WO2013123774A1

WO2013123774A1 - 混合动力液压挖掘机及其冷却系统

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Publication number: WO2013123774A1
Application number: PCT/CN2012/082185
Authority: WO
Inventors: 东荣; 张明珍
Original assignee: Hunan Zoomlion Special Vehicle Co Ltd; Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Hunan Zoomlion Special Vehicle Co Ltd; Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: CN102535572A; CN102535572B

Abstract

一种混合动力液压挖掘机冷却系统，包括：发动机（10）；发动机风扇（11），与发动机（10）驱动连接；集成散热系统（20），设置在发动机风扇（11）的出风方向上，包括冷却装置（24）；泵体（30），与冷却装置（24）通过管路串联，泵体（30）驱动冷却介质在管路内循环流动；被冷却装置（40），串联设置在泵体（30）和冷却装置（24）之间的管路上。还包括了具有该冷却系统的挖掘机。

Description

混合动力液压挖掘机及其冷却系统技术领域本发明涉及土方工程机械领域，具体而言，涉及一种混合动力液压挖掘机及其冷却系统。背景技术传统液压挖掘机的冷却系统主要分成三部分：一、发动机本身的冷却；二、发动机进气的冷却；三、液压油的冷却。混合动力液压挖掘机系统比传动液压挖掘机系统多了由动力电机、回转电机和对应的控制器以及超级电容等组成的辅动力源。辅动力源中的动力电机及控制器和回转电机及控制器都需要冷却，如果采用独立的散热系统，存在以下几方面问题：

( 1 ) 散热器风扇电机和水泵电机的电源问题；

(2) 挖掘机上安装空间有限。如果对辅动力源中电机及控制器采用独立的冷却系统，由于挖掘机上只有 24VDC 蓄电池，散热器风扇电机和水泵电机如果采用蓄电池供电，则增加了蓄电池和发动机上发电机的负荷；如果采用 220VAC供电，则又需增加从超级电容的直流电到 220VAC 的逆变器，使系统复杂化。由于混合动力挖掘机比传统液压挖掘机增加了动力电机及控制器、回转电机及控制器和超级电容等部件，使得挖掘机上安装空间有限，所以如果再增加独立的电机散热器、水泵电机和逆变器等部件，将给安装、调试和维护带来麻烦。发明内容本发明旨在提供一种混合动力挖掘机及其冷却系统，能够合理利用混合动力挖掘机上有限的空间，保证动力电机及其控制器和回转电机及其控制器的冷却效果。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种混合动力液压挖掘机冷却系统，包括：发动机；发动机风扇，与发动机驱动连接；集成散热系统，设置在发动机风扇的出风方向上，包括冷却装置；泵体，与冷却装置通过管路串联，泵体驱动介质在管路内循环流动；被冷却装置，串联设置在泵体和冷却装置之间的管路上。进一步地，管路包括并联设置的第一冷却支路和第二冷却支路，被冷却装置包括回转电机、动力电机、回转电机控制器和动力电机控制器，回转电机和动力电机设置在第一冷却支路上，回转电机控制器和动力电机控制器设置在第二冷却支路上。进一步地，回转电机和动力电机沿介质的流动方向依次设置在泵体与冷却装置之间的管路上。进一步地，被冷却装置与冷却装置之间设置有测量介质温度的温度传感器，温度传感器与泵体之间设置有泵体调节装置。进一步地，泵体调节装置包括与泵体驱动连接的驱动马达，与驱动马达串联的驱动电源和继电器开关，继电器开关与温度传感器之间设置有继电器开关控制器，根据温度传感器传递的温度控制继电器开关的状态。进一步地，驱动电源为 24V直流电源。进一步地，集成散热系统还包括发动机水冷器、发动机中冷器和液压油冷却器，冷却装置、发动机中冷器和液压油冷却器并联设置，发动机水冷器设置在冷却装置、发动机中冷器和液压油冷却器的背风侧。冷却装置根据本发明的另一方面，提供了一种混合动力液压挖掘机，包括冷却系统，该冷却系统为上述的混合动力液压挖掘机冷却系统。根据本发明的再一方面，提供了一种混合动力液压挖掘机，包括发动机、辅动力源、集成散热系统及用于对集成散热系统进行风冷的发动机风扇，集成散热系统包括用于发动机本身冷却的发动机水冷器、用于发动机进气冷却的发动机中冷器及用于液压油冷却的液压油冷却器，该集成散热系统还包括用于辅动力源冷却的冷却装置，冷却装置与辅动力源通过管路连接形成一封闭的回路，该回路内包括可循环流动的冷却介质。进一步地，冷却装置和辅动力源所形成的回路中还连接有用于驱动冷却介质循环流动的泵体。进一步地，冷却装置和辅动力源所形成的回路中还连接有温度传感器，温度传感器与泵体之间设置有泵体调节装置，该泵体调节装置与辅动力源并联，温度传感器检测冷却介质对辅动力源进行冷却之后的温度，泵体调节装置根据温度传感器检测到的温度对泵体的转速进行调节。进一步地，泵体调节装置包括与泵体驱动连接的驱动马达，与驱动马达串联的驱动电源和继电器开关，继电器开关与温度传感器之间设置有继电器开关控制器，继电器开关控制器根据温度传感器检测到的温度控制继电器开关的闭合或者断开。应用本发明的技术方案，混合动力液压挖掘机冷却系统包括发动机、发动机风扇、集成散热系统、泵体和被冷却装置。发动机风扇与发动机之间驱动连接，集成散热系统设置在发动机风扇的出风方向上，包括冷却装置，泵体与电机及冷却装置串联，通过冷却装置对泵体内的介质进行冷却，被冷却装置串联设置在泵体和冷却装置之间的冷却路径上。通过将冷却装置集成设置在集成散热器上，在减小冷却装置的安装空间的基础上，通过发动机风扇对冷却装置进行冷却，无需对冷却装置设置单独的冷却风扇，进一步节约了空间，降低了成本，保证了冷却装置的冷却效果。被冷却装置与冷却装置之间设置有测量介质温度的温度传感器，温度传感器与泵体之间设置有泵体调节装置。泵体调节装置可以根据温度传感器测得的温度来对泵体进行调节，从而为泵体确定合适的降温功率，充分发挥冷却装置的降温散热作用，同时降低能量的耗费。附图说明构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图 1示出了根据本发明的实施例的混合动力挖掘机冷却系统的连接结构示意图；图 2示出了根据本发明的实施例的混合动力挖掘机冷却系统的发动机和集成冷却系统的空间位置关系图；以及图 3示出了根据本发明的实施例的混合动力挖掘机冷却系统的集成冷却系统的结构示意图。具体实施方式下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如图 1所示，根据本发明的实施例，混合动力液压挖掘机冷却系统包括发动机 10、发动机风扇 11、集成散热系统 20、泵体 30和被冷却装置 40。本实施例中，该被冷却装置 40 为混合动力液压挖掘机的辅动力源，该辅动力源用于在设定情形下与发动机 10共同驱动该混合动力液压挖掘机的工作系统。发动机 10与发动机风扇 11之间为驱动连接，发动机 10为发动机风扇 11提供动力能源。集成散热系统 20设置在发动机风扇 11的出风方向上，通过发动机风扇 11对集成散热系统 20进行风冷。泵体 30内的介质通过集成散热系统 20进行散热冷却后，流经被冷却装置 40，对被冷却装置 40进行冷却降温。图中箭头方向代表风向。发动机风扇 11可以为吸风风扇，也可以为吹风风扇，本实施例中，发动机风扇为吸风风扇。请结合参见图 2和图 3所示，集成散热系统 20包括发动机水冷器 21、发动机中冷器 22、液压油冷却器 23和冷却装置 24，其中发动机中冷器 22、冷却装置 24和液压油冷却器 23之间由上到下依次并联设置，并位于发动机风扇 11的迎风侧。发动机水冷器 21设置在发动机中冷器 22、冷却装置 24和液压油冷却器 23的背风侧，与发动机中冷器 22、冷却装置 24和液压油冷却器 23形成层叠关系。集成散热系统 20通过连接板和连接螺栓等将发动机水冷器 21、发动机中冷器 22、液压油冷却器 23和冷却装置 24固定连接在一起，使发动机水冷器 21、发动机中冷器 22、液压油冷却器 23 和冷却装置 24之间的相对位置固定。这种设置方式减小了集成散热系统 20的面积，降低了集成散热系统 20的空间占用，同时又能够保证冷却装置 24的冷却效果。泵体 30与冷却装置 24之间通过管路串联，泵体 30驱动冷却介质在管路内循环流动，使经过冷却装置 24冷却后的冷却介质循环对被冷却装置 40进行冷却，降低被冷却装置 40工作工程中所产生的热量，保护被冷却装置 40不会由于高温造成损坏或者影响性能。挖掘机上装的安装空间一般较为有限，对被冷却装置 40进行冷却的冷却装置难以有足够的安装空间进行安装，因此对被冷却装置 40的冷却带来很大的不便。将冷却装置 24集成在集成散热系统 20上，避免了对冷却装置 24单独进行设置所需要的独立空间，简化了冷却系统，而且能够通过发动机风扇 11对冷却装置 24进行冷却降温，无需对冷却装置 24添置单独的冷却风扇，也无需对该冷却风扇提供单独的电源，因此，进一步压缩了安装空间，便于冷却装置 24的安装和使用，降低了成本，保证了对被冷却装置 40的冷却效果。发动机风扇 11对集成散热系统 20进行冷却，主要是通过发动机风扇 11对发动机冷却液、发动机进气、挖掘机液压油和电机及冷却器的冷却介质进行冷却来实现的。当发动机冷却液、发动机进气、挖掘机液压油和电机及冷却器的冷却介质完成对相关部件的冷却之后，分别在发动机水冷器 21、发动机中冷器 22、液压油冷却器 23和冷却装置 24处对冷却介质进行集中的冷却降温处理，然后冷却降温处理之后的冷却介质可以继续对相关部件进行降温，如此循环，实现对挖掘机相关部分的持续降温操作。管路包括第一冷却支路和第二冷却支路，第一冷却支路和第二冷却支路设置在泵体 30的出口端与冷却装置 24之间。被冷却装置 40包括回转电机 41、动力电机 42、回转电机控制器 43和动力电机控制器 44。回转电机 41和动力电机 42设置在管路的第一冷却支路上。回转电机控制器 43和动力电机控制器 44设置在管路的第二冷却支路上，两个冷却支路并联设置在泵体 30所形成的冷却管路上，对回转电机 41、动力电机 42、回转电机控制器 43和动力电机控制器 44进行冷却。对第一冷却支路和第二冷却支路采用并联连接，可以分别对两个支路进行冷却，能够保证对被冷却装置 40 的整体冷却效果。回转电机 41和动力电机 42沿介质的流动方向依次设置在泵体 30与冷却装置 24 之间的管路上。这种设置方式是基于这样一种状况，即动力电机 42紧挨发动机 10安装。这种情况下，动力电机 42的温度比回转电机 41高的多，因此，先对回转电机 41 进行冷却之后，冷却介质的温度仍然较低，可以对动力电机 42继续进行有效冷却，起到良好的冷却效果。在被冷却装置 40和冷却装置 24之间设置有温度传感器 31，用于检测对被冷却装置 40进行冷却之后的冷却介质的温度。在温度传感器 31与泵体 30之间设置有泵体调节装置 50，根据温度传感器 31检测到的温度对泵体 30的转速进行调节，从而调整泵体 30的排量，对泵体 30的冷却性能进行调整，使之与冷却介质的温度相配合，实现对被冷却装置 40的良好冷却效果，同时降低能源消耗，提高能源利用率。泵体调节装置 50包括与泵体 30驱动连接的驱动马达 51和与驱动马达串联的驱动电源 52。泵体 30的动力来源可以为交流电，也可以为直流电，可以通过发动机 10来驱动泵体 30实现泵送，也可以通过单独的驱动电机来实现泵体 30 的泵送。泵体 30 驱动连接至驱动马达 51，驱动马达 51与驱动电源 52连接，并通过驱动电源 52使驱动马达 51转动，从而带动泵体 30转动。本实施例当中，驱动电源 52为 24V蓄电池，驱动马达为 24V直流电机。其中蓄电池充电是用发动机 10自带的 70A的发电机来实现的。 24V电压为安全电压，能够保证操作人员的安全操作，降低驱动电源对操作人员的危险性，从而提高挖掘机操作过程中的安全性能。泵体调节装置 50还包括设置在驱动马达 51与驱动电源 52之间的连接电路上的继电器开关 53、以及设置在继电器开关 53与温度传感器 31之间的继电器开关控制器 54。继电器开关控制器 54用于控制继电器开关 53的闭合和断开，包括有控制电路，控制电路内置有比较模块，比较模块上设置有基准温度。当温度传感器 31将测得的冷却介质的温度传递给继电器开关控制器 54后，继电器开关控制器 54内的比较模块将该温度与基准温度进行比较。当该温度大于基准温度时，继电器开关控制器 54控制继电器开关 53 闭合，驱动马达的电路连通，泵体 30 转动，带动冷却介质流动，在冷却装置 24处降温散热之后，继续对被冷却装置 40进行冷却。当该温度小于等于基准温度时，继电器开关控制器 54控制继电器开关 53断开，驱动马达的电路断开，泵体 30停止转动，无需通过泵体 30驱动冷却介质对被冷却装置 40进行降温。冷却介质可以为水或者液压油等。通过温度传感器 31对泵体 30进行调节，能够在冷却介质温度较低时不对泵体 30 输出能源，在冷却介质温度较高时，驱动泵体 30转动，对冷却介质进行降温，实时性更好，降低了能源浪费，提高了控制精度。根据本发明的实施例，混合动力液压挖掘机包括冷却系统，该冷却系统为上述的混合动力液压挖掘机冷却系统。根据本发明的另一实施例，该实施例基于上述实施例。本实施例的混合动力液压挖掘机包括发动机 10、辅动力源、集成散热系统 20及用于对集成散热系统 20进行风冷的发动机风扇 11。集成散热系统 20包括用于发动机本身冷却的发动机水冷器 21、用于发动机进气冷却的发动机中冷器 22及用于液压油冷却的液压油冷却器 23。该集成散热系统 20还包括用于辅动力源冷却的冷却装置 24，冷却装置 24与辅动力源通过管路连接形成一封闭的回路，该回路内包括可循环流动的冷却介质。冷却装置 24和辅动力源所形成的回路中还连接有用于驱动冷却介质循环流动的泵体 30。冷却装置 24和辅动力源所形成的回路中还连接有温度传感器 31，温度传感器 31 与泵体 30之间设置有泵体调节装置 50。该泵体调节装置 50与辅动力源并联，温度传感器 31检测冷却介质对辅动力源进行冷却之后的温度，泵体调节装置 50根据温度传感器 31检测到的温度对泵体 30的转速进行调节。泵体调节装置 50包括与泵体 30驱动连接的驱动马达 51，与驱动马达 51串联的驱动电源 52和继电器开关 53，继电器开关 53与温度传感器 31之间设置有继电器开关控制器 54，继电器开关控制器 54根据温度传感器 31检测到的温度控制继电器开关 53的闭合或者断开。从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：混合动力液压挖掘机冷却系统包括发动机、发动机风扇、集成散热系统、泵体和被冷却装置。发动机风扇与发动机之间驱动连接，集成散热系统设置在发动机风扇的出风方向上，包括冷却装置，泵体与电机及冷却装置串联，通过冷却装置对泵体内的介质进行冷却，被冷却装置串联设置在泵体和冷却装置之间的冷却路径上。通过将冷却装置集成设置在集成散热器上，在减小冷却装置的安装空间的基础上，通过发动机风扇对冷却装置进行冷却，无需对冷却装置设置单独的冷却风扇，进一步节约了空间，降低了成本，保证了冷却装置的冷却效果。被冷却装置与冷却装置之间设置有测量介质温度的温度传感器，温度传感器与泵体之间设置有泵体调节装置。泵体调节装置可以根据温度传感器测得的温度来对泵体进行调节，从而为泵体确定合适的降温功率，充分发挥冷却装置的降温散热作用，同时降低能量的耗费。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1. 一种混合动力液压挖掘机冷却系统，其特征在于，包括：

发动机（10);

发动机风扇（11 )，与所述发动机（10) 驱动连接；

集成散热系统（20)，设置在所述发动机风扇（11 ) 的出风方向上，包括冷却装置 (24)；

泵体（30)，与所述冷却装置（24)通过管路串联，所述泵体（30)驱动冷却介质在管路内循环流动；

被冷却装置（40)，串联设置在所述泵体（30)和所述冷却装置（24)之间的所述管路上。

2. 根据权利要求 1所述的混合动力液压挖掘机冷却系统，其特征在于，所述管路包括并联设置的第一冷却支路和第二冷却支路，所述被冷却装置（40) 包括回转电机（41 )、动力电机（42)、回转电机控制器（43 )和动力电机控制器（44)，所述回转电机（41 ) 和所述动力电机（42) 设置在所述第一冷却支路上，所述回转电机控制器（43 ) 和所述动力电机控制器（44) 设置在所述第二冷却支路上。

3. 根据权利要求 2所述的混合动力液压挖掘机冷却系统，其特征在于，所述回转电机（41 ) 和所述动力电机（42) 沿所述冷却介质的流动方向依次设置在所述泵体（30) 与所述冷却装置（24) 之间的所述管路上。

4. 根据权利要求 1所述的混合动力液压挖掘机冷却系统，其特征在于，所述被冷却装置（40) 与所述冷却装置（24) 之间设置有测量所述冷却介质温度的温度传感器（31 )，所述温度传感器（31 )与所述泵体（30)之间设置有泵体调节装置（50)。

5. 根据权利要求 4所述的混合动力液压挖掘机冷却系统，其特征在于，所述泵体调节装置（50)包括与所述泵体（30)驱动连接的驱动马达（51 )，与所述驱动马达（51 ) 串联的驱动电源（52) 和继电器开关（53 )，所述继电器开关（53 ) 与所述温度传感器（31 )之间设置有继电器开关控制器（54)，根据所述温度传感器（31 ) 传递的温度控制所述继电器开关（53 ) 的状态。

6. 根据权利要求 5所述的混合动力液压挖掘机冷却系统，其特征在于，所述驱动电源（52) 为 24V直流电源。

7. 根据权利要求 1所述的混合动力液压挖掘机冷却系统，其特征在于，所述集成散热系统（20)还包括发动机水冷器（21 )、发动机中冷器（22)和液压油冷却器（23 )，所述冷却装置（24)、所述发动机中冷器（22) 和所述液压油冷却器

(23 )并联设置，所述发动机水冷器（21 )设置在所述冷却装置（24)、所述发动机中冷器（22) 和所述液压油冷却器（23 ) 的背风侧。

8. 一种混合动力液压挖掘机，包括冷却系统，其特征在于，所述冷却系统为权利要求 1至 7中任一项所述的混合动力液压挖掘机冷却系统。

9. 一种混合动力液压挖掘机，包括发动机（10)、辅动力源、集成散热系统（20) 及用于对所述集成散热系统（20)进行风冷的发动机风扇（11 )，所述集成散热系统（20)包括用于发动机本身冷却的发动机水冷器（21 )、用于发动机进气冷却的发动机中冷器（22)及用于液压油冷却的液压油冷却器（23 )，其特征在于，该集成散热系统（20)还包括用于所述辅动力源冷却的冷却装置（24)，所述冷却装置（24) 与辅动力源通过管路连接形成一封闭的回路，该回路内包括可循环流动的冷却介质。

10. 根据权利要求 9所述的混合动力液压挖掘机，其特征在于，所述冷却装置（24) 和辅动力源所形成的回路中还连接有用于驱动所述冷却介质循环流动的泵体

(30)。

11. 根据权利要求 10所述的混合动力液压挖掘机，其特征在于，所述冷却装置（24) 和辅动力源所形成的回路中还连接有温度传感器（31 )，所述温度传感器（31 ) 与所述泵体（30)之间设置有泵体调节装置（50)，该泵体调节装置（50)与所述辅动力源并联，所述温度传感器（31 ) 检测所述冷却介质对所述辅动力源进行冷却之后的温度，所述泵体调节装置（50) 根据所述温度传感器（31 ) 检测到的温度对所述泵体（30) 的转速进行调节。

12. 根据权利要求 11所述的混合动力液压挖掘机，其特征在于，所述泵体调节装置

(50)包括与所述泵体（30)驱动连接的驱动马达（51 )，与所述驱动马达（51 ) 串联的驱动电源（52)和继电器开关（53 )，所述继电器开关（53 )与所述温度传感器（31 )之间设置有继电器开关控制器（54)，所述继电器开关控制器（54) 根据所述温度传感器（31 ) 检测到的温度控制所述继电器开关（53 ) 的闭合或者断开。