CN115288840A - 一种基于热管的新型推土机热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于热管的新型推土机热管理系统，包括系统热源、热管蒸发器、热管冷凝器以及冷却风扇，系统热源产生的热介质能够与热管蒸发器进行热交换，热管蒸发器能够通过工作介质将热量传导至热管冷凝器，热管冷凝器能够与冷却风扇进行热交换。本发明通过采用热管作为相变换热元件，是一种新型的冷却方式。热管具有传热效率高、均温性好、热流密度可变、热响应快、环境适应好等优点，可将发动机的废热转到热管的冷凝段而不消耗外部能量，相比于强制风冷,通过热管导热再进行风冷换热可大幅提升系统换热性能。

Description

一种基于热管的新型推土机热管理系统

技术领域

本发明涉及工程机械和热管理技术领域，具体涉及一种基于热管的新型推土机热管理系统。

背景技术

推土机是一种能够进行挖掘、运输和排弃岩土的土方工程机械,在露天矿有广泛的用途，例如，可用于建设排土场、平整汽车排土场、堆集分散的矿岩、平整工作平盘和建筑场地等。它不仅用于辅助工作，也可用于主要开采工作，例如，砂矿床的剥离和采矿、铲运机和犁岩机的牵引和助推、在无运输开采法时配合其他土方机械降低剥离台阶高度等。

作为推土机的主要部件，发动机的性能对整机的动力性、经济性和可靠性有很大的影响。为保证系统的高效稳定运行，发动机必须在适宜的温度状态下工作，随着绿色化市场需求的扩大及排放政策法规的收紧，如何更节能、高效地实现发动机散热已成为推土机发展的核心问题之一。

目前推土机散热困难的原因主要有以下几点：推土机散热模块主要由发动机冷却液散热器、发动机中冷器、液压油冷器、传动油冷器、空调冷凝器等几部分组成，某些发动机还有EGR冷却器、燃油冷却器等，散热系统非常复杂。相比其他工程机械，推土机的发动机机舱狭小，散热难度大；由于推土机逐渐向大功率方向发展，且发动机在循环式作业中热负荷不稳定，导致散热系统效率低下；推土机工作环境往往比较恶劣，不利于散热系统的正常运转；此外，为满足排放法规的要求，冷却废气再循环等技术的引入也增加了散热量和散热系统的复杂度。

现有的推土机冷却系统主要有两种，一种是发动机直接驱动冷却风扇，另一种是温控液驱风扇；前者按最大热负荷工况设计，具有启动转矩大、耗功多、工况适应性差等诸多缺点；后者环境适应性好、易于控制，但效率低，且往往只有一个轴流风扇，模块布置会极大地影响各模块的工作温度。针对节能和高效散热的目标，现有的研究主要集中于电动化以及相关控制策略的探索，将冷却介质流速与发动机转速解耦，通过布置分布式风扇和优化控制算法来降低功耗，提升散热性能，但存在有系统匹配、电机散热等方面的难点。

发明内容

本发明针对目前推土机冷却系统工况适应性差、散热效果差等问题，提出了一种基于热管的新型推土机热管理系统。

本发明提出了一种基于热管的新型推土机热管理系统，包括系统热源、热管蒸发器、热管冷凝器以及冷却风扇，所述系统热源产生的热介质能够与所述热管蒸发器进行热交换，所述热管蒸发器能够通过工作介质将热量传导至所述热管冷凝器，所述热管冷凝器能够与所述冷却风扇进行热交换。

优选的，所述系统热源包括发动机、液压系统、传动系统以及系统附属热源。

优选的，还包括散热装置，所述系统热源通过所述散热装置与所述热管蒸发器进行热交换。

优选的，所述散热装置包括液压系统液压油散热装置、传动系统传动油散热装置以及空气散热装置。

优选的，所述发动机产生的热空气进入所述空气散热装置并与所述热管蒸发器进行热交换；所述液压系统产生的液压油进入所述液压系统液压油散热装置并与所述热管蒸发器进行热交换；所述传动系统产生的传动油进入所述传动系统传动油散热装置并与所述热管蒸发器进行热交换。

优选的，还包括空空中冷器，所述发动机产生的热空气进入所述空空中冷器并与所述冷却风扇进行热交换。

优选的，所述发动机与所述空空中冷器之间设置有进气管道和出气管道，所述发动机产生的热空气自所述进气管道进入所述空空中冷器并与所述冷却风扇进行热交换后自所述出气管道重新流入所述发动机。

优选的，所述热管蒸发器与所述热管冷凝器之间连接有蒸汽管道和液体管道，所述工作介质设置为蒸汽，所述蒸汽能够通过所述蒸汽管道自所述热管蒸发器流动向所述热管冷凝器，所述蒸汽在所述热管冷凝器被冷凝为液体后自所述液体管道内流回所述热管蒸发器。

优选的，所述热管蒸发器包括热管储液室和热管毛细芯，所述热管储液室与所述蒸汽管道相连。

优选的，所述发动机的两侧均设置有所述热管蒸发器，所述发动机可直接与所述热管蒸发器进行热交换。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用热管作为相变换热元件，是一种新型的冷却方式。热管具有传热效率高、均温性好、热流密度可变、热响应快、环境适应好等优点，可将发动机的废热转到热管的冷凝段而不消耗外部能量，相比于强制风冷,通过热管导热再进行风冷换热可大幅提升系统换热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明所述的基于热管的新型推土机热管理系统的简要结构示意图。

图2为本发明所述的基于热管的新型推土机热管理系统又一简要结构示意图。

图中：1、热管蒸发器，2、热管冷凝器，3、冷却风扇，4、发动机，5、系统附属热源，6、液压系统液压油散热装置，7、传动系统传动油散热装置，8、空气散热装置，9、空空中冷器，10、进气管道，11、出气管道，12、蒸汽管道，13、液体管道，14、热管储液室，15、热管毛细芯。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

如图1至图2所示，图中箭头为液体或气体的流动方向。在本实施例中，本发明提出了一种基于热管的新型推土机热管理系统，包括系统热源、热管蒸发器1、热管冷凝器2以及冷却风扇3，系统热源产生的热介质能够与热管蒸发器1进行热交换，热管蒸发器1能够通过工作介质将热量传导至热管冷凝器2，热管冷凝器2能够与冷却风扇3进行热交换。其中如图1和图2所示，冷却风扇3可设置为一个或多个，风扇位置、风扇种类以及风扇大小均可根据实际工况进行灵活的设置，本申请对此不做限制。其中，系统热源具体包括发动机4、液压系统、传动系统以及系统附属热源5，发动机4涡轮增压系统中涡轮增压后会产生热空气，液压系统则会产生高温的液压油，传动系统也会产生高温的传动油，系统附属热源5的组成因为不同的推土机而有所不同，例如混合动力推土机的系统附属热源5主要来自驱动电机、发电机、驱动电机控制器、电机控制器等。

热管是本申请的热管理系统的核心部件，可快速将动态热源的废热传导至热管的冷凝段而不消耗外部能量，且基于热管的推土机热管理系统布置相对灵活——即可通过设计热管的内部参数(填充率、芯结构、工质等)可满足不同热源的最佳工作温度范围需求从而降低系统的复杂度，根据各热源的工作温度区间划分来并联热管蒸发器1，根据推土机发动机机舱的空间限制和工作环境确定热管冷凝器2的数量、尺寸、翅片形式等并布置热管冷凝器2的位置，可更加合理利用空间；冷却风扇3可由驱动马达带动，所有系统热源经热管工作介质(蒸汽)传递到热管冷凝器2，冷却空气强制流过热管冷凝器2的翅片，实现热管和空气的热交换，此外，冷却风扇3可选用多个(如图2中所示)，根据热管冷凝器2的布置，按照对应热源的温度要求分别控制转速，可实现推土机系统的高效散热，减少能耗，提升燃油的经济性。

具体的，基于热管的新型推土机热管理系统还包括散热装置，散热装置主要包括液压系统液压油散热装置6、传动系统传动油散热装置7以及空气散热装置8。系统热源通过散热装置与热管蒸发器1进行热交换。具体的，如图2所示，发动机4产生的热空气进入空气散热装置8并与热管蒸发器1进行热交换；液压系统产生的液压油进入液压系统液压油散热装置6并与热管蒸发器1进行热交换；传动系统产生的传动油进入传动系统传动油散热装置7并与热管蒸发器1进行热交换。

除如图2所示的热交换方式外，如图1所示的另一实施例中，本申请还包括空空中冷器9，发动机4产生的热空气进入空空中冷器9并与冷却风扇3进行热交换。发动机4与空空中冷器9之间设置有进气管道10和出气管道11，1发动机产生的热空气自进气管道10进入空空中冷器9并与冷却风扇3进行热交换后自出气管道11重新流入发动机4。

且发动机4的两侧均设置有热管蒸发器1，发动机4可直接与热管蒸发器1进行热交换。

如图1和图2所示，热管蒸发器1与热管冷凝器2之间连接有蒸汽管道12和液体管道13，工作介质设置为蒸汽，蒸汽能够通过蒸汽管道12自热管蒸发器1流动向热管冷凝器2，蒸汽在热管冷凝器2被冷凝为液体后自液体管道13内流回热管蒸发器1。热管蒸发器1的具体结构如图所示，包括热管储液室14和热管毛细芯15，热管储液室14与蒸汽管道12相连，热管毛细芯15主要提供流动的动力。

本申请全部使用热管作为导热媒介将废热导出至冷却风扇3处换热，也可采用冷却液(由冷却液控制阀控制流速、冷却液驱动泵驱动)和热管的组合方式作为热源导热媒介导出废热冷却。

该基于热管的新型推土机热管理系统的工作原理为：

本发明针对现有的推土机冷却系统难以节能、高效地实现发动机散热的问题，提出一种新型的推土机热管理系统。该推土机热管理系统使用热管代替水散热器和冷却介质回路，通过热管将发动机、液压系统、传动系统等工作部件、介质中的热量分别导出再由风扇强制散热。各车辆散热装置分别与热管蒸发端进行换热。热管由管壳、吸液芯和端盖组成，管内填充工作介质，按传热状况可将热管分为蒸发端、绝热段和冷凝端；根据空间和布置的需求，热管可选用环路热管、脉动热管等，环路热管蒸发器可选用平板型或圆柱型，且可将多个环路热管并联共用冷凝器；考虑到发动机各模块需求的温度范围不同，需采用多个不同结构参数(工作介质、充液率、毛细芯结构)的热管以保证推土机具有最佳性能和可靠性。冷却风扇为吸式温控变量风扇，由驱动马达驱动。

本申请提供的基于热管的新型推土机热管理系统采用导热能力强、均温性好的热管作为传热媒介，无需冷却液泵、冷却液控制阀等部件，可以在增大散热量的同时减少散热系统的复杂度；热管的使用还可大幅提高发动机的均温性，减少由传感器布置带来的温控可靠性问题，从而减少能耗；热管动态响应性能优异，可使推土机快速完成工况切换；此外，极寒天气下可使用加热器对热管蒸发段加热，使系统快速启动。

通过上述实施方式可以看出，本发明的有益效果是：

本发明通过采用热管作为相变换热元件，是一种新型的冷却方式。热管具有传热效率高、均温性好、热流密度可变、热响应快、环境适应好等优点，可将发动机的废热转到热管的冷凝段而不消耗外部能量，相比于强制风冷，通过热管导热再进行风冷换热可大幅提升系统换热性能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，包括系统热源、热管蒸发器、热管冷凝器以及冷却风扇，所述系统热源产生的热介质能够与所述热管蒸发器进行热交换，所述热管蒸发器能够通过工作介质将热量传导至所述热管冷凝器，所述热管冷凝器能够与所述冷却风扇进行热交换。

2.根据权利要求1所述的基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，所述系统热源包括发动机、液压系统、传动系统以及系统附属热源。

3.根据权利要求2所述的基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，还包括散热装置，所述系统热源通过所述散热装置与所述热管蒸发器进行热交换。

4.根据权利要求3所述的基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，所述散热装置包括液压系统液压油散热装置、传动系统传动油散热装置以及空气散热装置。

5.根据权利要求4所述的基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，所述发动机产生的热空气进入所述空气散热装置并与所述热管蒸发器进行热交换。

6.根据权利要求4所述的基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，所述液压系统产生的液压油进入所述液压系统液压油散热装置并与所述热管蒸发器进行热交换；所述传动系统产生的传动油进入所述传动系统传动油散热装置并与所述热管蒸发器进行热交换。

7.根据权利要求2所述的基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，还包括空空中冷器，所述发动机产生的热空气进入所述空空中冷器并与所述冷却风扇进行热交换。

8.根据权利要求7所述的基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，所述发动机与所述空空中冷器之间设置有进气管道和出气管道，所述发动机产生的热空气自所述进气管道进入所述空空中冷器并与所述冷却风扇进行热交换后自所述出气管道重新流入所述发动机。

9.根据权利要求1所述的基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，所述热管蒸发器与所述热管冷凝器之间连接有蒸汽管道和液体管道，所述工作介质设置为蒸汽，所述蒸汽能够通过所述蒸汽管道自所述热管蒸发器流动向所述热管冷凝器，所述蒸汽在所述热管冷凝器被冷凝为液体后自所述液体管道内流回所述热管蒸发器。

10.根据权利要求2所述的基于热管的新型推土机热管理系统，其特征在于，所述发动机的两侧均设置有所述热管蒸发器，所述发动机可直接与所述热管蒸发器进行热交换。

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