内燃平衡重式叉车冷却系统过热故障分析与排除

柳助红

对于现在的内燃平衡重式叉车（简称叉车）来说都是以柴油机或汽油机作为动力源的。而柴油机或汽油机普遍采用的是活塞式内燃机，内燃机只应用了热能的30%左右，其余的热能大部分被排气所带走，剩余的则被内燃机的零部件所吸收。内燃机在工作时，气缸内的温度可高达1 730～2 400 ℃，因此，那些与高温燃气直接接触的零部件（如气缸体、气缸盖、活塞、气门等）的温度将升高。如果这些零部件的温度过高：（1）则降低了充气效率，导致内燃机的功率下降；（2）使金属材料的机械性能降低，造成零件的变形，破坏零件之间的配合间隙，引起零件的急剧磨损，严重时还可能发生零件断裂事故；（3）高温也会引起气缸壁机油变质，使其失去润滑性能甚至结焦，加剧了零件的摩擦和磨损，甚至卡死活塞。因此，为了保证内燃机正常工作，必须设有冷却系统。
　　内燃机的冷却方式有水冷却系（或其它液体冷却液）和空气冷却系两种。由于叉车的行驶速度低、结构特征要求传动系统必须布置在叉车尾部，同时温度很高的消声器也在附近，因此排风不畅，散热困难，而且热源集中，这就从结构上决定了叉车必须采用闭式水冷却系统。
　　但由于种种原因，仍有可能使内燃机出现温度过高的情况，因此，本文将就导致冷却系统温度过高，即冷却系统过热的原因及其应对措施，结合自己的经验进行分析讨论。
　　1 冷却系统过热的原因
　　造成冷却不良的因素很多，主要有以下几个方面。
　　1.1内燃机系统
　　包括水泵、风扇皮带轮（含主动和被动）、内燃机（气缸套）、风扇皮带、节温器等。
' Z' e* z* M0 m3 G- W! W; A　　如果水泵工作不正常或风扇皮带轮的主动轮和被动轮之间的中心距不正确，造成皮带松弛打滑，使被动轮的转速下降，水泵转速下降，水泵流量下降；或内燃机气缸套之间的管路堵塞，使水流不畅；或节温器失灵，使整个系统水循环中止等；以上因素都会使内燃机内部水温急剧上升，导致冷却系统过热。此外，内燃机因点火时间不正确等其它故障，也会使冷却系统过热。
) o$ b; Y/ H' y. E　　1.2 散热器系统
) J5 x/ A4 a$ ~0 R0 m0 ^1 e5 I　　散热器系统包括散热器和护风罩等。
& N6 R- a4 g7 S  T4 n5 ]* @$ G, o　　散热器又叫水箱，它由进水室、出水室及散热芯等三部分组成。冷却液（水）在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过，这样就可将冷却水从内燃机内吸收的热量传给外界空气，使冷却水温下降，以再次循环。护风罩的作用是使风扇吸进的空气全部通过散热器，以提高风扇效率。
　　如果散热器芯中的管道堵塞或管道与散热片之间出现脱焊或虚焊，都将大大降低散热性能。与此同时，散热器在运输、装配和使用过程中，散热器芯上的散热片极易碰伤，使得过风面积减少，风阻上升，散热性能降低。护风罩损坏或风扇与散热器之间的间隙过大，风扇不能全部进入护风罩，使风量损失，也会影响散热性能。
% B- c- g% ?9 F5 D　　1.3 风扇系统
　　风扇一般安装在散热器前面并与水泵同轴。风扇的作用是提高流经散热器的空气流速和流量，以增强散热器的散热能力。若冷却风量不足或皮带轮打滑，都会影响散热效果。
( B* \- Q9 L! r% d　　1.4 其它
5 Z! ^% I0 K! \; C  d$ v: ]% s9 t　　若叉车配重后出风口太小，热风不能及时排出而倒流回来，对叉车各部件二次加热，使冷却系统过热。若风扇回转中心与散热器中心不同心，则散热器面积利用率下降，散热能力也下降。如果冷却系统漏水，使散热器中水量不足，就不能充分利用散热器的全部散热面积，影响散热能力的发挥，当水量减少到一定程度时，冷却系统就会过热。
! E1 p6 w4 r" P# E　　2 解决冷却系统过热应采取的措施
! U$ _1 O* ?) |- s/ q　　针对上述各种过热因素，可采用如下措施加以解决。
( i/ h0 K" a4 {7 h1 W' c) b& q4 l% J　　2.1 内燃机系统
　　调整皮带轮的中心距，使皮带张紧力合适，保证被动轮不打滑、不丢转。确保内燃机气缸套之间的管路通畅。更换已经失灵的节温器。调整内燃机的点火时间，使内燃机燃烧正常。加大水泵排量，水泵排量增加，则单位时间内流过散热器的水量将增加，散热性增加，而水泵排量则取决于水泵转速，水泵转速取决于被动轮的转速，被动轮的转速取决于主动轮或被动轮的直径，因此我们总是希望增加水泵的转速，但是，如果水泵转速过快则会缩短水泵使用寿命；水泵吸空，水泵效率降低，散热能力反而下降，所以在保证水泵进水管中的水流速不超过3 m/s的条件下，可以适当加大皮带轮的直径，这样可以增加水泵排量。
* B  d8 ]4 u9 \7 W( V2 k& G　　2.2散热器系统
　　提高焊接质量，防止脱焊或虚焊的发生。散热器在运输、装配和使用时注意不要碰伤散热片。也可选用管带式散热器芯。实践证明，这种散热器芯的散热能力强，制造简单，重量轻，成本低，但结构刚性差。加大散热器的散热表面积，散热能力必然加大。增加散热器正面面积，沿着散热器的正面和厚度方向，减小散热片和管子的节距以及使散热器加厚，都可以增加散热表面积。然而，后一种措施效果不大。例如，如果散热器的厚度增加50%，其散热能力增加15%，而当散热器厚度增加100%时，其散热能力仅增加20%。根据公式Ｌ=Ａ0 /A×ψ （式中：Ｌ——散热器厚度；Ａ0——散热器的总散热面积；Ａ——散热器正面面积；ψ——散热器紧凑性容积系数）可知，在散热器总散热面积不变的情况下，增加散热器正面面积，就可减少散热器厚度，而散热器厚度减少则通风阻力就会下降，通过散热器的风量就会增加，散热能力大大提高。调整风扇与散热器之间的距离。对于不同叉车的冷却系统，风扇与散热器之间的最佳距离是不同的，只有通过试验找到最佳距离，才能充分发挥冷却系统的潜能和作用，达到最佳效果。
6 b* M4 p$ ^( @* k8 w% d5 S* D) D　　2.3风扇系统
　　加大风扇直径、增加叶片数目、增加叶片安装角、增大叶片弦的宽度、提高叶片最大圆周速度，使用凸面叶片等措施，都可增大通风量，提高散热性能。但叶片安装角不能太大，当其超过某一临界值时，排风的风向将随着叶片安装角的增加，轴向排风将逐渐减少，而径向排风将逐渐增大，径向排风不但不能冷却散热器，而是对叉车各部件进行了二次加热。同时，风扇转速也不能太快，因为驱动风扇的功率与风扇转速的三次方成正比。若转速太快，则内燃机功率损失太大。
! a* [: y. Y. j+ C7 {: Z( X; R　　2.4 其它
  g( X! G7 R7 \　　可把配重后出风口开大，让热风尽快排出，以免倒流回来。调整风扇回转中心与散热器中心同轴，使散热器面积利用率最大。堵住漏水部位，保证水位不下降。
　　3 结束语
; I2 i6 G9 I% p$ m) U! _5 ~　　导致叉车冷却系统过热的因素很多，采取的措施也要有针对性。在实际工作中，叉车冷却系统过热及散热问题是叉车设计中一个需要特别注意的问题。
! U6 u0 ]5 Y, L  T; d* [2 Q　　只有对冷却系统的综合治理，才能从根本上解决冷却系统过热问题，提高冷却系统的冷却能力和冷却系统的可靠性，保证叉车正常工作。例如针对老式CPQ2型叉车在夏天容易过热的问题，天津叉车总厂采取了如下的措施加以解决：由于老式492汽油发动机不带液压泵，液压泵的动力只有通过曲轴皮带轮经过联轴节获得，这样就使散热器中心与风扇回转中心不同轴，护风罩只能是多半圆的，不能完全护住风，使风量损失很大，同时风扇叶直径也受到限制，因此发动机容易过热。在采用新型可带液压泵的492汽油发动机后，风扇回转中心与散热器中心同轴了，护风罩可以作成整圆的了，风量损失减少很多，并且对发动机曲轴皮带轮的直径适当增加了几个毫米，同时加大了风扇叶片的直径，并把6叶风扇改为10叶风扇；另外，风扇叶安装角也适当的加大了；其次，在配重重量不减少的情况下，把出风口的尺寸加大。经过采取以上这些措施以后，CPQ2型叉车在夏天容易过热的问题基本得到解决。
1 z- a: r* w. L" m9 B文章关键词： 内燃平衡重式叉车