阅读说明：本技术 一种制动冷却装置及冷却风机控制方法 (Brake cooling device and cooling fan control method ) 是由 眭铁杰 吴凯 胡金润 李香情 谭志雄 欧军晖 史雅君 于 2019-12-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种制动冷却装置包括柜体、冷却单元和制动单元；所述冷却单元包括散热器组和冷却回路,所述散热器组和冷却回路均设置于柜体的外部且散热器组位于柜体的进风口端,所述冷却回路连接外接设备和散热器组从而实现对外接设备进行散热；所述制动单元包括均设置于柜体内部且顺次连接的冷却风机、过渡风道和电阻单元,所述冷却风机位于散热器组和过渡风道之间,从而实现冷却空气与散热器组进行热交换之后依次经过冷却风机和过渡风道对电阻单元进行散热。同时兼顾对冷却装置散热和制动单元散热的需求。本发明还提供了一种冷却风机控制方法,可以有效地防止冷却风机频率频繁切换导致温升过高的问题。(The invention provides a brake cooling device which comprises a cabinet body, a cooling unit and a brake unit; the cooling unit comprises a radiator group and a cooling loop, the radiator group and the cooling loop are both arranged outside the cabinet body, the radiator group is positioned at the air inlet end of the cabinet body, and the cooling loop is connected with the external equipment and the radiator group so as to realize the heat dissipation of the external equipment; the brake unit is including all setting up in the internal portion of cabinet and the cooling blower, transition wind channel and the resistance unit of connecting in order, cooling blower is located radiator group and transition between the wind channel to realize that cooling air dispels the heat to the resistance unit through cooling blower and transition wind channel in proper order after carrying out the heat exchange with radiator group. Meanwhile, the requirements for heat dissipation of the cooling device and the brake unit are met. The invention also provides a cooling fan control method which can effectively prevent the problem of overhigh temperature rise caused by frequent switching of the frequency of the cooling fan.)

一种制动冷却装置及冷却风机控制方法

技术领域

本发明涉及矿用电动轮自卸车技术领域，具体涉及一种制动冷却装置及冷却风机控制方法。

背景技术

矿用电动轮自卸车作为大型露天矿山采矿作业的主要运输工具，随着对矿用电动轮自卸车吨位、性能和数量等方面的需求提升，其在年开采量1000万吨级以上的大型露天矿山的运输设备中起着举足轻重的作用。其中制动电阻装置是矿用电动轮自卸车的组成部件之一，是其电传动系统实现电制动的关键部件，一般电制动功率与自卸车吨位相关，约在1MW～5MW之间，电制动时制动电阻将电能转化为热能，通过强迫风冷的方式将热能吹散到大气中。

关于永磁电机技术，当永磁牵引电机和永磁发电机应用于电动轮自卸车上时，整车重量可减轻几吨，对矿用车行驶中节省油耗大大有利，减少使用成本。在电动轮自卸车上应用永磁电机时需配套冷却装置，利用循环冷却液为永磁电机进行水冷散热。

但是永磁牵引电机和永磁发电机对进水温度有着严格的要求，其中永磁牵引电机要求进水温度小于等于70℃，而永磁发电机要求进水温度小于等于65℃，因此需要冷却装置能同时满足永磁牵引电机和永磁发电机的散热需求。

另外，冷却装置散热功率低于100kW，而制动电阻装置的电制动功率约1MW～5MW，两者消耗的能量有着巨大的数值差距，因此当冷却装置与制动电阻装置集成在一起时需要同时兼顾冷却装置的散热需求和制动电阻装置的散热需求。

综上所述，急需一种制动冷却装置及冷却风机控制方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种制动冷却装置，具体技术方案如下：

一种制动冷却装置，包括柜体、冷却单元和制动单元；所述冷却单元包括散热器组和冷却回路，所述散热器组和冷却回路均设置于柜体的外部且散热器组位于柜体的进风口端，所述冷却回路连接外接设备和散热器组从而实现对外接设备进行散热；

所述制动单元包括均设置于柜体内部且顺次连接的冷却风机、过渡风道和电阻单元，所述冷却风机位于散热器组和过渡风道之间，从而实现冷却空气与散热器组进行热交换之后依次经过冷却风机和过渡风道对电阻单元进行散热。

以上技术方案中优选的，所述冷却回路包括第一冷却回路和第二冷却回路，所述散热器组包括第一散热器和第二散热器；所述第一冷却回路包括第一进水管路和第一出水管路，所述第一散热器、第一出水管路、第一外接设备和所述第一进水管路四者顺次形成循环回路，从而实现对第一外接设备进行散热；所述第二冷却回路包括第二进水管路和第二出水管路，所述第二散热器、第二出水管路、第二外接设备以及第二进水管路四者顺次形成循环回路，从而实现对第二外接设备进行散热。

以上技术方案中优选的，所述散热器组的进风侧设有过滤网。

以上技术方案中优选的，所述第一出水管路和第二出水管路上均依次设置有温度传感器、水泵、压力传感器和阀门，所述第一进水管路和第二进水管路上均依次设置有阀门、过滤器和温度传感器；所述第一出水管路和第一进水管路上的温度传感器均靠近第一散热器设置，所述第二出水管路和第二进水管路上的温度传感器均靠近第二散热器设置。

以上技术方案中优选的，所述第一出水管路和第一进水管路之间以及第二出水管路和第二进水管路之间均通过辅助水管设有膨胀水箱，所述膨胀水箱上设有泄压阀和液位观察窗。

以上技术方案中优选的，所述冷却风机包括风机本体和转速传感器，所述转速传感器设置于风机本体中电机的端部，实现监测冷却风机的转速。

以上技术方案中优选的，所述过渡风道包括过渡风道外壳、内筒和锥筒，所述过渡风道外壳的一端连接冷却风机的出风口，另一端朝向电阻单元且与柜体连接实现冷却空气吹向电阻单元；

所述内筒和锥筒同轴线设置于过渡风道外壳的内部，所述锥筒位于内筒中，所述内筒为锥形筒体结构，内筒的大锥端靠近冷却风机设置，内筒的小锥端靠近电阻单元设置，所述锥筒为封闭的圆锥结构，锥筒的大锥端靠近冷却风机设置，锥筒的小锥端靠近电阻单元设置，通过内筒和锥筒实现对冷却空气进行导流。

以上技术方案中优选的，还包括导流栅，所述导流栅设置于柜体的出风口端，实现对电阻单元出来的气体进行导流；所述导流栅内设有多件同导流角度θ设置的导流片，所述导流角度θ的取值范围为40°～60°。

以上技术方案中优选的，所述电阻单元包括多件沿冷却空气流动方向设置的制动电阻，所述制动电阻的下部通过支撑座与柜体连接，所述制动电阻的上部通过制动电阻自身的安装点与柜体连接。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明的制动冷却装置包括柜体、冷却单元和制动单元，所述冷却单元包括散热器组和冷却回路，所述散热器组和冷却回路用于对外接设备，即永磁牵引电机和永磁发电机进行散热；冷却空气依次经过散热器组、冷却风机、过渡风道和电阻单元，从而实现冷却空气与散热器组进行热交换之后依次经过冷却风机和过渡风道对电阻单元进行散热，从而实现集对冷却装置散热(即对散热器组进行散热)和电阻单元(制动电阻)散热功能于一身；在电制动工况时冷却风机运行在高频，优先满足电制动功率需求，因风量大也能满足冷却装置散热需求，在非电制动工况时冷却风机运行在低频，仅需满足冷却装置散热需求，降低功耗和风机噪音，同时解决冷却装置和制动电阻两者功率存在巨大差异的问题。

(2)本发明的制动冷却装置中冷却回路包括第一冷却回路和第二冷却回路，所述第一冷却回路实现对第一外接设备，即永磁发电机进行散热，第二冷却回路实现对第二外接设备，即永磁牵引电机进行散热；第一冷却回路和第二冷却回路相互独立互不影响，解决永磁牵引电机和永磁发电机两者对进水温度不同的要求。

(3)本发明的制动冷却装置在散热器组在进风侧设有过滤网，能很好的防护散热器被矿山掉落的石头、树枝等杂物撞击，可以很好的进行维护、清洗作业。

(4)本发明的制动冷却装置在第一出水管路、第二出水管路、第一进水管路和第二进水管路中布置了温度传感器，有利于及时了解散热器的工作状态，并且可以根据出水温度及其限值调节冷却风机的工作频率，降低风机的噪音，充分发挥散热器的散热能力，使得装置的散热能力及工作噪音更贴近用户使用需求。

(5)本发明的制动冷却装置在第一出水管路和第一进水管路之间以及第二出水管路和第二进水管路之间均通过辅助水管设有膨胀水箱，膨胀水箱上设有泄压阀和液位观察窗，通过泄压阀实现对第一冷却回路或第二冷却回路进行泄压以及排除冷却回路内的气体，或者是增加冷却介质，通过液位观察窗时刻了解各冷却回路中冷却介质的量。

(6)本发明的制动冷却装置设置过渡风道，通过内筒和锥筒实现将冷却风机叶轮旋转吹入的风较为均匀的过渡到制动电阻中，提升制动电阻的换热效率，减少制动电阻中间部位风速偏低的情况，降低制动电阻最高温度。

(7)本发明的制动冷却装置设有导流栅，通过导流栅实现热风被导向矿用车侧面，不会导致变流器后侧及车底进风设备的进风温度增高。

本发明还提供了一种上述制动冷却装置的冷却风机控制方法，冷却风机根据控制器件发出升频指令或降频指令进行工作频率切换，通过控制器件设定冷却风机的变频功率P1；

制动单元的电制动功率低于变频功率P1时，冷却风机按照低频状态进行工作；

制动单元的电制动功率高于变频功率P1时即触发升频指令，冷却风机按照升频变化率f₁提升至最高频率状态工作；

冷却风机在最高频率状态工作时，制动单元的电制动功率低于变频功率P1时即触发降频指令，在t₁时间内未再触发升频指令，冷却风机按照降频变化率f₂降低至低频状态工作；

其中冷却风机采用交流变频电机，f₂小于等于f₁。

基于冷却风机在自卸车启动后一直工作的条件，本发明的冷却风机控制方法，电制动功率低于P1时，风机一直工作在低频，电制动功率高于P1时，风机工作在高频。所述的风机控制方法，能屏蔽电制动功率低于P1条件下的所有频繁踩电制动踏板导致的风机频率切换情况，能有效减少风机高频时频繁踩电制动踏板造成的风机频率切换的频次，同时，风机频率切换需按f₁升频，按f₂降频，减少了频率切换带来的风机温升值(单次频率变化过快也会导致温升过高)，使风机温升控制在标准要求范围内，提高了风机的可靠性和使用寿命。同时，t₁时间延时进行风机降频，可容纳该时间内司机频繁踩制动踏板的操作，减少风机频率切换的频次。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明制动冷却装置的原理图；

图2是本发明制动冷却装置的结构示意图；

图3是本发明冷却单元的结构示意图；

图4是本发明制动单元的结构示意图；

图5是本发明冷却风机的结构示意图；

图6是本发明过渡风道的结构示意图；

图7是本发明导流栅的结构示意图；

图8是本发明制动冷却装置的正视图；

其中，11、第一水泵，12、第二水泵，21、第一散热器，22、第二散热器，23、温度传感器，31、第一膨胀水箱，32、第二膨胀水箱，33、泄压阀，34、液位观察窗，4、冷却风机，41、电机，42、转速传感器，5、过渡风道，51、过渡风道外壳，52、内筒，53、锥筒，54、前支撑圆杆，55、后支撑圆杆，6、电阻单元，61、制动电阻，62、支撑座，7、导流栅，71、导流片，8、柜体，9、过滤网，91、主水管，92、辅助水管，93、过滤器，94、阀门，95、快速接头，96、固定夹，97、压力传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1-8，一种制动冷却装置，具体是一种矿用电动轮自卸车用的制动冷却装置，包括柜体8、冷却单元和制动单元；所述冷却单元包括散热器组和冷却回路，所述散热器组和冷却回路均设置于柜体8的外部且散热器组位于柜体8的进风口端，即散热器位于柜体的进风口处，所述冷却回路连接外接设备和散热器组从而实现对外接设备进行散热；

所述制动单元包括均设置于柜体8内部且顺次连接的冷却风机4、过渡风道5和电阻单元6，所述冷却风机4位于散热器组和过渡风道5之间，从而实现冷却空气与散热器组进行热交换之后依次经过冷却风机4和过渡风道5对电阻单元6进行散热。

所述冷却回路包括第一冷却回路和第二冷却回路，所述散热器组包括第一散热器21和第二散热器22；所述第一冷却回路包括第一进水管路和第一出水管路，第一散热器21、第一出水管路、第一外接设备和所述第一进水管路四者顺次形成循环回路，从而实现对第一外接设备进行散热；所述第二冷却回路包括第二进水管路和第二出水管路，所述第二散热器22、第二出水管路、第二外接设备以及第二进水管路四者顺次形成循环回路，从而实现对第二外接设备进行散热；

所述第二散热器22设置于第一散热器21上，散热器组由第一散热器和第二散热器组合而成，且第一散热器和第二散热器相互独立，不会相互干涉。

参见图1，所述第一外接设备为永磁发电机，所述第二外接设备为永磁牵引电机组，永磁牵引电机组中的多个永磁牵引电机通过并联的方式设置于第二进水管路和第二出水管路之间。

参见图8，所述散热器组的进风侧设有过滤网9，能很好的防护散热器被矿山掉落的石头、树枝等杂物撞击。

所述第一出水管路和第二出水管路上均依次设置有温度传感器23、水泵、压力传感器97和阀门94，所述第一进水管路和第二进水管路上均依次设置有阀门94、过滤器93和温度传感器23；所述第一出水管路和第一进水管路上的温度传感器23均靠近第一散热器21设置，所述第二出水管路和第二进水管路上的温度传感器23均靠近第二散热器22设置。

各冷却回路中布置了温度传感器，有利于及时了解散热器的工作状态，并且可以根据出水温度及其限值调节冷却风机的工作频率，降低风机的噪音，充分发挥散热器的散热能力，使得冷却系统的散热能力及工作噪音更贴近用户使用需求。

参见图1，所述第一出水管路上的水泵为第一水泵11，所述第二出水管路上的水泵为第二水泵12，所述过滤器93与阀门94之间均通过主水管91连接，同样的，所述压力传感器97和阀门94之间均通过主水管91连接。参见图3，所述主水管91上还设有固定夹96，固定夹与柜体上的固定支架连接保证主水管的稳定性和提供支撑力。

优选的，所述阀门为球阀，所述主水管采用软管和硬管结合的方式，相连处采用不锈钢软管接头，通过卡箍锁死。

参见图3，所述第一出水管路、第二出水管路、第一进水管路和第二进水管路上还设有快速接头95，方便通过快速接头补充冷却介质。

所述第一出水管路和第一进水管路之间以及第二出水管路和第二进水管路之间均通过辅助水管92设有膨胀水箱，所述膨胀水箱上设有泄压阀33和液位观察窗34。

所述辅助水管的端部设有快速接头，通过快速接头实现与膨胀水箱快速插拔，在加注液体和断开膨胀水箱等方面方便快捷。

参见图1，所述第一出水管路和第一进水管路之间的为第一膨胀水箱31，所述第二出水管路和第二进水管路之间的为第二膨胀水箱32。通过泄压阀实现对第一冷却回路或第二冷却回路进行泄压，或者是增加冷却介质，通过液位观察窗34时刻了解各冷却回路中冷却介质的量。

所述冷却风机4包括风机本体和转速传感器42，所述转速传感器42设置于风机本体中电机41的端部，实现监测冷却风机的转速，方便判断冷却风机运转有无异常。所述风机本体的结构请参见现有技术，一般包括电机、叶轮和风机外壳。

所述电阻单元6包括多件沿冷却空气流动方向设置的制动电阻61，所述制动电阻61的下部通过支撑座62与柜体8连接，所述制动电阻61的上部通过制动电阻61自身的安装点与柜体8连接，对制动电阻设置多个安装点可以增加制动电阻的抗振性能，保证结构的稳定性。本领域技术人员可以理解制动电阻自身的安装点为制动电阻产品自身设计的安装结构。

所述过渡风道5包括过渡风道外壳51、内筒52和锥筒53，所述过渡风道外壳51的一端连接冷却风机4的出风口，另一端朝向电阻单元6且与柜体8连接实现冷却空气吹向电阻单元6；

所述内筒52和锥筒53同轴线设置于过渡风道外壳51的内部，所述锥筒53位于内筒52中，所述内筒52为锥形筒体结构，内筒52的大锥端靠近冷却风机4设置，内筒52的小锥端靠近电阻单元6设置，所述锥筒53为封闭的圆锥结构，锥筒53的大锥端靠近冷却风机4设置，锥筒53的小锥端靠近电阻单元6设置，通过内筒52和锥筒53实现对冷却空气进行导流。

所述内筒的大锥端是规格尺寸(例如半径)较大的一端，小锥端是规格尺寸较小的一端。所述锥筒的大锥端是规格尺寸(例如半径)较大的一端，小锥端是规格尺寸较小的一端。

参见图6，过渡风道外壳51、内筒52和锥筒53之间通过前支撑圆杆54和后支撑圆杆55连接和固定。前支撑圆杆54和后支撑圆杆55交叉布置，可以防止冷却空气流经支撑圆杆时低风速区域的叠加，有效提高过渡风道对轴流风机流出的冷却空气的均流效果。

通过内筒和锥筒实现将冷却风机叶轮旋转吹入的风较为均匀的过渡到制动电阻中，提升制动电阻的换热效率，减少制动电阻中间部位风速偏低的情况，降低制动电阻最高温度。

减少制动电阻中间部位风速偏低的情况具体原因是：风机叶轮处风速高，风机叶轮根部及轮毂部位基本无风。叶轮旋转吹出的风，主要集中在叶轮所在的圆环区域，内筒对该圆环进行了分割，使得一部分风向圆环中心位置导风；同时锥筒让风的流动不在风机轮毂后端形成涡流，影响风的流向，同时也对内筒的导过来的风起导流作用。锥筒为封闭的圆锥结构防止冷却空气流入，形成涡流，造成风量损失。

参见图7，所述制动冷却装置还包括导流栅7，所述导流栅7设置于柜体8的出风口端，实现对电阻单元6出来的气体进行导流；所述导流栅7内设有多件同导流角度θ设置的导流片71，所述导流角度θ的取值范围为40°～60°。

通过导流栅实现热风被导向矿用车侧面，不会导致变流器后侧及车底进风设备的进风温度增高。导流角度小于40°时，导流栅引起的风阻会大大增加，从而引起风机性能工作点偏离，使冷却风量降低；柜体上的出风位置占整个装置宽度尺寸大部分尺寸但非全部，在导流角度小于60°时能够得到侧面导风区域与柜体宽度尺寸相近的尺寸。

优选的，所述冷却介质为乙二醇水溶液。

本实施例中制动冷却装置的工作原理为：冷却空气(温度为环境温度)从散热器组侧进入风道，在散热器组中将冷却介质吸收的热量与冷却空气进行热交换，降低冷却介质的温度实现对永磁发电机和永磁牵引电机进行循环散热；同时，通过冷却风机吸走热交换后的温热空气(温升低于20K)，并通过过渡风道将温热空气较为均匀的吹入制动电阻，温热空气在制动电阻内进行对流换热后转变为高温热气(温升在150K～300K)，经导流栅吹散到大气环境。

上述制动冷却装置的冷却风机控制方法：

冷却风机根据控制器件发出升频指令或降频指令进行工作频率切换，通过控制器件设定冷却风机的变频功率P1；

制动单元的电制动功率低于变频功率P1时，冷却风机按照低频状态进行工作；

制动单元的电制动功率高于变频功率P1时即触发升频指令，冷却风机按照升频变化率f₁提升至最高频率状态工作；

冷却风机在最高频率状态工作时，制动单元的电制动功率低于变频功率P1时即触发降频指令，在t₁时间内未再触发升频指令，冷却风机按照降频变化率f₂降低至低频状态工作；

其中冷却风机采用交流变频电机，f₂小于等于f₁。

优选的，本实施例中所述冷却风机的低频状态为30～40Hz，本实施例优选为40Hz；最高频率状态为45～60Hz，本实施例优选为60Hz，f₂和f₁取值范围均为4～5Hz/s，变频功率P1可以根据实际的使用情况进行设置，优选为制动单元总制动功率的六分之一至总制动功率的四分之一，本领域技术人员可以理解总制动功率为制动单元设计的最大制动功率。t₁时间可以根据实际情况进行设定，优选为10～20s，t₁时间延时进行风机降频，可容纳该时间内司机频繁踩制动踏板的操作，减少风机频率切换的频次。

冷却风机的低频状态能够根据永磁发电机和永磁牵引电机出水温度或环境温度进行适应性调整，保证散热效率以及降低能耗。

所述控制器件为电动轮自卸车上的变流器柜，电制动功率受自卸车变流器柜控制变化，且与电制动踏板踩下的角度关联。

基于冷却风机在自卸车启动后一直工作的条件，按本实施例的风机控制方法，电制动功率低于P1时，风机一直工作在低频，电制动功率高于P1时，风机工作在高频。所述的风机控制方法，能屏蔽电制动功率低于P1条件下的所有频繁踩电制动踏板导致的风机频率切换情况，能有效减少风机高频时频繁踩电制动踏板造成的风机频率切换的频次，同时，风机频率切换需按f₁升频，按f₂降频，减少了频率切换带来的风机温升值(单次频率变化过快也会导致温升过高)，使风机温升控制在标准要求范围内，提高了风机的可靠性和使用寿命。

本发明的制动冷却装置和冷却风机控制方法，在电制动工况时冷却风机运行在高频，优先满足电制动功率需求，因风量大也能满足冷却装置散热需求；在非电制动工况时冷却风机运行在低频，仅需满足冷却装置散热需求，因此实现兼顾冷却装置的散热需求和制动电阻的散热需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。