1、1、冷却系统的结构特征国产某小型液压挖掘机总重量 4680kg，标准斗容量 0.18m3。该机搭载 YANMAR 发动机，功率 27.1kM，最大扭矩 144Nm，排量 2.19L。该挖掘机是 21 世纪初推出的新产品，具有动力性好，生产效率高的特点，但测试实验中也偶尔出现了发动机水箱温度偏高(俗称开锅) 的现象，开始以为是发动机选型的问题，但参考国外其他机型及该发动机的技术资料，通过计算发现该机型的冷却系统散热功率完全满足系统的设计要求。该机的冷却系统由发动机水套、水泵、水散热、风扇、液压油散热器，冷却风道及相应的管路等组成，传热介质由水泵驱动，进行强行循环流动。冷却水流所流过的部件|水泵、
2、发动机水套、水散热器、调温器及管道等，构成了系统的冷却风道，这是世界上应用最广泛的冷却系统之一。该机采用发动机冷却水散热器(以下简称水箱) 与液压油散热器同轴使用一个吸风式风扇，并前置空调冷凝器。空气在经过后备箱的进风口进入挖掘机后，通过液压油散热器才进入水箱，导致水箱器散热器散热表面与气流的温差减小；而两个散热器叠加在一起加大了空气的流动阻力，同时进入水箱散热器表面的空气流量和流速都相应的减少。2、水温过高的原因分析影响挖掘机散热性能的因素主要有散热器的散热面积、单位时间内散热器的通风量和系统和水循环性能。由于风扇、散热器的散热面积等部件都是固定不变，所以应从改善系统的结构组成以减少风阻、增
3、大进风量等方面进行改进。在挖掘机冷却系统设计时，水箱散热器的进水温度，即发动机的最高出水温 tw1，发动机出厂的随机文件中都有明确规定，为已知量；散热器的进气温度，即环境气温的设计计算值 ta1，在设计任务书中，也有明确要求，也是已知量。由此，将散热器空气侧的温度效率 定义为：=ta/( tw1 -ta1) 式中 ta 为空气通过散热器的温升，ta= ta1- ta2。这样，冷却风量的计算公式就可写成ta=Q/(3600pacp,a) 式中 Q冷却系统应散走的总热量， kJ/h；pa空气的密度，kg/m3；cp,a空气定压比热容，kJ/(kg) ；tw1进入散热器的水的温度，；tw2进入散热器
4、的空气温度，。通过对公司式(2)的观察，在其他条件不变的情况下，如果能通过改变结构的方法提高冷却风量 qv,a，这样就能改变 ta。在进气温度相同的情况下，随着冷却风量 qv,a 的提高，通过液压油散热器后空气温度会降低。由此可见，只要进入水箱的空气温度降低，在同样的的条件下，就可以解决开锅问题。3、冷却系统改造方案散热器是冷却系统的重要部件，散热器与风扇的位置如图 1 所示，在不改变发动机、风扇、水箱和液压油散热器的情况下，笔者考虑通过以下几个方面来进行改造。 1)调整风扇叶与水箱之间的相对位置，相对位置的变化必然带来进入液压油散热器风速的变化，通过对测点的风速的测量，确定最合适的位置。 2
5、) 判断液压油散热器与水箱之间是否允许有间隙。两者之间如果有间隙，从间隙处必然会有空气进入，那么必然增大通过水箱的进风量。通过实验测量测点的风速，确定最合适的间隙的距离。 3)调整空调冷凝器的位置，将其向下调整或是向处移出一定的距离。由于散热器主要作用面在散热器的上部，将冷凝器下移或外移，必然会减少风阻，提高进入液压油散热器的冷却风量，对冷却效果有一定的改善作用。通过实验量测量的风速，确定冷凝的位置。 4)通过对冷却系统的部件的改变，比如更换防护罩、风扇叶、皮带的带轮，甚至是改变液压油箱的大小、液压油散热器、水箱，这样可以提高整个冷却系统的冷却能力，但也会使整机的成本提高。/P当然，我们也可以
6、通过对散热器进行优化设计，提高它的换热系数，降低散热器的风阻，对冷却风道进行一定的改进，比如改善挖掘机后备箱的布置，减少风道的死区，避免风扇附近出现热风回流的现象，对冷却系统的散热能力提高也有一定的效果。4、试验检验试验在环境温度 30左右，发动机最高转速 2325r/min 下进行。试验时拆下空调冷凝器，图 1 右图为液压器的正面示意图。风速仪与液压油散热器端面的水平距离为 15mm，M 点为散热器中心位置，N 点为油散热器内侧边缘处， H 点为油散热器与水箱缝隙处，试验数据见表 1。通过表 1 的数据我们可以清楚地看出，通过对该机的结构改造后，在测点 M、N、H 处的风速得到了较大提高，说
7、明我们的改造取得了一定的效果。图 2、3 改进前后水箱和液压油散热器的进水(液压油) 温度试验数据，由图 2、3 可以看出，改进后的新机型，在环境温度 30左右工作达到热平衡时，水箱的进水温度为 80，比原机降低 9；液压油散热器的进油温度为 80，比原机降低 6。说明通过对新机型结构上的改进，提高了整个冷却系统的冷却能力。在评价冷却系统的散热能力的时候，国外发达国家大多采用了 ATB 这个指标衡量，在发动机出厂的随机文件中都有 ATB 的明确标识。所以本文也引用了 ATB 作为衡量指标，通过查阅该挖掘机型的发动机资料，ATB=50。ATB 计算公式为 ATB=(A-B)+C 式中 A 为理论
8、上冷却液的沸腾温度 (A 的取值与散热器水箱盖允许压力有关)；B 为发动机水箱的进水温度(在节温器全开的情况下 )；C 为在测试时准确的环境温度。该挖掘机的水箱压力盖允许压力为 0.7atm，此时取 A=105。从图 2 中可以知道，原机的ATB=105-89+30=46；改造后的 ATB=105-80+31=56。改造后冷却系统的 ATB 地值增大了 10；这就等效于在同样的环境温度下，配备新冷却系统的机型其发动机工作温度峰值比原机型降低 10。通过调整风扇叶与水箱的相对位置、液压油散热器与水箱之间的间隙、空调冷凝器的位置以及更换皮带的带轮改进方案的使用，提高了冷却 qv,a，成功的解决了发动机水箱温度过高的问题。/P
