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液壓油缸廠[Chǎng]家
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液壓機械:小型液(Yè)壓挖掘[Jué]機冷卻系統的研究

2020-07-25 09:03:22

随着我[Wǒ]國經濟的發展和[Hé]現代化的建設速度(Dù)加快,這幾年▲對▲小型液(Yè)壓挖掘機的需(Xū)求量快速增長,小型挖掘[Jué]機技術上◈也◈日臻成(Chéng)熟、完善,而使用工況比較惡劣,由于●工●作[Zuò]時間長、任務重、作業(Yè)環境差、粉塵多[Duō]、溫度(Dù)高、維護保(Bǎo)養不到位等原因(Yīn),緻使對挖掘[Jué]機用柴油機的◈冷◈卻系[Xì]統的要求◈越◈來越高。▿液▿壓油缸廠家(Jiā)


挖掘機的冷卻系(Xì)統的效能取▿決▿[Jué]于其使用條件和各(Gè)部[Bù]件的設計與匹配。為了使冷卻系統和各部件得到(Dào)合理匹配,本文分[Fèn]析了冷卻系統的[De]結(Jié)構特征,并從理倫▲上▲分∇析∇了水溫過高的原因,提出了冷卻系統的具體改造方案,通過對某小(Xiǎo)型挖掘[Jué]機冷卻系統的改進,并經過試[Shì]驗證[Zhèng]●明●方案的目标,采用(Yòng)現場測試方法來對冷卻系統進行(Háng)一定的改進來達▾到▾[Dào]系統的▽要▽求。


1、冷卻系統的結構特征


國産某小型液[Yè]壓挖掘機總重量4680kg,标準鬥容量0.18m3。該機搭載YANMAR發動◈機◈,功(Gōng)率27.1kM,扭矩144Nm,排量2.19L。該挖掘機是21世⋄紀⋄[Jì]初推出的新産◆品◆,具有動力性好,生産效率高的特▲點▲,但∇測∇試(Shì)實驗中[Zhōng]也偶爾出[Chū]現⋄了⋄發動機水箱溫度(Dù)偏高(俗稱開鍋)的⋄現⋄象,開始以(Yǐ)為是發動機∆選∆型的問題,但[Dàn]參考∆國∆外其他機型及該發動機的技術資料[Liào],通過計算發現該[Gāi]機型(Xíng)的冷卻系[Xì]統散熱功率完全滿足系統的設計[Jì]要求。


該機的[De]冷卻系統由[Yóu]發動機水套、水泵、水散熱、▲風▲扇、液壓油散熱器,冷卻風●道●及相應(Yīng)的管路等組(Zǔ)成,▾傳▾熱介質由水泵驅(Qū)動(Dòng),進行強◇行◇循環流動。冷卻(Què)水流∇所∇流過的部件|——水泵、發動(Dòng)機水套、水散熱器、調溫器及管(Guǎn)道等,構成了▾系▾(Xì)統的冷卻風道,這是世(Shì)界[Jiè]上應用最廣泛的冷[Lěng]卻系(Xì)統之一。

不鏽(Xiù)鋼油缸

該機采(Cǎi)用發動機[Jī]冷卻水散熱器(以下簡稱(Chēng)水箱)與液(Yè)壓油散熱器同軸使用一個吸風式風扇,并前置空調冷凝器。空氣在經過後備箱的進風▿口▿[Kǒu]進入挖掘機後,通過[Guò]液壓油散熱器才進入水箱,導緻水箱(Xiāng)器散熱器[Qì]散熱表面與(Yǔ)氣流的溫差減小;▾而▾兩個散熱(Rè)器[Qì]疊加在一起加[Jiā]大了▿空▿氣的流動阻力(Lì),同時進入水箱散[Sàn]熱器表面的[De]空氣流量和流速◊都◊相應的減⋄少⋄。


2、水溫過高的原因◇分◇析


影響挖掘機散▾熱▾性能的因素主要(Yào)有散熱器的散熱面積(Jī)、單位時間(Jiān)内散∇熱∇器的通風(Fēng)量和系統和水循(Xún)環[Huán]性能。由○于○風扇、散○熱○(Rè)器的散熱面積(Jī)等部件[Jiàn]都是[Shì]固定不變,所[Suǒ]以應從改善系統的[De]結構組成以減少風[Fēng]阻(Zǔ)、增大進風量等方面進行◆改◆進。


在挖掘◇機◇冷卻系統設計⋄時⋄,水箱散熱器[Qì]的進水溫∇度∇,即發(Fā)動機的出水溫tw1,發(Fā)動機(Jī)出廠的[De]◇随◇機[Jī]文件中都有明[Míng]确規定,為已知量;∇散∇(Sàn)熱器的[De]進氣溫度,即環境氣溫[Wēn]的設○計○計算值ta1,在設計(Jì)任務書(Shū)中,也有明(Míng)确要(Yào)求,也是已知量。由此,将散熱器空氣側的溫(Wēn)度[Dù]效率  ε定義為:


ε=Δta/( tw1 -ta1)


式中Δta為(Wéi)空氣通過(Guò)散熱器(Qì)的溫升,Δta= ta1- ta2。這樣,冷▽卻▽風量的計算公式就可▲寫▲[Xiě]成


Δta=Q/(3600pacp,a)


式中Q——冷卻系統應散走▽的▽[De]總熱量,kJ/h;


pa——空氣[Qì]的密(Mì)度,kg/m3;


cp,a——空氣定壓比◆熱◆容,kJ/(kg•℃);


tw1——進入散熱器○的○水的溫度,℃;


tw2——進入散◆熱◆器的空氣溫度(Dù),℃。


通過對公司式[Shì](2)的觀察,在[Zài]其他條件不變的情[Qíng]◇況◇下(Xià),如(Rú)果能通過改變結構的方[Fāng]法提∆高∆冷卻風量qv,a,這樣就能(Néng)改變Δta。在進氣溫度相同的情▽況▽下,▿随▿着冷[Lěng]卻風量qv,a的提高,通過[Guò]液壓●油●散熱器後空氣溫度[Dù]會降低。由∆此∆可見(Jiàn),隻要進入水箱的空氣溫[Wēn]度降低(Dī),▿在▿同樣的的[De]條件(Jiàn)下[Xià],就可以解決開鍋問題(Tí)。


3、冷卻系統改造方案


散熱器是(Shì)冷卻系統的重要部件,散熱器(Qì)與風扇的位置如圖1所示,在不改變(Biàn)發動機、風(Fēng)扇、水▾箱▾和液[Yè]壓[Yā]油散(Sàn)熱器的情況下,筆者考慮通過以下幾個方面來進[Jìn]行(Háng)改造。


1)調整風扇葉與∆水∆箱之間的相對位置,相對位置的[De]變化必(Bì)然帶來進(Jìn)入液壓(Yā)○油○[Yóu]散熱器風速的變化,通過對測點的風速(Sù)的測量,确定最∆合∆适的位置[Zhì]。


2)判(Pàn)斷液壓油散熱器與[Yǔ]水箱之◇間◇(Jiān)是否允許有間隙。兩(Liǎng)者之間如[Rú]果有間隙,從間隙處必然會有空氣▾進▾入,那[Nà]麼必然增大通過水箱的進風量(Liàng)。通過實驗(Yàn)測▾量▾測點的風速,确定最合(Hé)适的間隙的距○離○[Lí]。


3)調整空調冷凝器的位置,将其(Qí)向▾下▾(Xià)調整或是向處移[Yí]出[Chū]一定的距離。由于散熱器(Qì)主○要○作(Zuò)用面在散熱器的[De]上部,将冷▽凝▽器下移或外移,必然◆會◆[Huì]∆減∆少風阻,提高進入液壓油▲散▲熱器的◆冷◆卻風量,對冷卻效果有一定的改善作用。通過實驗(Yàn)量▲測▲量的風速,确定冷凝的位置。


4)通過對冷卻系統[Tǒng]的部件的改變,比如更▿換▿防護罩、風扇●葉●、皮帶的帶◈輪◈,甚至是改變液◆壓◆(Yā)油箱的大小、液壓油散熱器、水[Shuǐ]箱,這樣可以提高整個(Gè)冷卻系統的冷卻能力,但◊也◊會使整機的成本提高。


當然,我們(Men)也可以(Yǐ)通過對散熱器進行▾優▾化設計,∇提∇高它[Tā]◊的◊換熱系數,◊降◊低[Dī]散熱器的風阻,對(Duì)冷卻風道進行一定的[De]改進,比如改善挖掘機後備(Bèi)箱的布置,減少風道的死區(Qū),避免風扇附近出現(Xiàn)熱風回流的現(Xiàn)象,對冷卻系統∇的∇散熱能力提高[Gāo]也有一定的效果。


4、試驗(Yàn)檢驗


●試●驗在環境溫度30℃左右,◇發◇動機轉速2325r/min下進行。試驗時拆下空調冷凝器,圖1右圖為液壓器的正面示意圖。風速儀與液壓油散熱器端▾面▾(Miàn)的水平距離為[Wéi]15mm,M點為散(Sàn)熱器中心位(Wèi)置,N◈點◈為油散[Sàn]熱[Rè]器内側邊緣處,H點(Diǎn)為油散[Sàn]熱器∇與∇[Yǔ]水箱縫隙處。


通過[Guò]數據我們可以(Yǐ)清楚地看出,通過●對●[Duì]該機的結構改造後(Hòu),在測[Cè]點M、N、H處的風速得到了較大提高,說◇明◇我們的改造取得了(Le)一定的效果。


改進▽前▽後◈水◈[Shuǐ]箱和液壓油散(Sàn)熱[Rè]器的進水(⋄液⋄(Yè)壓油)溫度試∆驗∆數據,由[Yóu]圖2、3可以看出,改進後的[De]新機型,在環境溫度30℃●左●右工作達到熱平衡◈時◈[Shí],水(Shuǐ)箱的進水溫度為[Wéi]80℃,比原(Yuán)機降低9℃;液▽壓▽油散熱器的進油溫度為80℃,比原機降[Jiàng]低(Dī)6℃。說明通過對新機型結構上的改進,提高[Gāo]了整個冷卻系統的(De)冷卻能力。在評價冷卻系統的散熱能力(Lì)的時候,國外發達國[Guó]家大多采用了ATB這(Zhè)個指标衡量[Liàng],在發動機出廠的随機文件中都有ATB的明确标識。○所○以本文也引用了ATB作(Zuò)為衡(Héng)量指标,通過查(Chá)閱該挖掘機型的發[Fā]動機資料,ATB》=50℃。


ATB計算[Suàn]公(Gōng)式為


ATB=(A-B)+C


式中A為理論上冷(Lěng)卻(Què)液的沸騰溫度(A◈的◈取值∆與∆散[Sàn]熱器◆水◆箱蓋允許壓力有關);B為發動機水箱的進水溫度(在節溫器全開的情況下);C為在測試時準(Zhǔn)确的環境溫度[Dù]。


該挖掘機的水箱壓力蓋允許壓力為0.7atm,◆此◆[Cǐ]時取A=105℃。原(Yuán)機的ATB=105-89+30=46℃;改造後(Hòu)的ATB=105-80+31=56℃。


改造後冷卻系統的ATB地值增大了10℃;這就等效于在同樣的環[Huán]境溫度下,配備[Bèi]新冷卻系統的機型其▿發▿動機工作溫度峰值比[Bǐ]原機型降低10℃。通過[Guò]調∇整∇風扇葉與水箱[Xiāng]的相▾對▾位置、液壓油[Yóu]散熱器與水箱▿之▿間(Jiān)的間隙、空調冷凝▿器▿的位置以及更換皮(Pí)帶的帶⋄輪⋄改進方案的使用,提高了冷◇卻◇(Què)qv,a,成功的解決了發動機水箱溫度過高的問題。


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