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[分享] 装载机动力系热平衡探讨

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    发表于 2016-7-14 15:21:24 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
        装载机广泛采用水冷柴油机作为动力,柴油机经济性好,热效率一般可达30—40%,但仍约有1/3的热量经过各种传热方式传递给柴油机各组件,若不加以冷却,会产生各种故障,特别是与燃烧气体直接接触的缸盖、活塞、缸套和气门等件。因此,柴油机没有冷却是不能工作的。
        如果冷却不足会产生:①气缸内温度过高,吸进的工作介质受热膨胀,使充气量下降,导致功率下降;②温度过高,各零件有不同程度的膨胀,使相互间隙改变;③机油黏度也会下降,并可能发生质变,使摩擦表面间的润滑恶化,导致零件磨损加剧。
        但冷却过强则会产生:①气缸内温度低,燃料雾化差,造成燃烧不好;②冷却系带走的热量增多,散热损失和冷却系消耗功率增多;③机油黏度大,机械运转阻力增加,以上都将造成功率下降、燃油耗增加。
        实践证明,柴油机经常在过热、过冷的状态下使用,都会影响使用寿命、动力性和经济性。装载机工作时,如何使冷却系把适量的热量散发到大气中,保持柴油机在80—98℃之间工作,是装载机动力系热平衡要解决的主要课题。
      考虑到经济性的因素,装载机的冷却系一般不会设计的过强,如何提升冷却能力,是本文探讨的主要内容。
        一、柴油机单机热平衡
        1.柴油机燃料燃烧发出的热量分布
        式中:
        Q—燃料完全燃烧产生的总热量(KJ)
        G—燃料被燃烧的质量(kg)
        Hu—燃料的热值,柴油通常取低值42.7×10(KJ/kg)
        二、装载机冷却系热平衡台架模拟试验
        结合整机配置情况,利用CFD技术进行模拟计算分析,根据分析结果提出优化方案并改进方案,再通过模拟台架试验和整车试验验证优化方案的有效性。
        1.模拟计算分析
        通过CFD分析计算,影响整车热平衡的因素主要为风侧因素,有以下几点:
        进风阻力、散热器总成阻力、出风阻力和机罩内回风。
        机罩内回风的影响:是指已流经散热器的“热风”,该热风回流量对散热不起作用并会造成机罩内气温偏高。
        CFD分析计算表明,风侧的影响较大。
        2.模拟试验台试验
        模拟风洞台架,控制风速15km/h及环境温度30-50℃;根据装载机结构在试验台架上模拟整车结构布置。
        模拟试验台试验表明,风侧的优化措施是解决问题的主要方向,有以下几种解决措施:
        采用硬钎焊管带式水箱有6—8℃的能力提升,但硬钎焊管带式水箱比管片式水箱成本增加约40%,在中型普配装载机上一般不推荐使用;
       水箱两侧间隙封堵对系统有2℃左右的能力提升;
        机罩结构优化对系统能力有4-5℃的提升;
        增加风扇与柴油机之间的距离后对系统能力有3-5℃的提升;
        水侧的优化措施对系统能力提升有限:
        增加风扇速比与系统能力提升成线形关系,从柴油机的整体性能考虑,增速风扇机构一般不推荐使用,采用增速风扇会导致动力性和燃油经济性下降,噪声增大,风扇轴承座的使用寿命降低,降低了柴油机的可靠性。
        水泵、节温器和变矩器油散的优化分别对系统能力提升均较小。
        三、装载机冷却系热平衡改进
        通过CFD分析计算和模拟试验台试验,综合经济性、可靠性等因素,将装载机冷却系热平衡改进重点放在以下几个方面:
        •减小风阻改善水箱及油散的阻力
        •减少回风量
        1.机罩结构
        2.用填充物堵塞水箱与机罩之间的空隙
        3.水箱出风口增加一个导风罩
        •增加进风量1.增加风扇与柴油机之间的距离
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    哎...今天 ...
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