随(suí)着我國(guo)經濟的(de)發展和(hé)現代化(hua)的建設(she)速度加(jiā)快，這🥵幾(ji)年對小(xiǎo)型液壓(yā)挖掘機(jī)的需求(qiú)量快速(sù)增長，小(xiao)型挖掘(jue)機♌技術(shu)上也日(rì)臻成熟(shu)、完善，而(er)使用工(gōng)況比較(jiào)惡劣，由(yóu)于工作(zuò)時間長(zhǎng)、任務重(zhong)、作業環(huán)境差、粉(fěn)塵多、溫(wen)度高、維(wei)護保養(yǎng)不到位(wei)等原因(yīn)，緻使對(dui)挖掘機(jī)用柴油(yóu)機的冷(lěng)卻系統(tong)的要求(qiu)越來越(yue)高。液壓(ya)油缸廠(chang)家

挖掘(jué)機的冷(lěng)卻系統(tǒng)的效能(néng)取決于(yu)其使用(yòng)條件和(he)各部件(jian)的🐇設計(ji)與匹配(pèi)。為了使(shǐ)冷卻系(xi)統和各(gè)部件得(de)到🔆合理(lǐ)匹配，本(ben)文分析(xī)了冷卻(que)系統的(de)結構特(te)征，并從(cong)理倫上(shàng)分析了(le)水溫過(guò)高🌂的原(yuan)因，提出(chū)了冷卻(que)系統的(de)具體改(gǎi)造方案(an)，通過對(dui)某小型(xing)挖掘機(ji)冷卻💋系(xì)統的改(gai)進，并經(jīng)過試驗(yan)證明方(fāng)案的目(mu)标，采用(yong)現場測(ce)試方法(fǎ)來對冷(leng)卻系統(tong)進行一(yī)定的改(gǎi)進🤞來達(dá)到系統(tǒng)的要求(qiú)。

1、冷卻系(xi)統的結(jie)構特征(zheng)

國産某(mou)小型液(yè)壓挖掘(jué)機總重(zhòng)量4680kg，标準(zhun)鬥容量(liàng)0.18m3。該機搭(da)載YANMAR發動(dòng)機，功率(lü)27.1kM，扭矩144Nm，排(pai)量2.19L。該挖(wā)掘機是(shì)21世紀初(chu)推出的(de)新産品(pǐn)，具🧡有動(dòng)力性👣好(hao)，生産效(xiào)率高的(de)特點，但(dàn)測試實(shí)🌍驗中也(ye)偶爾出(chū)現了發(fa)動機水(shui)箱溫度(du)偏高(俗(su)稱開鍋(guo))的現象(xiàng)，開始以(yǐ)為是發(fā)動機選(xuǎn)型的問(wen)題，但參(cān)考國外(wài)其他機(ji)型及該(gāi)發動機(ji)的☂️技術(shu)資料，通(tong)過計算(suan)發現該(gai)機型的(de)冷卻系(xi)統散熱(re)功率完(wán)全滿足(zú)系統的(de)設計要(yào)求。

該機(jī)的冷卻(què)系統由(yóu)發動機(jī)水套、水(shuǐ)泵、水散(san)熱、風扇(shan)👌、液⛹🏻‍♀️壓油(you)散熱器(qì)，冷卻風(feng)道及相(xiang)應的管(guan)路等組(zǔ)成，傳熱(re)介質由(yóu)水泵☀️驅(qū)動🔞，進行(hang)強行循(xun)環流動(dòng)。冷卻水(shuǐ)流所流(liú)過♈的部(bù)件⛱️|——水泵(beng)、發🥰動機(jī)水套、水(shui)散熱器(qi)、調溫器(qì)及管道(dao)等，構成(cheng)了系統(tong)的冷卻(què)風道，這(zhè)是世界(jie)上應♻️用(yòng)最廣泛(fàn)的冷卻(què)系統之(zhī)一。

該(gāi)機采用(yong)發動機(jī)冷卻水(shuǐ)散熱器(qi)(以下簡(jian)稱水箱(xiang))與液♉壓(yā)油散熱(rè)器同軸(zhóu)使用一(yī)個吸風(fēng)式風扇(shan)，并前置(zhì)🌈空調冷(leng)凝器。空(kōng)氣在經(jing)過後備(bei)箱的進(jìn)風口進(jin)入挖掘(jue)機後，通(tong)過液壓(yā)油散熱(re)器才進(jin)入水箱(xiāng)，導緻水(shuǐ)箱器散(sàn)熱器🐉散(san)熱表面(mian)與氣流(liú)的溫差(chà)減小；而(er)兩個散(sàn)🛀熱器疊(dié)加在一(yī)起加大(dà)了空氣(qi)的流動(dong)阻力，同(tong)時進入(ru)水箱散(san)熱器👉表(biǎo)面的空(kōng)氣流量(liang)和流速(su)都相應(yīng)的減少(shǎo)。

2、水溫過(guò)高的原(yuán)因分析(xi)

影響挖(wa)掘機散(sàn)熱性能(néng)的因素(sù)主要有(you)散熱器(qì)的散㊙️熱(rè)面積、單(dan)位時間(jiān)内散熱(rè)器的通(tōng)風量和(he)系統和(he)水循環(huan)性能。由(yóu)于🌈風扇(shàn)、散熱器(qì)的散熱(rè)面積等(děng)部件都(dōu)是固定(dìng)不變，所(suǒ)以應從(cóng)改善系(xì)統的結(jié)構組成(chéng)以減少(shao)風阻、增(zēng)大進風(fēng)量等方(fāng)面進行(háng)改進。

在(zai)挖掘機(ji)冷卻系(xì)統設計(jì)時，水箱(xiang)散熱器(qì)的進水(shuǐ)溫度，即(jí)發動機(ji)的出水(shui)溫tw1，發動(dòng)機出廠(chang)的随機(jī)文件中(zhōng)都有明(ming)确規定(ding)，為已知(zhī)量🚶；散熱(rè)器的進(jin)氣溫度(dù)，即環❓境(jing)氣溫⚽的(de)設計計(jì)算值ta1，在(zai)設計🔞任(ren)務書🌐中(zhōng)，也有明(ming)确要求(qiu)，也是已(yǐ)知量。由(yóu)㊙️此，将散(sàn)熱器空(kōng)氣側的(de)溫度效(xiao)率　　ε定義(yi)為：

ε=Δta/( tw1 -ta1)

式中(zhōng)Δta為空氣(qi)通過散(san)熱器的(de)溫升，Δta= ta1- ta2。這(zhè)樣，冷卻(que)風量的(de)計算公(gōng)式就可(kě)寫成

Δta=Q/(3600pacp,a)

式(shi)中Q——冷卻(què)系統應(yīng)散走的(de)總熱量(liang)，kJ/h；

pa——空氣的(de)密度，kg/m3；

cp,a——空(kōng)氣定壓(yā)比熱容(róng)，kJ/(kg•℃)；

tw1——進入散(san)熱器的(de)水的溫(wen)度，℃；

tw2——進入(ru)散熱器(qì)的空氣(qi)溫度，℃。

通(tōng)過對公(gōng)司式(2)的(de)觀察，在(zài)其他條(tiao)件不變(biàn)的情況(kuàng)下，如果(guǒ)能通過(guò)改變結(jie)構的方(fāng)法提高(gāo)冷卻風(fēng)量qv,a，這樣(yàng)㊙️就能改(gai)變Δta。在進(jìn)氣溫度(dù)相🔞同的(de)情況下(xià)，随着冷(leng)卻風💞量(liang)qv,a的提高(gao)，通過液(yè)壓油散(san)熱器🔴後(hòu)空氣🔴溫(wen)度會降(jiàng)低。由此(ci)可見，隻(zhi)要進入(ru)水箱的(de)空氣溫(wen)度降低(dī)，在同樣(yàng)的的條(tiao)件下，就(jiù)可以解(jiě)決開鍋(guō)問題。

3、冷(leng)卻系統(tong)改造方(fang)案

散熱(re)器是冷(lěng)卻系統(tǒng)的重要(yào)部件，散(san)熱器與(yu)風扇的(de)🐆位🐕置💃🏻如(ru)圖1所示(shì)，在不改(gǎi)變發動(dòng)機、風扇(shan)、水箱和(hé)液壓油(yóu)散熱器(qi)🙇‍♀️的情況(kuang)下，筆者(zhě)🔴考慮通(tōng)過以下(xia)幾個方(fāng)面💯來進(jìn)行改造(zào)。

1)調整風(fēng)扇葉與(yǔ)水箱之(zhī)間的相(xiàng)對位置(zhì)，相對位(wei)置的變(bian)🔅化必🌈然(rán)帶來進(jin)入液壓(yā)油散熱(rè)器風速(sù)的變化(huà)，通✨過對(dui)💃測點的(de)風速的(de)測量，确(que)定最合(hé)适的位(wèi)置。

2)判斷(duan)液壓油(you)散熱器(qi)與水箱(xiāng)之間是(shi)否允許(xu)有間隙(xì)。兩者之(zhī)間如果(guo)有間隙(xì)，從間隙(xì)處必然(ran)會有空(kōng)氣進入(ru)，那麼必(bì)然增大(da)通過水(shui)箱的進(jin)風量。通(tong)過實驗(yan)測量測(cè)點的風(feng)速，确定(ding)最合适(shi)的間隙(xi)的距離(lí)。

3)調整空(kong)調冷凝(níng)器的位(wei)置，将其(qí)向下調(diào)整或是(shì)向處移(yi)出一定(ding)的距離(lí)。由于散(sàn)熱器主(zhǔ)要作用(yòng)面在散(san)熱器的(de)上部💛，将(jiang)冷凝器(qi)下移😘或(huò)外移，必(bì)然會減(jian)少風阻(zǔ)，提高進(jin)入液壓(yā)油散熱(re)💃器的冷(leng)卻風量(liang)，對冷卻(què)效果有(you)一定的(de)改善作(zuò)用。通過(guo)實驗✨量(liàng)測量的(de)風速，确(què)定⁉️冷凝(níng)的位置(zhi)。

4)通過對(duì)冷卻系(xi)統的部(bu)件的改(gǎi)變，比如(rú)更換防(fang)護罩、風(feng)扇葉、皮(pi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼帶的帶(dai)輪，甚至(zhì)是改變(biàn)液壓油(yóu)箱的大(dà)小❤️、液壓(ya)油散⚽熱(re)器、水箱(xiāng)♈，這樣🌈可(kě)以提高(gao)整個冷(lěng)卻系統(tong)的冷卻(que)能力，但(dan)也會使(shi)整機的(de)成本提(tí)高。

當然(ran)，我們也(ye)可以通(tong)過對散(sàn)熱器進(jin)行優化(hua)設計，提(tí)高💰它的(de)✉️換熱系(xì)數，降低(dī)散熱器(qì)的風阻(zu)，對冷卻(què)風道進(jìn)行一定(ding)的改進(jin)，比如改(gai)☔善挖掘(jue)機後備(bèi)箱的布(bù)置，減少(shǎo)風🧡道的(de)死區，避(bì)免風扇(shàn)附🌏近出(chū)現☔熱風(fēng)回流的(de)現象，對(dui)冷卻系(xì)統的散(san)熱能力(lì)提高也(yě)有一定(ding)的效果(guo)。

4、試驗檢(jian)驗

試驗(yàn)在環境(jing)溫度30℃左(zuo)右，發動(dòng)機轉速(sù)2325r/min下進行(háng)。試驗時(shí)👉拆下🔞空(kōng)調冷凝(ning)器，圖1右(you)圖為液(yè)壓器的(de)正面示(shì)意圖。風(fēng)速儀與(yu)液壓油(yóu)散熱器(qi)⚽端面的(de)水平距(jù)離為15mm，M點(diǎn)為散熱(re)器🥰中心(xīn)位置，N點(diǎn)為油散(san)熱器内(nèi)側邊緣(yuan)處，H點為(wéi)油散熱(re)器與水(shui)箱縫隙(xì)處。

通過(guo)數據我(wo)們可以(yi)清楚地(dì)看出，通(tong)過對該(gāi)機的結(jie)🛀🏻構改造(zao)後，在測(cè)點M、N、H處的(de)風速得(dé)到了較(jiào)大提高(gāo)，說明我(wo)們♉的改(gǎi)造取得(de)了一定(dìng)的效果(guǒ)。

改進前(qián)後水箱(xiang)和液壓(yā)油散熱(rè)器的進(jin)水(液壓(yā)油)溫度(du)🎯試👨‍❤️‍👨驗數(shù)據，由圖(tú)2、3可以看(kan)出，改進(jin)後的新(xīn)機型，在(zài)環境溫(wen)😄度30℃左右(you)工作達(da)到熱平(ping)衡時，水(shuǐ)箱的進(jìn)水溫度(du)為80℃，比原(yuán)機降低(dī)9℃；液壓油(yóu)散熱器(qì)的進油(you)溫度為(wei)80℃，比原機(ji)降低6℃。說(shuo)明通過(guò)對新機(ji)型結構(gòu)上的改(gai)進，提高(gao)了整個(gè)冷卻系(xi)統的冷(lěng)卻能力(lì)。在評價(jià)冷卻系(xì)統的散(san)熱能力(lì)的時候(hòu)，國外發(fa)達國家(jia)大多采(cǎi)用了ATB這(zhè)個指标(biāo)衡量，在(zài)發動機(ji)出廠的(de)随機文(wén)件中都(dōu)有ATB的明(ming)确标識(shí)。所以本(ben)文也引(yin)用了ATB作(zuò)為衡量(liang)指标，通(tong)過查閱(yue)👉該挖掘(jue)機型的(de)發動機(jī)資料，ATB》=50℃。

ATB計(ji)算公式(shì)為

ATB=(A-B)+C

式中(zhōng)A為理論(lùn)上冷卻(que)液的沸(fèi)騰溫度(dù)(A的取值(zhí)與散熱(rè)器♈水箱(xiang)蓋允許(xǔ)壓力有(yǒu)關)；B為發(fā)動機水(shui)箱的進(jin)水溫💚度(du)(在節溫(wen)器全開(kai)的情況(kuang)下)；C為在(zài)測試時(shi)準确的(de)環境溫(wen)度。

該挖(wā)掘機的(de)水箱壓(yā)力蓋允(yǔn)許壓力(li)為0.7atm，此時(shí)取A=105℃。原機(jī)的ATB=105-89+30=46℃；改造(zào)後的ATB=105-80+31=56℃。

改(gǎi)造後冷(leng)卻系統(tǒng)的ATB地值(zhí)增大了(le)10℃；這就等(děng)效于在(zai)同樣的(de)環⁉️境溫(wēn)度下，配(pèi)備新冷(lěng)卻系統(tǒng)的機型(xíng)其發動(dòng)機工作(zuo)溫度峰(feng)值比🏃‍♀️原(yuan)機型降(jiàng)低10℃。通過(guò)調整風(feng)扇葉與(yǔ)水箱的(de)相對位(wei)置、液壓(yā)油散熱(re)器與水(shui)箱之間(jiān)的間隙(xi)、空調冷(leng)凝器的(de)位置以(yi)及⭕更換(huan)皮帶的(de)帶輪改(gǎi)🤞進方案(àn)的使用(yòng)，提高了(le)冷卻qv,a，成(chéng)功的解(jiě)決了發(fā)動機水(shuǐ)箱溫度(dù)過高的(de)問題。