液壓機(ji)械：小型(xing)液壓挖(wā)掘機冷(leng)卻系統(tong)的研究(jiū)

随着(zhe)我國經(jīng)濟的發(fā)展和現(xian)代化的(de)建設速(su)度加快(kuài)，這幾☀️年(nián)對小型(xing)液壓挖(wā)掘機的(de)需求量(liàng)快速增(zeng)長，小型(xing)挖🤞掘機(jī)技術上(shang)也日臻(zhēn)成熟、完(wán)善，而使(shi)用工況(kuang)比較惡(è)劣，由于(yú)工作時(shi)間長、任(rèn)務重、作(zuo)業環境(jing)差、粉塵(chén)多、溫度(dù)高、維護(hù)保養不(bu)到位等(děng)原因，緻(zhi)使對挖(wa)掘機用(yòng)柴油機(jī)的冷卻(què)系統的(de)要求越(yuè)來越高(gāo)。液壓油(yóu)缸廠家(jia)

挖掘機(jī)的冷卻(que)系統的(de)效能取(qǔ)決于其(qí)使用條(tiáo)件和各(ge)部件的(de)🌈設計與(yǔ)匹配。為(wéi)了使冷(leng)卻系統(tong)和各部(bù)件得到(dào)合理匹(pǐ)配，本文(wen)分析🈲了(le)冷卻系(xì)統的結(jié)構特征(zhēng)，并從理(li)🌐倫上分(fen)析了水(shui)溫過高(gāo)的原因(yīn)，提出了(le)冷卻系(xi)統的具(ju)體改造(zào)方案，通(tong)過對某(mǒu)小型挖(wa)💘掘機冷(lěng)卻系統(tong)的改進(jìn)，并經過(guò)試驗證(zhèng)明方案(an)的目标(biao)，采用現(xiàn)☂️場測試(shi)方法來(lái)對冷卻(què)系統進(jin)🚶‍♀️行一定(dìng)的改進(jìn)來達✏️到(dao)系統的(de)要求。

1、冷(leng)卻系統(tǒng)的結構(gòu)特征

國(guó)産某小(xiǎo)型液壓(ya)挖掘機(ji)總重量(liàng)4680kg，标準鬥(dòu)容量0.18m3。該(gai)機搭載(zai)YANMAR發動機(ji)，功率27.1kM，扭(niǔ)矩144Nm，排量(liang)2.19L。該挖掘(jué)機是21世(shì)紀初推(tui)出的新(xīn)産品，具(ju)✨有動力(lì)性好，生(sheng)産效率(lǜ)高的特(tè)點，但測(cè)試實驗(yàn)中也偶(ou)爾出現(xian)了發動(dong)機水箱(xiang)溫度偏(pian)高(俗稱(chēng)開鍋⛷️)的(de)現象，開(kai)始以為(wei)是發動(dòng)機選型(xíng)的問題(tí)♻️，但參考(kao)國外其(qí)他機型(xing)及該發(fa)動機的(de)技術資(zī)料，通🤞過(guo)計算發(fa)現該機(ji)型的冷(lěng)卻系統(tǒng)散熱功(gōng)率完全(quán)滿足系(xi)統的設(she)計要求(qiú)。

該機的(de)冷卻系(xi)統由發(fā)動機水(shui)套、水泵(bèng)、水散熱(re)、風扇、液(yè)壓油散(san)熱器，冷(leng)卻風道(dào)及相應(yīng)的管路(lù)等組成(chéng)，傳❤️熱介(jiè)質由🌈水(shuǐ)泵💋驅動(dòng)，進行❗強(qiáng)行循環(huán)流動。冷(lěng)卻水流(liú)所流過(guò)的部件(jian)|——水泵、發(fa)動機水(shui)♈套、水散(sàn)熱器、調(diào)溫器及(jí)管道等(deng)，構成了(le)系😄統的(de)冷卻🎯風(feng)道，這是(shì)世界上(shàng)應用最(zuì)廣泛的(de)冷卻系(xi)統之一(yi)。

該機(ji)采用發(fā)動機冷(lěng)卻水散(sàn)熱器(以(yǐ)下簡稱(chēng)水箱)與(yu)💃液壓油(you)散熱⭕器(qì)同軸使(shǐ)用一個(gè)吸風式(shi)風扇，并(bìng)前置空(kong)調🈲冷凝(ning)器。空氣(qì)在經過(guo)後備箱(xiang)的進風(feng)口進入(rù)挖掘機(jī)後，通過(guò)液✍️壓油(you)散❓熱器(qì)才進入(rù)水箱，導(dǎo)緻水箱(xiang)器散熱(rè)器散熱(re)表面與(yǔ)氣流的(de)溫差減(jiǎn)小；而兩(liǎng)個散熱(re)器疊加(jiā)在一起(qǐ)加大了(le)空氣的(de)流動🍓阻(zu)力，同時(shí)進入水(shuǐ)箱散熱(rè)❓器表面(miàn)的空氣(qì)流量和(he)流速都(dōu)相應的(de)減少。

2、水(shuǐ)溫過高(gao)的原因(yīn)分析

影(yǐng)響挖掘(jue)機散熱(re)性能的(de)因素主(zhǔ)要有散(san)熱器的(de)散熱面(mian)積😘、單✊位(wèi)時間内(nei)散熱器(qi)的通風(fēng)量和系(xi)統和水(shuǐ)🐆循環性(xing)能。由于(yú)風扇、散(san)熱器的(de)散熱面(miàn)積等部(bu)件都是(shì)固定不(bú)變，所以(yǐ)應從改(gai)善系統(tǒng)的結構(gòu)組成以(yi)減少風(feng)阻、增大(da)進風量(liàng)☂️等方面(mian)進行改(gǎi)進。

在挖(wa)掘機冷(lěng)卻系統(tǒng)設計時(shí)，水箱散(sàn)熱器的(de)進水溫(wēn)度🚩，即發(fa)動機的(de)出水溫(wēn)tw1，發動機(ji)出廠的(de)随機文(wen)件中✏️都(dou)有明确(que)規定，為(wei)已知量(liàng)；散熱器(qì)的進氣(qi)溫度，即(ji)環🌈境氣(qì)溫的設(shè)計計算(suan)值ta1，在設(shè)計任務(wu)書中，也(yě)有明确(que)要求，也(ye)是已知(zhī)量。由此(cǐ)，将散熱(re)器空氣(qì)側的溫(wen)度效率(lü)　　ε定義為(wéi)：

ε=Δta/( tw1 -ta1)

式中(zhong)Q——冷卻系(xi)統應散(san)走的總(zǒng)熱量，kJ/h；

pa——空(kong)氣的密(mì)度，kg/m3；

cp,a——空氣(qì)定壓比(bǐ)熱容，kJ/(kg•℃)；

tw1——進(jin)入散熱(rè)器的水(shui)的溫度(du)，℃；

tw2——進入散(sàn)熱器的(de)空氣溫(wen)度，℃。

通過(guo)對公司(si)式(2)的觀(guan)察，在其(qi)他條件(jiàn)不變的(de)情況下(xià)，如果能(neng)通過改(gai)變結構(gòu)的方法(fa)提高冷(leng)卻風量(liàng)qv,a，這樣就(jiu)能改變(bian)Δta。在進氣(qi)溫度相(xiàng)同的情(qíng)況下，随(sui)着冷卻(què)風量qv,a的(de)提高，通(tong)過液壓(ya)油散熱(re)器後空(kong)氣溫度(du)會降低(di)。由此可(kě)見，隻要(yao)進入水(shui)箱的空(kong)氣溫度(du)降低，在(zai)同樣的(de)的條件(jian)下，就可(kě)以解決(jue)開鍋問(wen)題。

3、冷卻(que)系統改(gǎi)造方案(an)

散熱器(qì)是冷卻(que)系統的(de)重要部(bù)件，散熱(re)器與風(feng)扇的位(wèi)置如圖(tú)1所㊙️示，在(zai)不改變(bian)發動機(ji)、風扇、水(shuǐ)箱和液(yè)壓油散(sàn)熱器的(de)情🈲況下(xia)，筆者考(kao)慮通過(guò)以下幾(ji)個方面(mian)來進行(háng)改造。

1)調(diào)整風扇(shàn)葉與水(shui)箱之間(jiān)的相對(duì)位置，相(xiàng)對位置(zhì)的變化(huà)✂️必然帶(dài)來進入(ru)液壓油(you)散熱器(qi)風速的(de)變化，通(tōng)過對測(ce)點的風(feng)速的測(cè)量，确定(ding)最合适(shì)的位置(zhì)。

2)判斷液(yè)壓油散(sàn)熱器與(yǔ)水箱之(zhī)間是否(fou)允許有(you)間隙。兩(liǎng)者之間(jiān)如果有(yǒu)間隙，從(cong)間隙處(chù)必然會(hui)有空氣(qì)進📧入，那(na)麼必👨‍❤️‍👨然(ran)增🤟大通(tōng)過水箱(xiāng)的進風(feng)量。通過(guo)實驗測(cè)量測點(dian)的風速(sù)，确定最(zuì)合适的(de)✨間隙的(de)距離。

3)調(diao)整空調(diao)冷凝器(qì)的位置(zhì)，将其向(xiàng)下調整(zheng)或是向(xiàng)處移⛹🏻‍♀️出(chū)🌈一定的(de)🌍距離。由(yóu)于散熱(rè)器主要(yao)作用面(miàn)在散熱(re)器的❌上(shang)部，将冷(leng)凝器🐪下(xia)移或外(wài)移，必然(rán)會減少(shao)風阻，提(tí)高進入(rù)液壓油(yóu)散熱器(qi)的冷❤️卻(què)風量，對(duì)冷卻效(xiào)果㊙️有一(yi)定的☁️改(gai)善作用(yong)💛。通過實(shí)驗量測(cè)量的風(feng)速，确定(ding)🛀冷凝的(de)位置。

4)通(tong)過對冷(leng)卻系統(tong)的部件(jiàn)的改變(biàn)，比如更(gèng)換防護(hu)罩、風🈲扇(shàn)葉🐕、皮帶(dai)♋的帶輪(lún)，甚至是(shì)改變液(yè)壓油箱(xiāng)的大小(xiǎo)、液壓油(yóu)散熱器(qi)🔞、水箱，這(zhè)樣可以(yǐ)提高整(zheng)個冷卻(què)系統的(de)冷卻能(neng)力，但🏃也(ye)會使整(zheng)機的成(cheng)本提高(gao)。

當然，我(wǒ)們也可(kě)以通過(guo)對散熱(re)器進行(háng)優化設(she)計，提高(gao)它的換(huan)熱系數(shù)，降低散(sàn)熱器的(de)風阻，對(dui)冷卻風(fēng)道進行(háng)一定的(de)改進，比(bǐ)如改善(shàn)挖掘機(jī)後備箱(xiang)的布置(zhi)，減少風(feng)道的死(sǐ)區，避免(mian)風扇附(fu)近出現(xian)熱風回(huí)流的現(xian)象，對冷(lěng)卻系統(tong)的散熱(rè)能力提(tí)高也有(yǒu)一定的(de)效果。

4、試(shì)驗檢驗(yan)

試驗在(zài)環境溫(wen)度30℃左右(you)，發動機(ji)轉速2325r/min下(xià)進行。試(shi)驗時拆(chāi)下空調(diao)冷凝器(qì)，圖1右圖(tú)為液壓(yā)器的正(zheng)面示意(yi)圖❓。風速(sù)儀與液(ye)壓油散(sàn)熱器端(duan)面的水(shui)平距離(lí)為15mm，M點為(wéi)散熱器(qi)中心位(wei)置，N點為(wei)😄油散熱(re)器内側(cè)💞邊緣處(chu)，H點為油(you)散熱器(qì)與水箱(xiāng)縫隙處(chù)。

通過數(shu)據我們(men)可以清(qing)楚地看(kàn)出，通過(guò)對該機(ji)的結構(gòu)🏃🏻改♊造後(hou)，在測點(dian)M、N、H處的風(feng)速得到(dào)了較大(da)提高，說(shuō)明我們(men)的改♌造(zào)取得了(le)一定♍的(de)效果。

改(gǎi)進前後(hòu)水箱和(hé)液壓油(yóu)散熱器(qì)的進水(shui)(液壓油(you))溫度試(shi)驗數據(ju)，由圖2、3可(ke)以看出(chu)，改進後(hòu)的新機(ji)型，在環(huan)境溫度(du)30℃左右工(gōng)作達到(dao)熱平衡(héng)時，水箱(xiang)的進水(shui)溫度為(wei)80℃，比原機(jī)降低9℃；液(ye)壓油散(sàn)熱器的(de)進油溫(wēn)度為80℃，比(bǐ)原機降(jiang)低6℃。說明(míng)通過對(duì)新機型(xíng)結構上(shang)的改🚶進(jìn)，提高了(le)整個冷(leng)卻系統(tong)的冷卻(què)能💋力。在(zai)評價冷(leng)卻系統(tong)的散熱(re)能力的(de)時🏃🏻候🔞，國(guo)外發達(da)國家大(da)多采用(yòng)了ATB這個(ge)指标衡(heng)量，在發(fā)動機出(chū)廠的随(suí)機文件(jian)中都有(yǒu)ATB的明确(que)标識。所(suǒ)以本文(wen)也引用(yòng)了ATB作為(wei)衡量指(zhǐ)㊙️标，通過(guo)查閱該(gai)挖掘機(ji)型的發(fā)動機資(zi)料，ATB》=50℃。

ATB=(A-B)+C

該挖掘(jue)機的水(shuǐ)箱壓力(lì)蓋允許(xu)壓力為(wei)0.7atm，此時取(qǔ)A=105℃。原機☁️的(de)ATB=105-89+30=46℃；改造後(hòu)的ATB=105-80+31=56℃。

改造(zào)後冷卻(que)系統的(de)ATB地值增(zeng)大了10℃；這(zhe)就等效(xiao)于在同(tong)樣㊙️的🐕環(huan)境溫度(dù)下，配備(bei)新冷卻(què)系統的(de)機型其(qi)發動機(jī)工作溫(wēn)度峰值(zhi)比原機(ji)型降低(dī)10℃。通過調(diào)整風扇(shàn)葉與水(shuǐ)箱的相(xiang)對位置(zhì)、液壓油(yóu)散熱器(qi)與水箱(xiang)之間的(de)間隙、空(kōng)調冷凝(níng)器的🧡位(wei)置以及(jí)更換皮(pí)帶✌️的帶(dai)輪改🌈進(jìn)方案的(de)使用，提(ti)高了冷(leng)卻qv,a，成功(gōng)的解決(jué)了發動(dong)機水箱(xiāng)溫度過(guo)高✊的問(wèn)題。