器释放废热。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，控制器被适配为协调来自所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个的废热的转移，并且通过热交换器将废热释放到所述驾驶室的所述至少一部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述热交换器包括热交换器旁通阀，其中，所述热交换器旁通阀限制一部分废热从所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个到所述冷却回路的传递。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
当达到冷却回路目标温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个时，限制废热被释放到所述驾驶室的至少一部分，当所述热交换器旁通阀移动到完全旁通位置时，出现对从所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个到所述冷却回路的废热的限制。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，控制器被适配为基于油回路目标温度、冷却回路目标温度和驾驶室目标温度中的一个或更多个而控制协调废热从所述冷却回路、所述电动马达流体回路、所述变速器流体回路和所述液压回路中的一个或更多个到大气的转移。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述冷却回路包括：驾驶室加热部分，所述驾驶室加热部分定位成邻近所述驾驶室和/或定位在所述驾驶室内，所述驾驶室加热部分加热所述驾驶室空气温度、驾驶室座椅和控制手柄中的一个或更多个。
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