工程機械液壓系統(tǒng)散熱問題

1、工程機械液壓系統(tǒng)的散熱問題工程機械液壓系統(tǒng)的散熱問題 蘭州理工大學(xué)能動學(xué)院蘭州理工大學(xué)能動學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、一、背景來源及重要性背景來源及重要性二、工程機械液壓系統(tǒng)產(chǎn)生熱量的來源二、工程機械液壓系統(tǒng)產(chǎn)生熱量的來源三、工程機械散熱源三、工程機械散熱源四、熱平衡四、熱平衡五、工程機械用柴油機冷卻系統(tǒng)匹配技術(shù)五、工程機械用柴油機冷卻系統(tǒng)匹配技術(shù)六、治理散熱的技術(shù)措施六、治理散熱的技術(shù)措施一、背景來源及其重要性 現(xiàn)代工程機械普遍采用液壓傳動，由于液壓傳動本身的特點和工程機械相對惡劣的工作環(huán)境及工況，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量單靠油箱、元件及管件的表面發(fā)散是不夠的，而液壓油溫的有效控制是系統(tǒng)正常工作的基本前提

2、，故專用的冷卻裝置及相應(yīng)的冷卻回路在大多數(shù)工程機械中成為不可或缺的環(huán)節(jié)。鐵路和隧道盾構(gòu)機械鐵路和隧道盾構(gòu)機械建筑行走機械建筑行走機械一、背景來源及其重要性 在過高溫度下工作可能使油液變質(zhì)產(chǎn)生油渣和涂層剝落，這可能是節(jié)流口堵塞。當溫度升高時，油液的粘性及潤滑性都要降低，這將使元件的工作壽命大為縮短，比如泵就是這樣。 其次密封件、填料、軟管、油濾等都有一定的工作范圍。 因此將液壓系統(tǒng)設(shè)計在滿意的工作溫度下能達到熱平衡狀態(tài)是很重要的。二、熱量來源 工程機械發(fā)熱源主要有幾種：（1）柴油機燃燒系產(chǎn)生的熱源；（2）液壓傳動和其他傳動系的運動副在運行中產(chǎn)生摩擦熱；（3）液壓油在液壓系統(tǒng)內(nèi)流動產(chǎn)生的壓力能轉(zhuǎn)化

3、為熱量，散發(fā)到液壓油和機件中。二、熱量來源 此外，在有太陽輻射的場合作業(yè)，還要承受太陽的輻射熱，其作業(yè)環(huán)境溫度可達3760。 在工程機械主要發(fā)熱源中，柴油燃燒的廢熱量約占工程機械廢熱量的74%，液壓傳動及其他傳動系統(tǒng)運動的摩擦熱約占24%，太陽輻射熱約占2%。三、工程機械散熱源 工程機械散熱源的功能是通過冷卻裝置驅(qū)動冷卻介質(zhì)，吸收和散發(fā)工程機械發(fā)熱源產(chǎn)生的廢熱。散熱源包括冷卻介質(zhì)和冷卻裝置。（1）冷卻介質(zhì)有冷卻水、液壓油、變矩器油、機油和空氣；（2）冷卻裝置有風(fēng)扇、水泵、風(fēng)扇液壓馬達(或風(fēng)扇電動機)、液壓泵、冷卻水散熱器、液壓油散熱器、變矩器油散熱器、機油散熱器、渦輪增壓中冷器、空調(diào)冷凝器和油

4、箱等。 工程機械類散熱器工程機械類散熱器水冷卻器水冷卻器泵車攪拌車專用泵車攪拌車專用工程機械水箱散熱器工程機械水箱散熱器四、熱平衡 工程機械是集發(fā)熱源和散熱源為一體的機械，其熱平衡超過或未達到熱平衡溫度范圍(即過熱或過冷)，都會對工程機械運行的可靠性、環(huán)保性和效率等產(chǎn)生不利影響。理論和實踐表明，當工程機械的發(fā)熱和散熱達到最佳平衡時，可使工程機械處于高效、節(jié)能和環(huán)保的運行狀態(tài)。工程機械的最佳熱平衡參數(shù)如下：柴油機水溫7595，液壓油溫5575，變矩器油溫8590，機油油溫5575。 五、工程機械用柴油機冷卻系統(tǒng)匹配技術(shù) 在工程機械主要發(fā)熱源中，柴油燃燒的廢熱量約占工程機械廢熱量的74%，因此基于

5、“提高系統(tǒng)散熱能力、減少消耗功率”的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計是很有必要的。 冷卻系統(tǒng)的一般構(gòu)成 典型的工程機械用柴油機冷卻系統(tǒng)是由水泵、水泵進油管、風(fēng)扇、變矩器油散、水箱、空調(diào)冷凝器、補償水管、水箱壓力蓋、柴油機出水管、透氣管、調(diào)溫器等主要零部件組成，如下圖所示。工程機械柴油機冷卻系統(tǒng)示意圖工程機械柴油機冷卻系統(tǒng)示意圖1.水泵水泵 2.水泵進水管水泵進水管3.風(fēng)扇風(fēng)扇 4.內(nèi)置板翅式變矩器油內(nèi)置板翅式變矩器油散散 5.水箱水箱6.空調(diào)冷凝器空調(diào)冷凝器7.補償水管補償水管8.水箱壓力蓋水箱壓力蓋9.柴油機出水管柴油機出水管10.透氣管透氣管11.調(diào)溫器調(diào)溫器 冷卻系統(tǒng)的評價指標 根據(jù)冷卻系統(tǒng)對柴油機的影響

6、，建立工程機械柴油機冷卻系統(tǒng)的綜合評價指標，表示為Y=Y(TC ， ，T ，N)。（a）冷卻能力TC 冷卻系統(tǒng)的冷卻能力常用冷卻系統(tǒng)允許使用的極 限的環(huán)境溫度TC表示 T c=T max-（Tb-Te） 式中 T max發(fā)動機允許的冷卻液的最高溫度 Tb系統(tǒng)熱平衡時柴油機冷卻液出口溫度 Te測量時的環(huán)境溫度 對于工程機械冷卻系統(tǒng)的冷卻能力，在正常的氣溫地區(qū)，通常TC的標準是 4146，而對于高溫地區(qū)或海拔高一些的地區(qū)， TC的標準是4555 .（b）冷卻系統(tǒng)的效率 =Q總 / W總 x100% 式中 Q總 冷卻系統(tǒng)帶走的散熱量 W總 冷卻系統(tǒng)附件消耗的總功率 其中，冷卻系統(tǒng)帶走的散熱量Q總 應(yīng)

7、該等于柴油機需冷卻系統(tǒng)帶走的散熱量Q1(n)，再加上工程機械其它液壓系統(tǒng)需要散走的熱量Q r，比如空調(diào)冷凝器散熱量，變矩器液壓油散熱量等。（c）可靠性指標T 可靠性指標T表示冷卻系統(tǒng)能正常可靠工作的平均無故障間斷時間。（d）噪聲指標N 噪聲指標N表示由冷卻系統(tǒng)引起的噪聲。降低系統(tǒng)噪聲的技術(shù)很多，如采用傾斜整流葉片、不等葉片柵距、降低葉片的圓周速度、采用阻尼減震的葉片材料、隔震、機罩和風(fēng)道采用吸聲材料等。工程機械系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展方向 當今工程機械冷卻系統(tǒng)正朝著輕量化、緊湊化、節(jié)能化、智能化的方向發(fā)展，例如徐工XE機型獨立散熱系統(tǒng)的開發(fā)，提高了散熱系統(tǒng)的效率，解決了發(fā)動機直接驅(qū)動系統(tǒng)散熱匹配范圍

8、窄的問題。D速季風(fēng)裝載機旗艦動力徐工徐工XE機機節(jié)能輕量化機械節(jié)能輕量化機械六、治理散熱的技術(shù)措施 (1)將風(fēng)扇改為獨立式 傳統(tǒng)機型的風(fēng)扇多為非獨立的機械連接式，即風(fēng)扇由柴油機曲軸通過膠帶輪和膠帶驅(qū)動，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速同步。該方式在低速大負荷工況時，風(fēng)扇冷卻風(fēng)量不足，易導(dǎo)致大負荷時工程機械過熱；該方式在高速小負荷工況時，風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)，冷卻風(fēng)量過大，易導(dǎo)致小負荷時工程機械過冷。 近年來很多公司新開發(fā)的機型均采用獨立式可按需調(diào)速的液壓、電子風(fēng)扇，國內(nèi)一些維修企業(yè)也參照上述機型，將原機的非獨立風(fēng)扇改裝為按需調(diào)速的獨立式風(fēng)扇。驅(qū)動風(fēng)扇的動力源可按機型的具體情況而定，液壓主回路、支回路可分別設(shè)置，也可

9、獨立安裝液壓泵。 (2)將散熱器改為分置式 傳統(tǒng)的散熱器組(模塊)由水散熱器、液壓油散熱器、變矩器油散熱器、機油散熱器等依次串聯(lián)成一組，安裝在風(fēng)扇前端。這種安裝型式有如下缺點：多個散熱器共用1臺風(fēng)扇冷卻，不能按各自的目標冷卻溫度進行針對性冷卻；多個散熱器串聯(lián)在一起，使冷卻空氣通過各個散熱器的流動阻力增大，并有熱量累積效應(yīng)，縮小了冷空氣與散熱器中冷卻液的溫差，降低了散熱效果。 ZL50型裝載機的傳統(tǒng)散熱系統(tǒng)采用雙輸出軸液壓馬達分別驅(qū)動水散熱器風(fēng)扇和水泵，安裝在發(fā)動機前端，對水散熱器進行冷卻，組成1個模塊；液壓油散熱器由電風(fēng)扇冷卻，與水散熱器分離，安裝在發(fā)動機另一側(cè)組成另一模塊。其液壓驅(qū)動風(fēng)扇和電

10、動風(fēng)扇，均采用ECV智能控制，可按各自所需調(diào)速散熱。 (3)改進散熱器材質(zhì)和排列方式 近年來，國內(nèi)外開發(fā)的散熱器新材料有鋁泡沫材料、石墨泡沫材料和鋁合金等幾種，其中美國開發(fā)的石墨泡沫材料中的石墨為球形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，接觸面很大，具有極高的熱擴散率，散熱系數(shù)比傳統(tǒng)銅質(zhì)散熱器高。鋁合金散熱器質(zhì)量輕，抗腐蝕性好，散熱效果為銅質(zhì)散熱器的106%。鋁質(zhì)冷卻水散熱器、中冷散熱器和機油散熱器具有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，可將其從傳統(tǒng)的串聯(lián)式布置改為單層并列式布置，使多個散熱器可以同時接觸到風(fēng)扇的冷卻風(fēng)，避免各散熱器熱交換的相互影響，有效提高散熱效果。合肥某公司生產(chǎn)的叉車，采用鋁質(zhì)板翅式散熱器代替?zhèn)鹘y(tǒng)銅質(zhì)散熱

11、器，體積減小了50%。 (4)采用可逆轉(zhuǎn)風(fēng)扇 沃爾沃公司新開發(fā)的EC210C挖掘機安裝了液壓驅(qū)動的可逆轉(zhuǎn)風(fēng)扇，在駕駛室內(nèi)即可操縱風(fēng)扇正、反轉(zhuǎn)(吹風(fēng)或吸風(fēng))。通常工況下，風(fēng)扇正轉(zhuǎn)(吸風(fēng))；當散熱器上黏有灰塵等顆粒物時，則可控制風(fēng)扇反轉(zhuǎn)(吹風(fēng))，將塵土等顆粒物吹掉。 (5)改善冷卻介質(zhì)的散熱效率 若使用硬水作冷卻介質(zhì)，會使水散熱器結(jié)垢，降低散熱效果，因此應(yīng)使用合格的軟水作冷卻水。若在軟水中加入1%體積濃度的CuO納米微粒。則可提高40%導(dǎo)熱率。俄羅斯開發(fā)的APBK潤滑油，可改善潤滑油(機油)的摩擦性能，對磨損部位進行動態(tài)修復(fù)，降低運動副產(chǎn)生的摩擦熱，延長運動副的使用壽命。 (6)其他措施 提高工程機械散熱的其他技術(shù)措施還包括：改進柴油機的燃燒工