電控硅油離合器在工程機(jī)械上的應(yīng)用

魏 靖，廖明軍WEI Jing, LIAO Ming-jun（徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

電控硅油離合器在工程機(jī)械上的應(yīng)用

魏 靖，廖明軍
WEI Jing, LIAO Ming-jun
（徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

[摘 要]分析了電控硅油離合器在挖掘機(jī)的上的應(yīng)用狀況，通過實(shí)驗(yàn)表明，低溫環(huán)境中或者設(shè)備輕載時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、進(jìn)氣歧管溫度以及液壓系統(tǒng)溫度較低，整機(jī)控制器根據(jù)讀取的各溫度信號(hào)，按照系統(tǒng)程序的設(shè)置，控制離合器硅油注入量，適時(shí)保持風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到節(jié)能降噪的目的。

[關(guān)鍵詞]液壓挖掘機(jī)；硅油離合器；節(jié)能

在工程機(jī)械中，電控硅油離合器是風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)和風(fēng)扇之間的離合裝置。風(fēng)扇硅油離合器是利用硅油的粘性剪切力來傳遞力矩的新型傳動(dòng)裝置,它在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系中有著廣泛的應(yīng)用。低溫環(huán)境中或者設(shè)備輕載時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、進(jìn)氣歧管溫度以及液壓系統(tǒng)溫度較低，整機(jī)控制器根據(jù)讀取的各溫度信號(hào)，按照系統(tǒng)程序的設(shè)置，控制離合器硅油注入量，適時(shí)保持風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到節(jié)能降噪的目的。

1 原理介紹

傳統(tǒng)的風(fēng)扇安裝如圖1所示，該系統(tǒng)中，直接用螺栓將風(fēng)扇安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)上，風(fēng)扇和風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)中間有墊塊。風(fēng)扇按照固定的速比與發(fā)動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，不受整機(jī)負(fù)載及工作環(huán)境等影響，功耗為發(fā)動(dòng)機(jī)功率的8%～12%。

電控硅油離合器風(fēng)扇安裝如圖2所示。風(fēng)扇安裝到電控硅油離合器上，風(fēng)扇與其轉(zhuǎn)速同步。離合器通過螺紋與法蘭連接，法蘭通過螺栓固定到風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)上。電控硅油離合器上附帶轉(zhuǎn)速傳感器，監(jiān)控風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。低溫環(huán)境中或者挖掘機(jī)輕載時(shí)，控制器根據(jù)各溫度調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，控制發(fā)動(dòng)機(jī)水溫及液壓油溫在合適的范圍內(nèi)，使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)。

圖1　 直驅(qū)風(fēng)扇安裝示意圖

圖2　 電控硅油離合器風(fēng)扇安裝示意圖

2 控制邏輯

電控硅油離合器（風(fēng)扇）轉(zhuǎn)速百分比與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

所有溫度低于風(fēng)扇變速條件下限時(shí)（如冷卻液溫度88℃、進(jìn)氣歧管溫度為49℃、液壓油溫度58℃），對(duì)應(yīng)的離合器轉(zhuǎn)速百分比為0%，控制器發(fā)送信號(hào)給離合器控制線圈，使離合器怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。

表1　 電控硅油離合器轉(zhuǎn)速百分比與各溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系

任一溫度高于風(fēng)扇變速條件上限時(shí)（如冷卻液溫度98℃、進(jìn)氣歧管溫度為70℃、液壓油溫度82℃），對(duì)應(yīng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速百分比為100%，控制器發(fā)送信號(hào)給離合器控制線圈，使離合器最高速運(yùn)轉(zhuǎn)（一般為直驅(qū)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的93%～95%）。

3 電控硅油離合器響應(yīng)校驗(yàn)

為驗(yàn)證電控硅油離合器的響應(yīng)情況，進(jìn)行以下試驗(yàn)。

3.1 手動(dòng)切換高速/怠速信號(hào)電控硅油離合器響應(yīng)校驗(yàn)

在試驗(yàn)過程中，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 800rpm，速比為0.85，通過Codesys軟件手動(dòng)發(fā)送命令轉(zhuǎn)速指令，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速直接提高到最高轉(zhuǎn)速，然后將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低到怠速運(yùn)行，重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3　 電控硅油離合器手動(dòng)高速/怠速響應(yīng)校驗(yàn)

上述曲線表明：①當(dāng)命令轉(zhuǎn)速從0提高到1 400rpm時(shí)，風(fēng)扇能在1單位時(shí)間內(nèi)將轉(zhuǎn)速迅速提高到最高轉(zhuǎn)速并保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)?？焖偬岣唢L(fēng)扇轉(zhuǎn)速保證了發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)因突然升溫而得不到及時(shí)冷卻而產(chǎn)生故障；②當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速從最高轉(zhuǎn)速降低到0時(shí)，風(fēng)扇能在4單位時(shí)間內(nèi)將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低到怠速并保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。延時(shí)降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在保證發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)省燃油的同時(shí)，又能避免風(fēng)扇出現(xiàn)轉(zhuǎn)速降低過快而無法及時(shí)響應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)突然升溫情況。

3.2 逐級(jí)提高和降低轉(zhuǎn)速信號(hào)電控硅油離合器響應(yīng)校驗(yàn)

在試驗(yàn)過程中，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1800rpm，通過Codesys軟件手動(dòng)發(fā)送,轉(zhuǎn)速指令，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速從怠速逐級(jí)提高到最高轉(zhuǎn)速，然后將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低到怠速轉(zhuǎn)速運(yùn)行，重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 逐級(jí)提高和降低電控硅油離合器響應(yīng)校驗(yàn)

上述曲線表明：當(dāng)命令轉(zhuǎn)速以200rpm/檔逐級(jí)上升和降低時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速能快速提升或降低到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 手動(dòng)發(fā)送溫度值信號(hào)電控硅油離合器響應(yīng)校驗(yàn)

在試驗(yàn)過程中，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1 800rpm，通過Codesys軟件手動(dòng)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)水溫值，讓硅油離合器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫變化進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整，重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5　 手動(dòng)發(fā)送溫度值信號(hào)電控硅油離合器響應(yīng)校驗(yàn)

上述曲線表明：①當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫升高，引起風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變化到高于其怠速時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速能快速調(diào)整到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)；②當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫低于風(fēng)扇怠速對(duì)應(yīng)水溫時(shí)，風(fēng)扇始終保持怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 整機(jī)油耗對(duì)比測(cè)試

某中型挖掘機(jī)在平原和高原地區(qū)分別搭載直驅(qū)風(fēng)扇和電控硅油離合器風(fēng)扇，進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表2　 油耗對(duì)比測(cè)試結(jié)果

5 結(jié) 論

綜上所述，電控硅油離合器風(fēng)扇在挖掘機(jī)械上能夠?qū)崿F(xiàn)電控“無級(jí)變速”，根據(jù)冷卻液溫度、進(jìn)氣歧管溫度和液壓油溫度變化而快速響應(yīng)，并能在對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，完全可以滿足整機(jī)對(duì)熱平衡、振動(dòng)及噪聲需求。

面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源消耗，節(jié)能降噪已成為目前急需解決的問題。大排量、低排放的工程機(jī)械是加劇環(huán)境污染和能源消耗的因素之一。搭載電控硅油離合器在不影響工程機(jī)械運(yùn)行的條件下大大降低了燃油消耗及噪音污染，給客戶帶來了經(jīng)濟(jì)效益。

（編輯 吳學(xué)松）

［中圖分類號(hào)］TU621

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366（2015）02-0056-02

［收稿日期］2015-01-08

Application of electric control silicon oil clutch in construction machinery