随(sui)着我(wo)國經濟(ji)的(de)發展(zhan)和現(xian)代化的建(jian)設速度加(jia)快，這(zhe)幾年對小型液(ye)壓挖掘機(ji)的需(xu)求量(liang)快(kuai)速增長(zhang)，小型(xing)挖掘機技術上也日臻成(cheng)熟、完(wan)善(shan)，而(er)使用工況比較(jiao)惡劣(lie)，由于工作(zuo)時間長、任務重、作業(ye)環境(jing)差、粉(fen)塵多、溫度(du)高、維(wei)護保(bao)養不(bu)到位等原(yuan)因，緻(zhi)使對挖掘(jue)機用(yong)柴油(you)機的(de)冷卻(que)系統的要(yao)求越(yue)來越(yue)高。液(ye)壓油(you)缸(gang)廠家

挖(wa)掘機的冷卻系(xi)統的(de)效能取決(jue)于其使用(yong)條件和各(ge)部件(jian)的設(she)計與(yu)匹配(pei)。為了(le)使冷(leng)卻(que)系統和(he)各部件(jian)得(de)到合(he)理匹(pi)配，本文分(fen)析了冷卻(que)系統的結(jie)構特(te)征，并(bing)從理倫上(shang)分析了水(shui)溫過高的(de)原因，提(ti)出(chu)了冷(leng)卻系統(tong)的(de)具體(ti)改造(zao)方案(an)，通過(guo)對某小(xiao)型挖掘(jue)機冷(leng)卻系統的(de)改進，并經過試(shi)驗證(zheng)明方案的目标，采(cai)用現場(chang)測試方(fang)法(fa)來對(dui)冷卻(que)系統進行(hang)一定的改(gai)進來(lai)達到(dao)系(xi)統的要(yao)求。

1、冷(leng)卻系統的(de)結構特征(zheng)

國産(chan)某小(xiao)型液壓挖(wa)掘機(ji)總重(zhong)量4680kg，标(biao)準鬥(dou)容量(liang)0.18m3。該機(ji)搭載YANMAR發動機，功(gong)率27.1kM，扭矩144Nm，排(pai)量2.19L。該(gai)挖掘(jue)機(ji)是(shi)21世紀(ji)初推(tui)出的新産(chan)品，具有動力性(xing)好，生産效(xiao)率高(gao)的特(te)點，但(dan)測試(shi)實驗(yan)中也(ye)偶爾(er)出現(xian)了發(fa)動機(ji)水箱(xiang)溫度(du)偏高(gao)(俗稱開鍋(guo))的現(xian)象，開(kai)始(shi)以(yi)為是發動(dong)機選(xuan)型的(de)問題(ti)，但(dan)參考國(guo)外其他機(ji)型及(ji)該發動(dong)機(ji)的技(ji)術資(zi)料，通過計(ji)算發現(xian)該(gai)機型的冷(leng)卻(que)系統散(san)熱功率完(wan)全滿足系(xi)統的設計(ji)要求。

該機的冷卻系(xi)統(tong)由(you)發動(dong)機水(shui)套、水(shui)泵、水(shui)散熱、風(feng)扇(shan)、液壓(ya)油散熱器(qi)，冷卻(que)風道及相(xiang)應的(de)管路等組(zu)成，傳熱介(jie)質(zhi)由(you)水泵(beng)驅動(dong)，進行(hang)強行(hang)循環流(liu)動。冷卻(que)水流所流過的(de)部件|——水泵(beng)、發動(dong)機水套(tao)、水散熱器、調(diao)溫器及管(guan)道等(deng)，構(gou)成了系(xi)統的(de)冷卻(que)風道(dao)，這是(shi)世(shi)界上應(ying)用最(zui)廣(guang)泛(fan)的冷(leng)卻系統之(zhi)一。

該(gai)機采(cai)用發動機冷卻(que)水散熱(re)器(以下(xia)簡稱水(shui)箱(xiang))與液(ye)壓油散熱器同軸使用(yong)一個吸(xi)風式(shi)風扇(shan)，并前(qian)置空(kong)調冷(leng)凝器(qi)。空氣在經(jing)過後(hou)備箱(xiang)的進風口(kou)進入(ru)挖掘(jue)機後，通過(guo)液(ye)壓(ya)油散(san)熱器才進入水(shui)箱，導(dao)緻水箱器(qi)散熱器(qi)散(san)熱表(biao)面與(yu)氣(qi)流的溫(wen)差減小；而兩個散熱(re)器(qi)疊加在(zai)一起加(jia)大(da)了空(kong)氣的(de)流動阻力(li)，同時進入(ru)水箱(xiang)散熱(re)器表面的(de)空氣(qi)流(liu)量(liang)和流速都(dou)相應的減(jian)少。

2、水(shui)溫(wen)過高的(de)原因(yin)分析

影響(xiang)挖掘(jue)機散熱性(xing)能的(de)因素(su)主要(yao)有散熱器(qi)的散(san)熱面(mian)積、單(dan)位時(shi)間内散熱器的通風量(liang)和系統(tong)和水循(xun)環(huan)性能。由于風扇(shan)、散熱(re)器的散熱(re)面積等部(bu)件都是固(gu)定不變(bian)，所(suo)以應從改(gai)善系統的(de)結構(gou)組成(cheng)以減(jian)少風(feng)阻、增大進(jin)風量(liang)等方面進行改(gai)進。

在挖掘(jue)機冷(leng)卻(que)系統設(she)計時，水(shui)箱散熱(re)器的(de)進水(shui)溫度(du)，即發(fa)動(dong)機的出(chu)水溫tw1，發動機出(chu)廠的(de)随(sui)機文件(jian)中都(dou)有明(ming)确規(gui)定，為已知(zhi)量；散(san)熱器的(de)進氣溫度，即(ji)環境氣溫(wen)的設計計算值ta1，在設計(ji)任務書(shu)中，也(ye)有明确要(yao)求，也是已(yi)知量(liang)。由此，将散(san)熱器(qi)空氣(qi)側的溫度(du)效率(lü)　　ε定義(yi)為：

ε=Δta/( tw1 -ta1)

式中Δta為空氣通過(guo)散熱(re)器(qi)的溫升，Δta= ta1- ta2。這樣(yang)，冷(leng)卻(que)風量(liang)的計(ji)算公式就(jiu)可寫(xie)成

Δta=Q/(3600pacp,a)

式中Q——冷(leng)卻系統(tong)應散走(zou)的總熱(re)量，kJ/h；

pa——空氣(qi)的密(mi)度(du)，kg/m3；

cp,a——空氣定(ding)壓比熱容(rong)，kJ/(kg•℃)；

tw1——進入(ru)散熱(re)器的水的(de)溫度(du)，℃；

tw2——進入散熱(re)器的空氣溫度(du)，℃。

通過(guo)對公(gong)司式(shi)(2)的觀察(cha)，在(zai)其他條件(jian)不變的情(qing)況下(xia)，如(ru)果(guo)能通(tong)過改變結(jie)構的(de)方法提(ti)高冷卻(que)風量(liang)qv,a，這樣就能(neng)改變Δta。在(zai)進(jin)氣溫度相(xiang)同的情況(kuang)下，随(sui)着(zhe)冷(leng)卻風(feng)量qv,a的提(ti)高，通過(guo)液壓油(you)散(san)熱器後空(kong)氣(qi)溫(wen)度會(hui)降低。由(you)此(ci)可見(jian)，隻要進(jin)入(ru)水箱(xiang)的空氣溫(wen)度降(jiang)低，在(zai)同樣的的(de)條件下(xia)，就(jiu)可以(yi)解決開鍋問題(ti)。

3、冷卻(que)系(xi)統改造(zao)方案

散(san)熱器是(shi)冷卻系(xi)統的重(zhong)要部(bu)件(jian)，散熱器(qi)與風扇的(de)位置(zhi)如圖(tu)1所示，在不(bu)改變發動(dong)機、風扇、水箱和(he)液壓(ya)油散(san)熱器(qi)的情(qing)況下，筆(bi)者(zhe)考慮(lü)通過以下(xia)幾個方面來進行改(gai)造。

1)調整風(feng)扇葉(ye)與水(shui)箱(xiang)之(zhi)間的(de)相對(dui)位置，相對(dui)位置(zhi)的(de)變化必(bi)然帶來進入液(ye)壓油散熱(re)器風(feng)速的(de)變化(hua)，通過(guo)對測點的風速(su)的測量，确(que)定最(zui)合适的(de)位(wei)置。

2)判(pan)斷液(ye)壓(ya)油(you)散熱(re)器與水箱之間(jian)是否(fou)允許有間隙。兩(liang)者之間如(ru)果有間隙，從間(jian)隙處(chu)必然會有(you)空氣進(jin)入(ru)，那麼(me)必然增大通過(guo)水箱的進(jin)風量。通過(guo)實(shi)驗測量(liang)測點的風速，确(que)定最(zui)合适(shi)的間(jian)隙的距離(li)。

3)調整(zheng)空調(diao)冷凝器的(de)位置，将其向下(xia)調整(zheng)或是向處(chu)移出一定(ding)的距離。由于散熱器(qi)主要作(zuo)用(yong)面在散熱(re)器的上部(bu)，将冷(leng)凝器(qi)下移(yi)或外(wai)移(yi)，必然會(hui)減少風(feng)阻，提高(gao)進入(ru)液壓(ya)油散(san)熱器(qi)的(de)冷(leng)卻風(feng)量，對冷卻效果(guo)有一定的改善(shan)作用。通過實驗(yan)量測(ce)量(liang)的(de)風速(su)，确定(ding)冷(leng)凝(ning)的位(wei)置。

4)通過(guo)對冷卻(que)系統的部件的(de)改變，比如(ru)更換防護(hu)罩、風(feng)扇葉(ye)、皮帶的帶(dai)輪，甚至是改變(bian)液壓(ya)油箱的大(da)小、液(ye)壓油(you)散熱器、水(shui)箱，這(zhe)樣(yang)可(ke)以提高整個冷(leng)卻系(xi)統的(de)冷卻(que)能力(li)，但也(ye)會(hui)使(shi)整機(ji)的成本提高。

當(dang)然，我(wo)們(men)也可以(yi)通過(guo)對散熱器進行優(you)化設計(ji)，提高它(ta)的(de)換熱(re)系數(shu)，降低散熱(re)器的(de)風(feng)阻(zu)，對冷(leng)卻風(feng)道進行一(yi)定的(de)改進，比如改善(shan)挖掘機後(hou)備箱的布(bu)置，減(jian)少風(feng)道的死區(qu)，避免風(feng)扇附近(jin)出現(xian)熱風回流(liu)的現(xian)象，對(dui)冷卻(que)系統的散熱能(neng)力提(ti)高(gao)也(ye)有一(yi)定的(de)效(xiao)果。

4、試驗(yan)檢驗

試驗(yan)在環(huan)境溫(wen)度(du)30℃左右，發(fa)動機轉速(su)2325r/min下進(jin)行。試(shi)驗時(shi)拆下(xia)空調冷(leng)凝(ning)器，圖(tu)1右圖為(wei)液壓器(qi)的正面(mian)示(shi)意圖。風速(su)儀與液壓(ya)油散熱器(qi)端面(mian)的水平距離為(wei)15mm，M點為散熱器中心位(wei)置，N點(dian)為油(you)散熱器内(nei)側邊緣處(chu)，H點為油散(san)熱器(qi)與水箱縫隙處(chu)。

通(tong)過數據(ju)我們可以(yi)清楚地看出，通(tong)過對(dui)該機的結構改造後，在測點M、N、H處(chu)的風(feng)速(su)得(de)到了(le)較大(da)提(ti)高(gao)，說明(ming)我們的(de)改(gai)造取(qu)得了(le)一(yi)定的效(xiao)果。

改(gai)進前(qian)後水箱和(he)液(ye)壓油散(san)熱器的進(jin)水(液(ye)壓油)溫度試驗(yan)數據，由(you)圖(tu)2、3可以看出，改(gai)進後的(de)新機(ji)型，在環境(jing)溫度(du)30℃左(zuo)右工作(zuo)達到(dao)熱平(ping)衡時(shi)，水箱(xiang)的進水溫(wen)度為80℃，比(bi)原機降(jiang)低9℃；液(ye)壓(ya)油散熱(re)器的(de)進油溫度(du)為80℃，比原機(ji)降低(di)6℃。說明通(tong)過(guo)對新機型結構(gou)上的(de)改進，提高(gao)了整個冷(leng)卻系(xi)統的(de)冷卻能力。在評(ping)價冷卻(que)系統的(de)散熱(re)能力(li)的時(shi)候，國外(wai)發達國(guo)家大多采(cai)用了(le)ATB這個(ge)指标衡量(liang)，在發動機(ji)出廠的随(sui)機文件中(zhong)都有ATB的明确标識。所(suo)以(yi)本文也(ye)引用了(le)ATB作為衡(heng)量指(zhi)标，通過查(cha)閱該挖掘(jue)機型的發動(dong)機資料(liao)，ATB》=50℃。

ATB計算公式(shi)為

ATB=(A-B)+C

式(shi)中A為(wei)理(li)論(lun)上冷(leng)卻液(ye)的沸(fei)騰溫(wen)度(A的(de)取(qu)值與散(san)熱器(qi)水箱(xiang)蓋允(yun)許壓(ya)力有(you)關)；B為(wei)發動機水箱的(de)進水(shui)溫(wen)度(在節(jie)溫器全開的情(qing)況下(xia))；C為在測試(shi)時準确的環境溫度(du)。

該(gai)挖掘機(ji)的水箱壓(ya)力蓋(gai)允許壓力為0.7atm，此(ci)時取A=105℃。原機(ji)的ATB=105-89+30=46℃；改(gai)造後(hou)的ATB=105-80+31=56℃。

改造後(hou)冷卻系(xi)統(tong)的ATB地值增(zeng)大(da)了10℃；這就(jiu)等效于在(zai)同樣(yang)的環(huan)境溫度下(xia)，配備新(xin)冷(leng)卻系統的機(ji)型(xing)其發(fa)動機工(gong)作(zuo)溫度(du)峰值比原機型(xing)降低(di)10℃。通(tong)過(guo)調整風扇(shan)葉與水箱(xiang)的相(xiang)對位置、液壓油(you)散(san)熱(re)器與(yu)水箱(xiang)之間的間(jian)隙、空(kong)調(diao)冷凝器(qi)的位置以(yi)及更(geng)換皮帶(dai)的帶輪(lun)改進方(fang)案的使(shi)用，提(ti)高(gao)了冷卻(que)qv,a，成功的解(jie)決了(le)發動機水箱溫(wen)度過高(gao)的(de)問題。