摊铺机智能冷却系统技术研究与应用

高永康

（山西路桥建设集团阳泉分公司，山西 阳泉045000）

摊铺机作为一种常见的基础型筑路设备，主要用于路面基层和面层各种材料摊铺作业。鉴于筑路施工环境的特殊性，摊铺机经常需要低速、大负荷的工作在高温环境中，因此其冷却系统的品质将在很大程度上决定整个机体能否长期、正常、稳定运行[1]。基于此，本文以ABG423型沥青摊铺机为例，通过对其原冷却系统进行分析，提出了一种电液混合驱动的智能冷却方案，并对该系统的设计、工作原理，结构组成等进行详细分析。

1 传统摊铺机冷却系统的缺点

1.1 冷却系统失常导致的问题

发动机是摊铺机中一切动力的来源，一般采用水冷方式进行散热冷却。当发动机冷却不足时会出现以下问题：

（1）当发动机长期处于高温工作状态时，会造成活塞、缸套、缸盖、气门、喷油嘴等元件的机械性能下降、变形加剧、热应力增大现象，久而久之就会出现疲劳裂纹、剧烈磨损等不同程度的失效。

（2）过高的机体温度会加速机油老化，进而使各部件得不到有效润滑，发生诸如“拉缸”等恶劣情况，缩短发动机的寿命。

（3）另外，发动机温度过高时还会降低其充气效率，影响其输出功率。

一般来说，发动机冷却不足的问题较为普遍，我们对其关注度与采取的措施也比较全面，而发动机冷却散热过度所造成问题却常常得不到重视，本文现就此问题进行总结，发动机温度过高时常出现的以下情况[2]：摊铺机液压系统的油温过高会使油液黏度降低，泄漏量增加，所润滑部位的油膜破坏，使部件的磨损加剧。同时，高温还会使橡胶等材料制成的密封垫过早老化而损坏。因此，控制适宜的油温非常重要。

1.2 传统冷却系统的设计原理与缺点

通常发动机的冷却系统是按照其工作特性来进行匹配的，一般来说汽缸盖中冷却水的温度应保持在80℃~90℃，液压油温度保持在45℃~75℃。在摊铺机启动后，应使冷却水温与液压油温尽快上升到规定的正常温度，并在随后的工作中保持在适宜温度范围之中。ABG423型沥青摊铺机冷却系统沿用传统的设计方法：由发动机曲轴按一定速比直接驱动风扇，通过其强制空气流动将水箱、中冷器、发动机机体扩散至大气中；发动机水泵使冷却液在散热器中循环进行散热。

由于上述冷却系统是按照发动机的最大热负荷工况进行设计的，而发动机实际工况随时都在变化，因此这种方法存在预热时间过长，经常出现机器在低速高负荷时散热不足，在高速低负荷时冷却过度等问题。

为配合风扇的驱动及安装方式，摊铺机冷却系统一般采用水散热器和液压油散热器并联然后与中冷器串联，放置于料斗与机身之间，采用离合器连接发动机曲轴与风扇，具体情况如图1所示。

图1 传统散热系统散热器与风扇的布置方式

这种布置方式虽然一体性好，且占用空间较小便于布置，但经过根据很多现场使用情况来看，此种布置方法也存在以下缺点[3]：

（1）布置在散热器前面的中冷器散无法通过风扇散发其热量，而其排出的热风又会减少散热器的迎风面，从而使散热器无法全面发挥其散热功能。

（2）风扇的转速受发动机曲轴转速限制，无法满足高温、满负荷工况等特定环境下的冷却要求。

（3）当摊铺机在高海拔、低密度、极寒等特殊地理环境中作业时，散热器的冷却能力无法良好适应。

2 智能冷却系统设计原理

针对以上提到的问题，结合散热器的冷却原理进行分析，本文对ABG423型沥青摊铺机的原冷却系统进行改进，提出一种电液混合驱动的智能冷却系统方案，根据温度传感器的反馈信号，ECU通过比例阀实现风扇转速的自动调节，确保发动机和液压油始终工作在最佳温度范围。另外，本文还对冷却系统进行重新布置，撤掉中冷器，将液压油散热器和水散热器分开布置，采用正方形的形状设计，使冷空气直接与散热器接触，减少风扇背压的同时改善系统的冷却能力。系统的布置方式与设计原理如图2所示。

图2 智能冷却系统设计原理

智能冷却系统的工作原理为：在发动机冷却系统中，6带动5泵油驱动10工作，10带动9和11转动，对6进行冷却，2根据1的温度信息调节3的溢流量，实现10的无级变速。

3 智能冷却系统设计

3.1 智能冷却系统硬件设计

电液混合驱动冷却系统的智能控制系统由带4K FPEROM存储器的CMOS位微处理器AT89C51，以及DAC0832和ADC0809两个D/A和A/D转换芯片等元器件组成，元件之间的接口电路如图3所示。

图3 电液混和驱动冷却系统智能控制系统接口电路图

智能控制系统的工作流程如图4所示，从中可以看出系统按照发动机冷却液温度与液压油温度两个方面的调节进行。具体流程为：采集发动机冷却液温度信号→放大→ADC0809→D/A转换→AT89C51分析处理→控制信号→DAC0832→A/D转换→电流信号→放大→调节比例阀溢流量→改变驱动油路中油压→改变马达转速→实现风扇和水泵的无级变速；采集液压油的油温信号→放大ADC0809→D/A转换→AT89C51分析处理→输出高低电平→控制继电器启闭→控制风扇电机。

图4 智能控制系统工作原理

3.2 智能冷却系统软件设计

系统的软件主程序流程如图5所示，其中嵌套了中断程序，中值滤波程序，PID计算程序等，主要完成初始化、任务设定以及定时计数初值等。中断程序包括T0和T1两种。T0中断服务程序如图6所示，主要负责采集发动机冷却液温度参数，并将采样值与设定的上下限比较判断是否超出，经PID计算后输出驱动指令；T1中断服务程序如图7所示，其主要负责采集并处理液压油温度参数，并经由P口设置高低电平来控制风扇的工作状态。

图5 主程序流程

图6 T0中断服务程序流程

图7 T1中断服务程序流程

为了验证该智能冷却系统的性能，将搭载该系统摊铺机分别在哈尔滨、广州、西藏等地区进行满负荷样机试验，结果表明：该系统可维持发动机冷却水温在85℃左右，液压油温在60℃左右，有效地提高了发动机特殊工况的工作能力和摊铺机整机性能。

4 结束语

ABG423型沥青摊铺机电液混合驭动智能冷却系统能使发动机冷却风扇和水泵的转速随着发动机冷却液的温度变化而自动调节，实现了发动机冷却系统的散热能力的精确控制同时，发动机冷却系统的散热器和液压油冷却系统的散热器分开布置、分开冷却，提高了冷却系统的散热效率，避免发动机和液压油出现过热现象，从而提高了筑路机械的工作效率，加快了筑路进度，保证筑路品质。

[1]李亮荣，闫 娟，庞 亮.摊铺机独立散热系统[J].技术解读，2012（04）：89-90．

[2]张 艾，张艾平.摊铺机散热系统设计改进[J].建筑机械，2012(01)：25-26．