温控式液压冷却系统

技术领域

本发明涉及一种液压冷却系统，尤其是能够实时进行温度调节的系统。

背景技术

冷却系统是工程机械液压系统中不可或缺的组成部分，可为液压系统提供适宜的油液温度，保证液压系统长期、高效运转。目前，工程机械液压系统中的冷却系统基本都是压力控制型，即通过油液压力打开通往散热器或者油箱的单向回路。这种冷却系统的不足之处是不能调控回路中的油液流量，系统中的油液温度不能实时调节，因此温度调节不够及时、准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种温控式液压冷却系统，能实时监控和调节系统中的油液的温度。

本发明的主要技术方案有：

一种温控式液压冷却系统，包括温度控制阀和散热器，所述温度控制阀的阀进口连接进油管路，所述温度控制阀的第一阀出口和第二阀出口分别经第一分支油路和第二分支油路连接回油管路，所述散热器设置在第二分支油路上，所述温度控制阀包括阀套和位于阀套内腔的热敏材料、弹簧以及与阀套滑动配合的阀芯，热敏材料受到阀套内腔的油液温度变化影响产生热胀冷缩变形，热敏材料与弹簧共同作用带动阀芯往复滑移，改变所述第一阀出口和第二阀出口的通断状态和开度大小，所述阀芯有左中右三个工作区段，当所述阀芯处于中部工作区段时，第一阀出口与第二阀出口以及阀进口三者相通，第一阀出口的开度随阀套内油液温度的升高而减小，第二阀出口的开度随阀套内油液温度的升高而增大，当阀芯处于左工作区段时，第二阀出口关闭、第一阀出口与阀进口相通，当阀芯处于右工作区段时，第一阀出口关闭、第二阀出口与阀进口相通。

所述温度控制阀还可以包括滑块和顶针，所述阀套和滑块均为中空的壳体，所述阀套的左端封闭，所述阀进口设置在阀套的右端，第一阀出口和第二阀出口左右间隔设置在所述阀套的侧壁上，所述阀芯为外柱面贴合阀套侧壁的薄壳状零件，所述阀芯上左右间隔设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔均与阀套的内腔相通，所述滑块位于所述阀套的内腔并与所述阀芯固定连接，所述顶针的左端固定在阀套的左端，顶针的右端插入所述滑块并与所述滑块滑动配合，所述滑块与顶针之间设有密封，所述滑块的封闭的内腔中除顶针占据的部分空间外全部由所述热敏材料填充，所述弹簧位于阀套的内腔，弹簧的右端固定在阀套的右端，弹簧的左端相对所述滑块固定连接，当所述阀芯处于中部工作区段时，第一通孔与第一阀出口相通，第二通孔与第二阀出口相通；当阀芯处于左工作区段时，阀芯封闭第二阀出口，第一通孔与第一阀出口相通；当阀芯处于右工作区段时，阀芯封闭第一阀出口，第二通孔与第二阀出口相通。

所述阀套可以包括阀套本体和大端盖，所述阀套本体为左端敞口的筒状结构，所述大端盖固定在阀套本体的左端并封闭所述阀套的敞口，所述滑块可以包括滑套和小端盖，所述滑套为左端敞口的筒状结构，所述小端盖固定在滑套的左端并封闭所述滑套的敞口，所述小端盖与所述顶针之间滑动配合并设置密封。

所述阀芯优选为管状零件，所述滑块位于阀芯的管腔内。

所述阀芯可以通过其内壁上设置的若干连接筋与所述滑块连接固定，所述弹簧的左端连接在所述连接筋的右端面，或者，所述阀芯的管腔内也可以设有一处隔板，把阀芯的管腔分为左侧管腔和右侧管腔，所述滑块镶嵌在所述隔板上，所述第一通孔和第二通孔分别与左侧管腔和右侧管腔相通，所述隔板上设有一个或多个通孔，所述弹簧的左端连接在所述隔板的右端面上。

所述滑块、连接筋和所述阀芯为一体式结构，或者，所述滑块、隔板和所述阀芯为一体式结构。

所述热敏材料优选采用石蜡。

所述温控式液压冷却系统还设有控制器、第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度检测点分别设置在所述温度控制阀的阀进口处和所述散热器的出口处，所述第一温度传感器和第二温度传感器的信号输出端连接所述控制器的温度检测信号输入端，控制器对第一温度传感器和第二温度传感器检测的温度数据进行比较计算，当第一温度传感器检测到的温度值T1大于或等于设定高阈值、或者小于或等于设定低阈值时，控制器发出停机指令信号；当T1小于设定高阈值且大于设定低阈值时，如果T1-T2小于设定值ΔT，控制器发出故障警报信号。

所述温控式液压冷却系统还可以设置环境温度传感器，所述环境温度传感器的信号输出端连接所述控制器的温度检测信号输入端，控制器对环境温度传感器的温度数据进行比较判断，当环境温度传感器检测到的温度值T0大于预设环境温度上限时，控制器发出停机指令信号。

所述温控式液压冷却系统还可以设有显示器，所述控制器的显示信号输出端连接所述显示器的信号输入端，所述停机指令信号、故障警报信号和运行正常提示信息以文字和/或图像的形式显示在所述显示器上。

本发明的有益效果是：

本发明的温控式液压冷却系统能自发地、实时且连续地调节液压系统中的油液的温度，因此能为液压系统提供长期、稳定且适宜的工作温度，温度调节及时、准确，使液压系统对高、低温环境的适应性都得到增强。

本发明能实时监测油液温度以及本系统自身的运行状态，能及时、有效地发现散热器等的故障，对超出温度调节能力范围的情况可以及时对液压系统实施停机保护。

附图说明

图1是本发明的温控式液压冷却系统的液压原理示意图；

图2是本发明的温控式液压冷却系统的控制原理示意图；

图3是所述温度控制阀的一个实施例的结构示意图。

附图标记：

1.第一温度传感器；2.进油管路；3.温度控制阀；4.第一分支油路；5.第二分支油路；6.散热器；7.第二温度传感器；8.回油管路；9.环境温度传感器；10.控制器；11.显示器；31.阀套本体；32.弹簧；33.阀芯；34.热敏材料；35.密封圈；36.小端盖；37.顶针；38.大端盖；A.第一阀出口；B.第二阀出口；C.通孔；P.阀进口；a.滑套。

具体实施方式

本发明公开了一种温控式液压冷却系统，用于对液压系统的油液温度进行调控，如图1、2、3所示，包括温度控制阀3和散热器6，所述温度控制阀的阀进口P连接进油管路2，所述温度控制阀的第一阀出口A和第二阀出口B分别经第一分支油路4和第二分支油路5连接回油管路8。所述散热器设置在第二分支油路上。

所述温度控制阀包括阀套和位于阀套内腔的热敏材料34、弹簧32以及与阀套滑动配合的阀芯33。弹簧的两端分别相对阀套和阀芯固定连接，弹簧的变形方向平行于阀芯的滑动方向。热敏材料受到阀套内腔的油液温度变化影响产生热胀冷缩变形，热敏材料与弹簧共同作用带动阀芯往复滑移，改变所述第一阀出口和第二阀出口的通断状态和开度大小。

根据阀芯与阀套的相对位置的不同，所述阀芯有左中右三个工作区段，当所述阀芯处于中部工作区段时(对应图1中的f位)，第一阀出口与第二阀出口以及阀进口三者相通。第一阀出口的开度随阀套内油液温度的升高而减小，第二阀出口的开度随阀套内油液温度的升高而增大，一部分油液经过第二阀出口进入散热器降温，然后与第一阀出口流出的另一部分油液混合后流回油箱。当阀芯处于左工作区段时(对应图1中的d位)，第二阀出口关闭、第一阀出口与阀进口相通，油液不经过散热器而直接流回油箱；当阀芯处于右工作区段时(对应图1中的g位)，第一阀出口关闭、第二阀出口与阀进口相通，油液全部经过散热器冷却后再流回油箱。通常的调节状态下，阀芯处于中部工作区段，当进入温度控制阀的油液温度改变时，第一阀出口与第二阀出口的开度随之改变且变化方向相反，因此进入散热器的油液流量的比例发生改变，油液温度越高，进入散热器的油液的比例越高，即给越多的油液降温，从而使来自两个分支油路的油液混合后维持在适宜的温度范围内。

由于上述温度调节过程自发进行，因此所述温控式液压冷却系统能在没有外部控制参与的情况下实时且连续地调节液压系统中的油液的温度，及时性和准确性更好，且实施起来简单易行，使液压系统对高、低温环境的适应性都得到增强。

进一步地，所述温度控制阀还包括滑块和顶针37。所述阀套和滑块均为中空的壳体，所述阀套的左端封闭，所述阀进口P设置在阀套的右端。第一阀出口A和第二阀出口B左右间隔设置在所述阀套的侧壁上。所述阀芯为外柱面贴合阀套侧壁的薄壳状零件。所述阀芯上左右间隔设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔均与阀套的内腔相通。第一通孔和第二通孔分别与第一阀出口和第二阀出口相对应，第一通孔相对第一阀出口的位置决定了第一阀出口的通断以及开度大小，第二通孔相对第二阀出口的位置决定了第二阀出口的通道以及开度大小。流体介质从阀进口进入阀套，可经过第一通孔和第一阀出口流出阀套，也可经过第二通孔和第二阀出口流出阀套。

所述滑块位于所述阀套的内腔并与所述阀芯固定连接。所述滑块左右滑移可以带动阀芯作同步的左右滑移，进而对第一阀出口和第二阀出口的通断进行切换或对第一阀出口和第二阀出口的开度进行调节。

所述顶针的左端固定在阀套的左端，顶针的右端插入所述滑块并与所述滑块滑动配合，所述滑块与顶针之间设有密封。附图所示实施例中，密封槽设置在小端盖上，密封槽内设有密封圈35。所述滑块的封闭的内腔中除顶针占据的部分空间外全部由所述热敏材料34填充。所述弹簧位于阀套的内腔，弹簧的右端固定在阀套的右端，弹簧的左端相对所述滑块固定连接。所述滑块整体浸在流体介质中，所述热敏材料随着流体介质的温度的改变热胀冷缩，所述热敏材料所占据的滑块内腔的体积相应改变，在弹簧和热敏材料共同作用下滑块发生左右滑移。在垂直于所述阀套的侧壁的方向上所述滑块、顶针和弹簧优选位于所述阀套的中央，使滑块的左右滑移更平顺。

所述阀芯处于中部工作区段时，第一通孔与第一阀出口相通，第二通孔与第二阀出口相通，第一阀出口和第二阀出口均处于畅通状态，流体介质可以从第一阀出口和第二阀出口流出。当进入阀套的流体介质的温度降低时，热敏材料遇冷收缩，滑块在弹簧的推动下左移，第一阀出口的开度增大，第二阀出口的开度减小，相反，当进入阀套的流体介质的温度升高时，热敏材料遇热膨胀，克服弹簧力推动滑块右移，第一阀出口的开度减小，第二阀出口的开度增大，即所述温度控制阀可以根据流体介质的温度实时做出反应，调节阀出口的开度。

当流体介质的温度低到一定程度时，滑块持续左移，第二阀出口的开度持续减小直至关闭，此时所述阀芯进入左工作区段，阀芯封闭第二阀出口，第一通孔与第一阀出口相通，第一阀出口畅通，流体介质完全从第一阀出口流出。当进入阀套的流体介质的温度高到一定程度时，滑块持续右移，第一阀出口的开度持续减小直至关闭，此时所述阀芯进入右工作区段，阀芯封闭第一阀出口，第二通孔与第二阀出口相通，第二阀出口畅通，流体介质完全从第二阀出口流出。

所述温度控制阀还可以从以下一个或多个方面做进一步的结构优化：

1、所述阀套可以包括阀套本体31和大端盖38，所述阀套本体为左端敞口的筒状结构，所述大端盖固定在阀套本体的左端并封闭所述阀套的敞口。所述阀芯、滑块、弹簧等结构件都从阀套本体的左端进行拆装。所述大端盖可以通过止口结构定位在所述阀套本体的左端。

2、所述滑块可以包括滑套a和小端盖36，所述滑套为左端敞口的筒状结构，所述小端盖固定在滑套的左端并封闭所述滑套的敞口，所述小端盖与所述顶针之间滑动配合并设置密封。密封槽优选设置在所述小端盖上，密封槽内安装密封圈35。所述小端盖可以通过止口结构定位在所述滑套的左端。

3、所述阀芯优选为对称中心线左右延伸的旋转对称结构，且对称中心线与所述弹簧的中心轴线重合。

进一步地，所述阀芯可以为管状零件，所述滑块位于阀芯的管腔内。所述滑块与阀芯的固定连接方式可以采用以下任意一种：

(1)所述阀芯可以通过其内壁上设置的若干连接筋与所述滑块连接固定，所述弹簧的左端连接在所述连接筋的右端面。所述连接筋优选呈中心辐射状分布。

这种情况下，所述滑块、连接筋和所述阀芯可以为一体式结构。

(2)所述阀芯的管腔内还可以设有一处隔板，把阀芯的管腔分为左侧管腔和右侧管腔。所述滑块镶嵌在所述隔板上，所述第一通孔和第二通孔分别与左侧管腔和右侧管腔相通，所述隔板上设有一个或多个周向均布的通孔C用于连通左、右侧管腔，所述弹簧的左端连接在所述隔板的右端面上。

这种情况下，所述滑块、隔板和所述阀芯可以为一体式结构。

所述阀芯与连接筋的组合、所述阀芯与隔板的组合还起到弹簧座的作用。

4、所述阀芯也可以是多片薄片状结构横向相连组成的零件。

5、所述热敏材料优选采用石蜡。

6、所述顶针的左端部为大平板结构，以分散顶针对阀套左端的压力。

7、所述阀套也可以采用对称中心线左右延伸的旋转对称结构，例如圆柱状中空壳体或横截面为矩形的中空壳体。

8、所述第一通孔和第二通孔可以有多对，各对分散设置在阀芯的周向不同位置上。这样不需要阀套与阀芯之间严格的角向定位，简化安装。

所述温控式液压冷却系统还可以设置控制器10、第一温度传感器1和第二温度传感器7，所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度检测点分别设置在所述温度控制阀的阀进口处和所述散热器的出口处。所述第一温度传感器和第二温度传感器的信号输出端连接所述控制器的温度检测信号输入端，所述第一温度传感器和第二温度传感器监测的温度数据实时传给所述控制器，控制器对第一温度传感器和第二温度传感器检测的温度数据进行比较计算，并发出相应的指令或信息。

用T1和T2分别代表第一、第二温度传感器检测到的温度值，当T1大于或等于设定高阈值，或者T1小于或等于设定低阈值时，表示当前的油液温度已经超出了所述温控式液压冷却系统的调温能力范围，不能确保液压系统能工作在适宜的温度范围内，因此控制器发出停机指令信号，控制液压系统停机。当T1小于设定高阈值且大于设定低阈值时，如果T1-T2小于设定值ΔT，控制器判定所述散热器故障，导致进入散热器的油液没有得到正常冷却，所述控制器发出故障警报信号，如果T1-T2不小于设定值ΔT，表示所述温控式冷却系统运行正常。通过设置第一、第二温度传感器并进行上述比较判断，能实时监测系统的油液温度和温控式液压冷却系统的状态，包括能及时发现散热器失效状态，提高系统的可靠性。

当所述温度控制阀的结构(包括弹簧的选型、热敏材料的选材)确定后，该阀所能实施自动调节的温度范围也就确定下来，该温度范围的两端极值即为所述设定高阈值和设定低阈值，而该温度范围可参考液压系统要求的工作温度范围确定。设定值ΔT可参考所述散热器的实际降温能力确定。

所述温控式液压冷却系统还可以设置环境温度传感器9，所述环境温度传感器的信号输出端连接所述控制器的温度检测信号输入端。用T0代表环境温度传感器检测到的温度值，控制器针对T0进行比较判断，当T0大于预设环境温度上限时，表示环境温度过高，已超出温控式液压冷却系统的冷却能力，因此控制器发出停机指令信号，控制液压系统停机。通常所述预设环境温度上限明显高于前述的设定高阈值。利用环境温度数据进行上述判断，一般可以提早使液压系统停机，减少过高环境温度下散热器效率低、效果差的运转时间。

所述温控式液压冷却系统还可以设有显示器11，所述控制器的显示信号输出端连接所述显示器的信号输入端，所述停机指令信号和故障警报信号以文字和/或图像的形式显示在所述显示器上。在控制器发出停机指令信号和故障警报信号之外的情况下，显示器上默认显示所述温控式液压冷却系统运行正常的状态信息。

所述温控式液压冷却系统还可以设有声光报警装置，所述声光报警装置的输入端与所述控制器的声光报警信号输出端连接。在控制器发出停机指令信号和故障警报信号的同时，还可以控制声光报警装置发出相应的声光信号。

另外，当液压系统常在低温环境工作时，也可以通过在所述第一分支油路上设置加热装置的方式快速提升混合后油液的温度。

本文所称的左右是相对概念，为了表达相关结构的相对位置关系，不构成对绝对方位的限定。