挖掘机散热系统及挖掘机的制作方法

1.本发明涉及工程车辆领域，特别是涉及一种挖掘机散热系统及具有所述挖掘机散热系统的挖掘机。


背景技术：

2.在挖掘机中通常用以下方案组成散热系统：将液压泵与发动机连接，从液压泵输出工作油驱动散热系统的马达运动，由马达驱动风扇转动，产生气流从预设的风道高速通过以带走热量，使得液压油的温度降低。
3.挖掘机在工作过程中，面对多样化的工况，其液压系统的输出功率会有差异。当挖掘机在高转速下作业时负载较大，液压系统输出的压力较高，此时液压系统产生的热量较大，需要散热系统的风扇以更高转速运转以及时带走多余热量，这就要求散热系统提供更高的流量来加快风扇运转；而当挖掘机处于平地作业等负载较小的工况下时，整机输出功率较低，液压系统产生的热量较低，这时候需要由风扇带走的热量并不是很高，所需的风扇转速也较低。因此，挖掘机的散热系统一般都必须具备即时调节风扇转速的功能。
4.在传统的挖掘机散热系统中，调节风扇转速的手段通常是使用电比例溢流阀来控制液压泵的流量。在工作过程中，通过检测到的各方面相关温度进行综合逻辑判定后，产生相应的电流信号来控制电比例溢流阀进行液压系统压力调节，使液压泵提供的多余流量通过溢流回到油箱，从而调节马达的转速，进而改变风扇转速以匹配液压系统工况。
5.上述现有技术的缺点在于：采用电比例溢流阀调节风扇转速时，溢流的流量在低温工况下会造成较大的能量损失，不利于散热系统的节能和环保；在环境温度差异较大时，特别是在低温地区使用挖掘机的情况下，散热系统可能并不需要工作，但风扇也仍然会和发动机同步工作，造成能量损失，增加不必要的成本，也降低了产品的使用寿命；对风扇转速的控制精度还不够理想；调节风扇转速时产生的冲击和振动较大。
6.有鉴于此，有必要提供一种更加新颖的挖掘机散热系统来解决现有技术的上述问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种挖掘机散热系统及相应的挖掘机以解决现有技术的上述问题。
8.本发明一方面的实施方式提供一种挖掘机散热系统，所述挖掘机散热系统包括负载敏感泵、比例换向阀、液压马达、风扇、温度传感器、以及主控制器；所述负载敏感泵、比例换向阀、液压马达依次流体连接，所述风扇与所述液压马达传动连接，所述负载敏感泵用于通过所述比例换向阀为所述液压马达提供液压油，以驱动所述液压马达带动所述风扇转动而产生用于散热的气流；所述温度传感器用于感测所述液压油的温度，所述主控制器与所述温度传感器及所述比例换向阀电性连接，用于根据所述温度传感器感测的温度控制所述比例换向阀的开度和所述负载敏感泵的流量，进而调节所述液压马达和所述风扇的转速。
9.优选地，所述主控制器用于根据所述温度传感器感测的温度产生对应的控制电流，并将所述控制电流传输到所述比例换向阀以控制所述比例换向阀的开度。
10.优选地，所述比例换向阀还用于基于所述控制电流向所述负载敏感泵的负载敏感口发出反馈信号以控制所述负载敏感泵调节斜盘倾角，进而调节所述负载敏感泵的输出流量。
11.优选地，所述主控制器还用于控制所述比例换向阀改变液压油的流向，从而控制所述液压马达和所述风扇改变转动方向。
12.优选地，所述挖掘机散热系统还包括压力补偿器，所述压力补偿器连接在所述负载敏感泵的出口与所述比例换向阀的主进油口之间。
13.优选地，所述负载敏感泵的负载敏感口同时与所述比例换向阀的主进油口、主回油口、第一工作口和第二工作口中的至少一个、以及所述压力补偿器连接。
14.优选地，所述挖掘机散热系统还包括单向阀，所述单向阀连接在所述比例换向阀的主进油口与主回油口之间。
15.优选地，所述挖掘机散热系统还包括散热器，所述散热器布置在所述风扇产生的用于散热的气流的流动路径上。
16.优选地，所述温度传感器的数量为多个，并布置在接近或接触所述散热器的位置。
17.本技术又一方面的实施方式还提供一种挖掘机，所述挖掘机包括如上所述的挖掘机散热系统。
18.相比于现有技术，本发明的上述实施方式提供的挖掘机散热系统及挖掘机相比于现有技术可以产生明显的有益技术效果，例如：(1)所述散热系统能够有效地按需要实时控制风扇的转速，使得风扇的转速在一定温度范围内不受发动机转速的影响，能够实现根据实际需要精确散热。(2)所述散热系统能够有效地降低整机油耗以节约成本，高效节能，也更有利于环境的保护。(3)所述散热系统的工作方式有利于整机的冷启动，能够迅速将整机中的液压油调节至最佳的工作温度，特别是在寒冷的地区有更好的效果。(4)所述散热系统能够实现风扇的正转和反转，对清理散热器内部的杂质有更大的便利性。(5)所述散热系统通过其温度传感器、负载敏感泵、比例控制阀等电控部件可以实现物联网的连接和智能化控制。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
20.图1是本技术的一个较佳实施方式提供的一种挖掘机散热系统的功能模块示意图。
21.图2是图1所示的挖掘机散热系统中的液压油的温度与比例控制阀的控制电流之间的对应关系的曲线图。
22.图3是图1所示的挖掘机散热系统的功率分配示意图。
具体实施方式
23.下面将结合附图，对本发明的特定实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的描述，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1，本技术的一个较佳实施方式提供一种挖掘机散热系统，包括负载敏感泵1、单向阀2、压力补偿器3、比例换向阀4、液压马达5、风扇6、温度传感器7、散热器8、以及主控制器9。
25.负载敏感泵1的入口与挖掘机的液压油箱流体连接，可以从液压油箱中获取液压油。负载敏感泵1的出口则流体连接于比例换向阀4的主进油口(p口)，使得负载敏感泵1可以将液压油输送给比例换向阀4。液压马达5流体连接在比例换向阀4的第一工作口(a口)和第二工作口(b口)之间，根据换向阀的现有工作原理，液压油可以在比例换向阀4控制下通过a口和b口中的一个输入液压马达5，驱动液压马达5转动后通过a口和b口中的另一个回流到比例换向阀4，然后液压油可以通过比例换向阀4的主回油口t被回收，从而形成循环流动的液压油路。单向阀2连接在比例换向阀4的p口和主回油口(t口)之间以防止液压油逆流。压力补偿器3连接在负载敏感泵1的出口与比例换向阀4的p口之间，用于为比例换向阀4进行压力补偿，确保负载敏感泵1的输出流量与比例换向阀4的开度相互匹配。负载敏感泵1的负载敏感(load sensing,ls)口同时与比例换向阀4的p口、t口连接，另外还与a口和b口中的至少一个、以及压力补偿器3连接，使得比例换向阀4的各个口输出的液压油的压力、以及压力补偿器3产生的压力都可以反馈给负载敏感泵1。
26.风扇6与液压马达5传动连接，用于在液压马达5驱动下旋转以产生用于散热的气流。散热器8可以为现有的各种车用散热器，用于给挖掘机的液压系统散热，其具体特征和工作方式都可以参照现有技术，此处无需赘述。所述散热器8布置在所述风扇6产生的用于散热的气流的流动路径上，当风扇6被液压马达5驱动运转时即可为散热器8降温。温度传感器7的数量优选为多个并布置在接近或接触散热器8的位置，用于感测液压油的温度。主控制器2可以是现有的数据处理器件例如中央处理单元(central processing unit,cpu)、单片机等等，也可以由挖掘机中现有的中控系统的控制器件充当；主控制器9与温度传感器7及比例换向阀4电性连接，可用于根据温度传感器7提供的温度感测数据控制比例换向阀4的开度。
27.当配备有上述挖掘机散热系统的挖掘机进行工作时，负载敏感泵1在现有驱动方式(例如发动机驱动方式)的驱动下从液压油箱中吸取液压油，并将液压油从比例换向阀4的p口输送给比例换向阀4；比例换向阀4通过其a口和b口将液压油提供给液压马达5以驱动液压马达5运转；液压马达5进一步驱动风扇6转动，为散热器8降温。可以理解，由于比例换向阀4具有换向功能，可以例如在主控制器9的电性控制下改变其a口和b口的液压油的流向(具体的改变液压油流向的方法可以参照现有技术，无需赘述)，因此对于液压马达5和风扇6来说，主控制器9通过比例换向阀4既能控制它们正转，也能控制它们反转，从而能够根据需求分别生成不同方向的散热气流。
28.如上所述，在上述的散热过程中，温度传感器7会实时地感测液压油的温度，将感测到的液压油温度数据提供给主控制器9。主控制器9可以根据温度传感器7提供的温度感测数据控制比例换向阀4的开度。以下结合图2说明本实施方式中主控制器9根据液压油温
度数据控制比例换向阀4开度的具体手段。
29.请参阅图2，主控制器9中预先设置有液压油的温度t与比例控制阀4的控制电流i之间的对应关系曲线，即温度-电流曲线。当主控制器9根据温度传感器7提供的温度感测数据确定液压油温度t时，可以根据t的数值和所述温度-电流曲线确定出控制电流i的数值，然后生成相应数值的控制电流i传输到比例换向阀4。比例换向阀4在控制电流i的控制下调节其阀芯的开口度大小，同时还会基于所述控制电流i向负载敏感泵1的ls口发出反馈信号，负载敏感泵1在该反馈信号控制下会调节自身的斜盘倾角，使得负载敏感泵1的输出流量对应于排量改变而发生变化。负载敏感泵1的输出流量变化后，通过比例换向阀4的液压油流量也就对应改变，进而改变液压马达5和风扇6的转速。这样就能够控制散热系统的散热功率随着液压油的温度t及时调整，达到了散热功率与流量及时匹配的效果，有助于实现系统流量的按需供给，避免了多余液压油的溢流。
30.具体在图2所示的温度-电流曲线中，主控制器2预先设置有第一温度阈值t1、第二温度阈值t2、第三温度阈值t3、与第一温度阈值t1对应的第一电流值i1、与第二温度阈值t2对应的第二电流值i2，其中t1＜t2＜t3，i1＞i2。主控制器9从温度传感器7获取到液压油的温度t后，将温度t的数值与第一温度阈值t1及第二温度阈值t2进行比较，并按照以下具体规则确定控制电流i：如果t≤t1，则将控制电流i的值保持为恒定的i1；如果t1＜t＜t2，则确定i＝i1-k1
×
t，其中k1为预设的第一比例系数(即温度-电流曲线的斜率)，基于该运算公式将i和t的关系设置为预设的第一一次函数关系，使i随着t的增加而均匀地从i1减小至i2；如果t＝t2，则i＝i2；如果t2＜t＜t3，则确定i＝i2-k2
×
t，k2为预设的第二比例系数(即温度-电流曲线的斜率)，基于该运算公式将i和t的关系设置为预设的第二一次函数关系，使i随着t的增加而均匀地从i2减小至0；如果t≥t3，则停止产生控制电流，也就是使得i＝0。本实施方式中，优选k1＞k2，这样在t处于t1和t2之间时，也就是当液压油温度t处于较理想的工作温度区间时，能够更加灵敏地响应于温度变化而调节控制电流i的值。在进一步优选的实施方式中，t1、t2、t3的数值可以分别为85℃、90℃、100℃。
31.在根据上述方法确定控制电流i的值后，主控制器9就将具有对应的值的控制电流i传输到比例换向阀4，比例换向阀4在控制电流i的控制下调节其阀芯的开口度大小，同时还会向负载敏感泵1的ls口发出反馈信号，负载敏感泵1在该反馈信号控制下会调节自身的斜盘倾角，使得负载敏感泵1的输出流量对应于排量改变而发生变化。负载敏感泵1的输出流量变化后，通过比例换向阀4的液压油流量也就对应改变，进而改变液压马达5和风扇6的转速。这样，风扇6的转速就能够及时地与液压油的温度t实现匹配，使得整个挖掘机散热系统的散热效果能够根据液压油的温度t及时调整。
32.具体例如在上述工作过程中，当实时的液压油温度t＜t1时，对应于控制电流i的电流值最大区间，即比例换向阀4的控制电流i处于较大的数值区间，此时比例换向阀4的阀芯开口度最小，所对应的流量最小，同时通过传输给负载敏感泵1的ls口的反馈信号控制负载敏感泵1的伺服柱塞向减小排量的方向移动，将负载敏感泵1的排量降低至最小，使负载敏感泵1的理论输出流量处于最小值，对应地使液压马达5和风扇6的转速降到最小，从而将散热系统的输出功率调节到最小；当实际温度t＞t1时，对应于控制电流i的电流值逐渐减小的区间，即比例换向阀4的控制电流i处于逐渐减小的数值区间，此时比例换向阀4的阀芯开口度增大，所对应的流量增大，同时通过传输给负载敏感泵1的ls口的反馈信号控制负载
敏感泵1的伺服柱塞向增大排量的方向移动，将负载敏感泵1的排量逐渐增大，使负载敏感泵1的理论输出流量对应增大，进而使液压马达5和风扇6的转速增大，从而不断增大散热系统的输出功率。这样，本实施方式提供的挖掘机散热系统就能够更加智能地响应于实时的液压油温度t而确定与当前需求相匹配的散热功率，使系统随时保持在最佳散热状态。
33.本实施方式提供的挖掘机散热系统还能够利用其压力补偿器3进一步降低能耗，提高效率。请参阅图3，压力补偿器3在工作过程中受到比例换向阀4的可调节流孔产生的压差δp的影响，同时当比例换向阀4保持一定开度时，通过比例换向阀4的流量与其压力有唯一的对应关系。利用这一原理，可以根据比例换向阀4两端的压差变化，通过压力补偿器3控制负载敏感泵1的排量，使负载敏感泵1的输出流量与比例换向阀4的开度相匹配，也就是将负载敏感泵1的流量调节到只提供必需流量(即执行元件所需的流量+预期的泄漏流量)，并将负载敏感泵1的输出压力调节到与负载相匹配(此时负载敏感泵1的输出压力＝负载所需的压力+调节压差)。在这种情况下，系统的有用功率为：n0＝p
lql
，损失的功率则为：n1+n2＝δpq
l
+(p
l
+δp)q
泄漏
，其中n0表示有用功率，p
l
表示负载所需的压力，q
l
表示负载所需的流量，n1和n2分别表示压力损耗和流量损耗导致的两部分损失功率，q
泄漏
表示泄漏流量。结合以上公式和图3可以看出，在本实施方式中，负载敏感泵1形成的负载敏感系统只有较小的内部损失，通往执行元件如液压马达5和风扇6的流量越接近必需流量，损失也就越小，因此散热系统的效率也就更高，使得散热系统的效率主要取决于负载敏感泵1的效率。
34.由此可见，上述实施方式提供的挖掘机散热系统通过采用负载敏感泵1和比例换向阀4的组合，实现了系统流量的按需供给，避免了多余液压油的溢流，解决了现有挖掘机散热系统中管路损失占比偏高及发热的问题；通过使用反馈信号控制负载敏感泵1，能够有效地按需要实时控制风扇6的转速，实现压力、流量与负载相匹配，并通过温度传感器7来实现闭环控制，能够防止发动机超载。上述实施方式提供的挖掘机散热系统采用的比例换向阀4除了能够实现对流量大小的调节之外，还能够例如在主控制器9的控制下实现控制液压马达5及风扇6的转动方向的功能，使它们既能正转又能反转，有助于解决了冲击和振动较大的问题。上述实施方式提供的挖掘机散热系统还采用了压力补偿器3对比例换向阀4进行压力补偿，使输出的流量较为稳定，不受负载变化的影响。主控制器9则确定了温度与电流相对应的特性曲线，能够实现精确的闭环控制。
35.基于上述的具体结构和工作原理，本技术的上述实施方式提供的挖掘机散热系统相比于现有技术可以产生明显的有益技术效果，例如：(1)所述散热系统能够有效地按需要实时控制风扇6的转速，使得风扇6的转速在一定温度范围内不受发动机转速的影响，能够实现根据实际需要精确散热。(2)所述散热系统能够有效地降低整机油耗以节约成本，高效节能，也更有利于环境的保护。(3)所述散热系统的工作方式有利于整机的冷启动，能够迅速将整机中的液压油调节至最佳的工作温度，特别是在寒冷的地区有更好的效果。(4)所述散热系统能够实现风扇6的正转和反转，对清理散热器9内部的杂质有更大的便利性。(5)所述散热系统通过其温度传感器7、负载敏感泵1、比例控制阀4等电控部件可以实现物联网的连接和智能化控制。
36.可以理解，本技术的上述实施方式提供的挖掘机散热系统不仅适用于挖掘机，也可以同样适用于其他的工程车辆、行走机械、乃至车辆以外的其他工业领域。
37.本技术的又一方面的实施方式还提供一种挖掘机，包括如上述实施方式所述的挖
掘机控制系统。
38.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。