ГИДРОПРИВОД ВЕНТИЛЯТОРОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F01P7/04 F15B21/04 F16H61/40 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам охлаждения силовых установок (двигателей и трансмиссий) тяжелых транспортных машин.

Известен гидропривод вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания [1], содержащий гидронасос, приводимый в действие валом двигателя, гидромотор, связанный с вентилятором и подключенный к напорной магистрали гидронасоса, управляющий гидрораспределитель, который подключен к исполнительному клапану. Исполнительный клапан соединяет напорную магистраль гидронасоса со сливной.

Однако данный гидропривод имеет релейную характеристику работы, т.е. включается и выключается при определенной температуре двигателя, частота вращения вентилятора жестко зависит от оборотов двигателя. Кроме того, данный гидропривод не реагирует на температуру трансмиссии, которая также является высоконагруженным механизмом транспортного средства.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению и достигаемому результату является гидропривод вентиляторов системы охлаждения транспортного средства [2], содержащий регулируемый гидронасос, регулируемый редукционный клапан с пропорциональным предохранительным клапаном и последовательно соединенные гидромоторы, связанные с вентиляторами.

С помощью сигнала от датчика температуры охлаждающей жидкости происходит управление пропорциональным предохранительным клапаном, который регулирует давление в пружинной полости регулируемого редукционного клапана, который расположен в нагнетательной линии гидромоторов. Изменение давления на входе гидромоторов приводит к плавному изменению числа оборотов вентиляторов.

Внутри диапазона регулирования изменение давления пропорционально температуре и вызывает плавное "приспособление" числа оборотов гидромоторов и связанных с ними вентиляторов к потребности охлаждения силовых установок транспортного средства.

Однако данный гидропривод также имеет ряд недостатков. Регулирование оборотов гидромоторов осуществляется при помощи дросселирования рабочей жидкости в регулируемом редукционном клапане, что приводит к дополнительному разогреву рабочей жидкости и, следовательно, к снижению к.п.д. гидропривода. Кроме того, последовательное соединение гидромоторов увеличивает в два раза давление в гидроприводе, что приводит к увеличению утечек в гидроприводе и, как следствие, к снижению его к.п.д. Построение гидропривода вентиляторов для транспортных средств по объемно-разомкнутой схеме, т.е. когда рабочая жидкость поступает на вход гидронасоса из гидробака и туда же сливается, требует большого объема гидробака, что вызывает большие трудности при размещении его на машине.

Целью заявляемого изобретения является повышение к.п.д. гидропривода вентиляторов системы охлаждения транспортных средств и уменьшение его габаритов.

Для достижения этого технического результата в гидропривод вентиляторов системы охлаждения, содержащий регулируемый гидронасос, связанный с валом приводного двигателя, гидромоторы, соединенные с вентиляторами, датчики температуры охлаждающей жидкости, установленные в выходных магистралях радиаторов, и гидробак, дополнительно введены один или несколько гидронасосов по числу гидромоторов для попарного соединения с последними и образования объемно-замкнутых гидросистем по числу вентиляторов, причем все гидронасосы снабжены пропорциональными электрогидравлическими регуляторами, вспомогательный гидронасос, например, героторного типа, связанный с общим для всех гидронасосов валом приводного двигателя, при этом выход вспомогательного гидронасоса соединен со входом вновь введенного переливного клапана и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов, а через вновь введенные обратные клапаны - с входами регулируемых гидронасосов и выходами гидромоторов, а его вход и выход переливного клапана соединены с гидробаком, и блок управления, размещенный между выходами датчиков температуры и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов.

Блок управления содержит два звена с зоной нечувствительности, причем их входы являются входами блока управления, а выходы подключены ко входам сумматора, выход которого является выходом блока управления.

Сопоставимый анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый гидропривод отличается наличием новых элементов: дополнительного гидронасоса, пропорциональных электрогидравлических регуляторов гидронасосов, вспомогательного гидронасоса, переливного и обратных клапанов, блока управления и их связями с другими элементами гидропривода.

Таким образом, заявляемый гидропривод соответствует критерию патентоспособности "новизна".

Сравнение заявляемого гидропривода с другими техническими решениями показывает, что вновь вводимые в гидропривод элементы широко известны [2], [3] , [4].

Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами гидропривода заявляемый гидропривод проявляет новые свойства, позволяет обеспечить работу каждого гидронасоса только на один гидромотор, тем самым значительно уменьшить давление в гидросистеме, что в результате приводит к снижению утечек и повышению к.п.д. гидропривода. Построение гидропривода вентиляторов по объемно-замкнутой схеме требует существенно меньшего объема гидробака, что облегчает размещение гидропривода на транспортном средстве.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена принципиальная схема заявляемого гидропривода вентиляторов.

На фиг.2 представлен вариант реализации блока управления.

Заявляемый гидропривод (фиг.1) содержит регулируемые гидронасосы 1 и 2, которые приводятся во вращение одним валом 3 приводного двигателя 4. Напорные полости гидронасосов 1 и 2 соединяются магистралями 5 и 6 с всасывающими полостями гидромоторов 7 и 8, всасывающие полости гидронасосов 1 и 2 соединяются магистралями 9 и 10 со сливными полостями гидромоторов и образуют объемно-замкнутую гидравлическую систему. На одном валу с насосами 1 и 2 расположен вспомогательный насос 11, например, героторного типа, выход которого соединен со входом переливного клапана 12, а через обратные клапаны 13 и 14 с магистралями 9 и 10, выход вспомогательного насоса соединен также с входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов 15 и 16 насосов 1 и 2, вход вспомогательного насоса 11 и выход переливного клапана 12 соединены с гидробаком 17. Гидронасосы 1 и 2, вспомогательный насос 11, обратные клапаны 13 и 14, пропорциональные электрогидравлические регуляторы 15 и 16 конструктивно объединены в один насосный агрегат 18. Валы гидромоторов 7 и 8 связаны с соответствующими вентиляторами 19 и 20, которые прокачивают воздух через пакет радиаторов 21, в выходных магистралях которых установлены датчики температуры охлаждающей жидкости 22 и 23, выходы которых соединены с входами блока управления 24, выходы которого соединены с входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов 15 и 16 гидронасосов 1 и 2. Пример реализации блока управления показан на фиг.3. В нем два функциональных звена 25 и 26 типа зоны нечувствительности выполнены на операционных усилителях DA1 и DA2, резисторах R1, R2, R3, R4, R5, R6 и диодах VD1 и VD2, переменными резисторами R3 и R5 задается величина зоны нечувствительности, т.е. то значение температуры, после достижения которой на выходе микросхем DA1 и DA2 начинают появляться электрические сигналы, которые поступают на входы сумматора 27, реализованного на микросхеме DA3 и резисторах R8, R9, R10, на выходе которого формируются сигналы управления пропорциональными электрогидравлическими регуляторами Uрег1 и Uрег2.

Работает гидропривод следующим образом.

Температура охлаждающей жидкости в пакете радиаторов 21 измеряется датчиками 22 и 23, которые установлены в выходных магистралях радиаторов, электрические сигналы Uдт1 и Uдт2 с датчиков температуры охлаждающей жидкости поступают на входы блока управления 24 и непосредственно на входы звеньев 25 и 26 типа зоны нечувствительности, которыми задается то значение температуры охлаждающей жидкости, после достижения которого на выходе звеньев типа зон нечувствительности начинают появляться электрические сигналы, которые поступают на входы сумматора 27, с выхода которого сигналы Upeг1 и Upeг2 поступают на соответствующие входы пропорциональных электрогидравлических регуляторов 15 и 16 гидронасосов 1 и 2. При температуре охлаждающей жидкости, меньшей, чем минимальная температура, определяемая звеньями типа зон нечувствительности, сигналы с выхода блока управления Upeг1 и Upeг2 равны нулю и, соответственно, подача гидронасосов 1 и 2 также равна нулю, валы гидромоторов 7 и 8 и связанные с ними вентиляторы 19 и 20 не вращаются, таким образом прокачка воздуха через пакет радиаторов 21 не происходит.

По мере увеличения температуры охлаждающей жидкости больше, чем минимально заданная температура звеньями 25 и 26 типа зон нечувствительности, приведет к тому, что на их выходах появляются сигналы, которые поступают на сумматор 27, а с выхода сумматора 27 сигналы Upeг1 и Uрег2 поступят на входы пропорциональных электрогидравлических регуляторов 15 и 16 гидронасосов 1 и 2.

На другие входы пропорциональных электрогидравлических регуляторов поступает также давление с выхода вспомогательного насоса 11, например, героторного типа, после переливного клапана 12, регуляторы вызывают отклонение люлек гидронасосов, увеличивая подачу рабочей жидкости, вследствие этого валы гидромоторов 7 и 8 и связанные с ними вентиляторы 19 и 20 начинают вращаться, увеличивая тем самым прокачку воздуха через пакет радиаторов 21.

В случае дальнейшего увеличения температуры охлаждающей жидкости и, соответственно, электрических сигналов на выходах датчиков температуры 22 и 23 посредством блока управления 24 увеличиваются сигналы на входах пропорциональных электрогидравлических регуляторов 15 и 16 гидронасосов 1 и 2, вызывая тем самым увеличение подачи гидронасосов и, соответственно, частоты вращения валов гидромоторов 7 и 8 с вентиляторами 19 и 20, что приводит к дальнейшему увеличению прокачки воздуха через пакет радиаторов 21.

Компенсация утечек рабочей жидкости в гидромоторах 7 и 8 и гидронасосах 1 и 2 осуществляется вспомогательным гидронасосом 11 через обратные клапаны 13 и 14 во всасывающие магистрали 9 и 10 гидронасосов 1 и 2. Рабочая жидкость на вход вспомогательного насоса 11 поступает из гидробака 17, и так как необходимый расход для работы пропорциональных электрогидравлических регуляторов 15 и 16 и для компенсации утечек гидропривода существенно меньше, чем расходы в силовых магистралях гидропривода вентиляторов, то и объем гидробака должен быть небольшим.

Таким образом, изменение подачи гидронасосов 1 и 2 вызывает плавное "приспособление" числа оборотов вентиляторов к потребности системы охлаждения транспортного средства при максимальном к.п.д. гидропривода. Кроме того, работа каждого гидронасоса только на один гидромотор позволяет уменьшить давление в гидросистеме по сравнению с последовательным соединением гидромоторов, что также приводит к снижению потерь, а объемно-замкнутая гидравлическая схема гидропривода вентиляторов позволяет существенно уменьшить объем гидробака и облегчить размещение гидропривода на машине.

Гидропривод вентиляторов с регулированием частоты вращения вентиляторов посредством изменения подачи гидронасосов прошел испытания в составе гусеничной машины. Результаты испытаний показали как повышение общего к.п.д. гидросистемы, так и улучшение условий охлаждения силовых установок (двигателя и трансмиссии) гусеничной машины.

Источники информации:
1. Привод вентилятора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, пат. 2055221, МПК: F 01 P 7/08.

2. Привод вентиляторов. MANNESMANN REXROTH "Fachtagung. Antriebs-und Steuerungssysteme fur moderne Mobilmaschinen", RD 00247/03.95 (2 Auflage), стр. 105.

3. В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. Электроника, М.: Высшая школа, 1991 г.

4. Т.М.Башта. Машиностроительная гидравлика, М.: Машиностроение, 1971.

Гидропривод предназначен для вентиляторов системы охлаждения. Гидропривод содержит регулируемые гидронасосы, связанные с валом приводного двигателя, гидромоторы, соединенные с вентиляторами, датчики температуры охлаждающей жидкости, установленные в выходных магистралях радиаторов, и гидробак. Гидронасосы и гидромоторы попарно соединены с образованием объемно-замкнутых гидросистем по числу вентиляторов. Все гидронасосы снабжены пропорциональными электрогидравлическими регуляторами. Вспомогательный гидронасос связан с валом приводного двигателя, при этом выход вспомогательного гидронасоса соединен со входом вновь введенного переливного клапана и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов, а через вновь введенные обратные клапаны - с входами регулируемых гидронасосов и выходами гидромоторов, а его вход и выход переливного клапана соединены с гидробаком. Блок управления размещен между выходами датчиков температуры и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов. Технический результат - повышение к.п.д. гидропривода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидропривод вентиляторов системы охлаждения, содержащий регулируемый гидронасос, связанный с валом приводного двигателя, гидромоторы, соединенные с вентиляторами, датчики температуры охлаждающей жидкости, установленные в выходных магистралях радиаторов, и гидробак, отличающийся тем, что в него дополнительно введены один или несколько гидронасосов по числу гидромоторов для попарного соединения с последними и образования объемно-замкнутых гидросистем по числу вентиляторов, причем все гидронасосы снабжены пропорциональными электрогидравлическими регуляторами, вспомогательный гидронасос, например героторного типа, связанный с общим для всех гидронасосов валом приводного двигателя, при этом выход вспомогательного гидронасоса соединен со входом вновь введенного переливного клапана и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов, а через вновь введенные обратные клапаны - с входами регулируемых гидронасосов и выходами гидромоторов, а его вход и выход переливного клапана соединены с гидробаком, и блок управления, размещенный между выходами датчиков температуры и входами пропорциональных электрогидравлических регуляторов. 2. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит два звена с зоной нечувствительности, причем их входы являются входами блока управления, а выходы подключены ко входам сумматора, выход которого является выходом блока управления.