攤鋪機(jī)智能冷卻系統(tǒng)技術(shù)研究與應(yīng)用

高永康

（山西路橋建設(shè)集團(tuán)陽(yáng)泉分公司，山西 陽(yáng)泉045000）

攤鋪機(jī)作為一種常見(jiàn)的基礎(chǔ)型筑路設(shè)備，主要用于路面基層和面層各種材料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。鑒于筑路施工環(huán)境的特殊性，攤鋪機(jī)經(jīng)常需要低速、大負(fù)荷的工作在高溫環(huán)境中，因此其冷卻系統(tǒng)的品質(zhì)將在很大程度上決定整個(gè)機(jī)體能否長(zhǎng)期、正常、穩(wěn)定運(yùn)行[1]?；诖?，本文以ABG423型瀝青攤鋪機(jī)為例，通過(guò)對(duì)其原冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出了一種電液混合驅(qū)動(dòng)的智能冷卻方案，并對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工作原理，結(jié)構(gòu)組成等進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 傳統(tǒng)攤鋪機(jī)冷卻系統(tǒng)的缺點(diǎn)

1.1 冷卻系統(tǒng)失常導(dǎo)致的問(wèn)題

發(fā)動(dòng)機(jī)是攤鋪機(jī)中一切動(dòng)力的來(lái)源，一般采用水冷方式進(jìn)行散熱冷卻。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不足時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于高溫工作狀態(tài)時(shí)，會(huì)造成活塞、缸套、缸蓋、氣門(mén)、噴油嘴等元件的機(jī)械性能下降、變形加劇、熱應(yīng)力增大現(xiàn)象，久而久之就會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋、劇烈磨損等不同程度的失效。

（2）過(guò)高的機(jī)體溫度會(huì)加速機(jī)油老化，進(jìn)而使各部件得不到有效潤(rùn)滑，發(fā)生諸如“拉缸”等惡劣情況，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。

（3）另外，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高時(shí)還會(huì)降低其充氣效率，影響其輸出功率。

一般來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不足的問(wèn)題較為普遍，我們對(duì)其關(guān)注度與采取的措施也比較全面，而發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻散熱過(guò)度所造成問(wèn)題卻常常得不到重視，本文現(xiàn)就此問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高時(shí)常出現(xiàn)的以下情況[2]：攤鋪機(jī)液壓系統(tǒng)的油溫過(guò)高會(huì)使油液黏度降低，泄漏量增加，所潤(rùn)滑部位的油膜破壞，使部件的磨損加劇。同時(shí)，高溫還會(huì)使橡膠等材料制成的密封墊過(guò)早老化而損壞。因此，控制適宜的油溫非常重要。

1.2 傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與缺點(diǎn)

通常發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)是按照其工作特性來(lái)進(jìn)行匹配的，一般來(lái)說(shuō)汽缸蓋中冷卻水的溫度應(yīng)保持在80℃~90℃，液壓油溫度保持在45℃~75℃。在攤鋪機(jī)啟動(dòng)后，應(yīng)使冷卻水溫與液壓油溫盡快上升到規(guī)定的正常溫度，并在隨后的工作中保持在適宜溫度范圍之中。ABG423型瀝青攤鋪機(jī)冷卻系統(tǒng)沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸按一定速比直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，通過(guò)其強(qiáng)制空氣流動(dòng)將水箱、中冷器、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體擴(kuò)散至大氣中；發(fā)動(dòng)機(jī)水泵使冷卻液在散熱器中循環(huán)進(jìn)行散熱。

由于上述冷卻系統(tǒng)是按照發(fā)動(dòng)機(jī)的最大熱負(fù)荷工況進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況隨時(shí)都在變化，因此這種方法存在預(yù)熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)器在低速高負(fù)荷時(shí)散熱不足，在高速低負(fù)荷時(shí)冷卻過(guò)度等問(wèn)題。

為配合風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)及安裝方式，攤鋪機(jī)冷卻系統(tǒng)一般采用水散熱器和液壓油散熱器并聯(lián)然后與中冷器串聯(lián)，放置于料斗與機(jī)身之間，采用離合器連接發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與風(fēng)扇，具體情況如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)散熱系統(tǒng)散熱器與風(fēng)扇的布置方式

這種布置方式雖然一體性好，且占用空間較小便于布置，但經(jīng)過(guò)根據(jù)很多現(xiàn)場(chǎng)使用情況來(lái)看，此種布置方法也存在以下缺點(diǎn)[3]：

（1）布置在散熱器前面的中冷器散無(wú)法通過(guò)風(fēng)扇散發(fā)其熱量，而其排出的熱風(fēng)又會(huì)減少散熱器的迎風(fēng)面，從而使散熱器無(wú)法全面發(fā)揮其散熱功能。

（2）風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速受發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速限制，無(wú)法滿足高溫、滿負(fù)荷工況等特定環(huán)境下的冷卻要求。

（3）當(dāng)攤鋪機(jī)在高海拔、低密度、極寒等特殊地理環(huán)境中作業(yè)時(shí)，散熱器的冷卻能力無(wú)法良好適應(yīng)。

2 智能冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

針對(duì)以上提到的問(wèn)題，結(jié)合散熱器的冷卻原理進(jìn)行分析，本文對(duì)ABG423型瀝青攤鋪機(jī)的原冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提出一種電液混合驅(qū)動(dòng)的智能冷卻系統(tǒng)方案，根據(jù)溫度傳感器的反饋信號(hào)，ECU通過(guò)比例閥實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓油始終工作在最佳溫度范圍。另外，本文還對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行重新布置，撤掉中冷器，將液壓油散熱器和水散熱器分開(kāi)布置，采用正方形的形狀設(shè)計(jì)，使冷空氣直接與散熱器接觸，減少風(fēng)扇背壓的同時(shí)改善系統(tǒng)的冷卻能力。系統(tǒng)的布置方式與設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

圖2 智能冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

智能冷卻系統(tǒng)的工作原理為：在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中，6帶動(dòng)5泵油驅(qū)動(dòng)10工作，10帶動(dòng)9和11轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)6進(jìn)行冷卻，2根據(jù)1的溫度信息調(diào)節(jié)3的溢流量，實(shí)現(xiàn)10的無(wú)級(jí)變速。

3 智能冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 智能冷卻系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電液混合驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)由帶4K FPEROM存儲(chǔ)器的CMOS位微處理器AT89C51，以及DAC0832和ADC0809兩個(gè)D/A和A/D轉(zhuǎn)換芯片等元器件組成，元件之間的接口電路如圖3所示。

圖3 電液混和驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)接口電路圖

智能控制系統(tǒng)的工作流程如圖4所示，從中可以看出系統(tǒng)按照發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度與液壓油溫度兩個(gè)方面的調(diào)節(jié)進(jìn)行。具體流程為：采集發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度信號(hào)→放大→ADC0809→D/A轉(zhuǎn)換→AT89C51分析處理→控制信號(hào)→DAC0832→A/D轉(zhuǎn)換→電流信號(hào)→放大→調(diào)節(jié)比例閥溢流量→改變驅(qū)動(dòng)油路中油壓→改變馬達(dá)轉(zhuǎn)速→實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇和水泵的無(wú)級(jí)變速；采集液壓油的油溫信號(hào)→放大ADC0809→D/A轉(zhuǎn)換→AT89C51分析處理→輸出高低電平→控制繼電器啟閉→控制風(fēng)扇電機(jī)。

圖4 智能控制系統(tǒng)工作原理

3.2 智能冷卻系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件主程序流程如圖5所示，其中嵌套了中斷程序，中值濾波程序，PID計(jì)算程序等，主要完成初始化、任務(wù)設(shè)定以及定時(shí)計(jì)數(shù)初值等。中斷程序包括T0和T1兩種。T0中斷服務(wù)程序如圖6所示，主要負(fù)責(zé)采集發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度參數(shù)，并將采樣值與設(shè)定的上下限比較判斷是否超出，經(jīng)PID計(jì)算后輸出驅(qū)動(dòng)指令；T1中斷服務(wù)程序如圖7所示，其主要負(fù)責(zé)采集并處理液壓油溫度參數(shù)，并經(jīng)由P口設(shè)置高低電平來(lái)控制風(fēng)扇的工作狀態(tài)。

圖5 主程序流程

圖6 T0中斷服務(wù)程序流程

圖7 T1中斷服務(wù)程序流程

為了驗(yàn)證該智能冷卻系統(tǒng)的性能，將搭載該系統(tǒng)攤鋪機(jī)分別在哈爾濱、廣州、西藏等地區(qū)進(jìn)行滿負(fù)荷樣機(jī)試驗(yàn)，結(jié)果表明：該系統(tǒng)可維持發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫在85℃左右，液壓油溫在60℃左右，有效地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)特殊工況的工作能力和攤鋪機(jī)整機(jī)性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

ABG423型瀝青攤鋪機(jī)電液混合馭動(dòng)智能冷卻系統(tǒng)能使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇和水泵的轉(zhuǎn)速隨著發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱能力的精確控制同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱器和液壓油冷卻系統(tǒng)的散熱器分開(kāi)布置、分開(kāi)冷卻，提高了冷卻系統(tǒng)的散熱效率，避免發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓油出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，從而提高了筑路機(jī)械的工作效率，加快了筑路進(jìn)度，保證筑路品質(zhì)。

[1]李亮榮，閆 娟，龐 亮.攤鋪機(jī)獨(dú)立散熱系統(tǒng)[J].技術(shù)解讀，2012（04）：89-90．

[2]張 艾，張艾平.攤鋪機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)[J].建筑機(jī)械，2012(01)：25-26．