专利名称：一种制冷式液压系统的油温控制系统和控制方法
技术领域：
本发明涉及液压传动与液压控制技术领域，尤其涉及一种制冷式液压系统的油温 控制系统及其控制方法。
背景技术：
液压传动与液压控制系统中，传统的液压油温冷却控制方式是利用相对温度较低 的冷却水或者风对液压油进行冷却。风冷方式由于温差小，冷却效率低；水冷方式除温差 小、冷却效率低外，还存在水资源浪费、污染环境、使用不便、温度控制精度低导致液压工作 介质粘度和压力损失变化大、流量不稳定等问题。这两种方式在控制精度上存在严重的不 足，特别是对于循环流动的液压油冷却，其精度只能达到正负一度，并且其冷却温度下限受 到冷却水温及风的温度的影响，传统方法无法满足对液压油温度稳定性要求较高的应用场 合。对于机械零部件来说，温度稳定性差其热变形就不稳定，对其精度有很大影响，不能满 足精密机械设备的要求。
发明内容
本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种制冷式液压系统的油温控制系统 和控制方法，提高液压油温的控制精度，提高传热效率、加快冷却速度。本发明的技术方案是一种制冷式液压系统的油温控制系统，包括制冷装置和制 冷控制装置，所述制冷装置包括依次用管道相连、并构成一个封闭循环系统的制冷压缩机、 冷凝器、节流装置和蒸发式热交换器，所述管道内通有制冷剂；所述制冷控制装置包括单片 机控制模块、温度传感器和功率驱动器，所述功率驱动器的输入端和单片机控制模块的信 号输出端相连，根据单片机控制模块的不同输出信号产生不同频率的交流电，功率驱动器 的输出端和制冷压缩机的供电电源相连。进一步的，所述的一种制冷式液压系统的油温控制系统中，所述蒸发式热交换器 的输入端连接热油管道，输出端和冷油管道相连，所述冷油管道和油箱相连，所述温度传感 器设置在所述油箱内检测油温。进一步的，所述的一种制冷式液压系统的油温控制系统中，所述温度传感器的信 号输出端通过有源滤波电路连接单片机控制模块的输入端。进一步的，所述的一种制冷式液压系统的油温控制系统中，所述温度传感器为钼 电阻传感器。进一步的，所述的一种制冷式液压系统的油温控制系统中，所述单片机控制模块 包括采集温度信号并进行数据处理的信号采集处理模块，以及中央处理器模块和控制量 表，所述信号采集处理模块计算实时温度和温度阈值的温度差值以及实时温度差值的变化 率，单片机控制模块根据温度差值和温度差值的变化率查询控制量表，得出控制量值，输入 中央处理器模块，中央处理器模块根据所述控制量值输出PWM脉冲波，并输出给功率驱动器。
本发明还提出了一种制冷式液压系统的油温控制方法，应用于上述的油温控制系 统，包括以下步骤
1)热液压油从热油管道通入蒸发式热交换器中，与蒸发式热交换器中的制冷剂发生热 量交换，冷却后的液压油从冷油管道输出，通到油箱中；
2)吸收了热液压油热量的制冷剂在蒸发式热交换器中汽化，并被吸入制冷压缩机，制 冷压缩机将汽化制冷剂压缩，得到高温高压的汽化制冷剂，并通入到冷凝器中；在冷凝器 中，汽化制冷剂被常温冷却介质冷却，凝结成高压液体，随后流过节流装置，节流装置将其 汽化成低温低压的湿蒸汽，又通入到蒸发式热交换器中，再次与热液压油交换热量；
3)温度传感器感应油箱中液压油的温度，并将温度信息发送给单片机控制模块，单片 机控制模块采集温度信号并进行数据处理，得出控制量值，输出控制信号给功率驱动器；
4)功率驱动器输出一定频率的交流电给制冷压缩机，控制制冷压缩机的转速。进一步的，所述步骤3)中，单片机控制模块采集温度信号并进行数据处理，计算实 时温度和温度阈值的温度差值以及实时温度差值的变化率，并根据温度差值和温度差值的 变化率查询控制量表，得出控制量值。本发明的优点是本制冷式液压油温精确控制系统采用对液压油直接制冷的方式 进行冷却，并采用模糊控制原理对系统进行温度控制，与传统的液压油冷却控制系统相比， 具有传热效率高、冷却速度快、温度控制精度高、操作方便、节能环保等优点，达到对液压油 温度的精确快速控制。这个系统也可用于各种液体、固体部件、机械设备等物体的冷却降 温。另外，由于本系统不使用水冷，因此能节约用水，更环保、更经济。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
图1为本发明的制冷式液压系统的油温控制系统的制冷装置的结构原理图； 图2为本发明的制冷式液压系统的油温控制系统的制冷控制部分的结构示意图。其中1冷凝器；2干燥过滤器；3压缩机；4节流装置；5蒸发式热交换器；6单 片机控制模块；7温度传感器；8功率驱动器；9热油管道；10冷油管道；11有源滤波电 路；12油箱。
具体实施例方式实施例一种制冷式液压系统的油温控制系统，包括制冷装置和制冷控制装置，如 图ι所示，制冷装置包括依次用管道相连、并构成一个封闭的循环系统的制冷压缩机3、冷 凝器1、节流装置4和蒸发式热交换器5，管道内通有制冷剂。如图2所示，制冷控制装置包 括单片机控制模块6、温度传感器7和功率驱动器8，功率驱动器8的输入端和单片机控制 模块6的信号输出端相连，根据单片机控制模块6的不同输出信号产生不同频率的交流电， 给制冷压缩机3供电。蒸发式热交换器5的输入端连接热油管道9，输出端和冷油管道10 相连，冷油管道10和油箱12相连，温度传感器7设置在油箱12内，检测油箱内的油温。温 度传感器7的信号输出端通过有源滤波电路11连接单片机控制模块6的输入端，有源滤波 电路用于滤除干扰和杂波。在本实施例中，温度传感器7采用高精度的钼电阻传感器。节 流装置4可以为毛细管、电子膨胀阀或热力膨胀阀。本实施例采用膨胀阀。膨胀阀能使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，膨胀阀通过蒸发式热交换器末端 的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发式热交换器面积利用不足和敲缸现象。单片 机控制模块6包括信号采集处理模块、中央处理器模块和控制量表。在本实施例中，在冷凝 器1和节流装置4之间，还连有干燥过滤器2，用于过滤杂质。本制冷式液压系统的油温控制系统的工作过程是热液压油通过热油管道9通入 蒸发式热交换器5中，与蒸发式热交换器5中的低压、低温的制冷剂发生热量交换，冷却后 的液压油从冷油管道10输出，通到油箱12中。吸收了热量的制冷剂在蒸发式热交换器汽 化，带走了液压油的热量从而达到冷却的目的。然后汽化的制冷剂被吸入制冷压缩机，制冷 压缩机将汽化制冷剂压缩，得到高温高压的汽化制冷剂，通入到冷凝器1中，被常温冷却介 质(例如水或空气等)冷却，凝结成高压液体，然后流到节流装置中，节流装置将其汽化成低 温低压的湿蒸汽，然后又通入到蒸发式热交换器5中，再次与热液压油交换热量。温度传感器7感应油箱12中的油温，并将信号传输给单片机控制模块。单片机控 制模块的信号采集处理模块采集温度信号并进行数据处理，计算实时温度和温度阈值的温 度差值以及实时温度差值的变化率。单片机控制模块6根据温度差值和温度差值的变化率 查询控制量表，得出控制量值，输入中央处理器模块，中央处理器模块根据所述控制量值输 出PWM脉冲波，并输出给功率驱动器8。该PWM脉冲波控制功率驱动器中的门电路的通断， 并输出一定频率的交流电给制冷压缩机，采用变频技术改变压缩机的供电频率，使压缩机 的转速按照要求发生变化，从而控制制冷压缩机的制冷量，使油箱中的油温始终保持设定 的温度。交流电的频率越低，则制冷压缩机的转速越小，制冷量越少。通过改变制冷量的大 小，达到对不同状况下的油温的精确控制。本实施例采用C504单片机控制模块，该模块内部带有10位的A/D转换器，每秒采 集十次温度数据，去除温度最高值与最低值，然后对其他8个数据求平均得出检测的温度 值，这样检测的值可以去掉随机误差。然后对温度误差与误差变化率进行模糊推理，也就是 查控制量表，得出一个控制量，输入到单片机控制模块的中央处理器模块，中央处理器模块 输入一定频率的PWM波。该控制量表采用模糊控制原理生成，和温度阈值一样，是事先设置 在单片机控制模块内的。模糊控制是用模糊数字的知识模仿人脑的思维方式，对模糊现象 进行识别和判断，给出精确的控制量，对被控对象进行控制。模糊规则如下
(1)当温度误差大或者较大时，选择较大的输出量，以求尽快消除误差为主，而当误差 小或者较小时，选择较小的输出量，从而防止系统超调，主要来保证系统的稳定性；
(2)当温度误差为负时，若温度误差变化率为正，则相应输出较小的调节量，变化率为 负则输出较大的调节量；当温度误差为正时，温度误差变化率为正，则相应输出较大的调节 量，变化率为负则输出较小的调节量。本实施例采用高精度钼电阻传感器、高精度的单片机控制模块，去最大、最小值求 平均的采样方法，以及模糊控制理论得到的控制量表也确保高精度的温度控制。以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明实施的范围，凡依本 发明权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本发明覆盖的保护范围。
权利要求
一种制冷式液压系统的油温控制系统，包括制冷装置和制冷控制装置，其特征在于所述制冷装置包括依次用管道相连、并构成一个封闭循环系统的制冷压缩机(3)、冷凝器(1)、节流装置(4)和蒸发式热交换器(5)，所述管道内通有制冷剂；所述制冷控制装置包括单片机控制模块(6)、温度传感器(7)和功率驱动器(8)，所述功率驱动器(8)的输入端和单片机控制模块(6)的信号输出端相连，根据单片机控制模块(6)的不同输出信号产生不同频率的交流电，功率驱动器(8)的输出端和制冷压缩机(3)的供电电源相连。
2.根据权利要求1中所述的一种制冷式液压系统的油温控制系统，其特征在于所述 蒸发式热交换器(5)的输入端连接热油管道(9)，输出端和冷油管道(10)相连，所述冷油管 道(10)和油箱(12)相连，所述温度传感器(7)设置在所述油箱(12)内检测油温。
3.根据权利要求1中所述的一种制冷式液压系统的油温控制系统，其特征在于所述 温度传感器(7)的信号输出端通过有源滤波电路(11)连接单片机控制模块(6)的输入端。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种制冷式液压系统的油温控制系统，其特 征在于所述温度传感器(7)为钼电阻传感器。
5.根据权利要求1中所述的一种制冷式液压系统的油温控制系统，其特征在于所述 单片机控制模块(6)包括采集温度信号并进行数据处理的信号采集处理模块，以及中央处 理器模块和控制量表，所述信号采集处理模块计算实时温度和温度阈值的温度差值以及实 时温度差值的变化率，单片机控制模块(6)根据温度差值和温度差值的变化率查询控制量 表，得出控制量值，输入中央处理器模块，中央处理器模块根据所述控制量值输出PWM脉冲 波，并输出给功率驱动器(8 )。
6.一种制冷式液压系统的油温控制方法，应用于权利要求1至5中所述的油温控制系 统，其特征在于包括以下步骤1)热液压油从热油管道(9)通入蒸发式热交换器(5)中，与蒸发式热交换器(5)中的 制冷剂发生热量交换，冷却后的液压油从冷油管道(10)输出，通到油箱(12)中；2)吸收了热液压油热量的制冷剂在蒸发式热交换器(5)中汽化，并被吸入制冷压缩机 (3)，制冷压缩机(3)将汽化制冷剂压缩，得到高温高压的汽化制冷剂，并通入到冷凝器(1) 中；在冷凝器(1)中，汽化制冷剂被常温冷却介质冷却，凝结成高压液体，随后流过节流装 置(4)，节流装置(4)将其汽化成低温低压的湿蒸汽，又通入到蒸发式热交换器(5)中，再次 与热液压油交换热量；3)温度传感器(7)感应油箱中液压油的温度，并将温度信息发送给单片机控制模块 (6)，单片机控制模块(6)采集温度信号并进行数据处理，得出控制量值，输出控制信号给功 率驱动器(8);4)功率驱动器(8)输出一定频率的交流电给制冷压缩机(3)，控制制冷压缩机(3)的转速。
7.根据权利要求6中所述的一种制冷式液压系统的油温控制方法，其特征在于所述 步骤3)中，单片机控制模块(6)采集温度信号并进行数据处理，计算实时温度和温度阈值 的温度差值以及实时温度差值的变化率，并根据温度差值和温度差值的变化率查询控制量 表，得出控制量值。
全文摘要
本发明公开了一种制冷式液压系统的油温控制系统和控制方法，包括制冷装置和制冷控制装置，制冷装置包括依次用管道相连、并构成一个封闭循环系统的制冷压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发式热交换器，管道内通有制冷剂；制冷控制装置包括单片机控制模块、温度传感器和功率驱动器，功率驱动器的输入端和单片机控制模块的信号输出端相连，根据单片机控制模块的不同输出信号产生不同频率的交流电，功率驱动器的输出端和制冷压缩机的供电电源相连，从而改变压缩机的转速来控制制冷量。本控制系统和控制方法具有传热效率高、冷却速度快、温度控制精度高、操作方便、节能环保等优点，达到对液压油温度的精确快速控制。
文档编号F15B21/04GK101994729SQ201010599718
公开日2011年3月30日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者李江江, 杜彦亭, 赵三飞 申请人:西安交通大学苏州研究院;杜彦亭