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裝載機動力系熱平衡探讨
來源:作者:本站

原作者: 徐工科技 金海江 吳安建 梁鳳遠

裝載機廣泛采用水冷柴油機作為動力,柴油機經濟性好,熱效率一般可達30—40%,但仍約有1/3的熱量經過各種傳熱方式傳遞給柴油機各組件,若不加以冷卻,會産生各種故障,特别是與燃燒氣體直接接觸的缸蓋、活塞、缸套和氣門等件。因此,柴油機沒有冷卻是不能工作的。

如果冷卻不足會産生:①氣缸内溫度過高,吸進的工作介質受熱膨脹,使充氣量下降,導緻功率下降;②溫度過高,各零件有不同程度的膨脹,使相互間隙改變;③機油黏度也會下降,并可能發生質變,使摩擦表面間的潤滑惡化,導緻零件磨損加劇。

但冷卻過強則會産生:①氣缸内溫度低,燃料霧化差,造成燃燒不好;②冷卻系帶走的熱量增多,散熱損失和冷卻系消耗功率增多;③機油黏度大,機械運轉阻力增加,以上都将造成功率下降、燃油耗增加。

實踐證明,柴油機經常在過熱、過冷的狀态下使用,都會影響使用壽命、動力性和經濟性。裝載機工作時,如何使冷卻系把适量的熱量散發到大氣中,保持柴油機在80—98℃之間工作,是裝載機動力系熱平衡要解決的主要課題。

考慮到經濟性的因素,裝載機的冷卻系一般不會設計的過強,如何提升冷卻能力,是本文探讨的主要内容。

一、柴油機單機熱平衡

1.柴油機燃料燃燒發出的熱量分布

式中:

Q—燃料完全燃燒産生的總熱量(KJ)

G—燃料被燃燒的質量(kg)

Hu—燃料的熱值,柴油通常取低值42.7×10(KJ/kg)

二、裝載機冷卻系熱平衡台架模拟試驗

結合整機配置情況,利用CFD技術進行模拟計算分析,根據分析結果提出優化方案并改進方案,再通過模拟台架試驗和整車試驗驗證優化方案的有效性。

1.模拟計算分析

通過CFD分析計算,影響整車熱平衡的因素主要為風側因素,有以下幾點:

進風阻力、散熱器總成阻力、出風阻力和機罩内回風。

機罩内回風的影響:是指已流經散熱器的“熱風”,該熱風回流量對散熱不起作用并會造成機罩内氣溫偏高。

CFD分析計算表明,風側的影響較大。

2.模拟試驗台試驗

模拟風洞台架,控制風速15km/h及環境溫度30-50℃;根據裝載機結構在試驗台架上模拟整車結構布置。

模拟試驗台試驗表明,風側的優化措施是解決問題的主要方向,有以下幾種解決措施:

采用硬釺焊管帶式水箱有6—8℃的能力提升,但硬釺焊管帶式水箱比管片式水箱成本增加約40%,在中型普配裝載機上一般不推薦使用;
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