CN201132972Y - 工程机械液压驱动风扇冷却系统及风扇转速控制阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工程机械液压驱动风扇冷却系统，包括驱动冷却风扇运转的定量马达，以及测定散热器内介质温度的温度传感器和电子控制单元，还包括一个电磁换向阀，电磁换向阀的进油口连接所述定量马达的进油油路，所述电磁换向阀的出油口通过一个节流孔与所述定量马达泄油油路相通或直接与油箱相通；所述电子控制单元根据所述温度传感器的温度信号控制所述电磁换向阀的开闭，控制冷却风扇在散热器内介质温度高于设定上限值时全速运转，散热器内介质温度低于设定下限值时低速运转。这种控制系统能够保证系统有效散热，且更为经济。

Description

工程机械液压驱动风扇冷却系统及风扇转速控制阀

技术领域

本实用新型涉及机械领域，具体来说是一种液压驱动风扇冷却控制系统，用于工程机械的系统散热。

背景技术

在工程机械中，风扇冷却系统是维持机械正常工作的一个温度调节系统，用于控制动力系统水温或者是液压系统油温。尤其是全液压平地机由于在大负荷施工或高速转场过程中，其液压系统、动力系统会产生大量的热量。如果不采取散热措施或散热效果不理想都将导致如下问题：

(1)温度高会出现液压系统油液黏度降低，润滑部位的静压油膜被破坏，加速液压件运动副的磨损，油液泄露增加，密封件加速老化，液压元件中因热膨胀系数不同造成运动副之间间隙变小发生卡滞，液压油早期氧化等现象，直接导致液压系统性能、可靠性和液压件使用寿命降低。

(2)对于动力系统将导致发动机进气温度升高，空气密度下降，汽缸燃烧不充分，排烟增加，不仅不能满足发动机排放法规要求；还会导致发动机汽缸热负荷、机体温度升高，冷却水开锅、功率下降，严重时还将导致发动机拉缸、轴瓦烧死等现象，使整机不能正常工作。

而当平地机在冬季除雪、高原作业时，常常由于环境温度过低，导致液压油黏度过高，油泵吸油阻力增加，严重时造成油泵吸空、气蚀现象，产生噪音，系统回油阻力大，压力损失增加，工作压力升高，进而引起容积效率、工作效率降低。同时还将导致发动机启动困难，机油黏度高，机油压力升高，滤芯、压力表损坏，热效率降低等不良现象。此时就需要减少散热甚至需要加热使系统温度能够尽快升高到理想状态。

因此，对于工程机械特别是全液压平地机来说，液压系统油温、动力系统水温、进气温度是决定整机作业效率、工作寿命，甚至能否正常工作的重要因素。通常理想液压油温应控制在55℃-70℃范围内，理想水温应控制在71℃-99℃范围内，理想进气温度应控制在16℃-33℃范围内。

为了保证液压系统、动力系统工作在其最佳温度范围，对平地机尤其是全液压平地机有必要减少系统温度过高或过低时的不利影响，设计相应可控的冷却装置。

目前，在工程机械中通用的冷却方式有两种：一种是机械式驱动风扇，通过发动机曲轴端V型皮带轮直接驱动冷却风扇，用冷风强制散热器散热。另一种是液压独立驱动风扇，例如中国专利文献CN1949114A公开的工程机械液压马达散热系统的温度数据采集与控制系统，由一个定量马达驱动冷却风扇运转，通过一个电子控制单元根据散热器组件出口介质温度控制一个比例电磁减压阀，籍由该电磁减压阀调节定量马达旁通油路回油流量，来改变流经定量马达的压力油流量调节风扇转速，形成一种闭环比例控制定量马达驱动冷却风扇散热的方式。

上述第一种实现方法由于采用发动机曲轴直接驱动，发动机启动阻力矩大；并且由于风扇转速与发动机转速保持一致，所以冷却能力不能随发动机和需散热系统热负荷变化而自行调节，也不能适应环境状况的变化，尤其当平地机在冬季除雪、高原作业时或是在发动机启动及中小负荷工作时，其冷却能力过剩，使得液压系统油温上升缓慢，造成不良影响，也使得发动机预热缓慢，传热损失过多，发动机功率利用率低，造成燃油不必要的浪费等；同时由于风扇必需与发动机曲轴连接，风扇以及散热器的相对位置固定，导致整机布局不灵活，且散热器靠近发动机热源，散热效果差。

上述第二种实现方法基本上能克服第一种方法中的缺点，采用独立的液压冷却系统不受发动机转速的影响，而且便于灵活布局。虽然CN1949114A中的实现方式能够对风扇转速实现无级变速控制，但当对多个温度参数例如水温、油温、空气温度进行调节时，由于各散热器内介质随工况变化其温度和需要放出的热量不同，所以很难保证每一散热器中介质温度均维持一基本恒定值，并且对电子控制单元调节参数的整定也很困难，所以散热器组件中介质温度通常还是在一定范围内波动。但是由于采用了液压独立驱动散热风扇转速闭环比例控制，需要使用结构复杂、成本较高的比例控制阀及电子控制单元等元件，还对液压油清洁度要求较高，这就增加了一定的生产成本。然而，对于工程机械特别是全液压平地机来说，只要油温、水温和进气温度控制在一个理想温度范围内即可正常工作，因此采用对风扇转速进行无级变速控制从经济角度考虑并不理想。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种工程机械液压驱动风扇冷却系统，这种冷却系统能够满足工程机械特别是全液压平地机系统温度控制要求，且成本更低。

本实用新型采用如下技术解决方案：一种工程机械液压驱动风扇冷却系统，包括驱动冷却风扇运转的定量马达，以及测定散热器内介质温度的温度传感器和电子控制单元，其特征在于：还包括一个电磁换向阀，所述电磁换向阀的进油口连接定量马达的进油油路，所述电磁换向阀的出油口通过一个节流孔与所述定量马达泄油油路相通或直接与油箱相通；所述电子控制单元根据所述温度传感器的温度信号控制所述电磁换向阀的开闭，控制冷却风扇在散热器内介质温度高于设定上限值时全速运转，散热器内介质温度低于设定下限值时低速运转。

本实用新型还提供了一种风扇转速控制阀，可用于上述工程机械液压驱动风扇冷却系统，控制冷却风扇在不同外界温度下实现高、低速运转。

本实用新型采用如下技术方案：一种风扇转速控制阀，用于对工程机械液压驱动风扇冷却系统中风扇转速进行控制，其特征在于：包括阀体，阀体上有进油口和出油口，还包括一个阀芯装于所述阀体内的电磁换向阀，所述阀体进油口通过阀体内的进油道与所述电磁换向阀的进油口相通，所述阀体的出油口通过阀体内的出油道与所述电磁换向阀的出油口相通，所述出油道内有一位置流通截面变窄形成节流孔。

本实用新型的工程机械液压驱动风扇冷却系统，采用了一个电磁换向阀和节流孔来实现对定量马达压力油流量控制，使风扇可以实现高、低速运转，以满足在低温环境和高温环境下的冷却要求，相对于采用比例阀进行无级调速的控制方式，电磁换向阀的成本更低廉，且对电子控制单元的功能要求和液压油清洁度的要求更低，因此更加经济；并且对液压油的抗污染能力强、可靠性高、性能稳定，特别适合于全液压平地机不同工况和环境的散热要求。

本实用新型的风扇转速控制阀，将电磁换向阀和节流孔集成在一起，具有结构简单、紧凑的优点，可以用于工程机械液压驱动风扇冷却系统实现冷却风扇的高低速控制，便于安装和有利于灵活布置。

附图说明

图1是本实用新型的工程机械液压驱动风扇冷却系统原理图。

图2是本实用新型的风扇转速控制阀的结构示意图。

图3是图2所示风扇转速控制阀的俯视时的局部剖视示意图。

图4是图2和图3所示的风扇转速控制阀的原理图。

图5是图1所示的风扇冷却控制系统在全液压平地机内的结构布置图。

图中：

1、定量泵，2、电子控制单元，3、电磁换向阀，4、溢流阀，5、定量马达，6、散热器总成，7、回流过滤器，8、液压油箱，9、节流孔，10、散热风扇；

11、管接头，12、管接头，13、测压接头，14、管接头，15、管接头，16、出油道，17、节流塞，18、螺塞，19、进油道，20阀体；

61、空空中冷散热器，62、油箱散热器，63、水箱散热器；

100、燃油箱，101、机罩，102、发动机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。

实施例1工程机械液压驱动风扇冷却系统

如图1所示是工程机械液压驱动风扇冷却系统，定量泵1通过工程机械的分动箱驱动，再由定量马达5驱动散热风扇，对散热器总成或单一散热器进行吸风(或者吹风)散热。电磁换向阀3的进油口连接定量马达5的进油油路，电磁换向阀3的出油口通过一个节流孔9与定量马达5的泄油油路相通或者直接与液压油箱8相通以便回油，使电磁换向阀3及其出油油路上的节流孔9与定量马达5并联形成定量马达5的旁通油路。在散热器总成6中不同介质出口安装有温度传感器，对散热器总成6内各工作介质温度同时采集信号，电子控制单元2对采集的各温度信号进行处理，将每一温度和相应介质的温度设定值上、下限比较后产生相应的控制电流驱动电磁换向阀3，控制电磁换向阀3的通断，从而控制压力油经过节流孔9的通流状态，进而改变驱动定量马达5的压力油流量，实现对散热风扇的高低转速闭环控制。

当温度传感器检测到散热器总成6内各冷却介质某一温度低于设定下限值时，电子控制单元2就判定该机械处于低温工作状态，此时控制电磁换向阀3使其处于得电状态，电磁换向阀3接通，定量泵1输出的大部分压力油经电磁换向阀3、节流孔9后直接回液压油箱8，只有小部分的压力油流经定量马达5，因此此时定量马达5和被其驱动的散热风扇处于低转速状态，降低了散热器总成6的散热效率，同时由于节流孔9节流损失的发热，将液压能转化为热能，使得液压油可以在较短时间内达到理想的温度，可以使发动机水温、进气温度等通过散热器总成6所控制的温度也能较快上升。随着系统各冷却介质温度的升高，当某一冷却介质的温度上升到设定允许的上限值时，电子控制单元2就判定该机械已处于高温工作状态，此时控制电磁换向阀3处于失电状态，流经节流孔9的压力油被电磁换向阀3切断，定量泵1输出的压力油全部流经定量马达5，因此此时定量马达处于高转速状态，散热器总成6的散热效率达到最高，使得各散热器总成6内的各介质温度逐渐降低，最终将各介质控制到理想的温度范围内，保证机械正常工作。

电子控制单元2具有对散热器总成6内各介质温度在程序设定的上限值和下限值进行比较和控制的电路，作为现有技术可以由市场购得合适的控制器。对于全液压平地机来说，散热器总成6可以由油箱散热器、水箱散热器和空空中冷散热器组成，在液压油散热器、冷却水散热器、空空中冷散热器中某一介质温度低于程序相应的设定值时，电子控制单元2都会使电磁换向阀3得电，散热风扇以低速运转。在这一过程中，如果某一介质温度还未上升到相应的下限值，而另一介质温度已高于相应的上限值时，就应考虑散热器总成6中各散热器散热功率的匹配问题，通常应适当增加介质温度升高过快的散热器的散热面积以增加其散热功率，从而达到三者散热能力的热平衡。

在液压油散热器、冷却水散热器、空空中冷散热器中某一介质温度高于程序相应的设定值时，电子控制单元2就要控制使电磁换向阀3失电，散热风扇以最高转速运转。在这一过程中，如果某一介质温度还未降低到相应的上限值，而另一介质温度已低于相应的下限值时，同样应考虑散热器总成6中散热功率的匹配问题，此时通常应适当减小温度降低过快介质所用散热器的散热面积，同时适当增加温度降低过慢介质所流经的散热器的散热面积，以达到三者散热能力的热平衡。

同时，根据散热风扇空气流量-风扇转速特性曲线及散热功率-空气流量特性曲线确定实际所需散热功率时定量马达5的转速，采用该风扇液压独立散热控制方式则可以通过调整节流孔9的孔径改变定量马达5低速时的转速，以与实际需要散热功率相匹配。

因此，采用节流调速液压独立驱动散热风扇闭环控制，可以根据发动机的工况和环境状况将各冷却介质控制在理想的温度范围内。当温度传感器或电子控制单元2失效时，电子控制单元2与电磁换向阀3的连接断开，散热风扇将以最高转速工作，起到安全保护作用，防止系统过热。

电磁换向阀3使用的是高压大流量单向截止螺纹插装阀，当定量马达5高速运转状态下停机时，定量泵1停止供油，由于风扇的惯性，定量马达5还会继续运转一段时间，此时定量马达5可通过电磁换向阀3反向吸油，防止定量马达5吸空。

溢流阀4是对液压系统进行安全保护，用于防止系统超压。回油过滤器7用于过滤液压油中杂质保证液压油的清洁，防止堵塞油路或影响有关液压元件运转。

在全液压平地机中整机散热系统结构布置方式如图5所示，动力系统采用康明斯直列六缸柴油发动机，散热系统将空空中冷散热器61、油箱散热器62、水箱散热器63依次前后布置，散热风扇10采用吸风风扇安装在水箱散热器63外侧，冷风依次对各冷却介质进行冷却。根据表1所示典型散热系统效率表可以看出，直列六缸发动机采用吸风风扇散热方式效率高于吹风风扇散热方式，因此根据平地机的结构特点，采用图5所示散热系统吸风散热方式布局可以得到较为理想的散热效果。由图5可以看出，在机罩101下方的空间内，散热器总成以及散热风扇10和定量马达5可以安装在全液压平地机的发动机103前面，以利于散热，无需紧靠发动机102以及燃油箱100，安装灵活，便于布局。

表1典型散热系统效率

发动机	吸风风扇(％)	吹风风扇(％)
			小型V型发动机	50-60	45-55
中型V型发动机	60-70	55-65
			直列六缸发动机	65-75	60-70
大型V型发动机	75-88	75-88

可以理解的是，本实施例中的工程机械液压驱动风扇冷却系统，除适合于全液压平地机外，也可以用于其它工程机械，以及车辆上。其散热器总成包括哪种散热器，根据具体使用的机械而定。

实施例2风扇转速控制阀

如图2至图4所示，是一种用于实施例1中的工程机械液压驱动风扇冷却系统的控制阀，以通过进油节流方式控制定量马达压力油流量。

其具体结构为：在一个金属块加工成的阀体20上加工有进油口P₁和出油口T，为便于与油管连接，在进油口P₁上安装有管接头12，在出油口T上也安装有管接头14。阀体20上还装有一个电磁换向阀3，进油口P₁通过阀体20内钻孔形成的进油道19与电磁换向阀3的进油口相通，出油口T通过阀体20内的出油道16与电磁换向阀3的出油口相通。由图3可以看出，在出油道16装有一个中心孔流通截面小于出油道流通截面的节流塞17，使出油道在该处流通截面变窄形成图1中的节流孔9。对向节流塞17用于安装节流塞用的工艺孔被螺塞18密封堵住。利用电磁换向阀3的通断可使进油口P₁与出油口T之间的压力油流通通道被打开和关闭。这样由于把节流孔和电磁换向阀集成在了一起，简化了液压独立风扇冷却系统的安装和灵活布置。

为进一步简化工程机械液压驱动风扇冷却系统在工程机械特别是全液压平地机内的布置及油管路的连接，在阀体20上还加工有第一旁通油口L，第一旁通油口L直接通向与出油口T相通的出油道16。第一旁通油口L与出油口T垂直，以便于根据安装位置选择使用，或者直接与油箱连通用于回油，或者连接到定量马达的泄油管路上，使用时视具体安装位置而定。同样为方便连接管路在第一旁通油口L处安装有管接头15。

基于同样的目的，还在阀体10上加工有第二旁通油口P₂，第二旁通油油口P₂则与进油口P₁的进油道相通，并与进油口P₁垂直，以便于与定量马达的进油口相连，在第二旁通油口P₂处安装有管接头11。由于第二旁通油口P₂与进油口P₁是相联通的，因此两者可以根据安装位置互换使用。

还可以设置溢流口与进油道相通，在溢流口上安装有溢流阀4。阀体上的油口上都可以安装有管接头，以便于方便快速的安装油管，管接头可以通过螺纹连接结构装在阀体20上，也可以焊接连接在阀体20上，管接头11、12、14、15与油管连接端的具体形状与所用的油管的连接端相符合即可，在此不在一一描述。

为便于测量系统液压油压力，在阀体20上还可以加工有一个测压口P₃与进油道19相通，在测压口P₃上安装测压接头13以方便直接安装压力表或压力传感器。

采用这种转速控制阀，把节流孔、电磁换向阀、甚至溢流阀集成在一个阀体上，结构紧凑。设置多个出油口，使用时只要用油管通过相应接头与定量泵、定量马达或液压油箱等直接连接便形成的相应的控制油路，不但便于安装布置，而且减少了三通、弯头等管件的使用量，特别适合于所应用的机械产品内部空间结构复杂的条件。结合图1至图4所示，例如可以将进油口P₁的管接头12用油管与定量泵1连接，第二旁通油口P₂的管接头11与定量马达5的进油口连接，出油口T的管接头14连接液压油箱8的回油口，第一旁通油口L的管接头15可以与定量马达5的泄油油路连接，这是最有效最简便的连接方式。当然出油口T与第一旁通油口L也可以互换使用，或者一个堵塞另一个仅用于出油。而进油口P₁与第二旁通油口P₂同样可以互换使用，或者其中一个堵塞另一个仅用于进油。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1、一种工程机械液压驱动风扇冷却系统，包括驱动冷却风扇运转的定量马达，以及测定散热器内介质温度的温度传感器和电子控制单元，其特征在于：还包括一个电磁换向阀，电磁换向阀的进油口连接所述定量马达的进油油路，所述电磁换向阀的出油口通过一个节流孔与所述定量马达泄油油路相通或直接与油箱相通；所述电子控制单元根据所述温度传感器的温度信号控制所述电磁换向阀的开闭，控制冷却风扇在散热器内介质温度高于设定上限值时全速运转，散热器内介质温度低于设定下限值时低速运转。

2、根据权利要求1所述的工程机械液压驱动风扇冷却系统，其特征在于：所述的电磁换向阀为单向截止插装阀。

3、根据权利要求1或2所述的工程机械液压驱动风扇冷却系统，其特征在于：所述的散热器是指液压油散热器、冷却水散热器和空空中冷散热器中的一种或多种组合。

4、根据权利要求1或2所述的工程机械液压驱动风扇冷却系统，其特征在于：所应用的工程机械为全液压平地机，所述散热器是由空空中冷散热器、液压油散热器和冷却水散热器依次排列，所述的冷却风扇为吸风风扇位于所述冷却水散热器外侧。

5、一种风扇转速控制阀，用于对工程机械液压驱动风扇冷却系统中风扇转速进行控制，其特征在于：包括阀体，阀体上有进油口和出油口，还包括一个阀芯装于所述阀体内的电磁换向阀，所述阀体的进油口通过阀体内的进油道与所述电磁换向阀的进油口相通，所述阀体的出油口通过阀体内的出油道与所述电磁换向阀的出油口相通，所述出油道内有一位置流通截面变窄形成节流孔。

6、根据权利要求5所述的风扇转速控制阀，其特征在于：在所述的阀体上还设置有溢流口与所述的进油道相通，在溢流口上安装有溢流阀。

7、根据权利要求5或6所述的风扇转速控制阀，其特征在于：在所述阀体上还设置有一个测压口与所述进油道相通。

8、根据权利要求7所述的风扇转速控制阀，其特征在于：在所述测压口上安装有测压接头。

9、根据权利要求5所述的风扇转速控制阀，其特征在于：在所述阀体上还加工有第一旁通油口，第一旁通油口直接通向所述的出油道，并与所述阀体的出油口垂直。

10、根据权利要求5所述的风扇转速控制阀，其特征在于：在所述阀体上加工有第二旁通油口，第二旁通油口通向所述的进油道，并与所述阀体的进油口垂直。

11、根据权利要求5或9或10所述的风扇转速控制阀，其特征在于：所述阀体上的各油口上安装有管接头。

12、根据权利要求5或6所述的风扇转速控制阀，其特征在于：所述的电磁换向阀为单向截止插装阀。

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