筑路机械电液混合智能冷却系统的研制
【摘要】：当前筑路机械的冷却系统主要是采用了传统曲轴定传动比驱动，这种驱动方式使筑路机械的发动机起动转矩大、预热时间长、冷却不合理，风扇耗能较大(在发动机额定工况下功耗约占发动机有效输出功率的5％-12％)，降低了发动机的动力输出，且风扇安装位置受到限制，工作噪声大。
本课题设计了一种新型的冷却系统。本冷却系统可以解决筑路机械在施工中常出现的发动机过热和液压传动系统冷却不足的问题
本论文对该冷却系统的工作原理、硬件组成、软件设计作了详细论述。系统的特点及其实现的功能为：不同于以往单一式的冷却系统，本系统将整个冷却系统分成了两个主要部分：发动机冷却系统和液压油冷却系统，这两个系统分别对发动机和液压油冷却，并由一片单片机进行统一控制。发动机冷却系统采用了电液比例技术控制风扇转速：单片机可以根据冷却液温度、冷却液温度变化率和目标冷却液温度调节液压驱动系统中比例阀的控制电流，进而控制风扇转速。液压油冷却系统采用了电机驱动，然后由单片机根据液压油的温度控制电机的起停。两种风扇驱动方式分别根据不同的冷却要求，独立工作。
该设计方案是经过大量的科学调研及现场考察后制定的。课题研究内容主要是包括：设计方案的确定、主要液压元件和驱动电机的选型计算、实现控制系统中软硬件的合理设计及匹配、系统抗干扰的设计。系统的硬件采用了模块结构设计，主要是包括采样模块、CUP主控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、电液比例驱动模块和电机驱动模块等几个部分组成。在软件设计中力求程序设计简洁，大量运用了子程序的设计与调用，使程序具有易扩展、可修改移植的优点。
总之本系统不仅可以有效解决筑路机械发动机过热和液压油冷却不足及冷启动困难的问题，而且系统还具有安装灵活、节省燃油、降低噪声、体积小、功率大等优点，将之推广运用到筑路机械中，将会获得良好的社会经济效益。
【关键词】：筑路机械 冷却系统 单片机 比例阀 风扇 【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U415
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2004.121207
【目录】：
- 摘要9-10
- Abstract10-11
- 1 绪论11-18
- 1.1 课题背景11-13
- 1.1.1 当前筑路机械冷却系统存在的问题11-12
- 1.1.2 当前改进冷却系统的技术方案12-13
- 1.2 课题的提出13-14
- 1.2.1 国内外对电液比例技术控制冷却系统的研究14
- 1.3 研究的意义14-15
- 1.4 研究内容及技术要求15
- 1.4.1 研究内容15
- 1.4.2 筑路机械智能冷却系统的要求15
- 1.5 系统的整体设计方案15-18
- 1.5.1 系统整体设计方案15-16
- 1.5.2 系统具体技术路线及实现的功能16-18
- 1.5.2.1 发动机的冷却系统控制技术路线16-17
- 1.5.2.2 液压油系统的冷却系统17-18
- 2 主要液压元件和驱动电机的选型18-25
- 2.1 原冷却系统中水泵风扇消耗功率及转矩的确定18-21
- 2.1.1 冷却系统需要散热量的计算18-19
- 2.1.2 冷却水的循环量及水泵消耗功率的计算19-20
- 2.1.2.1 冷却水的循环量计算19
- 2.1.2.2 水泵消耗功率计算19-20
- 2.1.3 冷却空气需要量及风扇功率计算20-21
- 2.1.3.1 冷却空气需要量的计算20
- 2.1.3.2 风扇消耗功率的计算20-21
- 2.1.4 计算原冷却系统驱动水泵及风扇的转矩21
- 2.2 功率转矩修正21-22
- 2.3 液压马达选型计算22-23
- 2.4 液压油泵的选型23-24
- 2.5 电液比例阀的选型24
- 2.6 液压油冷却系统中直流电机的选型24-25
- 3 单片机控制系统的设计25-60
- 3.1 温度传感器的选择及信号采集放大电路25-28
- 3.1.1 温度传感器的选择及安装位置的确定25-27
- 3.1.2 信号采集放大电路的设计27-28
- 3.2 系统硬件设计28-41
- 3.2.1 微处理器的选择28-32
- 3.2.2 A/D转换接口电路设计32-36
- 3.2.2.1 ADC0809主要技术指标32-34
- 3.2.2.2 ADC0809功能介绍和硬件接口电路34-36
- 3.2.3 D/A转换接口电路设计36-40
- 3.2.3.1 DAC0832的主要技术指标37
- 3.2.3.2 DAC0832的硬件接口电路37-40
- 3.2.4 系统驱动电路设计40-41
- 3.2.4.1 电液比例阀的驱动电路设计40
- 3.2.4.2 电动机的驱动40-41
- 3.3 电源电路设计41-43
- 3.4 系统软件设计43-56
- 3.4.1 程序语言与内存的划分43-44
- 3.4.1.1 程序编辑语言43
- 3.4.1.2 内存地址规划43-44
- 3.4.2 系统主要程序模块44-56
- 3.4.2.1 主程序模块和中断服务程序模块44-46
- 3.4.2.2 数据检测分析处理子程序模块46-56
- 3.5 系统抗干扰设计56-60
- 3.5.1 硬件抗干扰设计57-59
- 3.5.1.1 时钟电路抗干扰设计57
- 3.5.1.2 印刷线路板的合理设计与布局57-59
- 3.5.2 软件抗干扰设计59-60
- 4 测试记录60-64
- 4.1 测试A/D转换模块60
- 4.2 温度采样及其处理电路与ADC0809的匹配性能60-61
- 4.3 发动机冷却控制系统性能初步测试61-62
- 4.4 液压系统冷却控制系统的性能测试62-64
- 5 结论与展望64-67
- 5.1 结论64-65
- 5.2 展望65-67
- 5.2.1 课题展望65-66
- 5.2.2 筑路机械冷却系统的发展展望66-67
- 参考文献67-73
- 致谢73-74
- 攻读学位期间发表论文74
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