旋挖钻机液压系统散热改进

旋挖钻机液压系统散热改进

田跃飞1徐丽丽2张春艳3

北京中车重工机械有限公司北京102249

摘要：旋挖钻机液压散热多采用液压马达驱动。本文结合实例，分析原有技术，并指出其不足，提出改进方案，更适合旋挖钻机的使用工况。

关键词：旋挖钻机；液压；散热；控制

旋挖钻机成孔质量高、速度快，目前已被广泛应用于基建钻孔施工。它的源动力是底盘的发动机，通过连接在发动机上的液压泵，将高压油输送到动力头、主卷扬、副卷扬等执行部件。它与液压挖掘机在液压系统上有很多相似之处，如动力系统、液压系统、散热系统等。但也有一些不同，主要体现在执行装置多数是液压马达，而挖掘机为液压油缸。另外，与同功率等级的挖掘机相比，旋挖钻机所需流量更大。液压马达的总效率大概在91%，而油缸的总效率在95%左右，液压功率损失都转化成了热量，使液压系统发热。所以液压油的油温是整机健康与否的重要标志，影响着整机的工作效率和使用寿命。

一、原变速风扇结构及原理

（一）结构

图1为散热结构图，独立液压油散热器，风扇由液压马达驱动，吸风方式。

图2散热系统液压原理

1.变量泵2.电比例溢流阀3.两位换向阀4.马达5.风扇6.溢流阀7.切断阀8.油温传感器

（二）原理

图2所示，通过调节两位换向阀3的弹簧压力设定变量泵1的最大输出压力；通过调节电比例溢流阀2的电流值也可以设定泵的最大工作压力，但其优先级低于3。如果变量泵1压力下降到电比例溢流阀2设定压力以下，泵会以最大排量工作，以便提高流量满足系统需求。马达4、风扇5转速提高，散热能力加强。如果泵1压力达到电比例溢流阀2设定压力，泵会调节其排量以满足系统所需的流量。溢流阀6为马达4的卸荷阀，起到安全保护作用，可手动调节压力。切断阀7在低温情况下直接切断马达转速，使油温可以快速上升。具体控制方式为：

液压油温度＞50℃时，电流给定最小，泵的排量最大，在散热泵的驱动下，散热马达转速最高。

30℃＜液压油温度≤50℃时，电流设定在50~600mA之间某一定值，马达以中低速运转。

0℃＜液压油温度≤30℃时，电流设定最大，泵的排量最小，马达转速最慢。

液压油温度≤0℃，切断阀7得电，马达停转。

原系统缺点：

1）控制方式简单，无法及时响应温度变化；布置不合理，在炎热夏季工作时，散热器后的热量无法迅速散发到外部空气中，存在一定的回风现象，反而会影响到液压泵和油箱的温度，所以马达转速大部分时间在最大值，热平衡性差，液压油温度不稳定。

2）此散热系统机械功率近20KW，马达转速与散热量不能精确匹配，存在功率浪费的情况。

二、变速风扇控制原理改进

首先将液压散热器变更位置：原液压油散热器布置在平台右侧（人站在车顶俯视，驾驶室方向为前方，配重为后方），右侧为液压泵，左侧为配重，后面为液压油箱；变更后左侧为发动机吸风风扇散热器，右侧为配重，后面是燃油箱，减少回风、环境对散热效果的影响，见图3、4对比。其次，更换0.9倍排量散热马达，拓宽马达的调速范围；增加一个散热马达转速传感器，与目标转速做对比。在工程应用中，液压油的工作温度保持在50℃时，其黏温特性比较适合，传动效率高。通过推导风扇与油温之间的关系，时时检测温升，将油温控制在目标值附近。

图5电流、工作压力的关系

当160bar＜P≤168bar时，mA

当42bar＜P≤160bar时，mA

当28bar＜P≤42bar时，mA

图5为实测电流与压力关系，根据马达工作压力对应得到电流近似值。图中曲线可近似看做三段直线函数，电流值设定范围50~600mA：

结语：

（一）对改进后该旋挖钻机持续跟踪，使用效果理想。通过监测油液温度、马达转速等参数，数据与原理相吻合。

（二）在寒冷冬季由于环境温度有利于液压油散热，散热系统多不工作，这种温度控制方式不仅可以提高整机作业效率，而且可以降低不必要的损耗，起到一定的节能作用。