淺析筑路機械冷卻裝置液壓驅動系統的設計

（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動系統的設計

劉海軍

（日照市公路管理局，山東 日照 276800）

在筑路機械設備中，冷卻裝置很重要。液壓驅動系統是冷卻系統的重要組成部分，關系到冷卻裝置功能的發揮。基于這種認識，本文對筑路機械冷卻裝置液壓驅動系統的設計需求展開了分析，并從系統結構、發動機冷卻、液壓傳動系統冷卻和電氣系統等方面對系統設計問題進行了探究。

筑路機械；冷卻裝置；液壓驅動；系統設計

隨著科學技術的發展，筑路機械的各方面性能都有所提高。而冷卻裝置的液壓驅動系統能否得到合理設計，直接關系到冷卻裝置能否發揮應有的作用，進而將影響到筑路機械性能的提高。因此，相關人員還應加強筑路機械冷卻裝置液壓驅動系統的設計問題分析，以便合理的實現系統設計，進而更好的推動工業生產技術改革。

1 筑路機械冷卻裝置液壓驅動系統設計需求

在筑路機械運行的過程中，需要依靠冷卻裝置維持發動機及其它構件的溫度，以便使這些機械部件始終處在標準狀態，進而使溫度過高給機械帶來的不利影響得到有效預防。但就目前來看，筑路機械冷卻裝置存在著多方面問題，以至于無法充分發揮自身作用。首先，筑路機械作為機械設備的一種，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，大多數筑路機械都處在多粉塵和高溫的惡劣環境中進行高負荷運行，以至于發動機等部件將產生大量的熱。而原本設計的冷卻系統難以適應較高的散熱和排熱要求，以至于無法發揮自身應有的功能。其次，為確保筑路機械設備的性能，一些技術人員會進行冷卻系統改造。但冷卻扇擁有單一的傳統驅動結構，為配備相應輔助機件，所以容易導致冷卻空氣流動阻力變化不定，進而導致冷卻液溫差過大。再者，驅動系統作為冷卻裝置的子系統之一，過去多采用水泵和冷卻風扇等構件，需要使空氣經過散熱器消除產生的熱量。而在筑路機械所處的作業環境發生改變的情況下，這種驅動系統散熱性能明顯無法滿足要求。最后，受驅動系統結構缺陷的影響，現有冷卻裝置只能用于進行發動機冷卻，無法滿足其它部件的降溫需求。面對這些無法滿足的需求，還應結合筑路機械實際應用情況進行冷卻裝置液壓驅動系統的設計，繼而使筑路機械的冷卻裝置更好的發揮自身作用。

2 筑路機械冷卻裝置液壓驅動系統的設計探究

2.1 系統結構設計

在筑路機械設備中，發動機和液壓系統是兩個主要的發熱部件，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的設計，即發動機冷卻系統和液壓冷卻系統。從結構上來看，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成。在裝置運行的過程中，這些部件都將發揮重要作用。而兩個冷卻系統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速的控制。針對發動機冷卻系統，可以利用液壓驅動進行風扇和水泵控制。而根據冷卻溫度的變化，油路中的壓力將得到電磁比例溢流閥的控制，繼而實現風扇及水泵轉速的無級調節。利用電機驅動，則能實現液壓冷卻系統的風扇控制，即利用電控單元在液壓油溫達到上下極限值時進行啟停控制。

2.2 發動機冷卻設計

在對發動機冷卻系統進行設計時，還應采用無級調壓回路作為系統液壓基本回路，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，應選用先導型溢流閥，以實現大過流量、高穩壓精度的液壓控制，并實現過程連續控制。發動機的冷卻液溫度可利用溫度傳感器檢測，其能夠將檢測到信號傳遞至電控單元。完成該信號處理后，電控單元將發出控制信號，從而進行溢流閥輸入電流的調節。考慮到溢流閥調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流回路溢流量的調整，進而實現風扇液壓驅動系統與液壓馬達進出口壓力差的調節。通過改變油壓，則能實現對風扇和水泵轉速的調節。但是，如果頻繁啟動冷卻風扇，容易導致驅動系統的穩定性受到影響，并且導致馬達啟動效率過低。針對這一情況，還應在發動機處在較低溫度的條件下，使冷卻風扇保持最低穩定轉速。該轉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，就會產生噪聲。因此，還應按照最大熱負荷工況進行風扇最高轉速的確定，然后確認最大與最小控制電流，進而實現風扇轉速的合理調節。在實際設計時，發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℃，還應將80設定為下限溫度，上限設定為90℃，然后進行最低轉速和最高轉速的確認，并使系統在這一范圍內根據冷卻液溫度測量結構實現變速控制。

發動機溫度測控系統屬于一種動態測控系統，以當前冷卻液溫度和目標冷卻溫度為依據，系統能夠對比例閥控制電流進行調節。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速工作的下限溫度設置為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速運轉，從而逐漸降低發動機的溫度，此時電控單元能夠根據冷卻液溫度測量信號發出控制信號，對溢流閥輸入電流進行調節，通過降低輸入電流來減小溢流閥調整壓力，隨著發動機溫度的降低，冷卻風扇和水泵轉速也逐漸降低，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速運轉，直到冷卻液溫度達到90℃為止。即系統能夠以發動機冷卻液溫度為依據來對風扇和水泵轉速自動化調整，滿足筑路機械散熱需求。該發動機冷卻設計不僅能夠控制風扇以最低轉速或最高轉速運行，還能夠根據冷卻液溫度測量結果和變化實現風機與水泵的變速轉換控制。

2.3 液壓冷卻設計

在液壓冷卻系統設計方面，考慮到液壓系統中的液壓油溫正常在30～50℃的范圍內，最低不小于15℃，最高不超過70℃，以免油液老化變質或粘度過大，進而導致液壓元件泄漏量增加或給液壓油泵吸油帶來困難。所以實際設計中，應將液壓油溫度設定在50～60℃范圍內，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。結合冷卻系統使用要求，還應完成一套信號傳輸過程的設置，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調。

2.4 電氣系統設計

隨著科學技術的發展，機械操作也在向著自動化的方向發展。所在設計冷卻裝置液壓驅動系統時，還應加強電氣系統的設計，從而在設備內部完成自動控制系統的設計，進而為人的操作提供輔助。首先，還應加強電氣線路保護功能設計，利用系統“自檢測”實現線路保護。采取該種設計方式，能夠使設備在線路電流或電壓超出標準時實現線路異常信號的調控，從而為設備的安全運行提供保障。其次，應加強設備監控功能設計，即利用系統完成視聽信號的及時捕捉，以便對設備運行狀態進行準確判定。采取該技術，也能及時發現設備存在的各種異常問題，從而通過解決這些問題降低設備故障發生率。最后，還應加強控制功能設計，利用電氣控制系統實現結構復雜設備的自動化調度，如合閘操作等。一旦系統發生故障，其將能及時將故障電路切斷，以保護其他部件及線路。

2.5 故障處理方案設計

對于冷卻裝置液壓驅動系統來說，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、運行時間及外界環境等，一旦出現故障，很容易影響冷卻裝置的散熱性能。在整個冷卻系統規劃布置過程中，設計階段至關重要，設計環節需要統籌考慮后期液壓驅動系統故障處理問題，并設計應急處理方案，以此來保證系統運行的穩定性和安全性。結合實際經驗，設計冷卻裝置故障處理方案如下：①在發生故障之后，對冷卻系統中散熱器、液壓泵等設備的工作狀態進行觀察；②以故障表現為依據盡快確定故障范圍，定位系統故障位置，為后續的故障處理做準備；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 結語

隨著公路建設事業的快速發展，筑路工程的作業量也將不斷增加，從而導致筑路機械始終處在高負荷運行狀態。加強原有冷卻裝置的液壓驅動系統改進，則能使系統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。

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1671-0711（2017）04（上）-0094-02