CN102410286A - 散热***、包括该散热***的液压传动***和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种散热***、包括该散热***的液压传动***和车辆。所述散热***为液压传动***的液压流体散热，所述散热***包括液压流体流入管路、散热装置和液压流体流出管路，所述液压流体流入管路连接在所述液压传动***和所述散热装置之间，液压流体从所述液压传动***通过所述液压流体流入管路流动到所述散热装置中，所述液压流体流出管路连接在所述散热装置和所述液压传动***之间，液压流体从所述散热装置通过所述液压流体流出管路流动回到所述液压传动***中，其中，所述散热***还包括至少一个蓄能器，所述至少一个蓄能器连接到所述液压流体流入管路。

Description

散热***、包括该散热***的液压传动***和车辆

技术领域

本发明涉及液压设备技术领域，尤其涉及高压油路吸收***脉动、缓和液压冲击等液压油路设计及改进领域。

背景技术

液压传动***，也可简称为液压***，是一种利用密封容积内的液压流体(或液压液体)的容积的变化来传递动力(能量)的***。液压传动***一般可以包括以下几个部分：能源部分，用于将机械能转换成液压流体的压力能，例如，各种类型的液压泵等；执行部分，用于将液压流体的压力能转换成带动工作部件运动的机械能，例如，液压缸、液压马达等；控制调节部分，用于控制并调节液压***中的液压流体的压力、流量、流向等，以满足工作部件所需力(力矩)、速度(转速)和运动循环的要求，例如，各种压力阀、流量阀、换向阀等。除了上述部分之外，液压传动***还可以包括辅助部分，例如，液压流体储存箱(油箱)、液压流体传输管(油管)、液压流体过滤器(滤油器)、储能器、压力表、加热器和/或散热器等，以保证液压传动***工作的可靠性和稳定性。

液压传动***所采用的液压流体(或液压液体)一般为矿物油，因此液压流体也被称为液压油。因为升高温度可使得液体的内聚力减小，所以液体的粘度对于温度很敏感，例如，当温度略微升高时，液体粘度可能显著下降。每种液体的粘度随温度而变化的粘度-温度性不同。通常来讲，对于液压传动***来说，要求在液压传动***中使用的液压油的粘度随温度变化得越小越好，即，要求液压油具有良好的粘-温特性。

在液压传动***中进行能量转换时，例如，当机械能转换成液压油的压力能时，或者当液压油的压力能转换成带动工作部件运动的机械能时，一部分的能量会转换为热能。这样的热能导致液压油的温度升高，导致液压油的粘度改变。因此，可以在液压传动***设置散热器，以通过使液压油流过散热器来降低液压油的温度。

然而，在液压传动***工作时，流向散热器的液压油的压力和流量会在控制调节部分的控制下而不断地变化。液压油的压力和流量的这样的不断变化对散热器造成了冲击，因而可能严重地影响散热器的使用寿命。

发明内容

实施例的目的在于克服在现有技术中的上述和其他缺点。为此，实施例提供一种散热***，所述散热***可以为液压传动***的液压流体散热。

根据本发明的一个示例性实施例，一种散热***可以包括液压流体流入管路、散热装置和液压流体流出管路，所述液压流体流入管路连接在所述液压传动***和所述散热装置之间，液压流体从所述液压传动***通过所述液压流体流入管路流动到所述散热装置中，所述液压流体流出管路连接在所述散热装置和所述液压传动***之间，液压流体从所述散热装置通过所述液压流体流出管路流动回到所述液压传动***中，其中，所述散热***还包括至少一个蓄能器，所述至少一个蓄能器连接到所述液压流体流入管路。

所述至少一个蓄能器可以为气囊式蓄能器。

所述至少一个蓄能器可以为彼此并联连接的多个蓄能器。

所述散热***还可以包括旁通溢流阀，所述旁通溢流阀可以与所述散热装置并联地连接在所述液压流体流入管路和所述液压流体流出管路之间。

所述散热装置可以包括散热管路，从所述液压流体流入管路流入到所述散热装置中的液压流体可以流过所述散热管路，以进行散热。

所述至少一个蓄能器的总工作容积V₀可以满足下面的式子：

$V_0=\frac{m}{2}{v}^2\left(\frac{0.4}{P_2}\right)\frac{{10}^3}{{\left(\frac{P_2}{P_0}\right)}^{0.285}-1}$

其中，P₂为从所述液压传动***流入到所述液压流体流入管路中的液压流体的最高压强，P₀为所述至少一个蓄能器的充气压强，m为从所述液压传动***流入到所述液压流体流入管路中的液压流体的总质量，v为液压流体在所述液压流体流入管路中的流速。

根据本发明的一个示例性实施例，一种液压传动***可以包括如上所述的散热***。

根据本发明的一个示例性实施例，一种车辆可以包括如上所述的液压传动***。

所述车辆可以是铲运机，所述液压传动***可以为所述铲运机的铲运操作提供动力。

所述散热***还可以包括连接构件，所述至少一个蓄能器可以通过所述连接构件而被安装在所述铲运机的右后轮钢罩的内侧处。

根据本发明的示例性实施例，因为在散热***中包括了蓄能器，所以可以极大地降低通过散热装置的液压流体的压强及流量的波动，对散热装置起到了很好的保护作用，延长了散热装置的使用寿命。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，可以更清楚地理解本发明的上面的和其他的方面、特征和其他优点，在附图中：

图1是示意性示出根据本发明的示例性实施例的散热***的示图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的散热***中的蓄能器的主视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明的示例性实施例可以以许多不同的形式来实施，且不应该限于这里阐述的示例。相反，提供这些示例使得本公开将是彻底并完整的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。为了清楚起见，在附图中夸大了层和区域的尺寸和相对尺寸。在附图中，相同的标号始终表示相同的元件。

图1是示意性示出根据本发明的示例性实施例的散热***1的示图。如图1中所示，根据本发明的示例性实施例的散热***1可以包括液压流体流入管路2、散热装置3和液压流体流出管路4。

液压流体流入管路2可以连接在外部(例如，液压传动***，未示出)和散热装置3之间。如图1中所示，液压流体可以沿箭头方向从外部(即，液压传动***)通过液压流体流入管路2流动到散热装置3中。根据当前的示例性实施例，液压流体可以为矿物油。然而，本发明的示例性实施例不限于此，根据其他的示例性实施例，散热***可以为液压传动***中使用的各种液压流体散热。

散热装置3可以对从液压流体流入管路2流入的液压流体进行散热。散热装置3可以包括散热管路、散热鳍片和/或风扇等。液压流体可以在散热管路中流动的同时将热释放到外部(例如，空气)中，从而降低液压流体的温度。散热鳍片可以设置为与散热管路结合，以提供更大的与空气的接触面积。可以通过风扇来促进与散热管路和散热鳍片接触的空气的流动，以提高散热效率。

液压流体流出管路4可以连接在散热装置3和外部(例如，液压传动***，未示出)之间。如图1中所示，已经在散热装置3中进行了散热的液压流体可以沿箭头方向从散热装置3通过液压流体流出管路4流动到外部，例如，流动回到液压传动***中。

为了对液压流体进行更有效地散热，可以采用增加散热管路的长度、减小散热管路的直径、增大散热鳍片的面积、提高风扇的功率等各种手段。例如，散热装置3可以包括直径很小的散热管路，例如，毛细散热管路。例如，毛细散热管路的直径最小处可以为大约5mm。

具有上述结构的液压传动***可以应用于各种车辆中，以为其各种操作提供动力。在一个示例性实施例中，所述车辆可以例如是铲运机，根据本发明的示例性实施例的液压传动***可以为铲运机的铲运操作提供动力。例如，所述铲运机可以是TORO 1400E型电动铲运机。

在诸如玉溪大红山铁矿等大型地面、井下矿山的中深部处采用无底柱分段崩落法，因此采用了TORO 1400E型电动铲运机。一方面，由于井下道路不平整、弯道多、矿石堆积密度大等原因，加大了铲运机的负荷。另一方面，TORO 1400E电动铲运机在卷缆***中采用了可编程逻辑控制器(PLC)，PLC可以根据电缆卷盘中电缆的实际数量以及收缆、放缆、加速、制动等不同的工况，来进行收缆和放缆的线性控制，以避免电缆上的张力随电缆的收放长度的变化而过激的变化，即，尽量保证卷缆、放缆压力与电缆所需的张力相当(通常情况下，卷缆压力、放缆压力并非是恒定的，PLC可以根据工况的不同来保证卷缆压力、放缆压力与电缆所需的张力相当，以免卷缆压力、放缆压力过大而损坏电缆，卷缆压力过小而造成电缆未及时收回，被车辆碾压等)及降低液压流体的流量波动的幅度(通常情况下，卷缆压力、放缆压力的变化会造成流经散热***的流量的变化，因为例如TORO 1400E型电动铲运机采用了变量泵为卷缆***提供动力，所以流量会随着反馈压力的变化而变化)。但是，随着电缆张紧力的变化，在TORO 1400E型电动铲运机的液压传动***中，在散热装置的散热管路中流动以进行散热的液压流体的压力及流量也会相应地变化。液压流体的压力及流量波动，对散热装置的散热管路的冲击也相应地剧烈变化，因而严重地影响了散热管路和整个散热装置的使用寿命。换句话说，对TORO 1400E型电动铲运机的液压传动***的散热***产生主要影响的是卷缆***。

TORO 1400E型电动铲运机的液压传动***的散热***的损坏原因主要在于：包括在散热装置中的散热管路(例如，毛细散热管路)老化后强度下降，抵御不了TORO 1400E型电动铲运机工作时流经散热管路的液压流体所产生的液压冲击，这样的液压冲击可产生瞬时高压，因而可能损坏毛细散热管路。造成散热管路老化的原因主要有以下二项：

(1)液压流体物性恶化

液压流体可在一定温度下逐渐分解、变质，由于液压流体变质后性质不稳定，可能与散热管路的材料发生化学反应，加之井下长期充斥的酸性及有机气体亦会散热管路的材料发生化学反应，因此致使散热管路老化；

(2)散热管路材料腐蚀、溶解

液压流体在散热管路内连续流动，同时存在着温差、杂质等因素，使散热管路的材料发生溶解和腐蚀，流动阻力因此增大，且使得散热管路的热传导特性劣化，而当散热管路的材料被腐蚀后，可导致散热管路的强度下降，甚至可能引起散热管路的腐蚀穿孔，因此致使散热管路老化。

由于上述原因，受井内工作条件限制，散热管路的老化不可避免。

因此，为延长散热***的寿命，保护老化的散热管路不被在其中流动的液压流体的冲击损坏，根据本发明的示例性实施例的散热***1还可以包括蓄能器5，以有效地降低液压流体通过散热***1时的瞬时压力。

如图1中所示，根据本发明的示例性实施例的散热***1可以包括一个蓄能器5。然而，本发明的示例性实施例不限于此。根据其他的示例性实施例，散热***1可以包括多个蓄能器5，多个蓄能器5可以彼此并联，以提供期望的工作容积，这将在下文中进行更详细地描述。

蓄能器5可以是用于存储和释放液压流体的压力能的装置。具体地讲，当液压传动***的执行元件需要快速运动时，可以由蓄能器与液压泵同时地向液压缸供给液压流体。当液压传动***的执行元件停止运动的时间较长，并且需要保压时，为降低能耗、使液压泵卸荷，可以利用蓄能器贮存的液压流体来补偿液压流体路径的泄漏损失，维持***压力。另外，蓄能器还可以用作应急液压流体源，在一段时间内维持***压力，避免电源突然中断或液压泵发生故障时油源中断而引起的事故。当液压泵起动或停止、液压阀突然关闭或换向、液压缸起动或制动时，液压传动***中会产生液压冲击，可以通过设置蓄能器来缓和液压冲击、吸收***脉动。

因此，根据本发明的示例性实施例，蓄能器5可以连接到液压流体流入管路2，以在液压流体流到散热装置3之前吸收铲运机高负荷运行时产生的液压流体的瞬时峰值压力，从而缓和液压流体对散热装置3(例如，散热装置中的毛细散热管路)的冲击，因此能够大幅提升散热装置3的使用寿命。

根据本发明的示例性实施例，一个或多个蓄能器5可以为气囊式蓄能器。然而，示例性实施例不限于此。根据其他的示例性实施例，蓄能器5也可以是气瓶式蓄能器、活塞式蓄能器等其他类型的蓄能器。

另外，如图1中所示，根据当前的示例性实施例的散热***1还可以包括旁通溢流阀6。旁通溢流阀6可以与散热装置3并联地连接在液压流体流入管路2和液压流体流出管路4之间。旁通溢流阀6可以在***压力大于或等于旁通溢流阀6的调定压力时打开，以使***压力不再增加，对***起过载保护作用。

虽然可以通过旁通溢流阀6来防止液压流体的压力过分地增加，但是因为旁通溢流阀6的很慢的反应速度，所以当在液压传动***中瞬间产生高压时，旁通溢流阀6可能不会及时地打开，这样可能导致压力很高的液压流体流到散热装置3中，因而导致包括在散热装置3中的诸如老化的散热管路等的元件受到高压的液压流体的冲击而损坏。

然而，根据当前的示例性实施例，将蓄能器5连接到液压流体流入管路2。因此，蓄能器5可以在旁通溢流阀6打开之前吸收液压流体的瞬时高压，缓和液压流体对散热装置3中的诸如毛细散热管路等的元件的冲击，因此大幅提升散热装置3的使用寿命。

在图1中仅示出了旁通溢流阀6与散热装置3并联地连接在液压流体流入管路2和液压流体流出管路4之间的示例。然而，示例性实施例不限于此。根据其他的示例性实施例，旁通溢流阀6可以与散热装置3和蓄能器5并联地连接在液压流体流入管路2和液压流体流出管路4之间，即旁通溢流阀6与液压流体流入管路2连接的位置可以在蓄能器5与液压流体流入管路2连接的位置的上游。

下面将详细描述确定蓄能器的工作容积的方法。

根据本发明的示例性实施例，蓄能器的工作容积V₀可以满足下面的式子：

$V_0=\frac{m}{2}{v}^2\left(\frac{0.4}{P_2}\right)\frac{{10}^3}{{\left(\frac{P_2}{P_0}\right)}^{0.285}-1}$

在上面的式子中，P₂为从液压传动***流入到液压流体流入管路中的液压流体的最高压强(单位为Pa)。在TORO 1400E型电动铲运机的情况下，铲运机铲矿过程中翻转铲斗时电动机功率达到最大值，流到液压流体流入管路中的液压流体的压强值也最高，在实验中，利用压力表测得P₂为大约55bar，即，大约5500000Pa。

P₀为蓄能器的充气压强(单位为Pa)。通常按安装有蓄能器的液压流体流入管路的工作压强的大约90％充气。因为当液压流体流入管路的压强超过大约7bar时，散热***的旁通溢流阀开启，因此液压流体管路的工作压强为大约7bar，即，大约700000Pa。

m为从液压传动***流入到液压流体流入管路中的液压流体的总质量(单位为kg)。在TORO 1400E型电动铲运机的情况下，其液压传动***的液压流体源由一个大约79L/min的定量液压泵提供，因此该液压传动***的最大流量为大约79L/min。作为液压流体的矿物油的密度可以约等于0.7kg/L，铲运机翻转一次铲斗用时达大约1.8s，因此从该液压传动***流入到液压流体流入管路中的液压流体质量m＝(79/60)×1.8×0.7＝1.66(kg)。

v为液压流体在液压流体流入管路中的流速(单位为m/s)。在TORO1400E型电动铲运机的情况下，正常工况下流速按照最大流量为大约79L/min计算出为10.7m/s，即，液压流体密度为大约0.7kg/L，液压流体流入管路直径取大约12.5mm，则可计算出油管截面积，时间为大约1.8s，因此正常工况下液体的流速为v＝1.66/(0.7×0.0122×1.8)＝10.7(m/s)。根据伯努利方程，液压流体的流速的平方与管路压强值成反比，因此计算出得液压流体流入管路中压强最大值时v＝3.8m/s，即，P₀＝7bar，P₂＝55bar，正常工况下(即7bar)时液体的流速为v＝10.7m/s，则可计算出当压强最大为P₀＝55bar时v＝3.8m/s。

因此，在TORO 1400E型电动铲运机的情况下，可以根据上面的式子计算出蓄能器的最小工作容积为大约1.2L。

根据以上计算结果，在TORO 1400E型电动铲运机的情况下，可以选择工作容积大于等于大约1.2L的蓄能器。然而，本发明的示例性实施例不限于此，如上所述，根据其他的示例性实施例的散热装置1可以包括多个蓄能器4。例如，在上面详细描述的TORO 1400E型电动铲运机的示例中，可以将工作容积分别为大约0.75L的并联连接的两个的蓄能器连接到液压流体流入管路2，在这个示例中，所述两个蓄能器的额定工作压强均可以为例如大约65bar。在这样的情况下，用于将所述两个蓄能器装置连接到液压流体流入管路2的连接管路可以选择管径d为大约12.5mm、长度L为大约1000mm的橡胶高压管。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的散热***中的并联连接的两个蓄能器的主视图。

如图2中所示，可以将两个蓄能器11和12连接并固定到蓄能器适配器13。通过连接管路14连接到蓄能器适配器13，以将两个蓄能器11和12并联连接，并将并联连接的两个蓄能器11和12连接到液压流体流入管路2(未示出)。

因为工作容积较大的蓄能器体积偏大而限制了其应用的范围，所以根据本发明的示例性实施例，选用了并联连接的工作容积较小的两个蓄能器11和12。然而，本发明的示例性实施例不限于此，在其他的实施例中，可以选择具有适当的工作容积的单个蓄能器，或具有适当的总工作容积的多个蓄能器。另外，与串联连接方式相比，并联连接的两个或两个以上的蓄能器在吸收低频率冲击时更有利于吸收冲击，滤波效果更好。

此外，根据本发明的示例性实施例的散热***还可以包括连接构件(未示出)。例如，连接构件可以设置在蓄能器适配器13的与连接由连接管路14的表面相对的表面上。在上面详细描述的TORO 1400E型电动铲运机的示例中，蓄能器可以通过连接构件而被安装在铲运机的右后轮钢罩的内侧处，因此可以方便灵活地安装蓄能器且不影响其他部件的正常工作。

根据本发明的示例性实施例，通过在散热***中安装蓄能器，散热装置的散热管路中的压强波动大约为0bar～25bar。因此，大幅降低了***液压冲击对散热管路的破坏，有效的延长了散热装置的使用寿命、节约了成本。

散热器的使用寿命在加装散热器保护装置前后使用情况对比如下表所示。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，利用蓄能器具有的吸收***脉动、缓和液压冲击的作用原理，对例如TORO 1400E型铲运机的液压油散热装置进行改装，其目的是为了解决例如TORO 1400E型铲运机在井下作业时液压油散热装置损坏频繁的问题。

根据本发明的示例性实施例，利用蓄能器具有吸收***脉动、缓和液压冲击的作用原理，在液压油通过散热装置之前的油路上并联一个蓄能器作为保护装置，以吸收铲运机高负荷运行时液压油路产生的瞬时峰值压力，缓和液压油对散热装置的毛细管路的冲击，因此能够大幅提升散热装置的使用寿命。

根据本发明的示例性实施例，因为在散热***中包括了蓄能器，所以可以极大地降低通过散热装置的液压流体的压强及流量的波动，对散热装置起到了很好的保护作用，延长了散热装置的使用寿命。

虽然已经示出并描述了本发明的示例性实施例的示例，但是本领域技术人员应该理解的是，本发明的示例性实施例不限于此，在不脱离如权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些示例性实施例进行各种修改。

Claims (10)

1.一种散热***，其特征在于，所述散热***为液压传动***的液压流体散热，所述散热***包括液压流体流入管路、散热装置和液压流体流出管路，

所述液压流体流入管路连接在所述液压传动***和所述散热装置之间，液压流体从所述液压传动***通过所述液压流体流入管路流动到所述散热装置中，

所述液压流体流出管路连接在所述散热装置和所述液压传动***之间，液压流体从所述散热装置通过所述液压流体流出管路流动回到所述液压传动***中，

其中，所述散热***还包括至少一个蓄能器，所述至少一个蓄能器连接到所述液压流体流入管路。

2.如权利要求1所述的散热***，其特征在于，所述至少一个蓄能器为气囊式蓄能器。

3.如权利要求1所述的散热***，其特征在于，所述至少一个蓄能器为彼此并联连接的多个蓄能器。

4.如权利要求1所述的散热***，其特征在于，所述散热***还包括旁通溢流阀，所述旁通溢流阀与所述散热装置并联地连接在所述液压流体流入管路和所述液压流体流出管路之间。

5.如权利要求1所述的散热***，其特征在于，所述散热装置包括散热管路，从所述液压流体流入管路流入到所述散热装置中的液压流体流过所述散热管路，以进行散热。

6.如权利要求2所述的散热***，其特征在于，所述至少一个蓄能器的总工作容积V₀满足下面的式子：

$V_0=\frac{m}{2}{v}^2\left(\frac{0.4}{P_2}\right)\frac{{10}^3}{{\left(\frac{P_2}{P_0}\right)}^{0.285}-1}$

其中，P₂为从所述液压传动***流入到所述液压流体流入管路中的液压流体的最高压强，P₀为所述至少一个蓄能器的充气压强，m为从所述液压传动***流入到所述液压流体流入管路中的液压流体的总质量，v为液压流体在所述液压流体流入管路中的流速。

7.一种液压传动***，其特征在于，所述液压传动***包括如权利要求1-6中任意一项权利要求所述的散热***。

8.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求7所述的液压传动***。

9.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆是铲运机，所述液压传动***为所述铲运机的铲运操作提供动力。

10.如权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述散热***还包括连接构件，所述至少一个蓄能器通过所述连接构件而被安装在所述铲运机的右后轮钢罩的内侧处。

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