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  目前,小型挖掘机用液压散热系统主要有两种形式:发动机直驱散热系统和独立散热系统。发动机直驱散热系统是将液压散热器和发动机冷却液散热器集成在一起,利用发动机曲轴带动的风扇冷却集成散热器;液压独立散热系统是将液压散热器独立出来并进行单独冷却。液压独立散热系统采用液压马达驱动冷却风扇的方式进行散热,风扇的转速可随液压油温度变化而变化,系统可控性强,且比较节能。虽然液压独立散热系统相对发动机直驱散热系统具有明显优势,但考虑到成本和实际工况需要,液压独立散热系统目前主要在40t级以上液压小型挖掘机上使用。液压独立散热系统的技术及应用已经相对成熟,但实际使用中,由于小型挖掘机会面临各种复杂工况,因此,液压独立散热系统需要进行不断改进。

一种改进型小型挖掘机用液压独立散热系统

  一、液压独立散热系统介绍
  系统工作过程如下:
  1、液压油温传感器将采集到的液压油温值传送给控制器;
  2、控制器根据油温值计算、输出电流值;
  3、冷却泵电磁比例阀根据电流大小调节阀芯开度控制先导压力;
  4、先导压力改变后冷却泵排量改变(排量改变后冷却泵输出流量改变);
  5、冷却泵流量改变后冷却马达转速改变,冷却风扇转速随之改变;
  6、冷却风扇转速改变后,油温开始变化;
  7、液压油温传感器将采集到的信号再次传送给控制器,控制器经过计算输出新的电流值。整个控制过程为动态循环过程,是一个闭环控制,程序不断地在运行,每一个循环没有固定时间限制。
  二、小型挖掘机散热系统散热效能影响因素
  1、发动机特性
  目前小型挖掘机用发动机多为恒功率控制模式,间歇性达到功率峰值。铲斗在强力挖掘H模式下(由于时常会遇到大石块、树根等),会出现短暂的峰值载荷,根据发动机性能曲线,发动机掉速以达到大扭矩输出。小型挖掘机进行强力挖掘作业时,功率消耗明显增加,据统计,此时发动机冷却系统所需带走的热量将占其燃料燃烧总发热量的28%~30%,对整机散热系统是一个大的考验。小型挖掘机散热系统采用吸风式风扇,它直接与发动机曲轴相连,驱动比接近1:1,因此发动机掉速程度将直接影响其吸风量与散热效果。对于2条特性相似的发动机性能曲线,在同样的扭矩变化范围内,若掉速区间较小,则发动机储备性能较优越,小型挖掘机在工作时较为稳定。
  2、温度因素
  夏季室外温度较高,发动机高负荷运转所需的散热量加大;冬季室外温度较低,机油阻力变大,高寒地区多安装低温冷启动装置以保证发动机正常启动。发动机运转时,与高温燃气接触的零件热负荷大,如果冷却不适当,将会使柴油机过冷或过热。过热会导致机油变质和烧损,失去润滑性能,加剧零件的摩擦和磨损,充气系数下降,整机的综合性能全面恶化;过冷会使燃烧不良,热损失和摩擦损失增加。另外,散热损失加剧会降低整机经济性能。以某款散热器为例,改善前,其夏季热平衡指标超标,散热器仓空间狭小;中冷达标,水温、油温超出允许值。对其进行改善后,水散、中冷、油冷均达标。
  3、运行模式
  小型挖掘机运行模式在H模式10档和S模式8档时处于正常工作模式,发动机转速较高,风扇在高转速状态下可以满足基本的散热性能。由于风扇的流量正比于转速RPM;风扇静压头正比于RPM的平方;风扇功率消耗正比于RPM的3次方;风扇噪音值与RPM的对数成正比,当操作模式处于怠速或较低转速时,风扇吸风量将明显下降,随着热量在机体内部不断累积。

  整机散热性能将大大降低。因此,对于大型液压小型挖掘机,由于液压油所负担的工作载荷调节能力过重,为有效降低液压油温度,往往采用独立油散的布置来提高整机散热性能。

一种改进型小型挖掘机用液压独立散热系统

  三、现有系统不足分析
  如前文所述,液压独立散热系统目前主要应用于40t级以上小型挖掘机,该类小型挖掘机主要应用于矿山作业。矿山环境恶劣,污染极为严重,且小型挖掘机散热系统一般安装的是吸风式风扇,现有小型挖掘机液压独立散热系统在使用一段时间后,散热器会因迎风面被灰尘、树叶等杂物堵塞而降低散热效率,进而影响液压系统正常工作。为保证现有散热系统正常运行,必须定期对散热器进行人工除尘,这样会增加维护保养时间,降低整机出勤率。近年来,为了实现小型挖掘机液压独立散热系统具备自清洁功能,出现了一种新的具有自清洁功能的液压独立散热系统。该系统采用了双向旋转液压冷却马达,通过电磁换向阀实现冷却马达的正反转,从而实现风扇反向吹风,吹掉散热器表面聚集的灰尘等杂物。但该系统在控制方面存在一定局限性,主要表现为:
  1、电磁换向阀为两位换向阀,风扇由正转变为反转或由反转变为正转时,操作复杂,需停机完成;
  2、若在风扇高速旋转时误操作电磁换向阀,换向无缓冲,换向冲击过大,系统元件易损坏;
  3、系统控制简单,操作性不强,容易产生误操作。
  因此,为了满足实际工况的需要,现有小型挖掘机用液压独立散热系统必须进行提升改进。
  四、系统改进措施及控制方法
  根据上文分析,对现有液压独立散热系统进行改进。在原有技术、结构基础上更换两位电磁换向阀为3位4通电磁换向阀。3位4通电磁换向阀每位和油口根据实际需要设置。改进后的系统采用新的电控程序控制,新的电控程序中增加了风扇换向控制程序,系统具体工作过程如下:
  当机器正常工作时,风扇换向控制按钮处于断开状态,电磁换向阀处于中位,冷却马达顺时针旋转,风扇正转且为吸风状态,气流经过散热器使液压油冷却;当需要进行散热器清洁时,向下拨动控制按钮,实际工作过程中,驾驶员可根据工况不定期操作该功能进行系统自清洁,电控程序可根据控制按钮开闭状态执行风扇正反转。
  五、系统特点
  改进后的系统具有如下优点:
  1、通过操作电磁换向阀,能够实现冷却液压马达正反转;
  2、冷却风扇反转时可吹掉散热器上的杂物,保证散热效率;
  3、电磁换向阀可在任意时刻实现换向,操作简单,避免了误操作可能造成元件损坏的情况出现;
  4、系统具有自清洁功能,在灰尘较多或风沙较大的场合,可免去经常清洗散热器的维护保养工作;

  5、可节约清洗成本,保证整机正常出勤,提高整机运行效率。

一种改进型小型挖掘机用液压独立散热系统

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