淺析筑路機(jī)械冷卻裝置液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉海軍

（日照市公路管理局，山東 日照 276800）

摘要：在筑路機(jī)械設(shè)備中，冷卻裝置很重要。液壓驅(qū)動(dòng)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。基于這種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)筑路機(jī)械冷卻裝置液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求展開(kāi)了分析，并從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)冷卻和電氣系統(tǒng)等方面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：筑路機(jī)械；冷卻裝置；液壓驅(qū)動(dòng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

1 筑路機(jī)械冷卻裝置液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

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

2 筑路機(jī)械冷卻裝置液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探究

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在筑路機(jī)械設(shè)備中，發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)是兩個(gè)主要的發(fā)熱部件，擁有不同的正常工作溫度范圍，對(duì)冷卻裝置有著不同的要求，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)需要分別進(jìn)行冷卻。具體來(lái)講，就是要將風(fēng)扇和散熱器分開(kāi)放置，從而完成兩個(gè)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和液壓冷卻系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，筑路機(jī)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(dá)、電磁比例溢流閥和油箱等多個(gè)部件構(gòu)成。在裝置運(yùn)行的過(guò)程中，這些部件都將發(fā)揮重要作用。而兩個(gè)冷卻系統(tǒng)需要共用一個(gè)電控單元，然后利用不同溫度傳感器分別進(jìn)行風(fēng)扇和水泵轉(zhuǎn)速的控制。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)，可以利用液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行風(fēng)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(shí)現(xiàn)風(fēng)扇及水泵轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則能實(shí)現(xiàn)液壓冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇控制，即利用電控單元在液壓油溫達(dá)到上下極限值時(shí)進(jìn)行啟?？刂啤?/p>

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻設(shè)計(jì)

在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)采用無(wú)級(jí)調(diào)壓回路作為系統(tǒng)液壓基本回路，并在回路中進(jìn)行溢流閥的安裝，從而利用閥的調(diào)整壓力進(jìn)行液壓泵出口壓力的控制，進(jìn)而使其保持恒定。在實(shí)際選用溢流閥時(shí)，應(yīng)選用先導(dǎo)型溢流閥，以實(shí)現(xiàn)大過(guò)流量、高穩(wěn)壓精度的液壓控制，并實(shí)現(xiàn)過(guò)程連續(xù)控制。發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度可利用溫度傳感器檢測(cè)，其能夠?qū)z測(cè)到信號(hào)傳遞至電控單元。完成該信號(hào)處理后，電控單元將發(fā)出控制信號(hào)，從而進(jìn)行溢流閥輸入電流的調(diào)節(jié)。考慮到溢流閥調(diào)整壓力與輸入電流呈一定比例，所以可以通過(guò)改變輸入電流進(jìn)行節(jié)流回路溢流量的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力差的調(diào)節(jié)。通過(guò)改變油壓，則能實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇和水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。但是，如果頻繁啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇，容易導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到影響，并且導(dǎo)致馬達(dá)啟動(dòng)效率過(guò)低。針對(duì)這一情況，還應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)處在較低溫度的條件下，使冷卻風(fēng)扇保持最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。該轉(zhuǎn)速需要在溢流閥全開(kāi)的條件下得到，需要忽略風(fēng)扇消耗功率。此外，冷卻風(fēng)扇如果功率過(guò)高，就會(huì)產(chǎn)生噪聲。因此，還應(yīng)按照最大熱負(fù)荷工況進(jìn)行風(fēng)扇最高轉(zhuǎn)速的確定，然后確認(rèn)最大與最小控制電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的合理調(diào)節(jié)。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的確認(rèn)，并使系統(tǒng)在這一范圍內(nèi)根據(jù)冷卻液溫度測(cè)量結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變速控制。

發(fā)動(dòng)機(jī)溫度測(cè)控系統(tǒng)屬于一種動(dòng)態(tài)測(cè)控系統(tǒng)，以當(dāng)前冷卻液溫度和目標(biāo)冷卻溫度為依據(jù)，系統(tǒng)能夠?qū)Ρ壤y控制電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。冷卻水正常溫度范圍為80～90℃，不得超過(guò)95℃，這就需要將維持風(fēng)扇最低轉(zhuǎn)速工作的下限溫度設(shè)置為80℃，在控制的過(guò)程中，溫度傳感器一旦測(cè)量溫度超過(guò)90℃，則會(huì)自動(dòng)控制水泵和風(fēng)扇以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而逐漸降低發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度，此時(shí)電控單元能夠根據(jù)冷卻液溫度測(cè)量信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)溢流閥輸入電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)降低輸入電流來(lái)減小溢流閥調(diào)整壓力，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的降低，冷卻風(fēng)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(dāng)測(cè)得冷卻液溫度低于80℃的時(shí)候，溢流閥全開(kāi)，水泵和風(fēng)扇以最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，直到冷卻液溫度達(dá)到90℃為止。即系統(tǒng)能夠以發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度為依據(jù)來(lái)對(duì)風(fēng)扇和水泵轉(zhuǎn)速自動(dòng)化調(diào)整，滿足筑路機(jī)械散熱需求。該發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻設(shè)計(jì)不僅能夠控制風(fēng)扇以最低轉(zhuǎn)速或最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，還能夠根據(jù)冷卻液溫度測(cè)量結(jié)果和變化實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)與水泵的變速轉(zhuǎn)換控制。

2.3 液壓冷卻設(shè)計(jì)

在液壓冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)70℃，以免油液老化變質(zhì)或粘度過(guò)大，進(jìn)而導(dǎo)致液壓元件泄漏量增加或給液壓油泵吸油帶來(lái)困難。所以實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)將液壓油溫度設(shè)定在50～60℃范圍內(nèi)，使冷卻風(fēng)扇在液壓油溫度為50℃時(shí)停止工作，并在溫度為60℃時(shí)開(kāi)始工作。利用液壓油溫度傳感器，則能將液壓油溫度信號(hào)傳遞至電控單元，然后由電控單元判斷是否達(dá)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(hào)傳輸過(guò)程的設(shè)置，以便使溫度信號(hào)能夠得到及時(shí)傳遞，進(jìn)而使機(jī)械各部件的運(yùn)行得到協(xié)調(diào)。

2.4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械操作也在向著自動(dòng)化的方向發(fā)展。所在設(shè)計(jì)冷卻裝置液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而在設(shè)備內(nèi)部完成自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)而為人的操作提供輔助。首先，還應(yīng)加強(qiáng)電氣線路保護(hù)功能設(shè)計(jì)，利用系統(tǒng)“自檢測(cè)”實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)。采取該種設(shè)計(jì)方式，能夠使設(shè)備在線路電流或電壓超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)實(shí)現(xiàn)線路異常信號(hào)的調(diào)控，從而為設(shè)備的安全運(yùn)行提供保障。其次，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)控功能設(shè)計(jì)，即利用系統(tǒng)完成視聽(tīng)信號(hào)的及時(shí)捕捉，以便對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判定。采取該技術(shù)，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的各種異常問(wèn)題，從而通過(guò)解決這些問(wèn)題降低設(shè)備故障發(fā)生率。最后，還應(yīng)加強(qiáng)控制功能設(shè)計(jì)，利用電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜設(shè)備的自動(dòng)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(shí)將故障電路切斷，以保護(hù)其他部件及線路。

2.5 故障處理方案設(shè)計(jì)

對(duì)于冷卻裝置液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)受到多方面因素的影響，例如運(yùn)行負(fù)荷、運(yùn)行時(shí)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(gè)冷卻系統(tǒng)規(guī)劃布置過(guò)程中，設(shè)計(jì)階段至關(guān)重要，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要統(tǒng)籌考慮后期液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障處理問(wèn)題，并設(shè)計(jì)應(yīng)急處理方案，以此來(lái)保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)冷卻裝置故障處理方案如下：①在發(fā)生故障之后，對(duì)冷卻系統(tǒng)中散熱器、液壓泵等設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)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(zhǔn)備；③查找故障原因，并制定簡(jiǎn)單的處理措施，盡可能的降低故障帶來(lái)的不利影響。

3 結(jié)語(yǔ)

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(jī)械始終處在高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。加強(qiáng)原有冷卻裝置的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)，則能使系統(tǒng)的冷卻功能得到完善，進(jìn)而使筑路機(jī)械始終保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

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中圖分類號(hào)：U415.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0711（2017）04（上）-0094-02