工程机械用独立冷却系统
概述
随着世界各国对环境的重视及签定京都协议的国家越来越多，各个城市对工程机械排放的要求也越来越严格，而为了达到相应的排放标准，在进行整机设计时就应该考虑燃料的充分利用，而要作到这一点就应该对整机的功率分配上进行良好的优化。为了最优利用发动机的燃油效率，确保排放保持在ＥＵＲＯ－３（欧洲第三阶段排放）排放标准限定量最高值以下，并且使整机的磨损最小，发动机必须快速达到它要求的工作温度并且保持恒定。冷却系统的目的是使冷却系统散发从发动机带入水箱的热量并冷却发动机机体及冷却其它系统的散热器（见图１）。而我国现有柴油发动机均为Ｖ型带或发动机直接带动冷却风扇冷却，冷却能力只随发动机变化而变化，功率调节范围非常小，在应用过程中有极大的浪费，当发动机低温应用时存在过冷现象，造成发动机损伤。
因此，就很有必要研究智能独立冷却系统，使发动机负载快速变化时，冷却系统仍能保持进气和冷却水的温度在一个很小的误差范围内。
１?独立冷却系统原理
独立冷却系统由液压泵、驱动马达、风扇、水箱和温度压力阀等构成，其工作原理如下：
当发动机起动后，温度传感器对水温及油温进行测试，若温度较低，不需冷却，则温度压力阀控制液压泵的流量或驱动马达的转速使其为零，则风扇的转速为零，无散热功率损失。若温度上升，则温度压力阀将温度根据一定的计算公式转换为液压泵的排量或马达的转速，并使其随温度动态变化，从而达到控制风扇转速的目的，使风扇的转速与图１所要求的一致，散热功率损失达到最小，整机的功率利用燃油率达到最优化。
２?智能独立冷却系统的主要优点：
散热风扇的转速可以从最大到最小进行无级调速。
散热风扇可以独立装配，能够被安装在车辆的任意位置，对整机进行造型设计及空间布置上有很大优势。
冷却系统对多个工作参数同时检测，可以对水温、液压油温、传动油温等同时进行监测。
系统具备精确的功率的控制，没有节流损失，消耗能源低；自动防故障装置功能，保证系统的正常运行。
风扇转速不依赖于发动机转速而是根据散热量决定。
水箱的冷却性能由它的冷却能力和空气质量流量决定，它也依赖于水箱的结构设计、导致轮廊和风扇轮的直径，也与风扇速度有关，因此可以配不同性能的水箱达到不同的效果。
３?智能独立冷却系统的几种风扇驱动控制形式：
智能独立冷却系统的风扇驱动控制形式如图２所示，有机液控制和电流控制两种：
机液控制是一种简单使用系统，换句话说，仅仅只有一个或两个流体参数被控制，所用液压动力源可选定量齿轮泵或变量柱塞泵，执行装置为恒速马达，而温度压力阀则对所控制的参数进行反馈进而控制马达的转速，达到控制目的。
如图所示：
两种控制形式不同之处在于：图ａ为定量泵系统，流量不可以变，当温度变化时，温度传感器将电信号传递给温度压力阀，改变温度压力阀的出油压力，从而改变优先阀的控制油压，使泵到马达的流量发生变化，从而控制风扇的转速。图ｂ为变量泵，所以变量泵的流量直接受温度压力阀的出油压力控制，不存在优先阀，更能减少功率的损失。
电液控制的优点是允许更快的信号处理和一个更高控制性能。复杂系统能够检测多个气液温度和开关信号。如图所示：
图３ 电液控制原理图
电液控制原理基本等同与机液控制，但是所控制的参数可以根据整机的监控器的需要进行增加，并在整机监控器上进行编程，从而对不同参数分配不同的散热功率，从而达到更佳的效果，提高燃油的利用率。降低功耗。
４?独立冷却系统的设计要点及应用范围：
独立冷却系统的适应工作温度范围从４０℃到１００℃，特别适宜用于散热片污染或在高海拔工作时当水箱性能降低时，风扇转速会自动增加，当电控失效的情况下风扇以最高功率运转，从而保证系统的正常运行。
如果有些要求特别的产品，如：排放及噪音等，尽管发动机负载变化很快，所有这些要求和标准可能需要一个用变量泵液压驱动的风扇。
设计冷却系统应重点注意以下几点：
发动机的最小和最大转速
发动机转速满足风扇最大能力
风扇的最大驱动功率
假若一个变量泵因空间或成本原因不能安装在柴油机上，定量泵通过旁路控制，并且驱动功率在１０～１５ＫＷ是一个好的方案。
根据需要，静压驱动风扇可选机液控制或电液控制。
机液控制一般用在简单的有一个或两个输入口的系统中。
越复杂的有很多的输入口的系统一般用柱塞泵或外啮齿轮驱动的电液控制系统。
应用范围：
能独立冷却系统现在被广泛使用在建筑机械、公共汽车、铁路牵引车，重型货物运输车辆和其它由柴油机驱动的机械上。
原作者： 徐工研究院 尹国会 景军清 朱艳平
来 源： 徐州工程机械杂志
