装载机动力系热平衡设计

文刀

　　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。
$ k' l5 T* k, x% d9 y　　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
6 d* J0 |+ P" F" G8 S( r6 @　　式中：
　　Q—燃料完全燃烧产生的总热量(KJ)
1 F6 P2 g4 `6 N" I' w3 q2 d　　G—燃料被燃烧的质量(kg)
! ]* ]  Z: G# b/ |　　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
& c  K- X, h% k( U　　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：
6 }7 k$ c4 L5 S* C6 p　　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；
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