液压散热系统、工程起重机及液压散热能力调节方法
【专利摘要】本发明涉及一种液压散热系统、工程起重机及液压散热能力调节方法，该系统包括变量泵总成、由所述变量泵总成供油的风扇马达、风冷散热结构、温度传感器及控制器，在所述变量泵总成与所述风扇马达之间还设有比例换向机构，所述比例换向机构包括用于控制进入所述风扇马达的液压油流量的比例换向阀。本发明通过控制变量泵总成与风扇马达之间的比例换向机构中的比例换向阀开口的大小，调整进入风扇马达的液压油流量，来实现风扇马达转速的改变，控制过程更简单；在另一方面，本发明通过控制比例换向阀开口大小来调整转速，无需对比例溢流阀的压力和变量泵的排量的匹配关系进行调试试验，因此能够节省马达转速的控制调试时间，缩短系统设计周期。
【专利说明】液压散热系统、工程起重机及液压散热能力调节方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种液压散热系统、工程起重机及液压散热能力调节方法。
【背景技术】
[0002]对于工程起重机来说，发动机的散热系统一般是通过发动机带动液压泵提供动力，驱动液压马达带动风扇散热，而理想的散热系统是需要散热的介质温度偏高时，散热风扇转速增快散热能力加强，反之则转速减慢散热能力削弱。
[0003]目前液压散热系统普遍单独使用一个变量泵来驱动散热风扇，并通过温度传感器检测待测介质的温度，再由控制器通过对温度的分析，来给比例溢流阀一定的电流值，使其调整流量通径来，进而控制变量泵的排量变化，使得散热风扇转速改变实现散热能力的调難
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[0004]如图1所示，为现有的一种液压散热系统的液压原理示意图。该液压散热系统采用变量泵总成a4，包括独立的变量泵a41、控制缸a42、压力切断阀a43以及流量阀a44，液压散热系统还包括带动液压风扇转动的定量马达a9、分别检测发动机进气口温度和散热器进水温度的温度传感器a5、a6，以及比例溢流阀a8、进油过滤器a2、蝶阀a3、回油过滤器总成al2、油缸al、控制器a7等。液压散热系统通过控制流量阀a44右侧的油压大小控制变量泵a41排量大小，而控制器a7根据温度传感器a5、a6提供的温度信号控制比例溢流阀a8的油压大小，控制流量阀a44右侧的油压大小，实现变量泵a41排量大小改变，进而改变风扇转速。
[0005]变量泵a41的压力流量曲线如图2所示，当变量泵压力没达到设定值Pl时，变量泵以最大流量A-B段工作，当达到设定压力Pl时，变量泵的流量在B-C段任意一点，依此类推。控制压下对应的流量Sq1，压力P2、P3、P4下对应的流量为q2、q3、q4。当控制阀a42右侧的控制油压从P1增大到P2时，变量泵流量由Q1减小到q2，进而控制马达a9的转速。而温度传感器检测到一定温度，需要马达a9 —定的转速与其相适应。如当温度传感器检测到某一温度时，需要一定的流量q2与其匹配，就需要大量实验寻找流量q2对应的压力P2并将其写入控制器。这种控制方法需要将每一个流量对应的压力值找到，就需要做大量实验，工作量很大。
[0006]综上所述，现有独立液压散热控制系统有以下几个缺点:
[0007]I)变量泵只为散热系统提供动力，不能提供给其他系统使用，使用效率低；
[0008]2)马达转速需要改变时，需将传感器检测温度传送给控制器，控制器再将温度信号转为电信号，由电信号来控制比例阀压力大小，由比例阀压力大小控制泵的排量大小，实现定量马达转速的改变，控制过程复杂；
[0009]3)要实现一定的马达转速，需要相应的电信号控制，即一定转速对应一定的电信号，需要做大量调试试验才能找到最佳匹配曲线，工作量大，调试周期长。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提出一种液压散热系统、工程起重机及液压散热能力调节方法，能够实现更简单的控制过程，并节省马达转速的控制调试周期。
[0011]为实现上述目的，本发明提供了一种液压散热系统，包括变量泵总成、由所述变量泵总成供油的风扇马达、风冷散热结构、温度传感器及控制器，其中，在所述变量泵总成与所述风扇马达之间还设有比例换向机构，所述比例换向机构包括用于控制进入所述风扇马达的液压油流量的比例换向阀。
[0012]进一步的，所述比例换向机构还包括控制进入其他执行元件的液压油流量的比例换向阀。
[0013]进一步的，所述变量泵总成为负载敏感变量泵，包括变量泵、控制缸、压力切断阀和流量阀，所述比例换向机构通过梭阀网络选择出所述风扇马达及其他执行元件中最大负载压力信号，并通过负载反馈口提供给所述流量阀，通过所述流量阀改变所述变量泵的排量，使所述变量泵的出口压力与最大负载压力信号匹配。
[0014]进一步的，在所述变量泵总成与所述比例换向机构之间的进油油路中还设有高压过滤器。
[0015]进一步的，所述风扇马达的进油腔和回油腔之间还设置了带有第一单向阀的连通油路，所述风扇马达的进油腔与所述第一单向阀的出油口连通，所述风扇马达的回油腔与所述第一单向阀的进油口连通。
[0016]进一步的，在所述风扇马达的回油腔与回油油路之间还设有第二单向阀，所述风扇马达的回油腔与所述第二单向阀的进油口连通，所述第二单向阀的出油口与回油油路连通。
[0017]进一步的，在所述风扇马达及其他执行元件分别对应的比例换向阀的进油口均设有第三单向阀，所述第三单向阀的出油口与所述比例换向阀的进油口连通，所述第三单向阀的进油口与进油油路连通。
[0018]进一步的，在进油油路中还设有用于限制变量泵的最大压力的溢流阀。
[0019]为实现上述目的，本发明提供了一种工程起重机，包括前述的液压散热系统。
[0020]为实现上述目的，本发明提供了一种基于前述液压散热系统的液压散热能力调节方法，其中，包括以下步骤:
[0021]温度传感器将测量介质的温度信号传递给控制器；
[0022]所述控制器将所述温度信号与预存温度阈值进行比较，并根据比较结果向风扇马达对应的比例换向阀输出电流信号；
[0023]所述比例换向阀根据所述电流信号改变阀门开度，使进入所述风扇马达的液压油流量发生调整，进而导致所述风扇马达的转速改变，使对应的散热能力调整到与测量介质的实际温度匹配的程度。
[0024]基于上述技术方案，本发明通过控制变量泵总成与风扇马达之间的比例换向机构中的比例换向阀开口的大小，调整进入风扇马达的液压油流量，来实现风扇马达转速的改变，相比于现有技术中通过控制比例溢流阀的压力大小来改变泵的排量，进而改变风扇马达的转速的方式，本发明的控制过程更简单；在另一方面，本发明通过控制比例换向阀开口大小来调整转速，无需对比例溢流阀的压力和变量泵的排量的匹配关系进行调试试验，因此能够节省马达转速的控制调试时间，缩短系统设计周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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:
[0026]图1为现有的一种液压散热系统的液压原理不意图。
[0027]图2为图1液压散热系统的恒压变量泵的压力流量特性曲线示意图。
[0028]图3为本发明液压散热系统的一实施例的液压原理不意图。
[0029]图4为图3液压散热系统的负载敏感变量泵的压力流量特性曲线示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0031]本发明的液压散热系统适用于各类工程机械的散热需求，尤其应用在对发动机的散热介质进行温度控制方面。如图3所示，为本发明液压散热系统的一实施例的液压原理示意图。在本实施例中，液压散热系统包括变量泵总成3、由变量泵总成3供油的风扇马达
10、风冷散热结构、温度传感器及控制器(图中均未视出)。在变量泵总成3与风扇马达10之间还设有比例换向机构8，该比例换向机构8包括用于控制进入风扇马达10的液压油流量的比例换向阀6。
[0032]风扇马达10的转速的变化是由比例换向阀6的开口大小来控制的，控制器可以将温度传感器检测到的温度信号转换成电流信号，并通过电流信号直接对比例换向阀6的开口大小进行控制，这个控制过程非常简单。前面提到现有的液压散热系统对风扇马达的转速控制本质上是压力控制变量泵的过程，通过比例溢流阀设定的压力大小来调整变量泵输出的液压油流量，进而调整风扇马达的转速，这个过程涉及到温度信号到电信号，电信号到比例溢流阀的压力信号，而比例溢流阀的压力信号再到变量泵的排量的控制，控制过程极为负载，而且还涉及到图2中显示的压力排量的匹配曲线的调试实验，要耗费大量的工作量和调试时间，而本发明的液压散热系统的调整路径是从温度信号转换为控制比例换向阀的开口大小的电信号，就可以实现风扇马达的转速调整，而且在这个过程中可以加入控制器的控制逻辑，例如反馈控制等，以使风扇马达的转速能够更快更稳定的适应当前温度。
[0033]本实施例中采用的比例换向机构还可以包括控制进入其他执行元件例如起重机的水平油缸、垂直油缸或换向油缸等的液压油流量的比例换向阀。换句话说，本实施例中的变量泵总成3可以既为发动机散热，也可以为其他执行元件提供动力，实现一泵多用，提升了变量泵总成的使用效率。相比于现有的为风扇马达提供液压油的变量泵，本实施例则更加节能高效。
[0034]变量泵总成3可采用负载敏感变量泵，包括变量泵31、控制缸32、压力切断阀33和流量阀34，比例换向机构8通过梭阀网络选择出风扇马达及其他执行元件中最大负载压力信号X，并通过负载反馈口提供给流量阀34，通过流量阀34改变变量泵31的排量，使变量泵31的出口压力与最大负载压力信号X匹配。
[0035]图4示出了负载敏感变量泵的压力流量特性曲线示意图。当梭阀9反馈的最大压力为P1时，变量泵31的压力为P1，流量可以根据负载需要的流量，从最小流量Q1到最大流量q4根据情况自由匹配。当通过梭阀9反馈的最大压力变为P2时，变量泵31的压力为P2,流量可以根据负载需要的流量，从最小流量Q1到最大流量q4根据情况自由匹配。由此可以看出，负载敏感变量泵可以根据负载需要的压力及流量提供相应的压力及流量，损失的功率低，效率高。
[0036]在变量泵总成3与比例换向机构8之间的进油油路中还可以进一步设置高压过滤器4，高压过滤器4能够对变量泵31的出油口处的液压油进行过滤，保护泵下游元件不受污染，如果过滤器堵塞，则液压油可以通过并联的单向阀通过。
[0037]在风扇马达10的外接油路方面，风扇马达10的进油腔和回油腔之间还设置了带有第一单向阀13的连通油路，其中风扇马达10的进油腔与第一单向阀13的出油口连通，风扇马达10的回油腔与第一单向阀13的进油口连通。当变量泵31停止工作时，由于风扇马达10还会在惯性作用下继续转动，而第一单向阀13用来防止风扇马达10产生吸空现象。
[0038]在风扇马达10的回油腔与回油油路之间还可以进一步设置第二单向阀11，其中风扇马达10的回油腔与第二单向阀11的进油口连通，第二单向阀11的出油口与回油油路连通。第二单向阀11可起到背压作用，防止风扇马达10在启动及工作过程中压力出现大的波动。
[0039]在包括多个比例换向阀的比例换向机构8中，每个比例换向阀的进油口都可以连接一个第三单向阀7，其中第三单向阀7的出油口与比例换向阀的进油口连通，第三单向阀7的进油口与进油油路连通。对于风扇马达10所对应的比例换向阀6来说，设置在比例换向阀6的进油口前的第三单向阀7主要作用是防止风扇马达10扭矩突然增加而造成液压油倒流回变量泵31的风险，其他执行元件所对应的比例换向阀上设置的第三单向阀7也起到防止液压油倒流回变量泵31的作用。
[0040]除此之外，在进油油路中还可以设置用于限制变量泵31的最大压力的溢流阀5。该溢流阀当变量泵31的出油口压力大于溢流阀5的设定值时，多余油液就会通过溢流阀5溢出，流回油箱I。
[0041]在油箱I分别与变量泵31和回油油路之间还可以分别设置蝶阀2和回油过滤器总成14，蝶阀2是用在液压系统需要维修时通过关闭蝶阀来断开油箱与液压系统的连接，方便维修，而回油过滤器总成14可以具体包括回油过滤器、单向阀和压力继电器，回油过滤器起过滤回油作用，当回油过滤器堵塞时，回油可经单向阀回液压油箱，同时压力继电器报警，提醒操作人员对回油过滤器进行维修。
[0042]下面基于图3所示的液压散热系统对液压泵总成3的工作原理以及对液压散热系统的液压散热能力调节过程进行说明。
[0043]负载敏感控制泵根据负载的压力能够控制变量泵31的出油口的油压(简称泵出口油压)，而流量阀34通过比较左右两侧压力大小可以控制流量阀34所处位置，流量阀34左侧油压为泵出口油压，流量阀34右侧油压为通过梭阀9选择的工作系统中最大负载压力
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[0044]当流量阀34右侧的油压减小时，在压差的作用下阀芯往右侧移动，流量阀34通往油箱I的开口增大，控制缸32中的液压油通过压力切断阀33及流量阀34流向油箱I流量增加，控制缸32内压力减小，缸杆在缸内复位弹簧作用下向右移动，使变量泵31排量增大，泵流量增加。当流量阀34右侧的油压增大时，在压差的作用下阀芯往左侧移动，流量阀34通往油箱I的开口减小，控制缸32中的液压油通过压力切断阀33及流量阀34流向油箱I流量减少，控制缸32内压力增加，缸杆在缸内复位弹簧作用下向左移动，使变量泵31排量减小，泵流量减少。因此变量泵31可以根据负载的压力，自动调整泵出口压力，使出口压力与需要的压力匹配。
[0045]压力切断阀33起保护作用，当变量泵31出口压力大于压力切断阀33的最高设定压力时，压力切断阀33在油压作用下往右移动，压力油直接引入控制缸32，使变量泵31流量为零，保护油泵。
[0046]变量泵3从油箱I吸油，经加压将低压油变成高压油，高压油通过单向阀7、比例换向阀6，驱动风扇马达10转动，风扇马达10带动风扇对风冷散热结构进行吸风散热。液压油在风扇马达10中高速旋转，导致液压油温度很高，从风扇马达10出来的液压油需要进行散热才能回油箱I。油液经单向阀11、散热器12及回油过滤器总成14流回液压油箱I。
[0047]基于这样的液压散热系统，液压散热能力调节过程可以是这样的:设置在测量介质对应位置的温度传感器(例如设置在发动机进气口或散热器进水位置的温度传感器等)将测量介质的温度信号传递给控制器，控制器将温度信号与预存温度阈值进行比较，并根据比较结果向风扇马达对应的比例换向阀输出电流信号，比例换向阀根据所述电流信号改变阀门开度，使进入所述风扇马达的液压油流量发生调整，进而导致所述风扇马达的转速改变，使对应的散热能力调整到与测量介质的实际温度匹配的程度。
[0048]具体来说，当温度传感器检测出待测温度偏高，该温度偏高信号传递给控制器后，控制器根据检测的温度与预先储存在控制器的信息进行比较，根据比较结果判断出温度变高，则输出电流信号，直接控制比例换向阀的电磁铁，使阀的开口增大，使通过比例换向阀的液压油流量增大，进而使风扇马达转速增加，散热能力增强，使待测介质温度降低。反之，当温度传感器检测出待测温度偏低，该温度偏低信号传递给控制器后，控制器根据检测的温度与预先储存在控制器的信息进行比较，根据比较结果判断出温度变低，则输出电流信号，直接控制比例换向阀的电磁铁，使阀的开口减小，使通过比例换向阀的液压油流量减少，进而使风扇马达转速降低，散热能力减弱，使待测介质温度升高。控制器可采用通用的闭环控制逻辑，这里就不再详述了。
[0049]本发明的液压散热系统适用于各类工程机械，尤其适合应用在工程起重机中，能够增加油泵使用效率，简化控制过程，缩短系统设计周期。
[0050]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种液压散热系统，包括变量泵总成、由所述变量泵总成供油的风扇马达、风冷散热结构、温度传感器及控制器，其特征在于，在所述变量泵总成与所述风扇马达之间还设有比例换向机构，所述比例换向机构包括用于控制进入所述风扇马达的液压油流量的比例换向阀。
2.根据权利要求1所述的液压散热系统，其特征在于，所述比例换向机构还包括控制进入其他执行元件的液压油流量的比例换向阀。
3.根据权利要求2所述的液压散热系统，其特征在于，所述变量泵总成为负载敏感变量泵，包括变量泵、控制缸、压力切断阀和流量阀，所述比例换向机构通过梭阀网络选择出所述风扇马达及其他执行元件中最大负载压力信号，并通过负载反馈口提供给所述流量阀，通过所述流量阀改变所述变量泵的排量，使所述变量泵的出口压力与最大负载压力信号匹配。
4.根据权利要求1所述的液压散热系统，其特征在于，在所述变量泵总成与所述比例换向机构之间的进油油路中还设有高压过滤器。
5.根据权利要求1所述的液压散热系统，其特征在于，所述风扇马达的进油腔和回油腔之间还设置了带有第一单向阀的连通油路，所述风扇马达的进油腔与所述第一单向阀的出油口连通，所述风扇马达的回油腔与所述第一单向阀的进油口连通。
6.根据权利要求5所述的液压散热系统，其特征在于，在所述风扇马达的回油腔与回油油路之间还设有第二单向阀，所述风扇马达的回油腔与所述第二单向阀的进油口连通，所述第二单向阀的出油口与回油油路连通。
7.根据权利要求2所述的液压散热系统，其特征在于，在所述风扇马达及其他执行元件分别对应的比例换向阀的进油口均设有第三单向阀，所述第三单向阀的出油口与所述比例换向阀的进油口连通，所述第三单向阀的进油口与进油油路连通。
8.根据权利要求2所述的液压散热系统，其特征在于，在进油油路中还设有用于限制变量泵的最大压力的溢流阀。
9.一种工程起重机，其特征在于，包括权利要求1?8任一所述的液压散热系统。
10.一种基于权利要求1?8任一所述液压散热系统的液压散热能力调节方法，其特征在于，包括以下步骤: 温度传感器将测量介质的温度信号传递给控制器； 所述控制器将所述温度信号与预存温度阈值进行比较，并根据比较结果向风扇马达对应的比例换向阀输出电流信号； 所述比例换向阀根据所述电流信号改变阀门开度，使进入所述风扇马达的液压油流量发生调整，进而导致所述风扇马达的转速改变，使对应的散热能力调整到与测量介质的实际温度匹配的程度。
【文档编号】F01P5/04GK103883384SQ201410159151
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】宋建军, 李丽, 王修通, 马云旺 申请人:徐州重型机械有限公司