專利名稱：一種制冷式液壓系統的油溫控制系統和控制方法
技術領域：
本發明涉及液壓傳動與液壓控制技術領域，尤其涉及一種制冷式液壓系統的油溫 控制系統及其控制方法。
背景技術：
液壓傳動與液壓控制系統中，傳統的液壓油溫冷卻控制方式是利用相對溫度較低 的冷卻水或者風對液壓油進行冷卻。風冷方式由于溫差小，冷卻效率低；水冷方式除溫差 小、冷卻效率低外，還存在水資源浪費、污染環境、使用不便、溫度控制精度低導致液壓工作 介質粘度和壓力損失變化大、流量不穩定等問題。這兩種方式在控制精度上存在嚴重的不 足，特別是對于循環流動的液壓油冷卻，其精度只能達到正負一度，并且其冷卻溫度下限受 到冷卻水溫及風的溫度的影響，傳統方法無法滿足對液壓油溫度穩定性要求較高的應用場 合。對于機械零部件來說，溫度穩定性差其熱變形就不穩定，對其精度有很大影響，不能滿 足精密機械設備的要求。
發明內容
本發明目的是針對現有技術的不足，提供一種制冷式液壓系統的油溫控制系統 和控制方法，提高液壓油溫的控制精度，提高傳熱效率、加快冷卻速度。本發明的技術方案是一種制冷式液壓系統的油溫控制系統，包括制冷裝置和制 冷控制裝置，所述制冷裝置包括依次用管道相連、并構成一個封閉循環系統的制冷壓縮機、 冷凝器、節流裝置和蒸發式熱交換器，所述管道內通有制冷劑；所述制冷控制裝置包括單片 機控制模塊、溫度傳感器和功率驅動器，所述功率驅動器的輸入端和單片機控制模塊的信 號輸出端相連，根據單片機控制模塊的不同輸出信號產生不同頻率的交流電，功率驅動器 的輸出端和制冷壓縮機的供電電源相連。進一步的，所述的一種制冷式液壓系統的油溫控制系統中，所述蒸發式熱交換器 的輸入端連接熱油管道，輸出端和冷油管道相連，所述冷油管道和油箱相連，所述溫度傳感 器設置在所述油箱內檢測油溫。進一步的，所述的一種制冷式液壓系統的油溫控制系統中，所述溫度傳感器的信 號輸出端通過有源濾波電路連接單片機控制模塊的輸入端。進一步的，所述的一種制冷式液壓系統的油溫控制系統中，所述溫度傳感器為鉬 電阻傳感器。進一步的，所述的一種制冷式液壓系統的油溫控制系統中，所述單片機控制模塊 包括采集溫度信號并進行數據處理的信號采集處理模塊，以及中央處理器模塊和控制量 表，所述信號采集處理模塊計算實時溫度和溫度閾值的溫度差值以及實時溫度差值的變化 率，單片機控制模塊根據溫度差值和溫度差值的變化率查詢控制量表，得出控制量值，輸入 中央處理器模塊，中央處理器模塊根據所述控制量值輸出PWM脈沖波，并輸出給功率驅動器。
本發明還提出了一種制冷式液壓系統的油溫控制方法，應用于上述的油溫控制系 統，包括以下步驟
1)熱液壓油從熱油管道通入蒸發式熱交換器中，與蒸發式熱交換器中的制冷劑發生熱 量交換，冷卻后的液壓油從冷油管道輸出，通到油箱中；
2)吸收了熱液壓油熱量的制冷劑在蒸發式熱交換器中汽化，并被吸入制冷壓縮機，制 冷壓縮機將汽化制冷劑壓縮，得到高溫高壓的汽化制冷劑，并通入到冷凝器中；在冷凝器 中，汽化制冷劑被常溫冷卻介質冷卻，凝結成高壓液體，隨后流過節流裝置，節流裝置將其 汽化成低溫低壓的濕蒸汽，又通入到蒸發式熱交換器中，再次與熱液壓油交換熱量；
3)溫度傳感器感應油箱中液壓油的溫度，并將溫度信息發送給單片機控制模塊，單片 機控制模塊采集溫度信號并進行數據處理，得出控制量值，輸出控制信號給功率驅動器；
4)功率驅動器輸出一定頻率的交流電給制冷壓縮機，控制制冷壓縮機的轉速。進一步的，所述步驟3)中，單片機控制模塊采集溫度信號并進行數據處理，計算實 時溫度和溫度閾值的溫度差值以及實時溫度差值的變化率，并根據溫度差值和溫度差值的 變化率查詢控制量表，得出控制量值。本發明的優點是本制冷式液壓油溫精確控制系統采用對液壓油直接制冷的方式 進行冷卻，并采用模糊控制原理對系統進行溫度控制，與傳統的液壓油冷卻控制系統相比， 具有傳熱效率高、冷卻速度快、溫度控制精度高、操作方便、節能環保等優點，達到對液壓油 溫度的精確快速控制。這個系統也可用于各種液體、固體部件、機械設備等物體的冷卻降 溫。另外，由于本系統不使用水冷，因此能節約用水，更環保、更經濟。
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述
圖1為本發明的制冷式液壓系統的油溫控制系統的制冷裝置的結構原理圖； 圖2為本發明的制冷式液壓系統的油溫控制系統的制冷控制部分的結構示意圖。其中1冷凝器；2干燥過濾器；3壓縮機；4節流裝置；5蒸發式熱交換器；6單 片機控制模塊；7溫度傳感器；8功率驅動器；9熱油管道；10冷油管道；11有源濾波電 路；12油箱。
具體實施例方式實施例一種制冷式液壓系統的油溫控制系統，包括制冷裝置和制冷控制裝置，如 圖ι所示，制冷裝置包括依次用管道相連、并構成一個封閉的循環系統的制冷壓縮機3、冷 凝器1、節流裝置4和蒸發式熱交換器5，管道內通有制冷劑。如圖2所示，制冷控制裝置包 括單片機控制模塊6、溫度傳感器7和功率驅動器8，功率驅動器8的輸入端和單片機控制 模塊6的信號輸出端相連，根據單片機控制模塊6的不同輸出信號產生不同頻率的交流電， 給制冷壓縮機3供電。蒸發式熱交換器5的輸入端連接熱油管道9，輸出端和冷油管道10 相連，冷油管道10和油箱12相連，溫度傳感器7設置在油箱12內，檢測油箱內的油溫。溫 度傳感器7的信號輸出端通過有源濾波電路11連接單片機控制模塊6的輸入端，有源濾波 電路用于濾除干擾和雜波。在本實施例中，溫度傳感器7采用高精度的鉬電阻傳感器。節 流裝置4可以為毛細管、電子膨脹閥或熱力膨脹閥。本實施例采用膨脹閥。膨脹閥能使中溫高壓的液體制冷劑通過其節流成為低溫低壓的濕蒸汽，膨脹閥通過蒸發式熱交換器末端 的過熱度變化來控制閥門流量，防止出現蒸發式熱交換器面積利用不足和敲缸現象。單片 機控制模塊6包括信號采集處理模塊、中央處理器模塊和控制量表。在本實施例中，在冷凝 器1和節流裝置4之間，還連有干燥過濾器2，用于過濾雜質。本制冷式液壓系統的油溫控制系統的工作過程是熱液壓油通過熱油管道9通入 蒸發式熱交換器5中，與蒸發式熱交換器5中的低壓、低溫的制冷劑發生熱量交換，冷卻后 的液壓油從冷油管道10輸出，通到油箱12中。吸收了熱量的制冷劑在蒸發式熱交換器汽 化，帶走了液壓油的熱量從而達到冷卻的目的。然后汽化的制冷劑被吸入制冷壓縮機，制冷 壓縮機將汽化制冷劑壓縮，得到高溫高壓的汽化制冷劑，通入到冷凝器1中，被常溫冷卻介 質(例如水或空氣等)冷卻，凝結成高壓液體，然后流到節流裝置中，節流裝置將其汽化成低 溫低壓的濕蒸汽，然后又通入到蒸發式熱交換器5中，再次與熱液壓油交換熱量。溫度傳感器7感應油箱12中的油溫，并將信號傳輸給單片機控制模塊。單片機控 制模塊的信號采集處理模塊采集溫度信號并進行數據處理，計算實時溫度和溫度閾值的溫 度差值以及實時溫度差值的變化率。單片機控制模塊6根據溫度差值和溫度差值的變化率 查詢控制量表，得出控制量值，輸入中央處理器模塊，中央處理器模塊根據所述控制量值輸 出PWM脈沖波，并輸出給功率驅動器8。該PWM脈沖波控制功率驅動器中的門電路的通斷， 并輸出一定頻率的交流電給制冷壓縮機，采用變頻技術改變壓縮機的供電頻率，使壓縮機 的轉速按照要求發生變化，從而控制制冷壓縮機的制冷量，使油箱中的油溫始終保持設定 的溫度。交流電的頻率越低，則制冷壓縮機的轉速越小，制冷量越少。通過改變制冷量的大 小，達到對不同狀況下的油溫的精確控制。本實施例采用C504單片機控制模塊，該模塊內部帶有10位的A/D轉換器，每秒采 集十次溫度數據，去除溫度最高值與最低值，然后對其他8個數據求平均得出檢測的溫度 值，這樣檢測的值可以去掉隨機誤差。然后對溫度誤差與誤差變化率進行模糊推理，也就是 查控制量表，得出一個控制量，輸入到單片機控制模塊的中央處理器模塊，中央處理器模塊 輸入一定頻率的PWM波。該控制量表采用模糊控制原理生成，和溫度閾值一樣，是事先設置 在單片機控制模塊內的。模糊控制是用模糊數字的知識模仿人腦的思維方式，對模糊現象 進行識別和判斷，給出精確的控制量，對被控對象進行控制。模糊規則如下
(1)當溫度誤差大或者較大時，選擇較大的輸出量，以求盡快消除誤差為主，而當誤差 小或者較小時，選擇較小的輸出量，從而防止系統超調，主要來保證系統的穩定性；
(2)當溫度誤差為負時，若溫度誤差變化率為正，則相應輸出較小的調節量，變化率為 負則輸出較大的調節量；當溫度誤差為正時，溫度誤差變化率為正，則相應輸出較大的調節 量，變化率為負則輸出較小的調節量。本實施例采用高精度鉬電阻傳感器、高精度的單片機控制模塊，去最大、最小值求 平均的采樣方法，以及模糊控制理論得到的控制量表也確保高精度的溫度控制。以上所述，僅為本發明的優選實施例，并不能以此限定本發明實施的范圍，凡依本 發明權利要求及說明書內容所作的簡單的變換，皆應仍屬于本發明覆蓋的保護范圍。
權利要求
一種制冷式液壓系統的油溫控制系統，包括制冷裝置和制冷控制裝置，其特征在于所述制冷裝置包括依次用管道相連、并構成一個封閉循環系統的制冷壓縮機(3)、冷凝器(1)、節流裝置(4)和蒸發式熱交換器(5)，所述管道內通有制冷劑；所述制冷控制裝置包括單片機控制模塊(6)、溫度傳感器(7)和功率驅動器(8)，所述功率驅動器(8)的輸入端和單片機控制模塊(6)的信號輸出端相連，根據單片機控制模塊(6)的不同輸出信號產生不同頻率的交流電，功率驅動器(8)的輸出端和制冷壓縮機(3)的供電電源相連。
2.根據權利要求1中所述的一種制冷式液壓系統的油溫控制系統，其特征在于所述 蒸發式熱交換器(5)的輸入端連接熱油管道(9)，輸出端和冷油管道(10)相連，所述冷油管 道(10)和油箱(12)相連，所述溫度傳感器(7)設置在所述油箱(12)內檢測油溫。
3.根據權利要求1中所述的一種制冷式液壓系統的油溫控制系統，其特征在于所述 溫度傳感器(7)的信號輸出端通過有源濾波電路(11)連接單片機控制模塊(6)的輸入端。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的一種制冷式液壓系統的油溫控制系統，其特 征在于所述溫度傳感器(7)為鉬電阻傳感器。
5.根據權利要求1中所述的一種制冷式液壓系統的油溫控制系統，其特征在于所述 單片機控制模塊(6)包括采集溫度信號并進行數據處理的信號采集處理模塊，以及中央處 理器模塊和控制量表，所述信號采集處理模塊計算實時溫度和溫度閾值的溫度差值以及實 時溫度差值的變化率，單片機控制模塊(6)根據溫度差值和溫度差值的變化率查詢控制量 表，得出控制量值，輸入中央處理器模塊，中央處理器模塊根據所述控制量值輸出PWM脈沖 波，并輸出給功率驅動器(8 )。
6.一種制冷式液壓系統的油溫控制方法，應用于權利要求1至5中所述的油溫控制系 統，其特征在于包括以下步驟1)熱液壓油從熱油管道(9)通入蒸發式熱交換器(5)中，與蒸發式熱交換器(5)中的 制冷劑發生熱量交換，冷卻后的液壓油從冷油管道(10)輸出，通到油箱(12)中；2)吸收了熱液壓油熱量的制冷劑在蒸發式熱交換器(5)中汽化，并被吸入制冷壓縮機 (3)，制冷壓縮機(3)將汽化制冷劑壓縮，得到高溫高壓的汽化制冷劑，并通入到冷凝器(1) 中；在冷凝器(1)中，汽化制冷劑被常溫冷卻介質冷卻，凝結成高壓液體，隨后流過節流裝 置(4)，節流裝置(4)將其汽化成低溫低壓的濕蒸汽，又通入到蒸發式熱交換器(5)中，再次 與熱液壓油交換熱量；3)溫度傳感器(7)感應油箱中液壓油的溫度，并將溫度信息發送給單片機控制模塊 (6)，單片機控制模塊(6)采集溫度信號并進行數據處理，得出控制量值，輸出控制信號給功 率驅動器(8);4)功率驅動器(8)輸出一定頻率的交流電給制冷壓縮機(3)，控制制冷壓縮機(3)的轉速。
7.根據權利要求6中所述的一種制冷式液壓系統的油溫控制方法，其特征在于所述 步驟3)中，單片機控制模塊(6)采集溫度信號并進行數據處理，計算實時溫度和溫度閾值 的溫度差值以及實時溫度差值的變化率，并根據溫度差值和溫度差值的變化率查詢控制量 表，得出控制量值。
全文摘要
本發明公開了一種制冷式液壓系統的油溫控制系統和控制方法，包括制冷裝置和制冷控制裝置，制冷裝置包括依次用管道相連、并構成一個封閉循環系統的制冷壓縮機、冷凝器、節流裝置和蒸發式熱交換器，管道內通有制冷劑；制冷控制裝置包括單片機控制模塊、溫度傳感器和功率驅動器，功率驅動器的輸入端和單片機控制模塊的信號輸出端相連，根據單片機控制模塊的不同輸出信號產生不同頻率的交流電，功率驅動器的輸出端和制冷壓縮機的供電電源相連，從而改變壓縮機的轉速來控制制冷量。本控制系統和控制方法具有傳熱效率高、冷卻速度快、溫度控制精度高、操作方便、節能環保等優點，達到對液壓油溫度的精確快速控制。
文檔編號F15B21/04GK101994729SQ201010599718
公開日2011年3月30日 申請日期2010年12月22日 優先權日2010年12月22日
發明者李江江, 杜彥亭, 趙三飛 申請人:西安交通大學蘇州研究院;杜彥亭