一种全地形装甲车独立散热系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及特种车辆散热技术领域，具体为一种全地形装甲车独立散热系统及其控制方法。


背景技术：

2.随着国家节能减排标准的不断提升，特种车辆的散热系统也逐步由集成式散热系统转化为独立式散热系统，通过监测水散热器、中冷器、液压油散热器、变矩器/变速箱油散热器、分动箱油散热器的进出口温度，对风机转速进行实时调节，实现风机转速依据车辆散热需求的动态链接，提升车辆的节能减排效果。
3.现有技术中的独立散热系统通常以开式系统为主，油箱总体偏大，导致整车重量加重。传统的独立散热系统一般是通过比例电磁溢流阀来调节风机驱动马达的流量，从而控制风机的转速，实现按需散热，这使得系统回路中多余的流量只能通过溢流回到油箱，造成液压系统发热，能量损耗。另外，传统的散热系统都是采用液压马达驱动轴流风扇，风扇效率低，只能通过加大散热器或提高风扇的转速、直径等方式来满足系统的散热需求。其最终将导致散热器偏大、偏厚，重量过重，或风机的噪音偏高等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全地形装甲车独立散热系统及其控制方法。其采用闭式独立散热系统，可通过采集实时温度信号作为控制的依据，结合风机的特性，通过限定系统压力来限定马达功率/转速的控制方式，从而实现对风机转速的实时调节，实现按需散热的要求，提升车辆的节能减排效果。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种全地形装甲车独立散热系统，包括取力装置、双向闭式液压泵装置、油箱、定量液压马达装置和轴流风机；所述双向闭式液压泵装置包括闭式泵、斜盘方向控制阀、变量活塞、第一节流阀、第二节流阀、二位三通电液控制阀和梭阀，所述闭式泵的两个工作油口分别连通设置有油口a和油口b，所述闭式泵的泄油口连通设置有油口t，所述油口t与所述油箱连通，所述斜盘方向控制阀用于改变所述闭式泵的泵油方向，所述变量活塞用于调节所述闭式泵的排量，所述变量活塞包括缸筒，活塞，活塞杆和弹簧，所述活塞可滑动的设置于所述缸筒内，所述活塞将所述缸筒分隔成c腔和d腔，所述弹簧和所述活塞杆均设置于所述c腔内，所述弹簧的两端分别与所述活塞和缸筒连接，所述活塞杆的一端与所述活塞连接，所述活塞杆的另一端穿过所述缸筒并与所述闭式泵的斜盘连接，所述c腔与所述油口t连通，所述d腔通过所述第二节流阀与所述油口t连通，所述梭阀的两个进油口分别与所述油口a和油口b连通，所述梭阀的出油口与所述二位三通电液控制阀的压力油口连通，所述二位三通电液控制阀的工作油口通过所述第一节流阀与所述d腔连通，所述二位三通电液控制阀的回油口与所述油口t连通；所述取力装置的输出轴与所述闭式泵的动力轴传动连接，所述定量液压马达装置包括液压马达，所述液压马达包括工作油口a1和工作油口b1，所
述油口a和油口b分别与所述液压马达的工作油口a1和工作油口b1连通，所述液压马达的输出轴与所述轴流风机的输入轴连接，所述液压马达的泄油口与所述油箱连通。
6.进一步的，还包括补油装置，所述补油装置包括补油泵、第一单向阀、第二单向阀和补油溢流阀，所述补油泵的动力轴与所述闭式泵的动力轴传动连接，所述补油泵的吸油口与所述油箱连通，所述补油泵的泵油口与所述第一单向阀的进油口、第二单向阀的进油口和补油溢流阀的进油口均连通，所述第一单向阀的出油口与所述油口a连通，所述第二单向阀的出油口与所述油口b连通，所述补油溢流阀的溢流口与所述油箱连通。
7.进一步的，所述补油泵与所述油箱之间设置有吸油过滤器。
8.进一步的，所述定量液压马达装置还包括冲洗阀，所述冲洗阀包括三位三通电磁阀和冲洗溢流阀，所述三位三通电磁阀的o口和p口分别与所述油口a和油口b连通，三位三通电磁阀的a口与所述冲洗溢流阀的进油口连通，所述冲洗溢流阀的溢流口与液压马达的泄油口连通。
9.进一步的，还包括冷却器，所述液压马达的泄油口、所述补油溢流阀的溢流口和所述油口t均与所述油箱通过所述冷却器连通。
10.进一步的，还包括控制器，所述控制器分别与所述斜盘方向控制阀和所述二位三通电液控制阀电连。
11.一种全地形装甲车独立散热系统的控制方法，应用上述全地形装甲车独立散热系统，根据液压马达和轴流风机的功率特性，确定轴流风机的转速与控制器输出至二位三通电液控制阀的电流之间的对应关系，并将该转速与电流的对应关系存储以备调用；控制器实时监测并诊断各冷却介质的温度信号，并输出对应的电流值给二位三通电液控制阀，实现轴流风机转速的动态调节。
12.进一步的，所述冷却介质的温度信号包括发动机的进/出口水温度信号、空空中冷进/出口温度信号、变速箱油进/出口温度信号、分动箱进/出口温度信号和液压油进/出口温度信号。
13.进一步的，当冷却介质的工作温度都低于设计的最佳工作温度时，控制器输出最大电流，轴流风机以最低转速运转；随着工作中介质的温度不断升高，控制器的输出电流不断降低，风机转速不断提供增加，此时转速
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温度的变化斜率为k1；当所有冷却介质都处于最佳工作温度时，此时转速
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温度的变化斜率为k2；当任一冷却介质的工作温度高于最佳工作温度时，此时转速
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温度的变化斜率为k3；当任一冷却介质的工作温度接近报警值，轴流风机以最大转速工作，保证系统不会过热；所述k1大于所述k3，所述k3大于所述k2。
14.本发明的有益效果是：该全地形装甲车独立散热系统利用闭式散热系统实现机车的独立散热，有效解决了现有技术中油箱总体偏大，导致整车重量加重的问题，液压油箱及液压油使用量大幅减小，为装备的轻量化设计打下坚实的基础，提高装备的载重量及机动性。采用轴流风机替代传统的轴流风扇，大大减小散热器的体积和重量，为装甲车辆的轻量化设计提供保障。
15.该全地形装甲车独立散热系统设置双向闭式液压泵装置，随着发动机转速的不断增加，液压泵排量可以实现自动调节。设置液压马达和轴流风机，双向闭式液压泵装置包括二位三通电液控制阀，其线圈电流与系统工作压力存在唯一对应的关系；根据液压泵和轴流风机的功率特性，每一个系统工作压力值，均可以计算出风机的对应最大转速。由此，在
实际控制时，通过每输出一个控制电流即可确定系统的工作压力，限制该系统工作压力下液压马达及风机的最大功率及转速。该双向闭式液压泵装置设置有斜盘方向控制阀，在该散热系统长时间工作后，可改变风机旋转方向，反吹散热器上的灰尘或其它杂物，确保散热效率，具有建构紧凑、操作简单，维护便捷等优势。
16.该全地形装甲车独立散热系统的控制方法仅需确定轴流风机的转速与控制电流之间的对应关系，根据监测并诊断的各冷却介质温度信号，输出相应的控制电流，即可实现轴流风机转速的动态调节，控制过程极为简单。
附图说明
17.图1为本发明一种全地形装甲车独立散热系统的结构示意图；图2为本发明一种全地形装甲车独立散热系统中双向闭式液压泵装置的结构示意图 ；图3为本发明一种全地形装甲车独立散热系统中定量液压马达装置的结构示意图；图4为本发明一种全地形装甲车独立散热系统的系统压力与控制电流的关系曲线示意图；图5为根据轴流风机和液压马达的功率特性得出的转速
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功率关系示意图；图6为本发明一种全地形装甲车独立散热系统的控制方法中各工况下温度
‑
转速对应关系示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
19.如图1至图3所示，一种全地形装甲车独立散热系统，包括取力装置100、双向闭式液压泵装置200、油箱500、定量液压马达装置600和轴流风机400。
20.如图2所示，上述双向闭式液压泵装置200为集成设置，其包括闭式泵220、斜盘方向控制阀210、变量活塞230、第一节流阀240、第二节流阀250、二位三通电液控制阀260和梭阀270。闭式泵220的两个工作油口分别连通设置有油口a和油口b，闭式泵220的泄油口连通设置有油口t，油口t与油箱500连通。斜盘方向控制阀210用于改变闭式泵220的泵油方向。变量活塞230包括缸筒，活塞，活塞杆和弹簧，活塞可滑动的设置于所述缸筒内，活塞将缸筒分隔成c腔和d腔，弹簧和活塞杆均设置于c腔内，弹簧的两端分别与活塞和缸筒连接，活塞杆的一端与活塞连接，活塞杆的另一端穿过缸筒并与闭式泵220的斜盘连接，其用于调节闭式泵220的柱塞斜盘角度，最终实现泵排量的调节。变量活塞230的c腔与所述油口t连通，变量活塞230的d腔通过所述第二节流阀250与油口t连通。梭阀270的两个进油口分别与油口a和油口b连通，梭阀270的出油口与二位三通电液控制阀260的压力油口连通，梭阀270可以提取油口a（或油口b）的高压油对二位三通电液控制阀260进行控制。二位三通电液控制阀260的工作油口通过第一节流阀240与变量活塞230的d腔连通，二位三通电液控制阀260的回油口与油口t连通。取力装置100的输出轴与闭式泵220的动力轴传动连接，该取力装置可选用变速箱、分动箱等传递力矩的装置，在使用时其输入轴直接与机车发动机连接，将机车
发动机的动力直接传递给闭式泵220。定量液压马达装置600包括液压马达620，液压马达620包括工作油口a1和工作油口b1，上述闭式泵220的油口a和油口b分别与该液压马达620的工作油口a1和工作油口b1连通，液压马达620的输出轴与轴流风机400的输入轴连接，液压马达620的泄油口与油箱500连通。
21.上述二位三通电液控制阀260是电液一体化控制阀，其可通过阀芯两端的受力平衡来维持系统压力的动态平衡关系，阀芯两端的受力关系为：pn
×
sa1+fa1+fan= fb1即：pn=（fb1
‑
fa1
‑ꢀ
fan）/ sa1式中：fa1
‑‑‑
a1端的弹簧作用力，根据阀的选型，在实际应用中为定值，pn
‑‑‑
系统的工作压力，sa1
‑‑‑
a1端液压油的作用面积，根据阀的选型，在实际应用中为定值，fb1
‑‑‑
b1端的弹簧作用力，根据阀的选型，在实际应用中为定值，fan
‑‑‑
电流信号an时线圈所产生的磁力。
22.由上式可以看出：当电流值an=0时，即fan=0，此时系统的工作压力pn=pmax。反之，电流值an=amax时，即fan=famax，此时系统的工作压力pn=pmin。
23.上述系统压力与控制电流的关系如图4所示。由图中可以看出，该图对应使用的二位三通电液控制阀，其电流值在（160
‑
640）ma之间时，电流值和压力值是接近线性递减关系。由此，可以得出，对于二位三通电液控制阀260而言，其线圈电流an与系统工作压力pn存在唯一对应的关系。
24.结合液压马达620与轴流风机400的功率特性：在液压系统压力确定的情况下，液压马达的输出功率和转速成正比；风机的功率与速度的立方成正比。扭矩上必须满足m马≥m风，即相同转速下的功率p马≥p风时，液压马达620才可以驱动轴流风机400转动。如图5所示，在系统压力pn一定值时，当转速在0～n之间，闭式泵200开始全排量工作，液压马达的输出功率大于风机的驱动功率，马达可以正常驱动风机转动，液压泵的流量决定了液压马达/风机的转速。而在图5中h点实现压力pn下最大转速和最大功率输出（对应流量为qn），此时随着取力装置100转速的不断提高，系统流量会不断增大，但因为扭矩m马达＜m风机，马达/风机的转速不会再增加或提高。此时，液压油先后经过梭阀270、二位三通电液控制阀260流向第一节流阀240，进入变量活塞230的d腔，推动闭式泵220斜盘，减小其排量，最终实现系统流量q=qn的动态调节过程。由此，每一个系统工作压力值pn，均可以计算出风机对应的最大转速。
25.在对系统进行冷却时，闭式泵220正向转动，高压油由油口a泵出，进入液压马达620中，驱动轴流风机400转动以实现系统的冷却，液压马达620的回油经油口b回到闭式泵220内。通过对二位三通电液控制阀260的线圈电流an进行控制，可以控制唯一的系统工作压力pn，进而实现轴流风机400转速的调节，满足不同工况下的散热需求。由此，利用闭式散热系统实现机车的独立散热，有效解决了现有技术中油箱总体偏大，导致整车重量加重的问题，液压油箱及液压油使用量大幅减小，为装备的轻量化设计打下坚实的基础，提高装备的载重量及机动性。相比与现有技术，采用轴流风机400替代传统的轴流风扇，效率由传统的40～50%提高到75%以上，大大减小散热器的体积和重量，为装甲车辆的轻量化设计提供
保障。
26.设置斜盘方向控制阀210可改变闭式泵220的泵油方向。该散热系统长时间工作后，散热器上会附有大量灰尘或其它杂物，导致散热效率严重降低。此时只需要操控斜盘方向控制阀210，使风机反转，吹出杂物或灰尘，使散热器恢复最佳工作状态。其具有建构紧凑、操作简单，维护便捷等优势。
27.进一步的，该全地形装甲车独立散热系统还包括补油装置。补油装置用于补充因冲洗阀和系统自身的泄漏导致的液压油不足，其包括补油泵510、第一单向阀310、第二单向阀320和补油溢流阀330。补油泵510的动力轴与闭式泵220的动力轴传动连接，补油泵510的吸油口与油箱500连通，补油泵510的泵油口与第一单向阀310的进油口、第二单向阀320的进油口和补油溢流阀330的进油口均连通，第一单向阀310的出油口与油口a连通，第二单向阀320的出油口与油口b连通，补油溢流阀330的溢流口与油箱500连通。机车运行时，其取力装置100带动补油泵510转动，将油箱500的液压油泵送至第一单向阀310的进油口、第二单向阀320的进油口和补油溢流阀330的进油口处，当需要向系统补充液压油时，压力油可直接打开第一单向阀310（或第二单向阀320）的阀芯向系统补油；当系统不需要补油时，补油溢流阀330开启，直接流回油箱500，保持系统的流量平衡。进一步的，补油泵510与油箱500之间还设置有吸油过滤器520，确保进入系统的液压油清洁。
28.在实施时，上述定量液压马达装置600为集成一体的装置，其还包括冲洗阀610。该冲洗阀610包括三位三通电磁阀和冲洗溢流阀，三位三通电磁阀的o口和p口分别与油口a和油口b连通，三位三通电磁阀的a口与冲洗溢流阀的进油口连通，冲洗溢流阀的溢流口与液压马达的泄油口连通。控制三位三通电磁阀的o口与a口连通（或p口与a口连通）可对闭式系统进行泄油。具体实施时，还设置有冷却器530。液压马达620的泄油口、补油溢流阀330的溢流口和油口t均与油箱500通过冷却器530连通，该闭式系统流回油箱500的液压油均经过冷却器530冷却，可有效释放热量，解决闭式系统散热问题。
29.该全地形装甲车独立散热系统在使用时，还设置有控制器600，控制器600分别与斜盘方向控制阀210和二位三通电液控制阀260电连。
30.其控制方法是：先根据液压马达620和轴流风机400的功率特性，确定轴流风机400的转速与控制器600输出至二位三通电液控制阀260的电流之间的对应关系，并将该转速与电流的对应关系存储以备调用。由前述可知，轴流风机400最大功率/转速与控制器输出电流之间为唯一对应关系，该关系可根据计算获取，亦可在不同控制电流下测量风机实际转速以获取。
31.控制器600实时监测并诊断各冷却介质的温度信号，并输出对应的电流值给二位三通电液控制阀260，实现轴流风机400转速的动态调节，实现机车的按需散热，提升车辆的节能减排效果。控制器600还实时监测斜盘方向控制阀210的状态，在需要对散热器上附有的大量灰尘或其它杂物进行清理时，控制斜盘方向控制阀210改变斜盘方向，使轴流风机400反转，满足不同工况的使用需求。
32.上述冷却介质的温度信号包括发动机的进/出口水温度信号、空空中冷进/出口温度信号、变速箱油进/出口温度信号、分动箱进/出口温度信号和液压油进/出口温度信号。
33.在具体实施时，结合冷却系统不同介质温度下的所需的冷却功率，可计算出系统所需的风机功率，确认出不同温度下所需的输入电流值。
34.在不同散热阶段，转速
‑
温度的变化斜率分别为k1、k2、k3，其中k1大于k3，k3大于k2。如图6所示，当冷却介质的工作温度都低于设计的最佳工作温度时，控制器600输出最大电流，轴流风机400以最低转速运转；随着工作中介质的温度不断升高，控制器600的输出电流不断降低，风机转速不断增加，此时转速
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温度的变化斜率为k1；当所有冷却介质都处于最佳工作温度时，此时转速
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温度的变化斜率为k2；当任一冷却介质的工作温度高于最佳工作温度时，此时转速
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温度的变化斜率为k3；当任一冷却介质的工作温度接近报警值，轴流风机400以最大转速工作，保证系统不会过热；当冷却介质温度均下降到最佳工作温度时，转速
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温度的变化斜率按k2执行，保证系统维持在最佳工作温度期间工作。
35.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。