工程机械电液混合驱动冷却系统液压驱动装置的研究

论文摘要

当前工程机械冷却系统风扇主要是采用了曲轴前端皮带轮的定传动比驱动,且同一冷却风扇同时担负着发动机的散热任务和液力变矩器液压油的散热任务,散热强度极大。这种驱动方式使工程机械发动机起动转矩大、预热时间长、低速大负荷时冷却不足、高速中小负荷时冷却能力过剩,从而造成发动机冷却不合理、风扇耗能较大,降低了发动机的动力输出效率,而且风扇安装位置受限,工作噪声大。针对此问题,设计了电液混合驱动冷却系统,将原冷却系统分成发动机冷却系统和液压油冷却系统两个相对独立的部分,两部分冷却系统通过同一单片机进行智能控制。发动机冷却系统风扇采用了液压驱动方式实现了转速的无级调节,由单片机根据水温信号控制溢流阀的溢流量来控制风扇转速;液压油冷却系统风扇采用了电机驱动,由单片机根据液压油的温度信号控制电机的起停来控制风扇转速。两种风扇分别根据不同的冷却要求,独立工作。本文对电液混合驱动冷却系统的工作原理作了详细论述,并在以往试验的基础上对发动机冷却系统液压驱动装置的热力学参数和主要液压元件参数作了重新选择;拟定匹配的发动机是额定功率为45 kW的R4105T型柴油机,以此为样机对发动机冷却系统的风扇和散热器、液压驱动装置的各元件和各管件及电磁比例溢流阀进行了重新选型,并完成了冷却风扇与散热器及系统的匹配设计;鉴于试验条件的限制设计了电动水泵,由单片机根据冷却液的温度信号控制伺服电动机的启停来控制发动机冷却系统的水循环,改善了以往试验中冷却水泵未实现水循环的弊端;根据对电液比例控制回路的理论分析,确定了电液比例调压回路的循环形式-无级调压回路;最后,在CLG816小型装载机上对改装前后的发动机冷却系统进行了发动机水温、预热时间及油耗的对比试验。电液混合驱动冷却方式使散热器和冷却风扇离开发动机而灵活布置,减小了风扇安装的径向间隙,提高了容积效率。试验表明:该电液混合驱动冷却系统能够解决工程机械发动机过热问题,同时还具有预热迅速、节省燃油、降低噪声、体积小、功率大等优点,符合现代发动机冷却系统的发展趋势,将之推广运用到工程机械中,将会获得良好的社会效益和经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 序言
• 1.1 发动机冷却系统的功用
• 1.2 当前工程机械冷却系统存在的问题
• 1.3 国内外冷却风扇驱动方式发展历程
• 1.4 课题的提出和意义
• 1.5 课题研究内容
• 2 冷却控制系统设计方案
• 2.1 整体设计方案
• 2.2 发动机液压驱动风扇控制系统设计方案
• 2.3 液压油冷却控制系统设计方案
• 3 原冷却系统的冷却参数
• 3.1 原冷却系统中水泵和风扇性能参数的确定
• 3.1.1 原冷却系统中的散热量
• 3.1.2 冷却水的循环量
• 3.1.3 冷却空气需要量
• 3.2 原冷却系统水泵及风扇消耗功率的计算
• 3.2.1 水泵消耗功率计算
• 3.2.2 风扇消耗功率计算
• 3.3 原冷却系统驱动水泵及风扇转矩的计算
• 3.4 电液混合驱动冷却系统中水泵、风扇转矩的修正
• 4 电液混合驱动冷却系统中风扇、散热器和水泵的确定
• 4.1 风扇的选型设计
• 4.2 散热器的选型设计
• 4.3 风扇与散热器及系统的匹配设计
• 4.3.1 风扇的优化设计
• 4.3.2 风扇在系统中匹配点的确定与优选
• 4.3.2.1 风扇在系统中匹配点的确定
• 4.3.2.2 风扇的优选
• 4.4 电动水泵的选型设计
• 4.4.1 直流伺服电动机的特性
• 4.4.2 电动水泵的结构
• 4.4.3 伺服电动机和水泵的性能参数
• 4.4.4 伺服电动机和水泵的选型
• 4.4.4.1 伺服电动机的选型
• 4.4.4.2 离心式水泵的选型
• 5 液压元件参数的计算和选型
• 5.1 液压马达的计算和确定
• 5.1.1 液压马达类型的确定
• 5.1.2 液压马达参数的确定
• 5.1.2.1 液压马达排量的计算
• M 的计算'>5.1.2.2 液压马达所需输入流量Q_M的计算
• 5.1.2.3 液压马达型号的确定
• 5.2 液压油泵的计算和确定
• 5.2.1 液压油泵类型的确定
• 5.2.2 液压油泵参数的确定
• 5.2.2.1 液压油泵的工作压力
• 5.2.2.2 液压油泵的转速
• P'>5.2.2.3 液压油泵的实际输出流量Q_P
• p'>5.2.2.4 液压油泵的排量q_p
• 5.2.2.5 液压泵的驱动功率PP
• 5.2.2.6 液压油泵型号的确定
• 6 液压附件的选型
• 6.1 管道尺寸的确定
• 6.1.1 管道内径d 的计算
• 6.1.2 金属管道壁厚δ的计算
• 6.1.3 管接头的类型
• 6.1.4 焊接式管接头用螺母
• 6.2 油箱的确定
• 6.2.1 油箱的基本功能
• 6.2.2 油箱容量的计算
• 6.3 过滤器的选型设计
• 7 电液比例溢流阀的选型设计
• 7.1 普通溢流阀的分类及特性
• 7.1.1 溢流阀的分类
• 7.1.2 溢流阀的特性
• 7.2 电液比例阀
• 7.2.1 比例电磁铁
• 7.2.1.1 比例电磁铁的特性及分类
• 7.2.1.2 位置调节型比例电磁铁的特性分析
• 7.2.2 电液比例溢流阀
• 7.2.2.1 电液比例溢流阀的工作原理
• 7.2.2.2 电液比例溢流阀的特性分析
• 7.3 电液比例调压回路
• 7.4 电液比例溢流阀型号的确定
• 8 试验与结果分析
• 8.1 不同转速下油耗、水温试验
• 8.1.1 怠速（565 r/min）时改装前后冷却系统对比试验
• 8.1.2 中速（1300 r/min）时改装前后冷却系统对比试验
• 8.1.3 高速（2000 r/min）时改装前后冷却系统对比试验
• 8.2 试验结果
• 8.2.1 改装前后不同转速时冷却液温度对比
• 8.2.2 改装前后不同转速时发动机油耗对比
• 8.3 结果分析
• 9 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.2 展望
• 9.2.1 课题的展望
• 9.2.2 工程机械冷却系统的发展期望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文