魏 靖，廖明軍WEI Jing, LIAO Ming-jun（徐州徐工挖掘機械有限公司，江蘇 徐州 221004）

電控硅油離合器在工程機械上的應(yīng)用

魏 靖，廖明軍
WEI Jing, LIAO Ming-jun
（徐州徐工挖掘機械有限公司，江蘇 徐州 221004）

[摘 要]分析了電控硅油離合器在挖掘機的上的應(yīng)用狀況，通過實驗表明，低溫環(huán)境中或者設(shè)備輕載時，發(fā)動機水溫、進氣歧管溫度以及液壓系統(tǒng)溫度較低，整機控制器根據(jù)讀取的各溫度信號，按照系統(tǒng)程序的設(shè)置，控制離合器硅油注入量，適時保持風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)動，達到節(jié)能降噪的目的。

[關(guān)鍵詞]液壓挖掘機；硅油離合器；節(jié)能

在工程機械中，電控硅油離合器是風(fēng)扇驅(qū)動和風(fēng)扇之間的離合裝置。風(fēng)扇硅油離合器是利用硅油的粘性剪切力來傳遞力矩的新型傳動裝置,它在不同的發(fā)動機冷卻系中有著廣泛的應(yīng)用。低溫環(huán)境中或者設(shè)備輕載時，發(fā)動機水溫、進氣歧管溫度以及液壓系統(tǒng)溫度較低，整機控制器根據(jù)讀取的各溫度信號，按照系統(tǒng)程序的設(shè)置，控制離合器硅油注入量，適時保持風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)動，達到節(jié)能降噪的目的。

1 原理介紹

傳統(tǒng)的風(fēng)扇安裝如圖1所示，該系統(tǒng)中，直接用螺栓將風(fēng)扇安裝到發(fā)動機風(fēng)扇驅(qū)動上，風(fēng)扇和風(fēng)扇驅(qū)動中間有墊塊。風(fēng)扇按照固定的速比與發(fā)動機同步轉(zhuǎn)動，不受整機負載及工作環(huán)境等影響，功耗為發(fā)動機功率的8%～12%。

電控硅油離合器風(fēng)扇安裝如圖2所示。風(fēng)扇安裝到電控硅油離合器上，風(fēng)扇與其轉(zhuǎn)速同步。離合器通過螺紋與法蘭連接，法蘭通過螺栓固定到風(fēng)扇驅(qū)動上。電控硅油離合器上附帶轉(zhuǎn)速傳感器，監(jiān)控風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。低溫環(huán)境中或者挖掘機輕載時，控制器根據(jù)各溫度調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，控制發(fā)動機水溫及液壓油溫在合適的范圍內(nèi)，使發(fā)動機系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)。

圖1　 直驅(qū)風(fēng)扇安裝示意圖

圖2　 電控硅油離合器風(fēng)扇安裝示意圖

2 控制邏輯

電控硅油離合器（風(fēng)扇）轉(zhuǎn)速百分比與溫度對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

所有溫度低于風(fēng)扇變速條件下限時（如冷卻液溫度88℃、進氣歧管溫度為49℃、液壓油溫度58℃），對應(yīng)的離合器轉(zhuǎn)速百分比為0%，控制器發(fā)送信號給離合器控制線圈，使離合器怠速運轉(zhuǎn)。

表1　 電控硅油離合器轉(zhuǎn)速百分比與各溫度對應(yīng)關(guān)系

任一溫度高于風(fēng)扇變速條件上限時（如冷卻液溫度98℃、進氣歧管溫度為70℃、液壓油溫度82℃），對應(yīng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速百分比為100%，控制器發(fā)送信號給離合器控制線圈，使離合器最高速運轉(zhuǎn)（一般為直驅(qū)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的93%～95%）。

3 電控硅油離合器響應(yīng)校驗

為驗證電控硅油離合器的響應(yīng)情況，進行以下試驗。

3.1 手動切換高速/怠速信號電控硅油離合器響應(yīng)校驗

在試驗過程中，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 800rpm，速比為0.85，通過Codesys軟件手動發(fā)送命令轉(zhuǎn)速指令，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速直接提高到最高轉(zhuǎn)速，然后將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低到怠速運行，重復(fù)試驗，試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3　 電控硅油離合器手動高速/怠速響應(yīng)校驗

上述曲線表明：①當(dāng)命令轉(zhuǎn)速從0提高到1 400rpm時，風(fēng)扇能在1單位時間內(nèi)將轉(zhuǎn)速迅速提高到最高轉(zhuǎn)速并保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)?？焖偬岣唢L(fēng)扇轉(zhuǎn)速保證了發(fā)動機不會因突然升溫而得不到及時冷卻而產(chǎn)生故障；②當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速從最高轉(zhuǎn)速降低到0時，風(fēng)扇能在4單位時間內(nèi)將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低到怠速并保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。延時降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在保證發(fā)動機節(jié)省燃油的同時，又能避免風(fēng)扇出現(xiàn)轉(zhuǎn)速降低過快而無法及時響應(yīng)發(fā)動機突然升溫情況。

3.2 逐級提高和降低轉(zhuǎn)速信號電控硅油離合器響應(yīng)校驗

在試驗過程中，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1800rpm，通過Codesys軟件手動發(fā)送,轉(zhuǎn)速指令，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速從怠速逐級提高到最高轉(zhuǎn)速，然后將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低到怠速轉(zhuǎn)速運行，重復(fù)試驗，試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 逐級提高和降低電控硅油離合器響應(yīng)校驗

上述曲線表明：當(dāng)命令轉(zhuǎn)速以200rpm/檔逐級上升和降低時，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速能快速提升或降低到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

3.3 手動發(fā)送溫度值信號電控硅油離合器響應(yīng)校驗

在試驗過程中，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 800rpm，通過Codesys軟件手動輸入發(fā)動機水溫值，讓硅油離合器根據(jù)發(fā)動機水溫變化進行轉(zhuǎn)速調(diào)整，重復(fù)試驗，試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5　 手動發(fā)送溫度值信號電控硅油離合器響應(yīng)校驗

上述曲線表明：①當(dāng)發(fā)動機水溫升高，引起風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變化到高于其怠速時，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速能快速調(diào)整到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)；②當(dāng)發(fā)動機水溫低于風(fēng)扇怠速對應(yīng)水溫時，風(fēng)扇始終保持怠速運轉(zhuǎn)。

4 整機油耗對比測試

某中型挖掘機在平原和高原地區(qū)分別搭載直驅(qū)風(fēng)扇和電控硅油離合器風(fēng)扇，進行對比測試，結(jié)果如表2所示。

表2　 油耗對比測試結(jié)果

5 結(jié) 論

綜上所述，電控硅油離合器風(fēng)扇在挖掘機械上能夠?qū)崿F(xiàn)電控“無級變速”，根據(jù)冷卻液溫度、進氣歧管溫度和液壓油溫度變化而快速響應(yīng)，并能在對應(yīng)的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，完全可以滿足整機對熱平衡、振動及噪聲需求。

面對日益嚴重的環(huán)境污染和能源消耗，節(jié)能降噪已成為目前急需解決的問題。大排量、低排放的工程機械是加劇環(huán)境污染和能源消耗的因素之一。搭載電控硅油離合器在不影響工程機械運行的條件下大大降低了燃油消耗及噪音污染，給客戶帶來了經(jīng)濟效益。

（編輯 吳學(xué)松）

［中圖分類號］TU621

［文獻標(biāo)識碼］B

［文章編號］1001-1366（2015）02-0056-02

［收稿日期］2015-01-08

Application of electric control silicon oil clutch in construction machinery