УЛУЧШЕННОЕ ПРОГРЕВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕВЕРСИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЯТОРА С ГИДРОПРИВОДОМ
IMPROVED HYDRAULIC FLUID HEATING USING REVERSIBLE HYDRAULIC FAN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к гидравлической системе рабочей машины. Более конкретно, настоящее изобретение относится к гидравлической системе, которая содействует улучшенному прогреванию гидравлической жидкости в рабочей машине с использованием реверсирования вентилятора с гидроприводом, и к способу его использования.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В процессе первоначального запуска и работы рабочей машины, гидравлическая жидкость в рабочей машине может быть относительно холодной, особенно когда рабочая машина эксплуатируется в холодном климате. Холодная гидравлическая жидкость может быть вязкой, что может ухудшать характеристику гидравлических функций рабочей машины, уменьшать гидравлический коэффициент полезного действия вследствие более больших перепадов давлений в рабочей машине и являться причиной проблем, например, с регулированием мощности рабочей машины. Когда холодная гидравлическая жидкость с течением времени прогревается до нормальной рабочей температуры и становится менее вязкой, рабочая машина может функционировать и реагировать должным образом. Однако, период прогрева может требовать значительного периода времени, например час или более.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В настоящем изобретении предлагается рабочая машина, содержащая по меньшей мере один гидравлический исполнительный механизм, который принимает гидравлическую жидкость, и охлаждающую систему, которая содействует улучшенному прогреванию гидравлической жидкости посредством направления воздуха из моторного отсека через гидравлическую жидкость в обратном направлении для нагревания гидравлической жидкости.
[0004] Согласно варианту осуществления предложенного изобретения, обеспечена рабочая машина, в том числе обеспечена рабочая машина, содержащая шасси, которое образует моторный отсек, по меньшей мере одно тяговое устройство, поддерживающее шасси на земле, двигатель, расположенный в моторном отсеке шасси и функционально соединенный с по меньшей мере одним тяговым устройством для передвижения шасси по земле, по меньшей мере один гидравлический исполнительный механизм, который принимает гидравлическую жидкость, и охлаждающую систему. Охлаждающая система содержит гидравлический охладитель в сообщении по текучей среде с по меньшей мере одним гидравлическим исполнительным механизмом для приема гидравлической жидкости, вентилятор, имеющий первый режим работы, в котором вентилятор направляет воздух через гидравлический охладитель в первом направлении, и второй режим работы, в котором вентилятор направляет воздух из моторного отсека через гидравлический охладитель во втором направлении, противоположном первому направлению, и контроллер, который приводит в действие вентилятор во втором режиме работы, когда температура гидравлической жидкости ниже заданной.
[0005] Согласно еще одному варианту осуществления предложенного изобретения, обеспечена рабочая машина, содержащая шасси, которое образует моторный отсек, по меньшей мере одно тяговое устройство, поддерживающее шасси на земле, двигатель, расположенный в моторном отсеке шасси и функционально соединенный с по меньшей мере одним тяговым устройством для передвижения шасси по земле, по меньшей мере один гидравлический исполнительный механизм, который принимает гидравлическую жидкость, и охлаждающую систему. Охлаждающая система содержит гидравлический охладитель в сообщении по текучей среде с по меньшей мере одним гидравлическим исполнительным механизмом для приема гидравлической жидкости, вентилятор, по меньшей мере один температурный датчик и контроллер в связи с по меньшей мере одним температурным датчиком, при этом контроллер выполнен с возможностью приведения охлаждающей системы в действие в прямом режиме или обратном режиме на основании входного сигнала по меньшей мере от одного температурного датчика, при этом в прямом режиме, вентилятор направляет воздух через гидравлический охладитель в направлении вперед для охлаждения гидравлической жидкости, а в обратном режиме вентилятор направляет воздух из моторного отсека через гидравлический охладитель в обратном направлении для нагревания гидравлической жидкости.
[0006] Согласно еще одному варианту осуществления предложенного изобретения, обеспечен способ управления рабочей машиной, содержащей двигатель в моторном отсеке и по меньшей мере один гидравлический исполнительный механизм, который принимает гидравлическую жидкость. Способ включает этапы направления воздуха из моторного отсека через гидравлическую жидкость в обратном направлении для нагревания гидравлической жидкости и направления окружающего воздуха через гидравлическую жидкость в направлении вперед для охлаждения гидравлической жидкости.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Упомянутые выше и другие признаки и преимущества данного изобретения и способ их получения станут более очевидными, а само изобретение станет более понятным посредством ссылки на следующее описание вариантов осуществления изобретения, сделанное в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:
[0008] ФИГ.1 представляет собой вид в перспективе иллюстративного экскаватора предложенного изобретения;
[0009] ФИГ.2 предоставляет иллюстративный гидравлический контур для приведения в действие экскаватора по ФИГ.1;
[0010] ФИГ.3 представляет собой схематический чертеж иллюстративной охлаждающей системы для экскаватора по ФИГ.1 и
[0011] ФИГ.4 показывает иллюстративный клапан регулирования потока для использования в гидравлическом контуре по ФИГ.2.
[0012] Соответствующие ссылочные позиции указывают соответствующие детали на нескольких изображениях. Пояснения на примере, приведенные в данном документе, показывают иллюстративные варианты осуществления изобретения, и подобные пояснения на примере никоим образом не следует истолковывать как ограничение объема правовых притязаний изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Сначала со ссылкой на ФИГ.1, обеспечена рабочая машина 100 в виде экскаватора. Хотя машина 100 проиллюстрирована и описана в данном документе в виде экскаватора, машина 100 также может быть, например, в виде погрузчика, бульдозера, самоходного грейдера или другой строительной, сельскохозяйственной или грузопассажирской машины.
[0014] Машина 100 содержит шасси 102. Для поддержания шасси 102 на земле предусмотрено по меньшей мере одно тяговое устройство 104, в качестве иллюстрации множество гусениц. Хотя тяговые устройства 104 на ФИГ.1 представлены в виде гусениц, также в пределах объема правовых притязаний предложенного изобретения находится то, что тяговые устройства 104 могут быть, например, в виде колес. Шасси 102 образует моторный отсек 114, который вмещает и защищает двигатель 116 (ФИГ.2). Во время работы двигатель 116 приводит в действие тяговые устройства 104 для передвижения шасси 102 по земле.
[0015] Машина 100 дополнительно содержит кабину 106 оператора, поддерживаемую шасси 102 для размещения и защиты оператора машины 100. Кабина 106 оператора может содержать сиденье и различные средства управления или устройства ввода для пользователя (например, рулевое колесо, джойстики, рычаги, кнопки) для приведения машины 100 в действие.
[0016] Машина 100 дополнительно содержит по меньшей мере один рабочий инструмент, в качестве иллюстрации установленный спереди ковш 108. Ковш 108 подвижно соединен с шасси 102 через узел 110 стрелы для зачерпывания, переноса и разгрузки грунта и других материалов. Другие подходящие рабочие инструменты включают, например, лопатки, вилы, фрезы и косилки. Также предусмотрены один или более гидравлических цилиндров 112 для достижения перемещения ковша 108 и/или узла 110 стрелы относительно шасси 102.
[0017] Далее со ссылкой на ФИГ.2, предусмотрен гидравлический контур 200 для управления гидравлическими функциями машины 100. Иллюстративный гидравлический контур 200 по ФИГ.2 содержит источник или резервуар 202 гидравлической жидкости (например, масла), один или более насосов 204, 205 и по меньшей мере один гидравлический исполнительный механизм. На ФИГ.2, гидравлические исполнительные механизмы включают гидравлический цилиндр 112, который приводит в действие ковш 108 (ФИГ.1), и гидравлический двигатель 206, который приводит в действие вентилятор 208. Вентилятор 208 описан дополнительно ниже со ссылкой на ФИГ.3. В пределах объема правовых притязаний предложенного изобретения находится то, что для осуществления других гидравлических функций машины 100 могут быть предусмотрены другие гидравлические исполнительные механизмы. Иллюстративный гидравлический контур 200 по ФИГ.2 также содержит клапаны 212, 216 регулирования потока, которые управляют цилиндром 112 и двигателем 206 соответственно. Иллюстративный гидравлический контур 200 по ФИГ.2 дополнительно содержит первый путь 220 гидравлического потока из резервуара 202 в клапаны 212, 216 регулирования потока, и второй, обратный путь 222 гидравлического потока из клапанов 212, 216 регулирования потока, назад в резервуар 202.
[0018] Далее со ссылкой на ФИГ.3, для охлаждения машины 100 предусмотрена охлаждающая система 240. Иллюстративная охлаждающая система 240 по ФИГ.3 содержит по меньшей мере один теплообменник или охладитель (например, радиатор), в качестве иллюстрации первый гидравлический охладитель 242 и второй охладитель 244 двигателя. Иллюстративная охлаждающая система 240 по ФИГ.3 также содержит вентилятор 208. Гидравлический охладитель 242 по ФИГ.3 может принимать гидравлическую жидкость из описанного выше гидравлического контура 200. Возвращаясь на некоторое время к ФИГ.2, показано, что гидравлический охладитель 242 расположен в обратном пути 222 гидравлического потока гидравлического контура 200 для охлаждения гидравлической жидкости из цилиндра 112 и двигателя 206 перед возвратом гидравлической жидкости назад в резервуар 202. Охладитель 244 двигателя по ФИГ.3 может принимать охлаждающую жидкость двигателя, которая циркулирует вокруг и/или через двигатель 116. В качестве иллюстрации, охладители 242, 244 расположены в конфигурации бок о бок, но также в пределах объема правовых притязаний предложенного изобретения находится то, что охладители 242, 244 могут располагаться в многоуровневой конфигурации, когда один охладитель 242 установлен, например, поверх другого охладителя 244.
[0019] Иллюстративная охлаждающая система 240 по ФИГ.3 дополнительно содержит контроллер 250, который управляет вентилятором 208. Контроллер 250 может управлять вентилятором 208, поддерживая температуру гидравлической жидкости в пределах необходимого диапазона посредством гидравлического охладителя 242 и/или поддерживая температуру охлаждающей жидкости двигателя в пределах необходимого диапазона посредством охладителя 244 двигателя. Контроллер 250 может управлять скоростью вентилятора 208. Например, контроллер 250 может задействовать вентилятор 208 с полной скоростью (например, 100%), остановленной скоростью (например, 0%) и с множеством промежуточных скоростей между ними (например, 1 - 99%). Контроллер 250 также может управлять направлением вентилятора 208 для приведения вентилятора 208 в действие в первом, прямом режиме или режиме охлаждения, или во втором, обратном режиме или режиме нагревания. На ФИГ.2 показано, что контроллер 250 взаимодействует с клапаном 216 регулирования потока для управления работой двигателя 206 и вентилятора 208. Взаимодействие между контроллером 250 и клапаном 216 регулирования потока описано дополнительно ниже со ссылкой на ФИГ.4.
[0020] В прямом режиме или режиме охлаждения контроллер 250 вращает вентилятор 208 в направлении FF вентилятора вперед для затягивания холодного, окружающего воздуха в шасси 102 и через охладители 242, 244 в направлении FA воздуха вперед, как показано на ФИГ.3. Холодный, окружающий воздух может попадать в шасси 102 через отверстие 118 в шасси 102. Как показано на ФИГ.1, отверстие 118 образовано в боковой стенке шасси 102 и может быть частично закрыто, например, защитным экраном или решеткой. Экран или решетка может быть подвижно соединена с шасси 102, позволяя оператору открывать экран или решетку и обеспечивая доступ к вентилятору 208, охладителям 242, 244 и другим составным элементам охлаждающей системы 240. Холодный, окружающий воздух может охлаждать гидравлическую жидкость в гидравлическом охладителе 242 и охлаждающую жидкость двигателя в охладителе 244 двигателя. После прохождения через охладители 242, 244 окружающий воздух может продолжать двигаться через шасси 102 в направлении FA воздуха вперед и в моторный отсек 114, который может облегчать непосредственное воздушное охлаждение двигателя 116.
[0021] В обратном режиме или режиме нагревания контроллер 250 вращает вентилятор 208 в обратном направлении RF вентилятора (которое противоположно направлению FF вентилятора вперед) для затягивания теплого воздуха из моторного отсека 114 через охладители 242, 244 в обратном направлении RA воздуха (которое противоположно направлению FA воздуха вперед), как показано на ФИГ.3. Теплый воздух из моторного отсека 114 может нагревать гидравлическую жидкость в гидравлическом охладителе 242 и охлаждающую жидкость двигателя в охладителе 244 двигателя. После прохождения через охладители 242, 244 теплый воздух может выходить из шасси 102 через отверстие 118 в обратном направлении RA воздуха, который может рассеивать грунт и мусор, который скопился на и около отверстия 118 шасси 102 во время прямого режима работы.
[0022] Контроллер 250 может задействовать вентилятор 208 в обратном режиме или режиме нагрева для нагревания гидравлической жидкости от холодной первоначальной температуры до нормальной рабочей температуры. Нагревание гидравлической жидкости до ее нормальной рабочей температуры может улучшить вязкость и производительность гидравлической жидкости. Когда гидравлическая жидкость достигает своей нормальной рабочей температуры, то для охлаждения и/или поддержания температуры гидравлической жидкости контроллер 250 может задействовать вентилятор 208 в прямом режиме или режиме охлаждения.
[0023] По следующим причинам приведение в действие вентилятора 208 в обратном режиме или режиме нагрева может нагревать гидравлическую жидкость быстрее, чем остановка вентилятора 208. Сначала двигатель 116 может прогреваться относительно быстро и приведение в действие вентилятора 208 в обратном режиме или режиме нагрева для нагревания гидравлической жидкости в гидравлическом охладителе 242 может использовать преимущество теплого воздуха в моторном отсеке 114, а не оставлять данный теплый воздух неподвижным в моторном отсеке 114. Также приведение в действие вентилятора 208 в обратном режиме или режиме нагрева будет требовать циркуляции гидравлической жидкости через гидравлический контур 200 для приведения в действие двигателя 206 и вентилятора 208 (ФИГ.2), который будет нагревать гидравлическую жидкость быстрее, чем оставляя гидравлическую жидкость неподвижной в резервуаре 202. Соответственно, приведение в действие вентилятора 208 в обратном режиме или режиме нагрева содействует улучшенному прогреванию гидравлической жидкости.
[0024] Приведение в действие вентилятора 208 в обратном режиме или режиме нагрева может временно ухудшить внешнее охлаждение двигателя 116. Однако, когда гидравлическая жидкость достаточно нагревается, вентилятор 208 может вернуться к работе в прямом режиме или режиме охлаждения для охлаждения двигателя 116. Подобное охлаждение может происходить как косвенно, за счет прохождения окружающего воздуха через охлаждающую жидкость двигателя в охладителе 244 двигателя, так и непосредственно, за счет прохождения окружающего воздуха через сам двигатель 116.
[0025] На ФИГ.3 прямой и обратный режимы достигаются за счет изменения направления вращения вентилятора 208. Более конкретно, прямой режим достигается за счет вращения вентилятора 208 в направлении FF вентилятора вперед, а обратный режим достигается за счет вращения вентилятора 208 в обратном направлении RF вентилятора. Также в пределы объема правовых притязаний предложенного изобретения входит достижение прямого и обратного режимов за счет манипулирования лопастями вентилятора 208, например, без изменения направления вращения вентилятора 208. Подобные вентиляторы доступны от Flexxair Alberta, Canada.
[0026] Контроллер 250 может управлять вентилятором 208 на основании температурных данных от одного или более температурных датчиков. На ФИГ.3 контроллер 250 взаимодействует с первым температурным датчиком 252, который измеряет температуру окружающего воздуха вокруг машины 100, со вторым температурным датчиком 254, который измеряет температуру гидравлической жидкости в машине 100, и третьим температурным датчиком 256, который измеряет температуру охлаждающей жидкости двигателя в машине 100. Во время работы контроллер 250 может принимать входящие температурные данные от одного или более температурных датчиков 252, 254, 256, обрабатывать входящие температурные данные и взаимодействовать с клапаном 216 регулирования потока двигателя 206 (ФИГ.2) для управления работой вентилятора 208 на основании обработанных температурных данных. Если температурный датчик 252 определяет, например, низкую температуру окружающего воздуха (например, при эксплуатации машины 100 в холодном климате), контроллер 250 может иметь возможность уменьшить скорость вентилятора 208 в прямом режиме или режиме охлаждения, достигая в то же время адекватного охлаждения гидравлической жидкости и охлаждающей жидкости двигателя в охладителях 242, 244 соответственно. Однако, если температурные датчики 254, 256 определяют высокую температуру гидравлической жидкости и/или высокую температуру охлаждающей жидкости двигателя, контроллер 250 может повышать скорость вентилятора 208 для достижения большего охлаждения в охладителях 242, 244 соответственно.
[0027] Контроллер 250 может использовать подобные температурные данные для приведения вентилятора 208 в действие в обратном режиме или режиме нагрева при низких температурах гидравлической жидкости и в прямом режиме или режиме охлаждения при нормальной или высокой температурах гидравлической жидкости. Как описано выше, контроллер 250 может принимать температуру гидравлической жидкости от температурного датчика 254. Когда температура гидравлической жидкости ниже заданной (например, ниже около 50ºC), контроллер 250 может задействовать вентилятор 208 в обратном режиме или режиме нагрева для нагревания гидравлической жидкости. Когда гидравлическая жидкость достигает или превышает заданную температуру (например, около 50ºC или более), контроллер 250 может переключать вентилятор 208 в прямой режим или режим охлаждения для охлаждения или поддержания температуры гидравлической жидкости.
[0028] Контроллер 250 также может управлять вентилятором 208 на основании временных данных от таймера 258, который может измерять время работы машины 100, например, с момента ее последнего запуска. Во время работы контроллер 250 может принимать входящие временные данные от таймера 258, обрабатывать входящие временные данные и взаимодействовать с клапаном 216 регулирования потока двигателя 206 (ФИГ.2) для управления работой вентилятора 208 на основании обработанных временных данных.
[0029] Контроллер 250 может использовать подобные временные данные для приведения вентилятора 208 в действие в обратном режиме или режиме нагрева во время первоначального периода запуска машины 100 и в прямом режиме или режиме охлаждения в процессе последующей работы машины 100. Когда машина 100 была включена в течение менее чем заданного времени (например, менее чем 1 час, менее чем 2 часа), контроллер 250 может задействовать вентилятор 208 в обратном режиме или режиме нагрева для нагревания гидравлической жидкости. Когда машина 100 была включена в течение заданного времени или дольше (например, 1 час или более, 2 часа или более), контроллер 250 может переключить вентилятор 208 в прямой режим или режим охлаждения для охлаждения гидравлической жидкости.
[0030] Контроллер 250 также может управлять вентилятором 208 на основании ручного ввода или команды от оператора машины 100. На ФИГ.3 контроллер 250 взаимодействует с пользовательским устройством 260 ввода, которое может позволять оператору, например, включать/выключать питание вентилятора 208, выбирать скорость вентилятора 208 и/или выбирать направление вентилятора 208. Во время работы контроллер 250 может принимать ручной ввод от пользовательского устройства 260 ввода, обрабатывать ручной ввод и взаимодействовать с клапаном 216 регулирования потока двигателя 206 (ФИГ.2) для управления работой вентилятора 208 на основании обработанных входных данных. Пользовательское устройство 260 для ввода может быть расположено в кабине 106 оператора машины 100 (ФИГ.1) для доступа и использования оператором.
[0031] В пределах объема правовых притязаний предложенного изобретения находится то, что контроллер 250 может управлять вентилятором 208 на основании комбинации температурных входных данных, временных входных данных и/или ручного ввода. Например, контроллер 250 может ожидать заданное время перед приведением в действие вентилятора 208, а затем контроллер 250 может принимать температурные данные для управления дальнейшей работой вентилятора 208.
[0032] Как описано выше со ссылкой на ФИГ.2, контроллер 250 взаимодействует с клапаном 216 регулирования потока для управления работой двигателя 206 и вентилятора 208. Иллюстративный клапан 216 регулирования потока более подробно показан на ФИГ.4.
[0033] Клапан 216 регулирования потока ФИГ.4 содержит пропорциональный, сервоуправляемый главный клапан 400, имеющий переднее положение 402, остановленное положение 404 и обратное положение 406. Главный клапан 400 управляет как скоростью, так и направлением вентилятора 208. Когда главный клапан 400 находится в прямом положении 402, двигатель 206 приводит в действие вентилятор 208 в прямом режиме с полной скоростью (например, 100%). Когда главный клапан 400 находится в остановленном положении 404, двигатель 206 останавливает вентилятор 208 (например, 0%). Когда главный клапан 400 находится в обратном положении 406, двигатель 206 приводит в действие вентилятор 208 в обратном режиме с полной скоростью (например, 100%). Между остановленным положением 404 и прямым и обратным положениями 402, 406 двигатель 206 приводит в действие вентилятор 208 с промежуточными скоростями (например, 1- 99%).
[0034] Клапан 216 регулирования потока по ФИГ.4 также содержит регулирующий клапан 410 с электромагнитным управлением, взаимодействующий с главным клапаном 400. При включении питания регулирующий клапан 410 направляет жидкость в главный клапан 400 для сдвига главного клапана 400 из своего нормального переднего положения 402 в остановленное положение 404 или обратное положение 406.
[0035] Клапан 216 регулирования потока по ФИГ.4 дополнительно содержит ограничительный клапан 420 с электромагнитным управлением, взаимодействующий с главным клапаном 400. При включении питания ограничительный клапан 420 направляет давление в сторону пружины 408 главного клапана 400 для ограничения перемещения главного клапана 400, управляя посредством этого скоростью вентилятора 208 от главного клапана 400.
[0036] Несмотря на то, что данное изобретение было описано с наличием иллюстративных конструкций, настоящее изобретение может быть дополнительно модифицировано в рамках сущности и объема правовых притязаний данного изобретения. Вследствие этого, данная заявка охватывает любые варианты, применения или адаптации изобретения, использующие его общие принципы. Кроме того, данная заявка охватывает такие отклонения от предложенного изобретения, которые попадают в рамки известной или общепринятой практики в области, к которой относится данное изобретение, и которые попадают в пределы ограничений приложенной формулы изобретения.