基于機電液耦合器的液壓冷卻系統設計研究

朱學彪，宋文韜，郭子卿

（武漢科技大學機械自動化學院，湖北 武漢 430081）

汽車領域層面，液壓系統得到了較好的應用，存在自身獨有的特點，具體優勢為：首先，可以產生強烈的驅動力，在控制上相對簡單，能夠達成遠程精準調控的效果。其次，可以在相當寬泛的區間里達成無級調速。再次，可以高效避免過載，保障設施作業時的可靠性。最后，在部件方面存在著重量輕的特點，并且外形尺寸小，展開安裝作業時位置能夠實現自由布置。在機電液耦合器層面，其液壓能轉化系統，可以實現對其他兩種能量進行轉化，最終成為液壓能，由此給冷卻系統支持足夠的驅動力。將液壓油當成對應的冷卻介質，流經耦合器冷卻油道，表現出冷卻效率高且速度高的特點，避免了別的冷卻介質的干擾。在液壓能轉化系統方面，實現液壓和冷卻回路的高效連接，能夠防止液壓回路出現冗余的情況，整個液壓系統更加簡潔有效，達成對應的功能。

1 機電液耦合器液壓冷卻系統介紹

以該系統功能而言，關鍵所在為驅動裝置，由主機電液耦合器構成，從而達成相應的冷卻液循環，并展開電磁閥調節，以促成對應工況的回路匹配，在該系統層面主要的功能表現為快速熱機、輔助車輛啟動、制動等。在額定轉速方面，對應的數據為1400r/min，而在額定功率方面則是為18kW。圖1為機電液耦合器冷卻系統液壓原理圖。

圖1 機電液耦合器冷卻系統液壓原理圖

2 冷卻系統仿真模型建立

2.1 模型建立的前提條件

為促使運算速度得以提升，展開系統的簡化作業，構建冷卻系統模型時應該滿足下列情況。

（1）在環境溫度方面，應該處于25℃狀態下，且能夠保持自然無風。

（2）對應的換熱經過表現為兩個方面：一是機電液耦合器產熱；二是冷卻器散熱。

（3）為促使仿真適用性得以提升，未展開內部機構建模作業，借助電機、變量泵等進行代替，由此達成功能的實現，這會給熱損耗功率帶來相應的補償。

2.2 液壓冷卻系統建模

展開相應的建模時，必須詳細地閱讀參考元件手冊，研究系統的對應參數，且進行積極的聯系應用，積極了解不同元件的參數以及特性，科學構建模型參數，由此實現冷卻系統液壓回路仿真模型的構建，具體為圖2。

圖2 AMESim液壓冷卻系統仿真模型

2.3 冷卻系統模型簡介和參數設置

展開冷卻系仿真，由此分析不同工況下的運行冷卻情況。展開相應的仿真作業時，應該借助雙向變量泵、雙向變量馬達和發動機換熱模型模擬機電液耦合器不同工況的運行情況，為確保數據的精準有效，仿真時必須從工況實際出發，由此實現對熱力學模型熱壓元件的接口順序及參數值的有效調整，而借助仿真工作能夠獲得液壓回路里不同的壓力流量數據，由此實現對方案的評估研判。在進行換熱計算時，主要借助流換熱系數等展開的，通過AMESim平臺，展開對所構建系統的等效模擬，達成對別的熱交換經過高效仿真。為了保障所構建系統的安全裕度，在系統損耗方面，對應的值是耦合器功率的1/10。

3 仿真結果分析

3.1 散熱器和冷卻風扇對系統穩態溫度的影響

如果散熱器不再進行運轉作業，系統溫度則呈現持續提升的態勢，這是因為冷卻液方面的因素所致，其在經過冷卻油道時，冷卻液會與耦合器展開換熱，耦合器熱量會被低溫冷卻液所吸收，然而這時候散熱器呈現關閉裝填，致使液壓油熱量無法在第一時間進行耗散，因此發生持續溫升的情況。仿真開始環節，由于低壓蓄能器中存在一定的常溫油，因此，在冷卻油道入口處，對應的油溫未實現急速提升；而在冷卻油道出口處，對應的溫度亦會由此出現小幅度的溫升，接著則是變緩；當低壓蓄能器中的常溫油排空，這種狀況下會使得冷卻油道入口溫度隨之增加，而在出口溫度上亦會提升，應為管道和空氣存在著一定的對流，這會使得一些熱量借由管道進行散發，由此相對于冷卻油道出口冷卻油的溫度情況，低壓蓄能器回油溫度表現得更低。

3.2 流量對冷卻系統穩態溫度的影響

以機電液耦合器來看，發生斜盤傾角的狀況，亦或存在主回路溢流閥開啟壓力改變的情況，便會造成主油路受到影響，相應的壓力亦會由此發生變化，在對液耦合器冷卻油道內液壓油的流速帶來影響的同時，亦會對液壓油速度產生作用，這也就意味著會對熱交換效率造成相應的影響；而在主油路層面，亦會存在著壓力以及流量的改變，這對系統需求功率會產生對應的影響，造成系統出現無謂的能量損耗，由此使得耦合器效率發生相應的減弱。

3.3 系統特性模擬及穩態溫度分析

（1）啟動工況。車輛啟動時，以機電液耦合器來看，其會處在馬達工況，在高壓蓄能器方面，主要發揮輔助動力源的功能，由此通過液壓能的作用，實現對液耦合器的有效驅動。如果節流閥開度發生變化的話，那么高壓蓄能器便會由此被影響，主要表現在排出流量等方面，這樣在車輛啟動的時候，能夠達成對扭矩的調節。通過此次仿真可以發現，工況啟動狀態下，不存在電功率損耗。該環節，在冷卻系統方面，并未運轉，處于正常行駛工況狀態，高壓蓄能器則是表現為斷開狀態。

（2）行駛工況。處于正常行駛下，機電液耦合器會表現為電機、泵聯合工況。該環節，電能出現變化，主要表現為液壓能。此時的系統，則是會存在電功率損耗的情況，并且會升高。回油溫度上，假如比設定值更大，那么換向閥會隨之導通，促使冷卻系統進行作業。能夠發現系統負載提升的話，熱平衡溫度亦會隨之增加。因為車輛行駛時，相應的負載會出現提升，這會造成功率需求的加大。

（3）高速工況。在汽車高速行駛狀態下，相應的需求功率會比平時表現的更高，此時使機電液耦合器處于電動機狀態得最佳效率區間，剩余部分的需求功率通過高壓蓄能器提供，高壓蓄能器作為輔助動力源向系統主油路供油，增加回路流量，提高耦合器轉速，實現液壓能到機械能的轉變，以此來補充電功率的缺口。高壓蓄能器的使用一方面使得液壓能得到合理利用，另一方面，也提高了耦合器電動機工況下的效率。

4 結語

本文通過AMESim仿真平臺的有效使用，構建出機電液耦合器液壓冷卻系統仿真模型，由此探析系統散熱的相關情況。而以實際效果可以發現，冷卻風扇的轉速、冷卻液的流量、負載的大小以及行駛狀態的不同對系統溫度的作用相當顯著，本文據此給出了相關的參數選取建議。