工程机械冷却系统智能控制装置设计及试验研究

摘要

为解决工程机械在施工作业过程中经常出现的发动机过热、液压传动系统液压油冷却不足、耗能大等问题，本文设计了电液混合驱动冷却系统智能控制装置。本设计将原冷却系统分成发动机冷却系统和液压传动冷却系统，发动机冷却系统采用液力驱动，液压油冷却系统采用电机驱动，由单片机根据检测到的温度信号对两冷却系统进行控制。这种冷却系统可使冷却风扇与发动机分开布置，克服了传统冷却系统的各种弊端，减小了风扇安装时的径向间隙，提高了其容积效率，降低了能耗，并有效解决了发动机和液压传动系统的过热问题。 发动机冷却系统采用电磁比例溢流阀控制的液压马达驱动冷却风扇和水泵，单片机可以根据冷却液温度和目标冷却液温度调节液压驱动系统中电磁比例溢流阀的电流，进而控制液压油的流量，实现冷却风扇和水泵转速的自动调节；液压油冷却系统利用电机驱动液压油冷却风扇，由单片机根据液压油的温度及设定的液压油温度控制电机转速，实现冷却风扇转速的自动调节。 发动机冷却控制系统及液压油冷却控制系统主要采用模糊控制理论进行控制，它不需要掌握受控对象的精确数学模型，而根据人工控制规则组织控制决策表，然后由该表决定控制量的大小。课题研究内容主要包括：冷却控制系统整体设计、控制系统硬件设计及选型、控制系统软件设计和控制系统试验。控制系统的硬件设计主要指接口电路设计，软件采用模块化结构进行设计，主要包括主控制模块、中断处理模块、滤波模块、温度采样模块、报警模块等。 试验表明：该冷却系统控制装置不仅可以有效解决工程机械发动机过热和液压油冷却不足等问题，而且还具有安装灵活、节省燃油、降低噪声、体积小、功率低等优点，符合现代发动机冷却系统的发展趋势。将该冷却系统控制装置在工程机械中推广运用，将会获得较大的经济、社会效益。

目录

论文说明：符号说明

声明

1引言

1.1课题研究背景

1.1.1电子控制技术在发动机中的应用

1.1.2工程机械冷却系统存在的主要问题

1.1.3发动机冷却系统的发展历程

1.1.4国内外电液混合驱动冷却系统的研究现状

1.2课题的研究意义

1.3课题研究内容及技术要求

1.3.1研究内容

1.3.2技术要求

2冷却系统控制方案设计

2.1控制系统整体设计

2 2控制系统实现的功能

2 3冷却系统控制模式

2 4冷却系统执行器的控制方式

2.4.1发动机冷却系统电磁比例溢流阀的控制

2.4.2液压油冷却系统电动风扇的控制

3控制系统硬件设计

3.1温度传感器的选择

3.1.1发动机冷却液温度传感器的选择

3.1.2液压油油温传感器的选择

3.2电磁比例溢流阀的选择

3.2.1电磁比例溢流阀的选择依据

3.2.2电磁比例溢流阀的选型

3.2.3电磁比例溢流阀的外形尺寸及特性曲线

3.3控制系统控制器的选择

3.4控制系统接口电路设计

3.4.1电源电路设计

3.4.2复位电路及时钟电路设计

3.4.3 ADC0809接口电路设计

3.4.4 DAC0832接口电路设计

3.4.5报警电路设计

3.4.6单片机控制系统接口电路

3.5控制系统硬件抗干扰设计

3.5.1从选用元器件及电路板设计考虑

3.5.2时钟电路的抗干扰设计

3.5.3印刷线路板的合理设计

4控制系统软件设计

4.1主程序设计

4.2中断服务程序设计

4.3子程序设计

4.3.1发动机冷却液温度采样程序设计

4.3.2液压油温度采样程序设计

4.3.3滤波子程序设计

4.3.4模糊决策子程序设计

4.4控制系统软件抗干扰设计

4.4.1数字滤波技术

4.4.2软件陷阱技术

4.4.3指令冗余技术

4.4.4软件看门狗技术

5试验与结果分析

5.1试验目的

5.2试验仪器设备

5.3试验记录

5.3.1低速时改装前后冷却系统对比试验

5.3.2中速时改装前后冷却系统对比试验

5.3.3高速时改装前后冷却系统对比试验

5.4试验结果分析

5.4.1改装前后不同转速时冷却液温度对比

5.4.2改装前后不同转速时发动机油耗对比

5.5试验结论

5.6试验误差分析

6结论及展望

6.1课题成果

6.2课题工作量

6.3课题存在的不足

6.4课题展望

6.4.1课题研究展望

6.4.2控制技术在发动机控制中的应用展望

参考文献

附录

致 谢

攻读学位期间发表的论文