專利名稱：：工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)及風扇轉速控制閥的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及機械領域，具體來說是一種液壓驅動風扇冷卻控制系統(tǒng)，用于工程機械的系統(tǒng)散熱。
背景技術：
：在工程機械中，風扇冷卻系統(tǒng)是維持機械正常工作的一個溫度調節(jié)系統(tǒng)，用于控制動力系統(tǒng)水溫或者是液壓系統(tǒng)油溫。尤其是全液壓平地機由于在大負荷施工或高速轉場過程中，其液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)會產生大量的熱量。如果不采取散熱措施或散熱效果不理想都將導致如下問題(1)溫度高會出現(xiàn)液壓系統(tǒng)油液黏度降低，潤滑部位的靜壓油膜被破壞，加速液壓件運動副的磨損，油液泄露增加，密封件加速老化，液壓元件中因熱膨脹系數(shù)不同造成運動副之間間隙變小發(fā)生卡滯，液壓油早期氧化等現(xiàn)象，直接導致液壓系統(tǒng)性能、可靠性和液壓件使用壽命降低。(2)對于動力系統(tǒng)將導致發(fā)動機進氣溫度升高，空氣密度下降，汽缸燃燒不充分，排煙增加，不僅不能滿足發(fā)動機排放法規(guī)要求；還會導致發(fā)動機汽缸熱負荷、機體溫度升高，冷卻水開鍋、功率下降，嚴重時還將導致發(fā)動機拉缸、軸瓦燒死等現(xiàn)象，使整機不能正常工作。而當平地機在冬季除雪、高原作業(yè)時，常常由于環(huán)境溫度過低，導致液壓油黏度過高，油泵吸油阻力增加，嚴重時造成油泵吸空、氣蝕現(xiàn)象，產生噪音，系統(tǒng)回油阻力大，壓力損失增加，工作壓力升高，進而引起容積效率、工作效率降低。同時還將導致發(fā)動機啟動困難，機油黏度高，機油壓力升高，濾芯、壓力表損壞，熱效率降低等不良現(xiàn)象。此時就需要減少散熱甚至需要加熱使系統(tǒng)溫度能夠盡快升高到理想狀態(tài)。因此，對于工程才幾械特別是全液壓平地機來說，液壓系統(tǒng)油溫、動力系統(tǒng)水溫、進氣溫度是決定整機作業(yè)效率、工作壽命，甚至能否正常工作的重要因素。通常理想液壓油溫應控制在55°C-70。C范圍內，理想水溫應控制在7rC-99。C范圍內，理想進氣溫度應控制在16。C-33。C范圍內。為了保證液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)工作在其最佳溫度范圍，對平地機尤其是全液壓平地機有必要減少系統(tǒng)溫度過高或過低時的不利影響，設計相應可控的冷卻裝置。.目前，在工程機械中通用的冷卻方式有兩種一種是機械式驅動風扇，通過發(fā)動機曲軸端V型皮帶輪直接驅動冷卻風扇，用冷風強制散熱器散熱。另一種是液壓獨立驅動風扇，例如中國專利文獻CN1949114A公開的工程機械液壓馬達散熱系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，由一個定量馬達驅動冷卻風扇運轉，通過一個電子控制單元根據(jù)散熱器組件出口介質溫度控制一個比例電/f茲減壓閥，籍由該電f茲減壓閥調節(jié)定量馬達旁通油路回油流量，來改變流經(jīng)定量馬達的壓力油流量調節(jié)風扇轉速，形成一種閉環(huán)比例控制定量馬達驅動冷卻風扇散熱的方式。上述第一種實現(xiàn)方法由于采用發(fā)動機曲軸直接驅動，發(fā)動機啟動阻力矩大；并且由于風扇轉速與發(fā)動機轉速保持一致，所以冷卻能力不能隨發(fā)動機和需散熱系統(tǒng)熱負荷變化而自行調節(jié)，也不能適應環(huán)境狀況的變化，尤其當平地機在冬季除雪、高原作業(yè)時或是在發(fā)動機啟動及中小負荷工作時，其冷卻能力過剩，使得液壓系統(tǒng)油溫上升緩慢，造成不良影響，也使得發(fā)動機預熱緩慢，傳熱損失過多，發(fā)動機功率利用率低，造成燃油不必要的浪費等；同時由于風扇必需與發(fā)動機曲軸連接，風扇以及散熱器的相對位置固定，導致整機布局不靈活，且散熱器靠近發(fā)動機熱源，散熱效果差。上述第二種實現(xiàn)方法基本上能克服第一種方法中的缺點，采用獨立的液壓冷卻系統(tǒng)不受發(fā)動機轉速的影響，而且便于靈活布局。雖然CN1949114A中的實現(xiàn)方式能夠對風扇轉速實現(xiàn)無級變速控制，但當對多個溫度參數(shù)例如水溫、油溫、空氣溫度進行調節(jié)時，由于各散熱器內介質隨工況變化其溫度和需要放出的熱量不同，所以很難保證每一散熱器中介質溫度均維持一基本恒定值，并且對電子控制單元調節(jié)參數(shù)的整定也很困難，所以散熱器組件中介質溫度通常還是在一定范圍內波動。但是由于釆用了液壓獨立驅動散熱風扇轉速閉環(huán)比例控制，需要使用結構復雜、成本較高的比例控制閥及電子控制單元等元件，還對液壓油清潔度要求較高，這就增加了一定的生產成本。然而，對于工程機械特別是全液壓平地機來說，只要油溫、水溫和進氣溫度控制在一個理想溫度范圍內即可正常工作，因此采用對風扇轉速進行無級變速控制從經(jīng)濟角度考慮并不理想。
實用新型內容針對上述缺陷，本實用新型的目的在于提供一種工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，這種冷卻系統(tǒng)能夠滿足工程機械特別是全液壓平地機系統(tǒng)溫度控制要求，且成本更低。本實用新型采用如下技術解決方案一種工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，包括驅動冷卻風扇運轉的定量馬達，以及測定散熱器內介質溫度的溫度傳感器和電子控制單元，其特征在于還包括一個電磁換向閥，所述電》茲換向閥的進油口連接定量馬達的進油油路，所述電;茲換向閥的出油口通過一個節(jié)流孔與所述定量馬達泄油油路相通或直接與油箱相通；所述電子控制單元根據(jù)所述溫度傳感器的溫度信號控制所述電磁換向閥的開閉，控制冷卻風扇在散熱器內介質溫度高于設定上限值時全速運轉，散熱器內介質溫度低于設定下限值時低速運轉。本實用新型還提供了一種風扇轉速控制閥，可用于上述工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，控制冷卻風扇在不同外界溫度下實現(xiàn)高、低速運轉。本實用新型采用如下技術方案一種風扇轉速控制閥，用于對工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)中風扇轉速進行控制，其特征在于包括閥體，閥體上有進油口和出油口，還包括一個閥芯裝于所述閥體內的電磁換向閥，所述閥體進油口通過閥體內的進油道與所述電^茲換向閥的進油口相通，所述閥體的出油口通過閥體內的出油道與所述電,茲換向閥的出油口相通，所述出油道內有一位置流通截面變窄形成節(jié)流孔。本實用新型的工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，采用了一個電磁換向閥和節(jié)流孔來實現(xiàn)對定量馬達壓力油流量控制，使風扇可以實現(xiàn)高、低速運轉，以滿足在低溫環(huán)境和高溫環(huán)境下的冷卻要求，相對于采用比例閥進行無級調速的控制方式，電磁換向閥的成本更低廉，且對電子控制單元的功能要求和液壓油清潔度的要求更低，因此更加經(jīng)濟；并且對液壓油的抗污染能力強、可靠性高、性能穩(wěn)定，特別適合于全液壓平地機不同工況和環(huán)境的散熱要求。本實用新型的風扇轉速控制閥，將電磁換向閥和節(jié)流孔集成在一起，具有結構簡單、緊湊的優(yōu)點，可以用于工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)冷卻風扇的高低速控制，便于安裝和有利于靈活布置。圖1是本實用新型的工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)原理圖。圖2是本實用新型的風扇轉速控制閥的結構示意圖。圖3是圖2所示風扇轉速控制閥的俯視時的局部剖視示意圖。圖4是圖2和圖3所示的風扇轉速控制閥的原理圖。圖5是圖1所示的風扇冷卻控制系統(tǒng)在全液壓平地機內的結構布置圖。圖中I、定量泵，2、電子控制單元，3、電^f茲換向閥，4、溢流閥，5、定量馬達，6、散熱器總成，7、回流過濾器，8、液壓油箱，9、節(jié)流孔，10、散熱風扇；II、管接頭，12、管接頭，13、測壓接頭，14、管4妄頭，15、管接頭，16、出油道，17、節(jié)流塞，18、螺塞，19、進油道，20閥體；61、空空中冷散熱器，62、油箱散熱器，63、水箱散熱器；100、燃油箱，101、機罩，102、發(fā)動機。具體實施方式以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明，以助于理解本實用新型的內容。實施例1工程才幾械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)如圖1所示是工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，定量泵l通過工程機械的分動箱驅動，再由定量馬達5驅動散熱風扇，對散熱器總成或單一散熱器進行吸風(或者吹風)散熱。電磁換向閥3的進油口連接定量馬達5的進油油路，電》茲換向閥3的出油口通過一個節(jié)流孔9與定量馬達5的泄油油路相通或者直接與液壓油箱8相通以便回油，使電磁換向閥3及其出油油路上的節(jié)流孔9與定量馬達5并聯(lián)形成定量馬達5的旁通油路。在散熱器總成6中不同介質出口安裝有溫度傳感器，對散熱器總成6內各工作介質溫度同時采集信號，電子控制單元2對采集的各溫度信號進行處理，將每一溫度和相應介質的溫度設定值上、下限比較后產生相應的控制電流驅動電磁換向閥3，控制電磁換向閥3的通斷，從而控制壓力油經(jīng)過節(jié)流孔9的通流狀態(tài)，進而改變驅動定量馬達5的壓力油流量，實現(xiàn)對散熱風扇的高低轉速閉環(huán)控制。當溫度傳感器檢測到散熱器總成6內各冷卻介質某-一溫度低于設定下限值時，電子控制單元2就判定該機械處于低溫工作狀態(tài)，此時控制電磁換向閥3使其處于得電狀態(tài)，電磁換向閥3接通，定量泵l輸出的大部分壓力油經(jīng)電,茲換向閥3、節(jié)流孔9后直接回液壓油箱8，只有小部分的壓力油流經(jīng)定量馬達5，因此此時定量馬達5和被其驅動的散熱風扇處于低轉速狀態(tài)，降低了散熱器總成6的散熱效率，同時由于節(jié)流孔9節(jié)流損失的發(fā)熱，將液壓能轉化為熱能，使得液壓油可以在較短時間內達到理想的溫度，可以使發(fā)動機水溫、進氣溫度等通過散熱器總成6所控制的溫度也能較快上升。隨著系統(tǒng)各冷卻介質溫度的升高，當某一冷卻介質的溫度上升到設定允許的上限值時，電子控制單元2就判定該機械已處于高溫工作狀態(tài)，此時控制電磁換向閥3處于失電狀態(tài)，流經(jīng)節(jié)流孔9的壓力油被電磁換向閥3切斷，定量泵l輸出的壓力油全部流經(jīng)定量馬達5，因此此時定量馬達處于高轉速狀態(tài)，散熱器總成6的散熱效率達到最高，使得各散熱器總成6內的各介質溫度逐漸降低，最終將各介質控制到理想的溫度范圍內，保證機械正常工作。電子控制單元2具有對散熱器總成6內各介質溫度在程序設定的上限值和下限值進行比較和控制的電路，作為現(xiàn)有技術可以由市場購得合適的控制器。對于全液壓平地機來說，散熱器總成6可以由油箱散熱器、水箱散熱器和空空中冷散熱器組成，在液壓油散熱器、冷卻水散熱器、空空中冷散熱器中某一介質溫度低于程序相應的設定值時，電子控制單元2都會使電磁換向閥3得電，散熱風扇以低速運轉。在這一過程中，如果某一介質溫度還未上升到相應的下限值，而另一介質溫度已高于相應的上限值時，就應考慮散熱器總成6中各散熱器散熱功率的匹配問題，通常應適當增加介質溫度升高過快的散熱器的散熱面積以增加其散熱功率，從而達到三者散熱能力的熱平衡。在液壓油散熱器、冷卻水散熱器、空空中冷散熱器中某一介質溫度高于程序相應的設定值時，電子控制單元2就要控制使電磁換向閥3失電，散熱風扇以最高轉速運轉。在這一過程中，如果某一介質溫度還未降低到相應的上限值，而另一介質溫度已低于相應的下限值時，同樣應考慮散熱器總成6中散熱功率的匹配問題，此時通常應適當減小溫度降低過快介質所用散熱器的散熱面積，同時適當增加溫度降低過慢介質所流經(jīng)的散熱器的散熱面積，以達到三者散熱能力的熱平衡。同時，根據(jù)散熱風扇空氣流量-風扇轉速特性曲線及散熱功率-空氣流量特性曲線確定實際所需散熱功率時定量馬達5的轉速，采用該風扇液壓獨立散熱控制方式則可以通過調整節(jié)流孔9的孔徑改變定量馬達5低速時的轉速，以與實際需要散熱功率相匹配。因此，釆用節(jié)流調速液壓獨立驅動散熱風扇閉環(huán)控制，可以根據(jù)發(fā)動機的工況和環(huán)境狀況將各冷卻介質控制在理想的溫度范圍內。當溫度傳感器或電子控制單元2失效時，電子控制單元2與電磁換向閥3的連接斷開，散熱風扇將以最高轉速工作，起到安全保護作用，防止系統(tǒng)過熱。電磁換向閥3使用的是高壓大流量單向截止螺紋插裝閥，當定量馬達5高速運轉狀態(tài)下停機時，定量泵l停止供油，由于風扇的慣性，定量馬達5還會繼續(xù)運轉一段時間，此時定量馬達5可通過電磁換向閥3反向吸油，防止定量馬達5吸空。溢流閥4是對液壓系統(tǒng)進行安全保護，用于防止系統(tǒng)超壓?；赜瓦^濾器7用于過濾液壓油中雜質保-〖正液壓油的清潔，防止堵塞油路或影響有關液壓元件運轉。在全液壓平地機中整機散熱系統(tǒng)結構布置方式如圖5所示，動力系統(tǒng)采用康明斯直列六缸柴油發(fā)動機，散熱系統(tǒng)將空空中冷散熱器61、油箱散熱器62、水箱散熱器63依次前后布置，散熱風扇IO采用吸風風扇安裝在水箱散熱器63外側，冷風依次對各冷卻介質進行冷卻。根據(jù)表1所示典型散熱系統(tǒng)效率表可以看出，直列六缸發(fā)動才幾釆用吸風風扇散熱方式效率高于吹風風扇散熱方式，因此根據(jù)平地機的結構特點，采用圖5所示散熱系統(tǒng)吸風散熱方式布局可以得到較為理想的散熱效果。由圖5可以看出，在機罩101下方的空間內，散熱器總成以及散熱風扇10和定量馬達5可以安裝在全液壓平地機的發(fā)動機103前面，以利于散熱，無需緊靠發(fā)動機102以及燃油箱100,安裝靈活，便于布局。表l典型散熱系統(tǒng)效率<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>可以理解的是，本實施例中的工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，除適合于全液壓平地機外，也可以用于其它工程機械，以及車輛上。其散熱器總成包括哪種散熱器，根據(jù)具體使用的機械而定。實施例2風扇轉速控制閥如圖2至圖4所示，是一種用于實施例1中的工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)的控制閥，以通過進油節(jié)流方式控制定量馬達壓力油流量。其具體結構為在一個金屬塊加工成的閥體20上加工有進油口P!和出油口T,為便于與油管連接，在進油口P!上安裝有管接頭12,在出油口T上也安裝有管接頭14。閥體20上還裝有一個電磁換向閥3，進油口Pi通過閥體20內鉆孔形成的進油道19與電磁換向閥3的進油口相通，出油口T通過閥體20內的出油道16與電f茲換向閥3的出油口相通。由圖3可以看出，在出油道16裝有一個中心孔流通截面小于出油道流通截面的節(jié)流塞17,使出油道在該處流通截面變窄形成圖1中的節(jié)流孔9。對向節(jié)流塞17用于安裝節(jié)流塞用的工藝孔被螺塞18密封堵住。利用電磁換向閥3的通斷可使進油口Pj與出油口T之間的壓力油流通通道被打開和關閉。這樣由于把節(jié)流孔和電磁換向閥集成在了一起，簡化了液壓獨立風扇冷卻系統(tǒng)的安裝和靈活布置。為進一步簡化工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)在工程機械特別是全液壓平地機內的布置及油管路的連接，在閥體20上還加工有第一旁通油口L，第一旁通油口L直接通向與出油口T相通的出油道16。第一旁通油口L與出油口T垂直，以便于根據(jù)安裝位置選擇使用，或者直接與油箱連通用于回油，或者連接到定量馬達的泄油管路上，使用時視具體安裝位置而定。同樣為方便連接管路在第一旁通油口L處安裝有管接頭15?；谕瑯拥哪康模€在闊體10上加工有第二旁通油口P2，第二旁通油油口P2則與進油口P!的進油道相通，并與進油口P!垂直，以1更于與定量馬達的進油口相連，在第二旁通油口P2處安裝有管接頭11。由于第二旁通油口P2與進油口P,是相聯(lián)通的，因此兩者可以根據(jù)安裝位置互換使用。還可以設置溢流口與進油道相通，在溢流口上安裝有溢流閥4。閥體上的油口上都可以安裝有管接頭，以便于方便快速的安裝油管，管接頭可以通過螺紋連接結構裝在閥體20上，也可以焊接連接在閥體20上，管接頭ll、jt匕^f^一一4苗ii。為便于測量系統(tǒng)液壓油壓力，在閥體20上還可以加工有一個測壓口P3與進油道19相通，在測壓口P3上安裝測壓接頭13以方便直接安裝壓力表或壓力傳感器。釆用這種轉速控制閥，把節(jié)流孔、電磁換向閥、甚至溢流閥集成在一個閥體上，結構緊湊。設置多個出油口，使用時只要用油管通過相應接頭與定量泵、定量馬達或液壓油箱等直接連接便形成的相應的控制油路，不但便于安裝布置，而且減少了三通、彎頭等管件的使用量，特別適合于所應用的機械產品內部空間結構復雜的條件。結合圖1至圖4所示，例如可以將進油口Pi的管接頭12用油管與定量泵1連接，第二旁通油口P2的管接頭11與定量馬達5的進油口連接，出油口T的管接頭14連接液壓油箱8的回油口，第一旁通油口L的管^l妄頭15可以與定量馬達5的泄油油路連"t妄，這是最有效最簡便的連接方式。當然出油口T與第一旁通油口L也可以互換使用，或者一個堵塞另一個僅用于出油。而進油口P!與第二旁通油口P2同樣可以互換使用，或者其中一個堵塞另一個僅用于進油。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。權利要求1、一種工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，包括驅動冷卻風扇運轉的定量馬達，以及測定散熱器內介質溫度的溫度傳感器和電子控制單元，其特征在于還包括一個電磁換向閥，電磁換向閥的進油口連接所述定量馬達的進油油路，所述電磁換向閥的出油口通過一個節(jié)流孔與所述定量馬達泄油油路相通或直接與油箱相通；所述電子控制單元根據(jù)所述溫度傳感器的溫度信號控制所述電磁換向閥的開閉，控制冷卻風扇在散熱器內介質溫度高于設定上限值時全速運轉，散熱器內介質溫度低于設定下限值時低速運轉。2、根據(jù)權利要求1所述的工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述的電f茲換向閥為單向截止插裝閥。3、根據(jù)權利要求1或2所述的工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述的散熱器是指液壓油散熱器、冷卻水散熱器和空空中冷散熱器中的一種或多種組合。4、根據(jù)權利要求1或2所述的工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，其特征在于所應用的工程機械為全液壓平地機，所述散熱器是由空空中冷散熱器、液壓油散熱器和冷卻水散熱器依次排列，所述的冷卻風扇為吸風風扇位于所述冷卻7jc散熱器外側。5、一種風扇轉速控制閥，用于對工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)中風扇轉速進行控制，其特征在于包括閥體，閥體上有進油口和出油口，還包括一個閥芯裝于所述閥體內的電磁換向閥，所述閥體的進油口通過閥體內的進油道與所述電石茲換向閥的進油口相通，所述閥體的出油口通過閥體內的出油道與所述電>茲換向閥的出油口相通，所述出油道內有一位置流通截面變窄形成節(jié)流孔。6、根據(jù)權利要求5所述的風扇轉速控制閥，其特征在于在所述的閥體上還設置有溢流口與所述的進油道相通，在溢流口上安裝有溢流閥。7、根據(jù)權利要求5或6所述的風扇轉速控制閥，其特征在于在所述閥體上還設置有一個測壓口與所述進油道相通。8、根據(jù)權利要求7所述的風扇轉速控制閥，其特征在于在所述測壓口上安裝有測壓接頭。9、根據(jù)權利要求5所述的風扇轉速控制閥，其特征在于在所述閥體上還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，并與所述閥體的出油口垂直。10、根據(jù)權利要求5所述的風扇轉速控制閥，其特征在于在所述闊體上加工有第二旁通油口，第二旁通油口通向所述的進油道，并與所述閥體的進油口垂直。11、根據(jù)權利要求5或9或IO所述的風扇轉速控制閥，其特征在于所述閥體上的各油口上安裝有管接頭。12、根據(jù)權利要求5或6所述的風扇轉速控制閥，其特征在于所述的電磁換向閥為單向截止插裝閥。專利摘要本實用新型公開了一種工程機械液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)，包括驅動冷卻風扇運轉的定量馬達，以及測定散熱器內介質溫度的溫度傳感器和電子控制單元，還包括一個電磁換向閥，電磁換向閥的進油口連接所述定量馬達的進油油路，所述電磁換向閥的出油口通過一個節(jié)流孔與所述定量馬達泄油油路相通或直接與油箱相通；所述電子控制單元根據(jù)所述溫度傳感器的溫度信號控制所述電磁換向閥的開閉，控制冷卻風扇在散熱器內介質溫度高于設定上限值時全速運轉，散熱器內介質溫度低于設定下限值時低速運轉。這種控制系統(tǒng)能夠保證系統(tǒng)有效散熱，且更為經(jīng)濟。文檔編號F15B21/00GK201132972SQ20072019444公開日2008年10月15日申請日期2007年12月5日優(yōu)先權日2007年12月5日發(fā)明者李建科,鄭鵬飛,強陳申請人:三一重工股份有限公司