王 濤，譚艷輝，張碧榮，譚 艷

（1. 廣西柳工機械股份有限公司裝載機研究院；廣西 柳州 545007；2. 廣西科技大學，廣西 柳州 545006）

傳統(tǒng)的直驅風扇系統(tǒng)通常是過冷系統(tǒng)，會浪費大量的能量，并且會產生很大的噪聲。隨著技術的發(fā)展，對高效節(jié)能和低噪聲運轉提出了更高的要求。而溫控電比例變量液壓風扇驅動系統(tǒng)可以提供更合理的控制，在低冷卻需求時可以降低風扇轉速，因此這種風扇驅動系統(tǒng)會消耗更少的能量，輻射更小的噪聲。此外，該系統(tǒng)還可以提高整機效率，使整機在工作過程中更加節(jié)能，噪聲影響更小。

1 傳統(tǒng)的直驅風扇系統(tǒng)

傳統(tǒng)的發(fā)動機直驅風扇系統(tǒng)是一種最簡單的風扇散熱系統(tǒng)，風扇直接安裝在發(fā)動機的輸出端或通過其它形式的機械連接。其特點是：風扇與發(fā)動機之間沒有任何控制裝置，風扇轉速與發(fā)動機轉速呈線性關系變化。此系統(tǒng)是一個過冷系統(tǒng)，浪費了大量的發(fā)動機能量。同時也使得風扇的噪聲變得無法控制，產生很大的噪聲。另外也限制了風扇布置的靈活性。

2 溫控電比例變量液壓風扇驅動系統(tǒng)

隨著機電液一體化和電控技術的發(fā)展，實現(xiàn)工程機械冷卻系統(tǒng)多參數(shù)智能化溫控成為可能，可以使各散熱器盡可能的在其最佳工作溫度工作，實現(xiàn)了散熱系統(tǒng)的節(jié)能和整機的降噪，同時也實現(xiàn)了風扇和散熱系統(tǒng)的靈活布置。

液壓風扇驅動系統(tǒng)根據(jù)液壓泵的形式，可分為定量液壓風扇驅動系統(tǒng)和變量液壓風扇驅動系統(tǒng)。定量液壓風扇驅動系統(tǒng)一般是通過與風扇馬達并聯(lián)的溢流閥閥桿開度來實現(xiàn)調節(jié)風扇的轉速。在整機工作的過程中，該系統(tǒng)通過溢流閥始終存在一定的溢流損失，節(jié)能效果大打折扣。變量液壓風扇驅動系統(tǒng)是通過改變變量泵的排量來實現(xiàn)調節(jié)風扇的轉速，該系統(tǒng)幾乎沒有溢流損失，節(jié)能效果好。

溫控電比例變量液壓風扇驅動系統(tǒng)的原理如圖1所示，由風扇馬達帶動風扇轉動進行散熱。系統(tǒng)的工作原理是：采集各散熱器的溫度信號經過散熱控制器的處理，輸出電流信號到電比例溢流閥控制閥芯開度，改變LS口的壓力，從而控制泵的輸出流量，最終控制風扇馬達的轉速，達到根據(jù)各散熱器設定的溫度參數(shù)自動調整風扇的目的。

對變量泵總成內部的負荷傳感閥進行分析，得到負荷傳感閥的平衡方程為

圖1 溫控電比例變量液壓風扇驅動系統(tǒng)的原理圖

式中 P——泵的出口壓力；

PLS——電比例溢流閥控制的LS壓力；

PK——電比例溢流閥預設彈簧力。

當控制的電比例溢流閥的電流一定，PLS的壓力也就一定。當變量泵的轉速瞬間升高，泵的出口壓力P和流量也會瞬間升高。根據(jù)公式（1）勢必引起負荷傳感閥右移，伺服缸大小腔都進油，由于大腔的作用面積大于小腔的作用面積，所以柱塞桿左移，使變量泵排量減小，相應的變量泵輸出流量減少，使進入風扇馬達的流量基本不變；反之亦然。

根據(jù)以上的工作原理，在系統(tǒng)流量飽和的情況下，風扇轉速可不受發(fā)動機轉速限制，從而實現(xiàn)通過散熱控制器輸出到電比例溢流閥的不同電流值，控制不同風扇的轉速，滿足不同環(huán)境溫度對散熱的要求。在高溫的夏天使風扇高速旋轉，以滿足散熱要求；在低溫的冬天使風扇低速旋轉甚至不轉，以達到快速暖車的目的，同時也降低了能耗和噪聲。

變量泵總成內部壓力切斷閥的作用是控制系統(tǒng)的壓力不超過設定值，保護變量泵。

散熱器在高粉塵環(huán)境工作，容易被空氣中的雜質堵塞，降低散熱器的散熱效率。該系統(tǒng)還具有對散熱器“自清潔”的功能，即通過電磁換向閥控制風扇馬達的正反轉，從而實現(xiàn)系統(tǒng)在“散熱”和“清潔”兩種模式下的自由切換，將散熱器中的粉塵雜質吹出，保持散熱器的清潔和良好的散熱效率，從而降低使用和維護成本。

該系統(tǒng)電磁換向閥總成中單向閥的作用是當變量泵停止供油后，風扇在慣性作用下會繼續(xù)轉動，此時風扇馬達轉變成了液壓泵，并通過單向閥從回油路吸油，從而防止振動和壓力沖擊的產生。溢流閥的作用是限定風扇馬達的最高壓力，即限定風扇馬達的最大輸出扭矩，在散熱系統(tǒng)一定的情況下，既可限定風扇的最高轉速，在由于其它原因卡住風扇時，又起到保護風扇馬達的作用。

3 溫控電比例變量液壓風扇驅動系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）系統(tǒng)布置靈活。

由于風扇由液壓馬達驅動，所以散熱系統(tǒng)部件可以根據(jù)整機的情況方便布置，已不受發(fā)動機的位置限制。

（2）噪聲控制方便。

由于風扇的布置不受發(fā)動機的限制，可以降低發(fā)動機的噪聲發(fā)射問題，使發(fā)動機向外發(fā)射的噪聲在傳播過程中通過噪聲隔離的方式控制噪聲，封閉的發(fā)動機倉是解決發(fā)動機噪聲的最好手段。

通過散熱器的布置和選用大直徑低轉速的風扇，降低風扇的噪聲，特別是在環(huán)境溫度很低時，可以使發(fā)動機停轉或在很低的轉速下工作，使整機噪聲更低。

（3）節(jié)能。

通過溫控電比例液壓驅動系統(tǒng)，可以控制風扇的轉速，從而控制風扇消耗的功率。如圖2所示為某機型選用的液壓驅動風扇，發(fā)動機轉速超過1500rpm后，風扇的最大轉速控制在1600rpm以下，風扇消耗的功率在25kW以內。而如果是發(fā)動機直驅風扇，風扇的轉速最高能達到2400rpm，風扇消耗的功率高達85kW，能量浪費很大。

圖2 直驅風扇與液壓驅動風扇對比

（4）可實現(xiàn)散熱系統(tǒng)多參數(shù)控制。

由于散熱控制器可以采集各散熱器冷卻介質的溫度，所以可以實現(xiàn)各散熱器冷卻介質溫度的同時控制。如圖3所示為各冷卻介質的溫度控制范圍。目標風扇轉速由各散熱器介質中的最高溫度決定。

圖3 各冷卻介質的溫度控制范圍

如圖4所示是溫控電比例變量液壓驅動風扇轉速控制的理論轉速曲線。曲線1對應的風扇轉速是由電比例溢流閥及系統(tǒng)管路通流量的物理性能決定的風扇能達到的最低轉速。曲線2是各散熱器最低的起調風扇轉速，曲線3是風扇設定的最高轉速。在曲線2和3之間的風扇轉速是由散熱控制器實時采集到的各散熱器介質溫度，通過運算比較后確定。當各散熱器的溫度都低于設定的最低溫度，風扇以最低的轉速（曲線1）運轉。

圖4 溫控電比例變量液壓驅動風扇轉速控制

（5）增強發(fā)動機的啟動能力。

通過散熱控制器的電比例控制，在發(fā)動機啟動過程中，使風扇以最低的轉速運轉，降低了發(fā)動機的負載，使發(fā)動機更加容易啟動。

4 結束語

通過對溫控電比例變量液壓風扇驅動系統(tǒng)工作原理的分析與研究，該系統(tǒng)綜合運用了液壓傳動技術、電比例控制技術、多參數(shù)傳感控制技術，實現(xiàn)了風扇隨各散熱器冷卻介質溫度的變化而自動調節(jié)，在滿足各散熱器散熱的前提下，使風扇以最低轉速運轉，實現(xiàn)了整機節(jié)能降噪的要求，特別是在環(huán)境溫度低的工況下工作，節(jié)能降噪效果更加突出。隨著客戶對整機舒適性和節(jié)能等方面要求的提高，溫控電比例變量液壓風扇驅動系統(tǒng)在工程機械上，特別是大型工程機械上的應用將越來越廣泛。