军用车辆静液驱动冷却风扇系统设计.pdf

收藏

编号:20181111060927938240    类型:共享资源    大小:234.75KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
3
金币
关 键 词:
静液驱动 驱动系统 冷却风扇 冷却风扇驱动
资源描述:
22 液压与气动 2007年第5期 军用车辆静液驱动冷却风扇系统设计 路华鹏,马彪,陈漫,李和言 Design of Hydrostatic Transmission Cooling Fan Systems for Mihtary Vehicles LU Hua—peng,MA Biao,CHEN Man,LI He—yan (北京理工大学机械与车辆工程学院,北京 100081) 摘 要:静液驱动风扇冷却系统与风扇的传统机械驱动方式相比,安装位置灵活,调速简单,工作可 靠,功率利用率高,而且系统可以在任一发动机转速下根据发动机冷却水或综合传动装置液压油的温度 自动调节风扇的转速,以使发动机或综合传动装置在最佳温度下工作,使整个动力传动系统具有更高的 效率,因此具有广阔的应用前景。随着军用车辆功率密度、可靠性要求的提高,根据发动机热负荷适时调 节冷却强度,控制简捷、结构简单、工作可靠、布置灵活、高效、低费用的静液驱动风扇调速装置将是风扇 传动装置的发展趋势。 关键词:军用车辆;静液驱动;冷却风扇 中图分类号:U463.22文献标识码:B文章编号:1000—4858(2007)05.0022.03 1前言 军用车辆一般功率大,用途特殊,需要在各种地 形、气候条件下,具有无道路战场上灵活运动和克服障 碍的能力,因而,一方面,经常行驶于大负载、恶劣环境 中时,动力传动系统容易产生较多的热量,导致常常出 现发动机过热和液压油温度过高等现象,给军用车辆 的使用带来种种障碍,也给车辆关键部件的使用寿命 带来了严重影响,既增加了运行成本,又影响了战场进 度;另一方面,发动机的燃油经济性随系统温度变化很 大,当系统温度在90℃左右时,其效率最高,而由图1 ;;:}——~.60妻I 、 墓;:} 辎30} 州20} lO【 0 50 70 80 90 传动系统油温/℃ 图1一定工况下,某型综合传动装置 空损功率随油温变化曲线 [2]何村兴,张铁华.液压传动与气压传动[M].武汉:华中 理工大学出版社,1998. [3]关景泰.机电液控制技术[M].上海:同济大学出版社, 2003.2. 我们可以看出,综合传动装置的空损功率随系统温度 变化很大,保持一定的高温是保证动力传动系统功率 利用率高的前提。因此,采用适当的冷却系统对动力 传动系统进行适时的散热,使发动机和传动系统工作 于高效、可靠的温度范围之内,对于保证动力传动系统 的正常运行、提高发动机以及传动系统的功率利用率、 提高燃油经济性是十分必要的。 军用车辆的动力装置、传动装置、冷却系统、润滑 系统及其他辅助系统通常全部安装在由装甲板包围起 来的动力舱中。由工作中的严格防弹和涉水、潜渡等 任务所决定,动力舱是一个相对密闭的容积,不能利用 车辆行驶的冲压作用使外界环境空气流人,必须依靠 大功率、高转速的冷却风扇强制造成冷却空气的流 动[1|。 传统的冷却风扇传动主要以机械传动为主,其冷 却系统的冷却能力一般是按高温等最恶劣的使用工况 收稿日期:2006—10—08 作者简介:路华鹏(1979一),男,山东淄博人,博士研究生,主 要从事静液传动及其控制方面的研究工作。 [4]陶刚.自动变速的数字控制研究[D].北京:北京理工大 学,2004.8. [5]周东华.非线性系统的自适应控制导论[M].北京:清华 大学出版社,2002. 万方数据 2007年第5期 液压与气动 23 下所需功率来设计的,风扇与发动机之间以定传动比 传递动力,风扇转速随发动机转速的变化而变化,这就 造成了冷却系统在绝大部分工况下功率利用率低的局 面。尤其是在外界环境低温,车辆高速、中小负载条件 下工作时,冷却系统冷却能力严重过剩,使发动机、传 动系统预热缓慢,传热损失太多,导致发动机、传动系 统过度冷却,动力传动系统的功率利用率太低,从而造 成燃油浪费,发动机零件的磨损增加等。 静液驱动调速装置由于采用高功率密度的泵、马 达作为主要元件,其体积小,重量轻,工作可靠,泵与马 达间通过柔性管路相连,可使冷却风扇布置灵活,从而 可充分利用军用动力舱有限的空问;静液驱动具有无 级调速的能力,可以根据动力传动系统所需冷却功率 实时地调整冷却风扇的转速,使发动机的水温和传动 系统的油温控制在一定的范围之内,从而使冷却系统 的功率利用率大大提高,既节约了资源,又提高了动力 传动系统的可靠性,对提高军用车辆的平均无故障里 程和大修期限具有重要意义。 2军用车辆静液驱动冷却风扇系统设计 军用车辆的冷却装置由柴油机冷却水用散热器和 综合传动装置工作油用散热器组合而成,通过冷却风 扇冷却。 一方面,为了增大散热量,另一方面,为了减小安 装空间,军用车辆一般采用2个风扇来给散热系统散 热。 2.1冷却风扇系统组成及其工作原理 如图2所示,军用车辆静液驱动冷却风扇系统 主要有变量泵1、定量风扇马达4、5、排量控制机构 3、计算机控制系统ECU等组成。变量泵1由发动 机通过一对啮合齿轮来驱动;风扇马达4和5并联于 回路中,通过2个温度传感器来感知发动机水温和 传动系统油温的变化;计算机控制系统ECU根据不 1.变量泵2.补油泵3.排量控制机构4、5.风扇马达 图2静液驱动冷却风扇系统原理图 同的输入信号通过改变电控排量伺服阀的输入电流 来实时改变变量泵的排量,实现实时改变风扇马达 转速的控制。工作过程为:当发动机水温较低时, ECU根据冷却水温度传感器的测得数值来减少排量 控制伺服阀的输入电流,以此减小泵的排量,液压泵 输出较小的流量进入液压马达,液压马达驱动的风 扇转速降低;当发动机水温太高时,ECU根据冷却水 温度传感器的测得数值来增大排量控制伺服阀的输 人电流,液压马达流量增加,风扇转速增加。这样就 可以根据水温的高低,自动调节风扇的转速,以满足 发动机的散热要求。综合传动装置液压油的冷却调 节与以上类似,其控制为平行关系,也就是说,只要 发动机冷却水或液压油一方温度达到风扇泵开启的 设定值,风扇马达就会旋转。需要说明的是:由于风 扇转速与静液驱动系统压力之间有一定的对应关 系,风扇转速越高,马达负载越大,系统压力越高,因 而风扇马达的转速根据检测静液驱动系统高压端压 力就可换算出。 2.2冷却风扇系统特点 由于静液驱动本身的特点,具有良好的可控无级 调速的能力,使得此冷却风扇可以连续调速,调速范围 较大,且调速简单,控制容易,能较好地实现动力传动 系统的温度控制,有利于节能;良好的柔性动力传递介 质使得其产生的噪声要远比传统机械传动小的多,有 利于降噪;同时,液压传动装置的功率密度大、体积小、 质量轻、结构紧凑,可充分利用军用车辆狭小的布置空 间。另外,软管连接使得安装灵活,有利于实现系列 化、标准化,便于推广应用。 2.3冷却风扇最高转速的确定 为了不使冷却功率过高而产生噪声,风扇的最高 转速(即电磁比例溢流阀最高压力),可按最大热负荷 工况所需风扇马达最高转速时的静液驱动系统的最高 压力确定。为避免发动机冷却水温度较高或综合传动 装置液压油温度较高时,车辆突然启动致使排量控制 伺服阀全开,带来风扇冷却系统及其他系统的冲击,同 时也为确保系统安全可靠,冷却风扇应逐渐开启,也就 是风扇泵的排量逐渐增大,避免阶跃增加。 2.4冷却风扇开启与关闭温度的设定 冷却风扇开启与关闭温度点的选择对于提高风扇 冷却系统的功率利用率,提高动力传动系统的效率,以 及延长其寿命具有“最优”的意义。针对军用车辆的具 体情况,温度点设定如下: 万方数据 液压与气动 2007年第5期 风扇泵排量控制对应发动机冷却水的温度范围为 90℃~100℃。发动机冷却水温90℃时,ECU经数据分 析后发出控制指令使电控冷却风扇开始工作,排量逐渐 增大,风扇马达转速逐渐增加。当水温高达100%时,导 风板仍处于敞开状态,这时冷却系统的冷却能力最大, 实现快速降温。当发动机水温降回至85℃时,ECU发 出控制指令,使电控冷却风扇停止工作。这样,直到发 动机水温返升至90℃,电控冷却风扇又重新工作。 上面我们知道,综合传动装置的空损功率随液压 油的温度升高而减小,也就是说传动系统液压油温度 越高,系统效率越高,而另一方面,油温过高,也给系统 带来不利影响,使:油液迅速老化变质;需要油膜润滑 的摩擦副,油膜难以建立;油液的黏度降低,造成转向 元件内泄漏量增加,转向系统效率降低;部分密封元件 在高温时寿命也明显降低。由此,液压系统中的油温 一般应控制在78℃~100℃范围内,最高不应高于 105℃Mj。系统由液压油温度传感器将液压油温度信 号传给ECU,ECU判断油温是否达到最高温度78℃。 如油温达到,则ECU输出控制电流信号,启动排量驱 动风扇工作,直到油温降至最低温度75℃。 2.5冷却风扇排气口形状的改进 受军用车辆实车安装空间所限,冷却风扇不可能 有大的形状上的改变,因而改进的着眼点放在了排气 的出口处。改进前的排气口形状如图3a所示。根据 流体力学的知识,由于风扇功率较大,排出的气流流速 较快,在排气口壁面的阻挡干扰下,会在后面处形成涡 流,致使排出气流紊乱,由冷却风扇排出的高温空气 在遇到阻挡后,部分被弹回的排气会再次折返至冷却 空气的进口处,从而发生被二次吸入的短路现象,造成 风扇散热效率的下降。为改善这种状况,提出了扩大 排气口,并将其改制成喇叭形式样的方案(图3b)。经 研究表明心J,当喇叭的开放角度为60。时排气量最大, 效果最好。最终确定开放角度为60。。 a) b) 图3冷却风扇排气口形状的改进图 2.6传统机械传动冷却风扇功率利用与静液驱动冷 却风扇功率利用的比较 由图4可以看出,传统机械传动冷却风扇在大部 分风扇转速区间中都不能做到功率的完全利用,只有 到了5600 r/min附近才达到功率的完全利用。而静 液驱动冷却风扇所输出的功率在大部分转速区间中都 能很好的满足冷却风扇所需,功率利用率较高。由此, 可知静液驱动冷却风扇系统将给军用车辆带来比机械 传动冷却风扇更高的燃料经济性,这对于当今能源匮 乏时代提高军用车辆的节能控制将具有重要意义。 60 50 童40 婪30 20 lO 0 机械传勉功率 ///;缓率 t孑彩■1.删_ 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 风扇转速/r minl 图4冷却风扇所需功率与静液驱动、 机械传动输出功率的比较 3结论 静液驱动风扇冷却系统与风扇的传统驱动方式相 比,安装位置灵活,调速简单,工作可靠,功率利用率 高,而且系统可以在任一发动机转速下根据发动机冷 却水或综合传动装置液压油的温度自动调节风扇的转 速,以使发动机或综合传动装置在最佳温度下工作,使 整个动力传动系统具有更高的效率,因此具有广阔的 应用前景。 随着军用车辆功率密度、可靠性要求的提高,根据 发动机热负荷适时调节冷却强度,控制简捷、结构简 单、工作可靠、布置灵活、高效、低费用的静液驱动风扇 调速装置将是风扇传动装置的发展趋势[3]3。 参考文献: [1]毕小平,赵以贤,刘西侠,等.坦克装甲车辆冷却性能的 集成化预测模型[J].兵工学报,2006,27(24). [2]渡边,礼规,等.201型内燃动车用柴油机冷却性能的改 进[J].国外内燃机车,2006,388(34). [3] 马源.冷却系统风扇液压调速装置理论特性与实验研究 [D].北京:北京理工大学,2003. 畸卜书—*书—*—÷}—洚_{÷_寸}_书—*—{.}—{.}—皓—争书书廿寸卜书—*—;.}—}斗卜制—*0.卜一予卜书—*—*—}.}—}_孛卜制—*—*—i.}—*_壬卜吲—*—;.卜—}呻卜书—*—*—* 欢迎订阅《液压与气动》杂志 万方数据
展开阅读全文
  皮皮文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:军用车辆静液驱动冷却风扇系统设计.pdf
链接地址:http://www.ppdoc.com/p-10930888.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

copyright@ 2008-2018 皮皮文库网站版权所有
经营许可证编号:京ICP备12026657号-3 

收起
展开