一種工程機械智能散熱管理系統及方法與流程
2023-12-06 20:25:01 3
本發明涉及智能機械技術領域，特別涉及一種工程機械智能散熱管理系統及方法。
背景技術：
工程機械工作條件比較惡劣，對發動機冷凍液、變矩器機油、液壓油等的散熱要求較高，特別是隨著使用環境溫度的提高與用戶對整機要求的提高，對冷卻與工作介質的溫度控制越來越精細。
國內外工程機械，散熱系統的布置方式多為散熱器集中布置，疊加在一起組成散熱器總成。根據風扇驅動方式分為：發動機直接驅動風扇的散熱系統，液壓馬達驅動風扇的獨立散熱系統，矽油離合器驅動風扇的獨立散熱系統，電控液壓馬達驅動風扇的獨立散熱系統。
發動機直接驅動風扇的散熱系統由發動機通過皮帶傳動聯接風扇並驅動，風扇轉速與發動機轉速形成一定速比，該系統成本最低，可滿足整機熱平衡的要求，但不節能，無控制策略。
液壓馬達驅動風扇的獨立散熱系統和矽油離合器驅動風扇的獨立散熱系統採用風扇與發動機脫離的方式，將發動機與散熱系統隔離，形成獨立的系統。其控制策略是通過發動機上帶的泵與風扇驅動馬達進行匹配，利用液壓閥調節進入風扇驅動馬達，實現調速，可定速或多速。
電控液壓馬達驅動風扇的獨立散熱系統在上述兩種方式的基礎上，採用變量泵或定量泵結合比例閥的方式，並安裝多個介質的溫度傳感器，通過控制器將上述部件組成一個閉環控制系統。該系統以先達到散熱需求的介質進行風扇速度控制，其餘部分不管是否需要均進行散熱。也有採用多組這種系統分別對介質進行散熱的，但此類系統成本太高。
總之以上散熱系統中，通過不同的風扇驅動型式實現了不同程度的節能，但集中散熱的散熱器多為串、並聯結合的形式，風扇需要克服多個散熱器的風阻。以發動機直接驅動風扇的集中散熱系統作為基準，在滿足散熱的情況下，發動機帶矽油離合器驅動風扇的集中散熱系統和液壓馬達驅動風扇的獨立散熱系統的綜合節能比例都在5%以下，而且，溫度高的散熱器的熱量有可能傳遞給溫度低的散熱器，也無法辨別散熱器的不同介質的散熱需求對其進行散熱，在一些大型機器上也僅僅是將個別散熱如液壓油的散熱獨立出來，採用液壓馬達驅動風扇的方式進行散熱。採用多個液壓馬達驅動風扇的獨立散熱系統分別對不同介質散熱的方式，但成本很高。
有鑑於此，本發明人對工程機械散熱系統深入研究，提出一種實現更好節能、降噪的工程機械智能散熱管理系統及方法，本案由此產生。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種工程機械智能散熱管理系統及方法，可有效提升散熱效果，節能減噪，降低成本投入以及提高工程機械智能化水平。
為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：
一種工程機械智能散熱管理系統，包括控制器以及分別與控制器連接的液壓油溫度傳感器、變矩油溫度傳感器、動力機冷卻水溫度傳感器、動力機中冷溫度傳感器、液壓油散熱風扇組、變矩油散熱風散組和動力機散熱風扇組，所有散熱風扇組的散熱風扇均為電驅動風扇；所述控制器內存儲了用於管控各散熱風扇組運行的控制策略，所述的控制策略是依據液壓油溫度傳感器、變矩油溫度傳感器、動力機冷卻水溫度傳感器和動力機中冷溫度傳感器採集到的各類介質溫度數據對各風扇組進行開/關控制和轉速控制。
所述液壓油散熱風扇組包括一臺散熱風扇，變矩油散熱風散組包括兩臺散熱風扇，而動力機散熱風扇組包括四臺散熱風扇，動力機散熱風扇組中，其中兩臺散熱風扇用於動力機冷卻水散熱，另外兩臺散熱風扇用於動力機中冷散熱。
一種工程機械智能散熱管理方法，包括以下步驟：
步驟一：在控制器中存入控制策略，設置用於控制各散熱風扇組運行狀態的溫度閾值；
步驟二：液壓油溫度傳感器、變矩油溫度傳感器、動力機冷卻水溫度傳感器和動力機中冷溫度傳感器分別將其採集的液壓油溫度數據、變矩油溫度數據、動力機冷卻水溫度數據、動力機中冷溫度實時地發送至控制器；
步驟三：控制器分別將步驟二採集的各類介質溫度與溫度閾值進行比較，依據比較結果和其存儲的控制策略，向各散熱風扇組下達控制指令；
步驟四：各散熱風扇組根據控制指令啟動、停止運行或者調整各自轉速。
所述溫度閾值包括啟動/停止閾值、轉速調節閾值。
所述控制策略包括：
1）當液壓油溫度、變矩油溫度、動力機冷卻水溫度或動力機中冷溫度達到或降低至啟動/停止閾值，則開啟或關閉對應的散熱風扇組；
2）當液壓油溫度、變矩油溫度、動力機冷卻水溫度或動力機中冷溫度達到啟動/停止閾值和轉速調節閾值，則開啟對應的散熱風扇組，並在一定的時段內保持散熱風扇組的轉速；
3）當液壓油溫度、變矩油溫度、動力機冷卻水溫度或動力機中冷溫度達到轉速調節閾值，則開啟對應的散熱風扇組，並在一定的時段控制各散熱風扇組的轉速階段式提升；
4）當液壓油溫度、變矩油溫度、動力機冷卻水溫度或動力機中冷溫度達到預設值，則開啟對應的散熱風扇組，並在一定的時段內控制散熱風扇組的轉速不斷提升。
所述控制策略4）中，散熱風散組轉速提升的方式可以是勻速、減速提升或加速提升。
採用上述方案後，本發明具有以下優點：
一、本發明通過針對性地採集各類介質溫度數據，在控制器中對比判斷後，採用對應的控制策略分別對各散熱風扇組進行針對性控制，每個介質的從溫度數據採集、溫度對比可控制策略的執行都是獨立進行的，互不幹擾；
二、對於不同的散熱風扇組可以制定不同的控制策略，實現定製化控制，最大程度上結合工程機械各部分的熱源特點，進行散熱的智能化控制，以達到更好的散熱效果，將介質溫度控制在最合理狀態，與現有散熱系統相比綜合節能10%以上，而且實現最大程度的節能減噪，投入成本降低，還提高了工程機械的智能化水平；
三、溫度數據實時地採集至控制器，配合控制器迅速地將其控制指令發送至散熱風扇進行執行，響應速度快，無延時，散熱速度有效提升。
以下結合附圖及具體實施例對本發明做進一步說明。
附圖說明
圖1是本發明各散熱風扇組結構示意圖；
圖2是本發明一種工程機械智能散熱管理系統結構圖；
圖3是本發明一種工程機械智能散熱管理方法的流程簡圖；
圖4是本發明一種控制策略的散熱風扇轉速調節圖；
圖5是本發明另一種控制策略的散熱風扇轉速調節圖；
圖6是本發明又一種控制策略的散熱風扇轉速調節圖；
圖7是本發明應用於柴油機測試的直線作業油耗和熱平衡參數圖；
圖8是本發明應用於柴油機測試的v型作業油耗和熱平衡參數圖。
標號說明
控制器1，液壓油溫度傳感器2，變矩油溫度傳感器3，動力機冷卻水溫度傳感器4，動力機中冷溫度傳感器5，液壓油散熱風扇組6，變矩油散熱風散組7，動力機散熱風扇組8，散熱風扇9。
具體實施方式
如圖1-2所示，本發明揭示的一種工程機械智能散熱管理系統，一種工程機械智能散熱管理系統，包括控制器1以及分別與控制器1連接的液壓油溫度傳感器2、變矩油溫度傳感器3、動力機冷卻水溫度傳感器4、動力機中冷溫度傳感器5、液壓油散熱風扇組6、變矩油散熱風散組7和動力機散熱風扇組8，所有散熱風扇組的散熱風扇均為電驅動風扇；控制器1內存儲了用於管控各散熱風扇組運行的控制策略，控制策略是依據液壓油溫度傳感器2、變矩油溫度傳感器3、動力機冷卻水溫度傳感器4和動力機中冷溫度傳感器5採集到的各類介質溫度數據對各風扇組進行開/關控制和轉速控制。
液壓油溫度傳感器2用於採集液壓油溫度數據並將該數據發送至控制器1，變矩油溫度傳感器3用於採集變矩油溫度數據並將該數據發送至控制器1，動力機冷卻水溫度傳感器4用於採集動力機冷卻水溫度數據並將該數據發送至控制器1，動力機中冷溫度傳感器5用於採集動力機中冷溫度數據並將該數據發送至控制器1。
其中，本實施例的液壓油散熱風扇組6包括一臺散熱風扇9，變矩油散熱風散組7包括兩臺散熱風扇9，而動力機散熱風扇組8包括四臺散熱風扇9，動力機散熱風扇組8中，其中兩臺散熱風扇9用於動力機冷卻水散熱，另外兩臺散熱風扇9用於動力機中冷散熱。
採用上述一種工程機械智能散熱管理系統進行智能散熱管理的方法，包括以下步驟：
步驟一：在控制器中存入控制策略，設置用於控制各散熱風扇組運行狀態的溫度閾值；
步驟二：液壓油溫度傳感器、變矩油溫度傳感器、動力機冷卻水溫度傳感器和動力機中冷溫度傳感器分別將其採集的液壓油溫度數據、變矩油溫度數據、動力機冷卻水溫度數據、動力機中冷溫度實時地發送至控制器；
步驟三：控制器分別將步驟二採集的各類介質溫度與溫度閾值進行比較，依據比較結果和其存儲的控制策略，向各散熱風扇組下達控制指令；
步驟四：各散熱風扇組根據控制指令啟動、停止運行或者調整各自轉速。
所述溫度閾值包括啟動/停止閾值、轉速調節閾值。
所述控制策略包括：
1）當液壓油溫度、變矩油溫度、動力機冷卻水溫度或動力機中冷溫度達到或降低至啟動/停止閾值，則開啟或關閉對應的散熱風扇組；
2）當液壓油溫度、變矩油溫度、動力機冷卻水溫度或動力機中冷溫度達到啟動/停止閾值和轉速調節閾值，則開啟對應的散熱風扇組，並在一定的時段內保持散熱風扇組的轉速，如圖4所示；
3）當液壓油溫度、變矩油溫度、動力機冷卻水溫度或動力機中冷溫度達到轉速調節閾值，則開啟對應的散熱風扇組，並在一定的時段控制各散熱風扇組的轉速階段式提升，如圖5所示；
4）當液壓油溫度、變矩油溫度、動力機冷卻水溫度或動力機中冷溫度達到預設值，則開啟對應的散熱風扇組，並在一定的時段內控制散熱風扇組的轉速不斷提升，散熱風散組轉速提升的方式可以是勻速、減速提升或加速提升，如圖6所示為加速提升的轉速隨時間變化調節示意圖。
以下是本發明一種工程機械智能散熱管理系統應用於柴電噴柴油機的測試實例：
試驗依據為jb/t3688.3-1998《輪胎式裝載機試驗方法》，檢測xg956iii配裝工程機械智能散熱系統的整機有關性能參數，柴油機型號sc8dk220g3，功率160kw，試驗結果如圖7和8所示：
由圖7中可以看出，直線作業油耗和熱平衡參數中，整機各項溫度一直保持在最佳工作溫度，符合要求；原配置直線作業半小時消耗燃油7.9kg/46鬥，折合0.172kg/鬥；換裝智能風扇後直線作業半小時燃油消耗7.11kg/47鬥，折合0.151kg/鬥；整機燃油效率提升12％。
由圖8中可以看出，v型作業油耗及熱平衡參數中，整機各項溫度一直保持在最佳工作溫度，符合要求；原配置直線作業半小時消耗燃油5.9kg/44鬥，折合0.134kg/鬥；換裝智能風扇後直線作業半小時燃油消耗5.67kg/47鬥，折合0.121kg/鬥；整機燃油效率提升10％。
因此，本採用發明工程機械智能散熱系統可在不影響整機熱平衡的情況下，有效提升工作效率。
以上僅為本發明的具體實施例，並非對本發明的保護範圍的限定。凡依本案的設計思路所做的等同變化，均落入本案的保護範圍。