矿用挖掘机液压系统多重过滤散热装置及方法与流程

本技术涉及机械液压系统，更具体地说，涉及矿用挖掘机液压系统多重过滤散热装置及方法。

背景技术：

1、矿用挖掘机是矿山开采核心重载设备，液压系统作为动力传输与执行驱动核心，其运行稳定性直接影响矿山作业效率与设备运维成本，矿山作业存在高粉尘、高湿度、重载冲击、宽温域及井下通风受限等极端工况，对液压油清洁度与温度控制提出严苛要求。

2、现有矿用挖掘机液压系统的过滤、散热结构还存在如下技术缺陷：

3、1、过滤层级简单、污染物净化不全面，传统液压系统仅配置进油粗滤、回油单级精滤，未针对矿山特有的大颗粒粉尘、金属磨粒、乳化水分、老化胶质进行分级处理，无高压/低压油路差异化过滤设计，高压工况下滤芯易形变失效，细微杂质易侵入泵阀配合间隙，引发元件磨损、节流孔堵塞等故障。

4、2、过滤与散热联动性差、工况适配能力弱，现有设备多采用单一发动机联动风冷散热，井下通风不足时散热功率不足，高温油液易氧化劣化腐蚀密封件，低温工况下无法预热油液，油液粘度过高易引发过滤阻力大、吸空气蚀问题，同时滤芯堵塞与油温无联动调控，易形成杂质堵塞、油温升高、油液劣化的恶性循环。

5、3、滤芯运维机制落后、设备稼动率低，现有滤芯仅依靠固定压差阈值报警，无法结合工况、油温预判堵塞状态，易出现滤芯突发烧毁、油路憋压停机问题，且滤芯清洁依赖停机拆机维护，无法在线自清洁，严重影响矿山连续化开采作业效率。

6、为了解决上述问题，本技术提供矿用挖掘机液压系统多重过滤散热装置及方法。

技术实现思路

1、本技术提供的矿用挖掘机液压系统多重过滤散热装置，包括液压动力模块、四级多重过滤模块、风冷-液冷耦合散热模块、状态感知模块、主控调控模块及液压油箱；

2、所述液压动力模块包括主液压泵、先导泵及负载执行元件，所述主液压泵进油端连通液压油箱，出油端通过高压管路连接负载执行元件，所述先导泵独立设置于主液压泵侧部，为状态感知模块调控、四级多重过滤模块的自清洁机构提供动力油源；

3、所述四级多重过滤模块包括沿油液流向依次设置的进油预过滤组件、高压管路梯度精密过滤组件、回油终极净化组件及油箱旁路循环精滤组件，所述进油预过滤组件嵌套于主液压泵进油口内侧，采用金属烧结粗滤芯，拦截大粒径矿石粉尘、焊渣及胶质结块，所述高压管路梯度精密过滤组件串联于主液压泵与负载执行元件之间的高压油路，内置孔径逐级递减的一级精密滤芯、二级复合滤芯及水分吸附滤芯，实现高压工况下固体颗粒与游离水分分级拦截，所述回油终极净化组件串联于负载执行元件回油管路，采用褶皱式纳米纤维滤芯，拦截工况磨损产生的微纳米级金属磨粒，所述油箱旁路循环精滤组件并联于液压油箱两端，独立构成闭环循环过滤回路，离线去除油液溶解态杂质及老化胶质；

4、所述风冷-液冷耦合散热模块包括主风冷散热组件、辅助液冷散热组件及导流调温组件，所述主风冷散热组件固定于挖掘机发动机散热侧，与发动机风扇联动取风，对接高压管路梯度精密过滤组件的换热腔体，所述辅助液冷散热组件内置矿山专用防爆冷却液回路，对接液压油箱及油箱旁路循环精滤组件，适配井下无强通风工况，所述导流调温组件设于主风冷散热组件与辅助液冷散热组件的油路交汇处，通过电控换向阀调节油液分流比例；

5、所述状态感知模块包括油温传感器、油压传感器、滤芯压差传感器、粉尘浓度传感器及负载采集单元，分别布设于过滤模块各进出口、散热模块油路、液压油箱及主液压泵负载端，实时采集油液温度、管路压力、滤芯前后压差、油箱内粉尘浓度及系统实时负载率；

6、所述主控调控模块电性连接状态感知模块、四级多重过滤模块内各组件的电控阀、风冷-液冷耦合散热模块的驱动单元，内置矿山工况专用调控算法，根据状态感知模块采集的实时数据，自适应切换四级多重过滤模块的过滤精度、风冷-液冷耦合散热模块的散热模式及四级多重过滤模块的自清洁时序。

7、进一步的，所述高压管路梯度精密过滤组件包括可拆卸式集成壳体，所述集成壳体内部沿油液流向依次分隔为粗滤腔、精滤腔、脱水腔，腔室之间设置限流节流孔，所述一级精密滤芯采用15μm不锈钢编织滤芯，装配于粗滤腔内部，所述二级复合滤芯采用5μm玻纤-活性炭复合滤芯，装配于精滤腔内部，同步拦截细微颗粒及吸附油液游离胶质，所述水分吸附滤芯采用高分子吸水树脂改性滤芯，装配于脱水腔内部，去除油液中乳化水分，所述集成壳体外侧集成泄压旁通阀，当高压管路梯度精密过滤组件的滤芯前后压差超过预设阈值时自动开启，避免高压油路堵塞憋压。

8、进一步的，所述进油预过滤组件外侧套设螺旋导流换热套，所述螺旋导流换热套通过导流细管连通风冷-液冷耦合散热模块的主风冷散热组件进风侧，利用风冷气流对进入进油预过滤组件的低温油液进行预升温，解决矿山低温启动时液压油粘度大、过滤阻力高的问题，所述进油预过滤组件底部装配脉冲反吹喷嘴，所述脉冲反吹喷嘴连通液压动力模块的先导泵动力油源，实现进油预过滤组件外侧大颗粒杂质的在线脉冲清理。

9、进一步的，所述风冷-液冷耦合散热模块配置三级散热模式，分别为单风冷模式、风冷-液冷协同模式、单液冷模式，所述主风冷散热组件配置变频驱动风扇，可根据状态感知模块采集的油温数据调节风扇转速，所述辅助液冷散热组件内置防爆型制冷芯体，回路内部填充阻燃型乙二醇水溶液冷却液，适配井下煤矿无风冷工况的安全限制，所述导流调温组件内置温度响应型记忆合金阀芯，配合电控换向阀实现预设油温阈值下的油路自动分流切换。

10、进一步的，所述油箱旁路循环精滤组件包括独立循环泵、纳滤芯体及杂质沉降仓，所述独立循环泵采用防爆直流电机驱动，运行工况不受液压动力模块主系统负载影响，所述纳滤芯体额定孔径为0.5μm，用于去除油液中溶解态氧化物及超细金属磨粒，所述杂质沉降仓一体式设置于纳滤芯体底部，采用锥形集污结构，配套自动定期排污阀排出沉降杂质，无需拆机维护油箱旁路循环精滤组件。

11、进一步的，所述四级多重过滤模块的各滤芯处均集成状态感知模块的压差监测节点，所述主控调控模块内置滤芯堵塞预判模型，基于压差监测节点采集的压差变化速率、状态感知模块采集的油温粘度修正系数、环境粉尘浓度参数，预判四级多重过滤模块各滤芯的剩余使用寿命，提前触发运维预警并驱动四级多重过滤模块执行分级自清洁流程。

12、进一步的，矿用挖掘机液压系统多重过滤散热装置的方法包括以下步骤：

13、s1、系统初始化与工况识别：设备上电后，主控调控模块读取状态感知模块采集的初始油温、环境粉尘浓度、挖掘机工作模式、主液压泵初始负载率，完成工况分类标定；

14、s2、四级梯度分级过滤：根据油路压力等级差异化过滤，进油预过滤组件拦截200μm以上大颗粒杂质，高压管路梯度精密过滤组件在高压工况下分级拦截15μm、5μm固体颗粒及乳化水分，回油终极净化组件拦截2-5μm工况磨粒，油箱旁路循环精滤组件离线去除0.5μm溶解态杂质，形成全粒径污染物覆盖过滤；

15、s3、工况自适应耦合散热：根据实时油温t及系统负载率l划分调控区间，切换三级散热模式：t≤45℃且l≤60%，启动单风冷低转速模式，45℃＜t≤65℃或l＞60%，启动风冷-液冷协同模式，t＞65℃（井下工况t＞60℃），启动单液冷满功率散热模式；

16、s4、滤芯堵塞预判与在线自清洁：主控调控模块实时采集各滤芯压差变化率，结合油温粘度修正系数计算堵塞风险值，低风险时执行低压脉冲反吹清洁预过滤组件，中风险时切换油路旁路，对高压精密滤芯进行油液逆向冲洗，高风险时触发人机交互预警，提示计划性更换滤芯；

17、s5、油温粘度联动调控：低温启动时，利用风冷余热通过螺旋导流换热套预热进油，降低油液粘度与过滤阻力，高温重载时，强化液冷散热功率，抑制液压油热氧化劣化；

18、s6、数据闭环修正：实时记录过滤压差、散热能耗、油液清洁度数据，迭代优化工况阈值参数，适配不同矿山粉尘等级、海拔及负载特性。

19、进一步的，步骤s2中，所述高压管路梯度精密过滤组件内部的限流节流孔根据液压动力模块的系统压力自动调节开度，高压重载工况下缩小开度提升过滤流速，低压轻载工况下扩大开度降低油路流通阻力，平衡四级多重过滤模块的过滤精度与整机系统能耗。

20、进一步的，步骤s4中，在线自清洁流程采用错峰执行机制，在挖掘机铲斗回程、动臂下降的低负载间隙触发反吹与逆向冲洗，避免高负载工况下油路压力波动影响挖掘作业稳定性。

21、进一步的，步骤s3中，井下工况下强制屏蔽单风冷模式，优先启动液冷散热为主、被动风冷为辅的散热策略，满足煤矿井下防爆安全规范。

22、综上所述，本技术包括以下有益技术效果：

23、1、分级全域过滤，根治污染物引发的元件故障，本发明采用四级梯度过滤架构，针对矿山典型大颗粒粉尘、金属磨粒、乳化水分及老化胶质进行分粒径、分介质差异化净化，同时实现高低压油路过滤差异化设计，避免高压滤芯形变失效，阻止细微杂质侵入泵阀配合间隙，从源头降低液压元件磨损、节流孔堵塞等故障概率。

24、2、工况耦合散热，适配全温域与井下防爆场景，本发明采用风冷-液冷耦合三级散热模式，区别于传统单一风冷结构，低温工况可利用余热预热液压油，降低油液粘度与吸空、气蚀风险，高温重载及井下工况可切换强效液冷散热，抑制油液热氧化劣化，杜绝密封件腐蚀问题，同时满足煤矿井下防爆合规要求，规避堵塞-升温-油液劣化的恶性循环。

25、3、预判式在线自运维，提升设备连续作业能力，本发明依托多参数耦合堵塞预判模型，可提前识别滤芯堵塞风险，摒弃传统单一压差报警模式，通过低负载间隙错峰执行脉冲反吹、油路逆向冲洗等在线自清洁操作，无需停机拆机维护，大幅减少非计划停机时长，适配矿山连续开采作业需求。

26、4、过滤散热联动调控，实现系统节能运行，基于油温、负载率动态匹配过滤流通阻力与散热功率，避免无效散热与过度过滤损耗，优化液压系统动力利用率，降低整机能耗，符合矿山节能开采的行业要求。

27、5、模块化集成设计，工程适配性强，整体采用防爆一体化模块化结构，无需大幅改动原车油路与电气结构，可直接适配露天、井下各吨位矿用挖掘机，原厂配套与现场改造便捷，推广应用价值高。