用于工程机械的动力传动分级冷却系统及其铰接式自卸车的制作方法

本实用新型属于工程机械铰接式自卸车领域，具体涉及一种用于工程机械的动力传动分级冷却系统及其铰接式自卸车。

背景技术：

铰接式自卸汽车是指驾驶室和车体之间具有铰接点及摆动环的运输机械。铰接车的设计思想起源于20世纪60年代末的北欧，当时恶劣天气及空间受限的工作条件迫切需要一种介于传统刚性后卸式运输汽车和铲运机之间的铲土运输设备，这种设备就是现在的铰接式自卸车。其用途由最初的修路逐渐发展应用到采矿业、水电工程、铁路工程和机场等不同行业的工程项目中，运输物料的种类主要有泥土、岩石、木屑和垃圾等散装物料运输。

对于用于铰接式自卸车动力传动系统，发动机采用直列6缸或V列8缸机型，功率从200-400kw不等。由于运行的道路条件非常恶劣，为了提高车辆的动力性能，传动系统通常匹配具有液力变矩器的自动变速箱。液力变矩器是位于发动机和变速箱轮系之间的弹性元件，由泵轮、涡轮、导轮组成的液力元件；泵轮和发动机飞轮相连，涡轮和变速箱的齿轮轴相连，涡轮与变速箱的壳体固连；内部工作液体为变速箱油。

在变矩工况下，液力变矩器能够起到传递发动机转速和扭矩的作用，同时产生大量热量，发热功率一般在其传递功率的5％-25％，需要配备对应的冷却装置，使得变速箱油在90-95℃的最佳工作温度。变矩工况下，发动机中冷器、水套散热处于最大散热量需求，发动机水泵进水端温度为93℃，冷却发动机各部件后出水温度为100℃。

若将发动机散热和变矩器散热串联设计，则只有两种选择。选择一：将变矩器散热置于发动机进水端，满足变矩器的冷却要求，但是会导致发动机进水阻力大、进水温度高于要求，不满足发动机的冷却要求；选择二：将变矩器置于发动机出水端，因发动机出水温度为100℃，则不能达到变矩器的冷却要求。因此目前常见的动力传动设计采用双散热器方案，发动机散热器和变速箱散热器相互独立，发动机和变速箱有各自的冷却水路，能满足变矩工况的散热要求。

在缓行工况下，铰接式自卸车变速箱配备的液力缓速器启用，使得车辆安全平稳下长坡。液力缓速器是利用搅动变速箱油产生阻尼产达到缓速作用的装置，将动能转化为变速箱油的热能，此部分热能也需要冷却系统吸收。在此工况下，发动机中冷器、水套散热处于最小散热需求。通常情况下，液力缓行最大功率能达到或接近发动机额定功率，对应散热器尺寸较大。

目前的双散热器方案中，缓行工况下只有变速箱散热器参与工作，发动机散热器处于闲置状态，产生极大浪费。且双散热器方案重量较大、占用空间造成布置困难、成本高、可靠性差。

尝试解决这一问题的有中国实用新型专利CN200720046839：将变速箱冷却和一个小尺寸的变速箱风冷散热器串联到发动机散热水路当中，能减小变速箱风冷散热器的尺寸。但是存在以下问题：一、由于变速箱风冷散热器一直会对变速箱冷却，造成变速箱油温过低或升温缓慢。变速箱油温过低，油液粘稠，会造成润滑不良和换挡阀无动作，在车辆启动的过程中，要求变速箱油温能快速上升。二、变速箱冷却回路中的冷却水由发动机自带水泵驱动，会造成冷却回路阻力过大。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提出一种用于工程机械的动力传动分级冷却系统及其铰接式自卸车。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种用于工程机械的动力传动分级冷却系统，包括：

冷却单元，包括第一级冷却单元和第二级冷却单元；

所述的第一级冷却单元，被配置为从发动机吸收热量并散发出去；

所述的第二级冷却单元，被配置为从变速箱吸收热量并在散发出去；

冷却液控制单元，被配置为根据吸收热量后的冷却液的出液温度的高低而改变冷却液在冷却单元中的流动方向以及变速箱与发动机的冷却的优先顺序；

还包括冷却水供应单元和散热单元，所述的散热单元被配置为与冷却单元相连将所吸收的热量散发出去的装置。

作为本实用新型的进一步改进，所述的冷却水供应单元为膨胀水箱，所述的膨胀水箱分别通过接口1a、1c和1d分别与散热单元、第一冷却单元和第二冷却单元相连，还包括主进水口1b；

所述的散热单元包括散热器和用于散热器散热的风扇，所述的风扇通过风扇离合器与发动机相连，所述的散热器包括两条独立的冷却水通路，分别与第一冷却单元和第二冷却单元相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述的冷却单元包括温感调节阀单元和水泵单元，所述温感调节阀单元包括一个入口和两个出口，根据吸收热量后的冷却液的出液温度的高低调节液体通路；

出液温度大于设定阈值时，所述的温感调节阀单元连接与散热器之间的液体通路与相连；出液温度小于设定阈值时，所述的温感调节阀单元通过水泵机构连通冷却单元中的循环液体通路。

所述的第一级冷却单元的感温调节阀设定的阈值大于第二级冷却单元的感温调节阀设定的阈值，变速箱优先于发动机得到冷却。

作为本实用新型的进一步改进，所述的第一级冷却单元包括第一温感调节阀和第一水泵，所述的第一温感调节阀的入口2b与发动机的出口4b相连，其出口2c与散热器的下端接口4b相连，其出口2a通过第一水泵与发动机的接口4a相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述的第二级冷却单元包括第二温感调节阀和第二水泵，还包括热交换器单元，所述的第二温感调节阀的入口13b与热交换器单元的出口8b相连，其出口13c与散热器的下端接口4d相连，其出口4a通过第二水泵与热交换器单元的入口9a相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述的包括变速箱包括变矩器和缓速器，对应的所述的热交换器单元包括变矩器热交换器和缓速器热交换器；或者，所述的变矩器热交换器和缓速器热交换器为同一个热交换器；

所述的热交换器单元包括与变速箱相连的油路通路和与第二级冷却单元相连的冷却水通路。

作为本实用新型的进一步改进，所述的油路通路中，所述的变矩器热交换器的上端接口9c与变矩器的油路入口7-1a相连，所述的缓速器热交换器的下端接口8d与缓速器的油路出口7-2d相连；所述的缓速器热交换器的上端接口8c与缓速器的油路入口7-2c相连，所述的缓速器热交换器的下端接口8d与缓速器的油路出口7-2d相连；

所述的水路通路中，所述的冷却水从第二水泵的出口端流出，依次通过变矩器热交换器的水路上端接口9a、下端接口9b、缓速器热交换器的水路上端接口8a、下端接口8b，最后接入第二温感调节阀的入口13b。

作为本实用新型的进一步改进，所述的第二级冷却单元还包括连接机构和温度传感器，所述的连接机构设置在发动机和第二水泵之间，控制第二水泵与发动机之间动力的通断或转速；所述的连接机构与温度传感器相连，所述的温度传感器根据所检测第二级冷却单元吸收热量后的冷却水的温度与设定阈值的大小向连接机构发出通断信号，所述的连接机构包括水泵离合器或者比例阀。

作为本实用新型的进一步改进，所述的第一级冷却单元还包括与第一水泵出口端相连的控制阀和加热卷，所述的加热卷与散热器相连。

作为本实用新型的进一步改进，包括应用上述所述的用于工程机械的动力传动分级冷却系统。

本实用新型的有益效果：本实用新型中的冷却系统采用分级系统，分别为发动机和变速箱进行散热，而且能同时使发动机和变速箱工作在合适温度。所述的冷却系统中只有一个风冷散热器，成本低，易于布置，用于冷却系统中的水泵、风扇可以根据工况需要，开启或关闭，更加节能。

附图说明

图1动力传动分级冷却实施例一系统构成图；

图2各部件连接口说明；

图3动力传动分级冷却系统实施例一启动工况示意图；

图4动力传动分级冷却系统实施例一变矩工况示意图；

图5动力传动分级冷却系统实施例一缓行工况示意图；

图6动力传动分级冷却系统实施例二系统构成图；

图7动力传动分级冷却系统实施例二启动工况示意图；

图8动力传动分级冷却系统第二种实施例的变矩器和缓行器连接形式；

其中：1-膨胀水箱，2-第一温感调节阀，3-第一水泵，4-发动机，5-控制阀，6-加热卷，7-变速箱，7-1变矩器，7-2缓速器，8-缓速器热交换器，9-变矩器热交换器，10-第二水泵，11-水泵离合器，12-温度感应控制器，13-第二温感调节阀，14-风扇离合器，15风扇，16-散热器，17-比例阀。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面结合附图对本实用新型的应用原理作详细的描述。

如图1-8所示的用于工程机械的动力传动分级冷却系统，包括以下主体的结构：

冷却单元，包括第一级冷却单元和第二级冷却单元；所述的第一级冷却单元，被配置为从发动机4吸收热量并散发出去；所述的第二级冷却单元，被配置为从变速箱7吸收热量并在散发出去；所述的第一级冷却单元和第二级冷却单元通过连接机构相连，所述的连接机构被配置为将从吸收了第一冷却单元热量后的冷却液选择性输送至第二冷却单元中。

冷却液控制单元，被配置为根据吸收热量后的冷却液的出液温度的高低而改变冷却液在冷却单元中的流动方向。

还包括冷却水供应单元和散热单元，所述的散热单元被配置为与冷却单元相连将所吸收的热量散发出去的装置。

其中，所述的冷却水供应单元为膨胀水箱1，所述的膨胀水箱1设置在系统的水位最高点，包括主进水口1b，还包括分别通过接口1a、1c和1d分别与散热单元、第一冷却单元和第二冷却单元相连为系统提供冷却水，上述的与三个单元相连的管路的直径远小于系统中其它管路的直径，用于去除系统内的气体，起到保护系统的作用。

所述的散热单元包括散热器16和用于散热器16散热的风扇15，所述的风扇15通过风扇离合器14与发动机4相连。

为了保证冷却的效果，同时确保充分利用发动机4和变速箱7所散发的热量使其工作在合适的温度下，所述的冷却单元中设置了温感调节阀单元和水泵单元，所述温感调节阀单元包括一个入口和两个出口，根据吸收热量后的冷却液的出液温度的高低调节液体通路；当出液温度大于设定阈值时，所述的液体通路与散热器16相连，进入散热器16中进行散温冷却；出液温度小于设定阈值时，所述的液体通路通过水泵机构循环至冷却单元中进行重复利用。同时通过温度调节阀设定的阈值大小调节冷却的优先顺序，本实用新型中，所述的第一级冷却单元的感温调节阀设定的阈值大于第二级冷却单元的感温调节阀设定的阈值，变速箱7优先于发动机4得到冷却。

具体的实施过程为，在所述的第一级冷却单元包括第一温感调节阀2和第一水泵3，两者内置在发动机4中，所述的第一温感调节阀2的入口2b与发动机4的出口4b相连，其出口2c与散热器16的下端接口4b相连，其出口2a通过第一水泵3与发动机4的接口4a相连。冷却过程中，冷却液的流向为第一水泵3出水口流出到发动机4a口，进入发动机4内部进行冷却，从发动机4b口流出到第一温感调节阀2b口，如果此时冷却液的温度小于第一温感调节阀2的阈值温度T01，第一温感调节阀2的b口和a口相连，流回到第一水泵3进水口；如果此时冷却液的温度大于第一温感调节阀2的阈值温度T01，第一温感调节阀2的b口和c口相连，流入到散热器16中进行散热。

在所述的第二级冷却单元包括第二温感调节阀13和第二水泵10，还包括热交换器单元，所述的第二温感调节阀13的入口13b与热交换器单元的出口8b相连，其出口13c与散热器16的下端接口4d相连，其出口4a通过第二水泵10与热交换器单元的入口9a相连。

所述的第二级冷却单元的管路连接根据热交换器单元和变速箱7的结构包括以下两种具体的连接方式。

如图7所示的第一种实施例所述的包括变速箱7包括变矩器7-1和缓速器7-2，对应的所述的热交换器单元包括变矩器热交换器9和缓速器热交换器8；所述的热交换器单元包括与变速箱7相连的油路通路和与第二级冷却单元相连的冷却水通路。所述的油路通路中，所述的变矩器热交换器9的上端接口9c与变矩器的油路入口7-1a相连，所述的缓速器热交换器8的下端接口8d与缓速器的油路出口7-2d相连；所述的缓速器热交换器8的上端接口8c与缓速器的油路入口7-2c相连，所述的缓速器热交换器8的下端接口8d与缓速器的油路出口7-2d相连。所述的水路通路中，所述的冷却水从第二水泵10的出口端流出，依次通过变矩器热交换器9的水路上端接口9a、下端接口9b、缓速器热交换器8的水路上端接口8a、下端接口8b，最后接入第二温感调节阀13的入口13b。

如图8所示的第二种实施中，所述的热交换器单元只包括一个热交换器，所述的变速箱7中变矩器7-1的油路出口和缓速器7-2的油路入口相连，所述的变矩器7-1的油路入口与热交换器的上端油路出口相连，所述的缓速器7-2的油路出口与热交换器的上端油路入口相连。

本实用新型中，为了达到更好的分级冷却效果，优选的采用如图7所述的第一种实施例。

所述的连接机构设置在发动机4和第二水泵10之间，本实用新型中采用了两种实施方法控制第一级冷却单元和第二级冷却单元之间的冷却液的流动。包括采用如图1所示的水泵离合器11，所述的水泵离合器11通过控制发动机4与第二水泵10之间的信号的通断控制第二水泵10的运转。所述的水泵离合器11的通断通过所述的温度传感器12所述控制的，所述的温度传感器12用于检测第二级冷却单元吸收热量后的冷却水的温度，所述的水泵离合器11与温度传感器12相连，当检测的温度T2低于设定的阈值T02时温度感应控制器12发出切断信号，水泵离合器11切断第二水泵10与发动机4的动力连接，使得第二水泵10停止运转，达到节能的效果。

如图2和图3所示的启动工况下的工作循环过程，发动机4处于怠速工作状态，需要快速升温；变速箱7也需要快速升温。此时，第一级冷却系统中，冷却液处于循环流动的状态，冷却水不经过散热器16，使得发动机4能够快速升温。所述的第二级冷却系统中，冷却液的流向为第二水泵10出水口流向变矩器热交换器9a口，变矩器热交换器9b口流出到缓速器热交换器8a口，缓速器热交换器8b口流出到第二温感调节阀b口，此时冷却液的温度小于第二温感调节阀13的设定的阈值温度T02，第二温感调节阀13的b口和a口相连，流回到第二水泵10进水口，冷却液不经过散热器16，实现变速器7的快速升温。

如图4和图2所示的变距工况下的工作循环过程，发动机4处于动力输出工作状态，需要的散热量为Q1；变速箱7工作在变矩工况，变矩器7-1产生热量Q2，缓速器7-2未工作，产生热量为0。此时，第一级冷却系统中，第一温感调节阀2的温度大于设定的阈值温度T01，连通与散热器16之间的通路，经过冷却降温后，由散热器16c口流回到第一水泵3进水口，进行重复冷却循环。

第二级冷却系统中，所述的油路通路通过变矩器7-1b口流向变矩器热交换器9d口，在变矩器热交换器9内部与冷却液发生热交换后降温，再通过变矩器热交换器9b口流回变矩器7-1a口，缓速器7-2内油液通过7-2d口流向缓速器热交换器8d口，再通过缓速器热交换器8c口流回缓速器7-2。冷却液具体的流向为第二水泵10出水口流向变矩器热交换器9a口，变矩器热交换器9b口流出到缓速器热交换器8b口，缓速器热交换器8b口流出到第二温感调节阀b口，此时冷却液的温度大于第二温感调节阀13的设定阈值T02，第二温感调节阀13的b口和c口相连，流向散热器16d口，经过冷却降温后，由散热器16a口流回到第二水泵10进水口。温度感应控制器12探测到缓速器热交换器8b口流出到第二温感调节阀b之间的冷却液温度高于T02，调节水泵离合器11为联动状态，使得水泵10转速等于发动机转速，加快冷却液的流速，增强散热效果。第二级冷却系统中，风扇离合器14通过探测散热器16的出风温度，能使得风扇15连接与发动机4的动力连接，从而使风扇15运行，强化散热器16的散热效果。此时散热器16的散热量为Q＝Q1+Q2。

如图5和图2所示的缓速工况下的工作循环过程，发动机4处于被变速箱拖行的工作状态，停止燃油喷射，需要的散热量为0；变速箱7工作在缓速工况，变矩器7-1产生热量0，缓速器7-2工作，产生热量为Q3。此时，第一级冷却系统中，第一温感调节阀2的b口和a口相连，流回到第一水泵3进水口，冷却液不经过散热器16，避免发动机4受到散热器16温度波动的影响。

第二级冷却系统中，变矩器7-1内油液通过7-1b口流向变矩器热交换器9d口，再通过变矩器热交换器9b口流回变矩器7-1a口。缓速器7-2内油液通过7-2d口流向缓速器热交换器8d口，在缓速器热交换器8内部与冷却液发生热交换后降温，再通过缓速器热交换器8c口流回缓速器7-2。第二级冷却系统中，冷却液的流向为第二水泵10出水口流向变矩器热交换器9a口，变矩器热交换器9b口流出到缓速器热交换器8a口，缓速器热交换器8b口流出到第二温感调节阀b口，此时冷却液的温度大于第二温感调节阀13的设定阈值T02，第二温感调节阀13的b口和c口相连，流向散热器16d口，经过冷却降温后，由散热器16a口流回到第二水泵10进水口。温度感应控制器12探测到缓速器热交换器8b口流出到第二温感调节阀b之间的冷却液温度高于T02，调节水泵离合器11为联动状态，使得水泵10转速等于发动机转速，加快冷却液的流速，增强散热效果。第二级冷却系统中，风扇离合器14通过探测散热器16的出风温度，能使得风扇15连接与发动机4的动力连接，从而使风扇15运行，强化散热器16的散热效果。此时散热器16的散热量Q＝Q3。

为了保证对冷却效果的精准控制，所述的控制机构可以采用如图6所示的第二种实施例，采用比例阀17对管路中的冷却液进行控制调节。

本实用新型中所述的第一级冷却单元还包括与第一水泵3出口端相连的控制阀5和加热卷6，所述的加热卷6与散热器16相连，充分利用的发动机4所产生的热量对坐垫等位置进行加温，即节约能源，又提高散热冷却效果

由以上所述可知，所述的风扇15，第一水泵3和第二水泵10都与发动机4相连，所述的发动机4为它们的旋转提供动力。

通过以上所述的用于工程机械的动力传动分级冷却系统应用到工程机械中，所制备的一种铰接式自卸车，所述的铰接式自卸车中，变速箱7的动力输出用于驱动车桥，车轮装备于车桥上，在地面和车桥间传递承载。传动轴用于传递扭矩和转速。

在启动工况下，变速箱7无扭矩输出，车轮为静止状态，冷却系统确保系统快速升温。

在变矩工况下，变速箱7输出的扭矩和转速通过传动轴、车桥、传递到车轮，使得车轮转动，为铰接式自卸车提供驱动力，冷却系统提供冷却。

在缓行工况下，变速箱7输出的反向扭矩通过传动轴、车桥、传递到车轮，阻碍车轮的运动，为铰接式自卸车提供缓行和制动力，冷却系统提供冷却。