（日照市公路管理局，山東 日照 276800）

淺析筑路機械冷卻裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計

劉海軍

（日照市公路管理局，山東 日照 276800）

在筑路機械設(shè)備中，冷卻裝置很重要。液壓驅(qū)動系統(tǒng)是冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，關(guān)系到冷卻裝置功能的發(fā)揮?；谶@種認識，本文對筑路機械冷卻裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計需求展開了分析，并從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、發(fā)動機冷卻、液壓傳動系統(tǒng)冷卻和電氣系統(tǒng)等方面對系統(tǒng)設(shè)計問題進行了探究。

筑路機械；冷卻裝置；液壓驅(qū)動；系統(tǒng)設(shè)計

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，筑路機械的各方面性能都有所提高。而冷卻裝置的液壓驅(qū)動系統(tǒng)能否得到合理設(shè)計，直接關(guān)系到冷卻裝置能否發(fā)揮應(yīng)有的作用，進而將影響到筑路機械性能的提高。因此，相關(guān)人員還應(yīng)加強筑路機械冷卻裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計問題分析，以便合理的實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計，進而更好的推動工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)改革。

1 筑路機械冷卻裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計需求

在筑路機械運行的過程中，需要依靠冷卻裝置維持發(fā)動機及其它構(gòu)件的溫度，以便使這些機械部件始終處在標準狀態(tài)，進而使溫度過高給機械帶來的不利影響得到有效預(yù)防。但就目前來看，筑路機械冷卻裝置存在著多方面問題，以至于無法充分發(fā)揮自身作用。首先，筑路機械作為機械設(shè)備的一種，同樣擁有固定的負荷范圍和運行條件。然而就實際情況來看，大多數(shù)筑路機械都處在多粉塵和高溫的惡劣環(huán)境中進行高負荷運行，以至于發(fā)動機等部件將產(chǎn)生大量的熱。而原本設(shè)計的冷卻系統(tǒng)難以適應(yīng)較高的散熱和排熱要求，以至于無法發(fā)揮自身應(yīng)有的功能。其次，為確保筑路機械設(shè)備的性能，一些技術(shù)人員會進行冷卻系統(tǒng)改造。但冷卻扇擁有單一的傳統(tǒng)驅(qū)動結(jié)構(gòu)，為配備相應(yīng)輔助機件，所以容易導(dǎo)致冷卻空氣流動阻力變化不定，進而導(dǎo)致冷卻液溫差過大。再者，驅(qū)動系統(tǒng)作為冷卻裝置的子系統(tǒng)之一，過去多采用水泵和冷卻風扇等構(gòu)件，需要使空氣經(jīng)過散熱器消除產(chǎn)生的熱量。而在筑路機械所處的作業(yè)環(huán)境發(fā)生改變的情況下，這種驅(qū)動系統(tǒng)散熱性能明顯無法滿足要求。最后，受驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)缺陷的影響，現(xiàn)有冷卻裝置只能用于進行發(fā)動機冷卻，無法滿足其它部件的降溫需求。面對這些無法滿足的需求，還應(yīng)結(jié)合筑路機械實際應(yīng)用情況進行冷卻裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，繼而使筑路機械的冷卻裝置更好的發(fā)揮自身作用。

2 筑路機械冷卻裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計探究

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在筑路機械設(shè)備中，發(fā)動機和液壓系統(tǒng)是兩個主要的發(fā)熱部件，擁有不同的正常工作溫度范圍，對冷卻裝置有著不同的要求，在實際設(shè)計時需要分別進行冷卻。具體來講，就是要將風扇和散熱器分開放置，從而完成兩個冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，即發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和液壓冷卻系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上來看，筑路機械冷卻裝置主要由電控單元、冷卻液溫度傳感器、液壓泵、冷油器、液壓馬達、電磁比例溢流閥和油箱等多個部件構(gòu)成。在裝置運行的過程中，這些部件都將發(fā)揮重要作用。而兩個冷卻系統(tǒng)需要共用一個電控單元，然后利用不同溫度傳感器分別進行風扇和水泵轉(zhuǎn)速的控制。針對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，可以利用液壓驅(qū)動進行風扇和水泵控制。而根據(jù)冷卻溫度的變化，油路中的壓力將得到電磁比例溢流閥的控制，繼而實現(xiàn)風扇及水泵轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)。利用電機驅(qū)動，則能實現(xiàn)液壓冷卻系統(tǒng)的風扇控制，即利用電控單元在液壓油溫達到上下極限值時進行啟?？刂?。

2.2 發(fā)動機冷卻設(shè)計

在對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)進行設(shè)計時，還應(yīng)采用無級調(diào)壓回路作為系統(tǒng)液壓基本回路，并在回路中進行溢流閥的安裝，從而利用閥的調(diào)整壓力進行液壓泵出口壓力的控制，進而使其保持恒定。在實際選用溢流閥時，應(yīng)選用先導(dǎo)型溢流閥，以實現(xiàn)大過流量、高穩(wěn)壓精度的液壓控制，并實現(xiàn)過程連續(xù)控制。發(fā)動機的冷卻液溫度可利用溫度傳感器檢測，其能夠?qū)z測到信號傳遞至電控單元。完成該信號處理后，電控單元將發(fā)出控制信號，從而進行溢流閥輸入電流的調(diào)節(jié)?？紤]到溢流閥調(diào)整壓力與輸入電流呈一定比例，所以可以通過改變輸入電流進行節(jié)流回路溢流量的調(diào)整，進而實現(xiàn)風扇液壓驅(qū)動系統(tǒng)與液壓馬達進出口壓力差的調(diào)節(jié)。通過改變油壓，則能實現(xiàn)對風扇和水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。但是，如果頻繁啟動冷卻風扇，容易導(dǎo)致驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到影響，并且導(dǎo)致馬達啟動效率過低。針對這一情況，還應(yīng)在發(fā)動機處在較低溫度的條件下，使冷卻風扇保持最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。該轉(zhuǎn)速需要在溢流閥全開的條件下得到，需要忽略風扇消耗功率。此外，冷卻風扇如果功率過高，就會產(chǎn)生噪聲。因此，還應(yīng)按照最大熱負荷工況進行風扇最高轉(zhuǎn)速的確定，然后確認最大與最小控制電流，進而實現(xiàn)風扇轉(zhuǎn)速的合理調(diào)節(jié)。在實際設(shè)計時，發(fā)動機冷卻水的正常工作溫度范圍在80～90℃之間，最高不超出95℃，還應(yīng)將80設(shè)定為下限溫度，上限設(shè)定為90℃，然后進行最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的確認，并使系統(tǒng)在這一范圍內(nèi)根據(jù)冷卻液溫度測量結(jié)構(gòu)實現(xiàn)變速控制。

發(fā)動機溫度測控系統(tǒng)屬于一種動態(tài)測控系統(tǒng)，以當前冷卻液溫度和目標冷卻溫度為依據(jù)，系統(tǒng)能夠?qū)Ρ壤y控制電流進行調(diào)節(jié)。冷卻水正常溫度范圍為80～90℃，不得超過95℃，這就需要將維持風扇最低轉(zhuǎn)速工作的下限溫度設(shè)置為80℃，在控制的過程中，溫度傳感器一旦測量溫度超過90℃，則會自動控制水泵和風扇以最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而逐漸降低發(fā)動機的溫度，此時電控單元能夠根據(jù)冷卻液溫度測量信號發(fā)出控制信號，對溢流閥輸入電流進行調(diào)節(jié)，通過降低輸入電流來減小溢流閥調(diào)整壓力，隨著發(fā)動機溫度的降低，冷卻風扇和水泵轉(zhuǎn)速也逐漸降低，直至冷卻液溫度降低到80℃為止。當測得冷卻液溫度低于80℃的時候，溢流閥全開，水泵和風扇以最低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，直到冷卻液溫度達到90℃為止。即系統(tǒng)能夠以發(fā)動機冷卻液溫度為依據(jù)來對風扇和水泵轉(zhuǎn)速自動化調(diào)整，滿足筑路機械散熱需求。該發(fā)動機冷卻設(shè)計不僅能夠控制風扇以最低轉(zhuǎn)速或最高轉(zhuǎn)速運行，還能夠根據(jù)冷卻液溫度測量結(jié)果和變化實現(xiàn)風機與水泵的變速轉(zhuǎn)換控制。

2.3 液壓冷卻設(shè)計

在液壓冷卻系統(tǒng)設(shè)計方面，考慮到液壓系統(tǒng)中的液壓油溫正常在30～50℃的范圍內(nèi)，最低不小于15℃，最高不超過70℃，以免油液老化變質(zhì)或粘度過大，進而導(dǎo)致液壓元件泄漏量增加或給液壓油泵吸油帶來困難。所以實際設(shè)計中，應(yīng)將液壓油溫度設(shè)定在50～60℃范圍內(nèi)，使冷卻風扇在液壓油溫度為50℃時停止工作，并在溫度為60℃時開始工作。利用液壓油溫度傳感器，則能將液壓油溫度信號傳遞至電控單元，然后由電控單元判斷是否達到啟停界限。結(jié)合冷卻系統(tǒng)使用要求，還應(yīng)完成一套信號傳輸過程的設(shè)置，以便使溫度信號能夠得到及時傳遞，進而使機械各部件的運行得到協(xié)調(diào)。

2.4 電氣系統(tǒng)設(shè)計

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機械操作也在向著自動化的方向發(fā)展。所在設(shè)計冷卻裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)時，還應(yīng)加強電氣系統(tǒng)的設(shè)計，從而在設(shè)備內(nèi)部完成自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，進而為人的操作提供輔助。首先，還應(yīng)加強電氣線路保護功能設(shè)計，利用系統(tǒng)“自檢測”實現(xiàn)線路保護。采取該種設(shè)計方式，能夠使設(shè)備在線路電流或電壓超出標準時實現(xiàn)線路異常信號的調(diào)控，從而為設(shè)備的安全運行提供保障。其次，應(yīng)加強設(shè)備監(jiān)控功能設(shè)計，即利用系統(tǒng)完成視聽信號的及時捕捉，以便對設(shè)備運行狀態(tài)進行準確判定。采取該技術(shù)，也能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的各種異常問題，從而通過解決這些問題降低設(shè)備故障發(fā)生率。最后，還應(yīng)加強控制功能設(shè)計，利用電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜設(shè)備的自動化調(diào)度，如合閘操作等。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，其將能及時將故障電路切斷，以保護其他部件及線路。

2.5 故障處理方案設(shè)計

對于冷卻裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)來說，其在運行的過程中會受到多方面因素的影響，例如運行負荷、運行時間及外界環(huán)境等，一旦出現(xiàn)故障，很容易影響冷卻裝置的散熱性能。在整個冷卻系統(tǒng)規(guī)劃布置過程中，設(shè)計階段至關(guān)重要，設(shè)計環(huán)節(jié)需要統(tǒng)籌考慮后期液壓驅(qū)動系統(tǒng)故障處理問題，并設(shè)計應(yīng)急處理方案，以此來保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。結(jié)合實際經(jīng)驗，設(shè)計冷卻裝置故障處理方案如下：①在發(fā)生故障之后，對冷卻系統(tǒng)中散熱器、液壓泵等設(shè)備的工作狀態(tài)進行觀察；②以故障表現(xiàn)為依據(jù)盡快確定故障范圍，定位系統(tǒng)故障位置，為后續(xù)的故障處理做準備；③查找故障原因，并制定簡單的處理措施，盡可能的降低故障帶來的不利影響。

3 結(jié)語

隨著公路建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，筑路工程的作業(yè)量也將不斷增加，從而導(dǎo)致筑路機械始終處在高負荷運行狀態(tài)。加強原有冷卻裝置的液壓驅(qū)動系統(tǒng)改進，則能使系統(tǒng)的冷卻功能得到完善，進而使筑路機械始終保持良好的運行狀態(tài)。

[1]李建斌.工程機械液壓系統(tǒng)泄漏故障的原因及防治措施[J].甘肅科技,2010,01:65-67+49.

[2]祁冠芳,張蕉蕉,孫家根.液壓油箱小型化及研發(fā)新動向[J].機床與液壓,2011,24:66-68+104.

[3]朱一德.論筑路機械冷卻裝置液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2012,05:168-169.

[4]范長庚.采用油冷機給數(shù)字式伺服液壓馬達提供循環(huán)冷卻液的冷卻裝置[J].液壓氣動與密封,2013,07:42-44.

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