车辆冷却风扇电液比例液压系统分析及试验研究.pdf

2 0 1 3年 1月 第 4 1卷 第2期 机床与液压 MACHI NE T0OL ＆ HYDRAUL I CS J a n ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 2 ． 0 2 4 车辆冷却风扇电液比例液压系统分析及试验研究 田小燕 ，刘海兵 ，徐诗辉 ，买靖东 1 ．中国北方车辆研究所，北京 1 0 0 0 7 2；2 ．丰台西站 ，北京 1 0 0 0 7 1 摘要电液比例控制液压系统驱动车辆冷却风扇的技术具有广阔的应用前景，在对该系统进行分析的基础上又进一步 进行了试验研究。试验结果表明，将电液比例技术应用于冷却风扇液压传动系统有明显的技术优势。 关键词冷却风扇；电液比例技术；液压系统；试验研究 中图分类号T H1 3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 0 7 0 2 An a l y s i s a n d Ex p e r i me nt S t u dy f o r t he El e c t r o - h y dr a u l i c Pr o po r t i o na l Hy d r a ul i c S y s t e m o f t h e Ve hi c l e Co o l i n g Fa n TI AN Xi a o y a n ， LI U Ha i bi ng ， XU S h i h u i 。 ，MAI J i n g d o n g 1 ． C h i n a N o r t h V e h i c l e R e s e a r c h I n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 7 2 ，C h i n a ； 2 ． F e n g t a i x i R a i l w a y S t a t i o n ，B e i j i n g 1 0 0 0 7 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e t e c h n o l o g y o f t h e e l e c t r o h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e v e h i c l e c o o l i n g f a n h a s wi d e a p p l i c a t i o n p r o s p e c t ．F a r t h e r e x p e ri me n t s t u d y wa s c a r r i e d o u t o n t h e b a s i s o f t h e a n a l y s i s t o t h i s s y s t e m． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e e l e c t r o - h y d r a u l i c p r o p o r t i o n a l t e c h n o l o gy a p p l i e d t o t h e c o o l i n g f a n h y d r a u l i c d ri v i n g s y s t e m h a s o b v i o u s t e c h n i c a l a d v an t a g e s ． Ke y w o r d s C o o fi n g fa n ；E l e c t r o - h y d r a u l i c p r o p o rt i o n al t e c h n o l o g y ；H y d r a u l i c s y s t e m；E x p e ri m e n t s t u d y 为满足现代车辆发展的需要 ，车辆冷却风扇的转 速应不受发动机转速变化的影响，在车辆高、低速行 驶时，都应具有足够的冷却风量 ，且产生的噪声要 低。对于这样的要求 ，传统的冷却风扇传动方式已很 难满足要求。发达国家在2 0世纪 9 0年代已经推出了 应用电液比例技术控制冷却风扇转速的新方法，该方 法已应用于豪华型轿车上。 将电液比例技术应用于车辆冷却风扇液压系统， 液压泵输出的压力和流量可根据负载的需求来变化， 相对于传统的冷却风扇传动方式来说具有可控的风扇 速度 ，能使发动机工作在最佳状况，有明显的节油降 噪效果；安装位置灵活，能最好地利用车辆空间；可 以减少或消除车辆风扇冲击功率载荷与冲击热载荷对 发动机工作状态及寿命的影响。所以，应开展车辆冷 却风扇电液比例液压系统的分析及试验研究，该技术 具 有广 阔的应用前景 。 1 工作原 理 原理 图如图 1 所示 ，该系统是以 E C U来控制 比 例阀的开度进而达到对冷却风扇转速的控制，工作原 理为从总线采集来的温度信号传给电控单元 E C U， E C U处理该信号后 ，发出控制信号 ，进而调节 比例 阀的输入电压，由于比例阀的开度与输入电压成 比 例，所以随输入电压的改变，可改变比例阀前后的压 差 ，泵斜盘的摆角随之发生变化 ，从而控制其输出流 量，改变马达的转速，达到冷却风扇根据设定好的温 度参数 自动调速的目的。 图 1 系统原理图 当泵输入转速一定时，泵输出流量会随外部控制 信号变化而变化 ，当温度信号较低时，比例节流阀前 后节流压差大，泵处于较小排量，泵输出流量小，冷 却风扇低速运转；反之 ，比例节流阀前后压差小，泵 处于较大排量 ，泵输出流量大，冷却风扇高速运转。 当泵输入转速增大时，在温度信号不变的情况下，比 例节流阀前后压差会增大，泵排量会 自动减小 ，保持 泵输出流量恒定。 根据以上工作原理，当泵的输入转速达到一定值 且温度达到设定值时，该系统可实现恒流量输出，这 样冷却风扇转速可不受发动机转速变化的影响，当发 收稿 日期 2 0 1 ,2 0 1 1 1 作者简介田小燕 1 9 7 9 一 ，女，工程硕士，高级工程师，主要从事车辆冷却风扇及风扇传动系统的设计和研究工作。 E ma i l t i a n z i0 2 1 1 t o m． t o m。 第 2期 田小燕 等车辆冷却风扇电液比例液压系统分析及试验研究 7 l 动机转速在一定范围内波动时，冷却风扇可保持转速 稳定。 2 试验及结果分析 试验原理简 图见 图 2 。 l 一油箱 2 粗过滤器 3 温度计 频异步电力测功机 5 、l l 一转速表 6 、1 2 一扭矩仪 卜 泵 8 一比例节流阀 9 一压力表 l 马达 l 卜 冷却风扇 1 4 一精 过滤器 l 卜 散热器 图2 试验原理简图 试验方案为 试验台动力驱动泵 ，通过手动调 节风扇控制器的温度输入信号，风扇控制器输出相 应的的电压信号给比例节流阀，控制泵斜盘到相应 的位置 ，改变泵 的输 出流量 ，使马达的转速随风扇 控制器电压信号的变化而变化 ，从 而控制冷却风扇 转速。 为了得到详细的试验数据，对该系统进行深入的 分析 ，在试验过程中，分别对应不同的泵的输入转速 记录了5组 每组 2 6个点试验数据。为了验证液 压油温度对风扇转速随比例阀输入电压的变化曲线的 影响，对 最后一组试验数据 即泵 的输 入转速为 2 8 0 0 r ／ m i n 在不同的油温下 ，分别又记录了3组试 验数据。 试验结果分析 1 由图 3可 以发现 当泵 的输 入转速恒 定 时 ，冷却风扇的转速与 比例 阀输入 电压值呈线性关 系 ；当泵的输入转速在 1 8 0 0 r ／ m i n以上时，风扇转 速随比例阀输入电压的变化 曲线基本上是重合 的， 这说明当比例阀的输入 电压值不变，泵 的输入转速 在一定 范 围内发生 变化 时 ，该液 压 系统 中的泵 能 实 现恒流量输 出 即冷却风扇 能恒定在某一转速 ； 当泵的输入转速低于 1 8 0 0 r ／ ra i n时 ，风扇转速不仅 与比例阀输入电压的大小有关 ，同时也受泵 的输入 转 速 的限制 。 2 由图 3还可 以看 出曲线上对应 比例 阀输 入电压为 2 V左右处，均有一个小的鼓包。在试验过 程中也发现当比例阀输入电压为 2 V左右时，风扇 转速存在不稳定的现象。分析其原因为 在该点附近 冷却风扇液压传动系统的频率与试验台的固有频率相 等 ，从而产生共振所致。 0 ．0 0 ． 4 0 ． 8 1 ． 2 1 ． 6 2 ． 0 2 ． 4 2 ． 8 3 ． 2 3 ． 6 比例 阀输入 电压， v 图3 对应泵的不同输入转速 ，风扇转 速随比例阀输入电压的变化曲线 3 由图4可以看出当油温接近时，风扇转 速随比例阀输入电压的变化曲线基本接近；而当油温 比较高时，整个系统的效率将降低，风扇转速随比例 阀输入电压的变化曲线呈平行下移趋势。这是由于当 油温升高时，液压油的黏度降低，整个系统的泄漏量 增大所致。 0 ． 0 0 ． 4 0 ． 8 1 ． 2 1 ． 6 2 ． 0 2 ． 4 2 ． 8 3 ． 2 3 ． 6 比例 阀 输入 电压， v 图 4 泵转速 2 8 0 0 r ／ ra i n时，不同油温下的风 扇转速随比例阀输入电压的变化曲线 4 试验 中，对 风扇 转速 同一组试 验数据 ，随 机记录了风扇转速上 升及下降过程 中，相 同的 比例 阀输入 电压 值 对应 的风 扇 转 速， 发现其下 降过程 中的 网 转速值 略高于上升过 程中的转速值 ，变化 比例 阀输入电压值 风扇转速上升及下降 过程变化趋势示意图 趋势示意图如图 5 所示 ，对其进行分析发现这是由于 比例阀本身存在滞环所导致的。 3结束语 通过对车辆冷却风扇电液比例液压系统的分析及 下转第9 5页 4 3 3 2 2 1 l O I - u l 田． n 0 、 耀螂鹰区 4 3 3 2 2 1 1 々 I 哪． J n e ， j 毒 毒 退区 第 2 期 康多祥 等 一种液压伺服阀的复位机构 9 5 滑阀控制腔 3内端面之间设一弹簧底座 4 ，弹簧底座 4上与压缩弹簧 1 对接的位置处有凹槽。 液压伺服阀的复位机构的弹簧底座 4或安装于压 缩弹簧 1 与功率级滑阀控制腔 3内端面之间，或与功 率级滑阀控制腔 3内端壁为一体。 参考文献 【 1 】 姚建庚． 直动式电液伺服阀的开发与应用[ J ] ． 液压气 动与密封 ， 2 0 0 4 2 61 0 ． 【 2 】 胡建军， 杨尚平， 赵光波． 直动式比例阀控液压马达数学 建模及研究[ J ] ． 现代制造工程 ， 2 0 0 8 6 9 91 0 2 ． 【 3 】刘庆和． 新型高效电动静压飞行模拟器运动系统[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 2 4 3 4 5 ． 【 4 】黄效师， 渠立鹏， 眭志方． 三级电反馈伺 服阀的研制 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 2 5 3 5 5 ． 【 5 】阉耀保 ， 孟伟． 带补偿节流器的电液伺服阀特性分析 [ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 0 2 1 21 4 ． 【 6 】杨学财． 电液伺服阀的应用和故障分析[ J ] ． 机电信息， 2 0 1 0 1 8 2 6 0 ． 【 7 】洪祺桢． 汽轮机电气 一 液压油系统故障处理 [ J ] ． 广东 电力 ， 2 0 1 0 2 7 1 7 4 ． 上接第 7 1页 试验研究发现 ，将电液比例技术用于冷却风扇液压传 动系统，风扇控制盒可根据需要 ，从车辆总线上采集 多点温度，可实现对车辆冷却系统的多参数控制，使 冷却风扇的排风量与发动机的散热要求达到最佳匹 配，有利于提高发动机的可控性、灵敏性及经济性。 此外，该系统冷却风扇转速可不受发动机转速变 化的影响，在发动机低速、大负荷或高速、中小负荷 的时候，都可满足发动机的散热需求 ，并且通过修改 风扇控制盒里的控制程序，还可实现手动控制以及失 效安 全功能等 。 参考文献 【 1 】 权龙 ， 李凤兰． 电液比例技术控制发动机冷却风扇的原 理及特征[ J ] ． 汽车技术 ， 1 9 9 5 7 1 01 3 ． 【 2 】 张洪信 ， 张铁柱， 万福君， 等． 发动机液驱风扇系统的设 计及性能研究[ J ] ． 汽车工程， 2 0 0 1 ， 2 3 4 2 4 4 2 4 6 ． 【 3 】田小燕， 徐诗辉， 于艳秋， 等． 电液比例液压系统在车辆冷 却风扇上的应用[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 1 1 1 1 1 3 1 1 4 ． 【 4 】 朱颜 ， 李和言 ， 马彪． 静液驱动技术在高速履带车辆底盘 上的应用[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 6 3 43 7 ． 【 5 】路华鹏， 马彪 ， 孙宪林 ， 等． 静液传动系统容积效率试验 研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 3 7 1 7 3 ． 上接第 7 3页 果两个马达在分流工况因供油不足出现气蚀，分流集 流阀中单向溢流阀通过 S口给马达补油，防止气蚀的 发生 。 3结束语 分流集流阀方案具有结构简单、易于操作、可靠 性高等优点 ，很好地解决了框架车在矿井下出现打滑 的问题 ，由于分流集流阀工作时具有节流压力损失 ， 选择带有 自由轮回路的分流集流阀克服了这一问题 ， 在车辆打滑时操作换 向阀使分流集流阀处于工作状 态，提高了工作效率 ，延长了轮胎使用寿命 ，改善了 整机性能 。 参考文献 【 1 】 安光明． 框架式支架搬运车的闭式回路静液压传动系统 探讨[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 0 1 2 1 2 8 1 2 9 ． 【 2 】赵静一， 刘雅俊 ， 王智勇． 分流集流阀在 1 0 0 0 K N液压载 重车中的应用 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 4 1 5 5 1 5 6 ． 【 3 】 姚怀新． 工程机械底盘及其液压传动理论[ M] ． 北京 人 民交通出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 4 】 刘宏社． 一种分流集流阀同步回路的接法分析[ J ] ． 机 械研究与应用 ， 2 0 0 6 5 2 O一 2 1 ． 【 5 】 靳占雷． 分流集流阀在木工机械中的应用 [ J ] ． 林业机 械与木工设备 ， 2 0 0 4， 3 2 1 O 4 8 ． 上接 第 9 2页 2 依据流体力学中的续性方程和伯努利方程， 并通过试验进行适当修正 ，成功研制出系列液压虹吸 阀，适用于不同类别和不同机型机器的液压系统的补 油装置 。 参考文献 【 1 】 陈长植． 工程流体力学[ M] ． 武汉 华中科技大学出版 社 ， 2 0 0 8 2 4 9 2 8 4 ． 【 2 】柯葵， 朱立明． 流体力学与流体机械[ M] ． 上海 同济大 学出版社 ， 2 0 0 9 3 0 83 1 1 ． 【 3 】李立国， 张靖周． 航空用引射混合器 [ M] ． 北京 国防工 业出版社， 2 0 0 7 l 一1 2 ． 【 4 】陆宏圻． 射流泵技术的理论及应用[ M] ． 北京 水利电力 出版社， 1 9 8 9 ． 【 5 】张师帅． 计算流体动力学及其应用 C A D软件的愿理与 应用[ M] ． 武汉 华中科技大学出版社， 2 0 1 1 ． 【 6 】闻建龙． 流体力学试验 [ M] ． 镇江 江苏大学出版社 ， 2 01 0．