工程机械电液驱动智能冷却系统的研究

摘要

工程机械的传统冷却方式是将冷却液散热器和液压油散热器并列安装在发动机前面，发动机以定传动比方式带动水泵和风扇进行冷却，这种冷却方式经常出现发动机过热和液压传动系统中液压油冷却不足等问题。针对此问题，设计了一种新型的电液混合驱动冷却控制系统，将原冷却系统分成发动机冷却系统和液压油冷却系统两个相对独立的部分。 论文对系统的工作原理、硬件组成、安装试验作了详细论述。发动机冷却系统采用比例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、冷却液温度变化率和目标冷却液温度值调节液压驱动系统中电液比例阀的控制电流，进而控制液压油的流量，实现冷却风扇转速的自动调节；液压油冷却系统利用电动机驱动液压油冷却风扇，液压油冷却系统采用了电动机驱动，由单片机根据液压油的温度控制电动机的起动和停止，两部分冷却系统通过一片单片机进行控制。 课题的研究内容主要包括：冷却系统整体设计、主要液压元器件的计算选型、控制系统硬件设计、软件设计。由发动机散入冷却系统中的热量来确定所需冷却水的循环量及冷却空气的循环量，进而完成对水泵和风扇消耗功率及驱动转矩的计算，以反推得到改进系统中冷却风扇和驱动元件的参数。控制系统的硬件设计主要指接口电路设计，软件设计则采用了模块化结构设计，其中主要包括主控制模块、中断处理模块、滤波模块、温度采样模块等。 电液驱动冷却方式使散热器和冷却风扇离开发动机而灵活布置，将冷却风扇和水泵同轴安装，克服了传统冷却方式中定传动比驱动风扇的弊端，减小了风扇安装的径向间隙，提高了容积效率。试验表明电液驱动智能冷却控制系统能够解决工程机械发动机过热问题，同时该系统还具有预热迅速、节省燃油等优点，符合现代发动机冷却系统的发展趋势。

目录

声明

摘要

1引言

1.1发动机冷却系统的功用

1.2当前工程机械冷却系统存在的问题

1.3冷却系统的国内外研究状况

1.3.1冷却系统的发展历程

1.3.2国内外对电液混合驱动冷却系统的研究现状

1.4课题研究的提出和意义

1.5课题研究内容及技术要求

1.5.1课题研究内容

1.5.2电液混合驱动冷却装置控制系统的要求

2冷却控制系统设计方案

2.1整体设计方案

2.2控制系统设计方案及其功能

2.2.1液压驱动风扇控制系统设计方案

2.2.2液压油冷却控制系统设计方案

2.2.3控制系统实现的功能

3冷却风扇和主要液压元件的建模及设计

3.1原冷却系统中水泵风扇消耗功率及转矩的确定

3.1.1原系统中的冷却参数

3.1.2冷却系统水泵及风扇消耗功率的计算

3.1.3冷却系统驱动水泵及风扇转矩的计算

3.1.4冷却系统风扇转矩的修正

3.2液压元件参数的计算和选型

3.2.1液压马达的确定

3.2.2液压油泵的计算和确定

3.3安全阀的确定

3.4电磁比例溢流阀的确定

3.5液压系统集成块的设计

4 ECU控制系统的设计

4.1硬件设计

4.1.1温度传感器选择

4.1.2微处理器的选择

4.1.3单片机控制系统接口电路

4.2软件设计

4.2.1程序总体设计

4.2.2内存地址的划分

4.2.3主程序模块及其流程图

4.2.4中断处理模块及其流程图

4.2.5 PID控制

4.2.6中值滤波程序

4.2.7温度数据的采集处理程序

4.3电源电路的设计

4.4系统抗干扰的设计

4.4.1硬件抗干扰设计

4.4.2软件抗干扰设计

5试验与结果分析

5.1不同转速下油耗、水温试验

5.1.1怠速(720转/分)下油耗、水温对比试验

5.1.2中等转速(1490转/分)下油耗、水温试验

5.1.3高转速(1855转/分)下油耗、水温试验

5.2试验结果与分析

5.2.1两种方式下不同转速时的水温控制对比

5.2.2两种方式下不同转速时的油耗对比

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

6.2.1课题的展望

6.2.2冷却控制系统的展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的论文