摘要：通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水箱溫度過高的原因分析，提出對(duì)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)從而冷卻系統(tǒng)的各部件得到合理匹配來提高冷卻效果。測(cè)試表明，改裝后成功解決了發(fā)動(dòng)機(jī)過熱的問題，取得了良好效果。
　　關(guān)鍵詞：小型挖掘機(jī) 冷卻系統(tǒng) 散熱器 熱平衡
　　正文：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化的建設(shè)速度加快，這幾年對(duì)小型液壓挖掘機(jī)的需求量快速增長(zhǎng)，小型挖掘機(jī)技術(shù)上也日臻成熟、完善，而挖掘機(jī)使用工況比較惡劣，由于工作時(shí)間長(zhǎng)、任務(wù)重、作業(yè)環(huán)境差、粉塵多、溫度高、維護(hù)保養(yǎng)不到位等原因，致使對(duì)挖掘機(jī)用柴油機(jī)的冷卻系統(tǒng)的要求越來越高。
　　挖掘機(jī)的冷卻系統(tǒng)的效能取決于其使用條件和各部件的設(shè)計(jì)與匹配。為了使冷卻系統(tǒng)和各部件得到合理匹配，本文分析了冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，并從理倫上分析了水溫過高的原因，提出了冷卻系統(tǒng)的具體改造方案，通過對(duì)某小型挖掘機(jī)冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)，并經(jīng)過試驗(yàn)證明方案的目標(biāo)，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法來對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行一定的改進(jìn)來達(dá)到系統(tǒng)的要求。
　　1冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征
　　國(guó)產(chǎn)某小型液壓挖掘機(jī)總重量4680kg，標(biāo)準(zhǔn)斗容量0.18m3。該機(jī)搭載YANMAR發(fā)動(dòng)機(jī)，功率27.1kM，最大扭矩144Nm，排量2.19L。該挖掘機(jī)是21世紀(jì)初推出的新產(chǎn)品，具有動(dòng)力性好，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，但測(cè)試實(shí)驗(yàn)中也偶爾出現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)水箱溫度偏高（俗稱開鍋）的現(xiàn)象，開始以為是發(fā)動(dòng)機(jī)選型的問題，但參考國(guó)外其他機(jī)型及該發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)資料，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)該機(jī)型的冷卻系統(tǒng)散熱功率完全滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
　　該機(jī)的冷卻系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)水套、水泵、水散熱、風(fēng)扇、液壓油散熱器，冷卻風(fēng)道及相應(yīng)的管路等組成，傳熱介質(zhì)由水泵驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行強(qiáng)行循環(huán)流動(dòng)。冷卻水流所流過的部件|――水泵、發(fā)動(dòng)機(jī)水套、水散熱器、調(diào)溫器及管道等，構(gòu)成了系統(tǒng)的冷卻風(fēng)道，這是世界上應(yīng)用最廣泛的冷卻系統(tǒng)之一。
　　該機(jī)采用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水散熱器（以下簡(jiǎn)稱水箱）與液壓油散熱器同軸使用一個(gè)吸風(fēng)式風(fēng)扇，并前置空調(diào)冷凝器。空氣在經(jīng)過后備箱的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入挖掘機(jī)后，通過液壓油散熱器才進(jìn)入水箱，導(dǎo)致水箱器散熱器散熱表面與氣流的溫差減??；而兩個(gè)散熱器疊加在一起加大了空氣的流動(dòng)阻力，同時(shí)進(jìn)入水箱散熱器表面的空氣流量和流速都相應(yīng)的減少。
　　2水溫過高的原因分析
　　影響挖掘機(jī)散熱性能的因素主要有散熱器的散熱面積、單位時(shí)間內(nèi)散熱器的通風(fēng)量和系統(tǒng)和水循環(huán)性能。由于風(fēng)扇、散熱器的散熱面積等部件都是固定不變，所以應(yīng)從改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以減少風(fēng)阻、增大進(jìn)風(fēng)量等方面進(jìn)行改進(jìn)。
　　在挖掘機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，水箱散熱器的進(jìn)水溫度，即發(fā)動(dòng)機(jī)的最高出水溫tw1，發(fā)動(dòng)機(jī)出廠的隨機(jī)文件中都有明確規(guī)定，為已知量；散熱器的進(jìn)氣溫度，即環(huán)境氣溫的設(shè)計(jì)計(jì)算值ta1，在設(shè)計(jì)任務(wù)書中，也有明確要求，也是已知量。由此，將散熱器空氣側(cè)的溫度效率　　ε定義為：
　　ε=Δta/( tw1 -ta1)
　　式中Δta為空氣通過散熱器的溫升，Δta= ta1- ta2。這樣，冷卻風(fēng)量的計(jì)算公式就可寫成
　　Δta=Q/(3600pacp,a)
　　式中Q――冷卻系統(tǒng)應(yīng)散走的總熱量，kJ/h；
　　pa――空氣的密度，kg/m3；
　　cp,a――空氣定壓比熱容，kJ/(kg•℃)；
　　tw1――進(jìn)入散熱器的水的溫度，℃；
　　tw2――進(jìn)入散熱器的空氣溫度，℃。
　　通過對(duì)公司式（2）的觀察，在其他條件不變的情況下，如果能通過改變結(jié)構(gòu)的方法提
高冷卻風(fēng)量qv,a，這樣就能改變?chǔ)a。在進(jìn)氣溫度相同的情況下，隨著冷卻風(fēng)量qv,a的提高，通過液壓油散熱器后空氣溫度會(huì)降低。由此可見，只要進(jìn)入水箱的空氣溫度降低，在同樣的的條件下，就可以解決開鍋問題。
　　3冷卻系統(tǒng)改造方案
　　散熱器是冷卻系統(tǒng)的重要部件，散熱器與風(fēng)扇的位置如圖1所示，在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇、水箱和液壓油散熱器的情況下，筆者考慮通過以下幾個(gè)方面來進(jìn)行改造。
　　1）調(diào)整風(fēng)扇葉與水箱之間的相對(duì)位置，相對(duì)位置的變化必然帶來進(jìn)入液壓油散熱器風(fēng)速的變化，通過對(duì)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速的測(cè)量，確定最合適的位置。

　　2）判斷液壓油散熱器與水箱之間是否允許有間隙。兩者之間如果有間隙，從間隙處必然會(huì)有空氣進(jìn)入，那么必然增大通過水箱的進(jìn)風(fēng)量。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速，確定最合適的間隙的距離。
　　3）調(diào)整空調(diào)冷凝器的位置，將其向下調(diào)整或是向處移出一定的距離。由于散熱器主要作用面在散熱器的上部，將冷凝器下移或外移，必然會(huì)減少風(fēng)阻，提高進(jìn)入液壓油散熱器的冷卻風(fēng)量，對(duì)冷卻效果有一定的改善作用。通過實(shí)驗(yàn)量測(cè)量的風(fēng)速，確定冷凝的位置。
　　4）通過對(duì)冷卻系統(tǒng)的部件的改變，比如更換防護(hù)罩、風(fēng)扇葉、皮帶的帶輪，甚至是改變液壓油箱的大小、液壓油散熱器、水箱，這樣可以提高整個(gè)冷卻系統(tǒng)的冷卻能力，但也會(huì)使整機(jī)的成本提高。
　　當(dāng)然，我們也可以通過對(duì)散熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高它的換熱系數(shù)，降低散熱器的風(fēng)阻，對(duì)冷卻風(fēng)道進(jìn)行一定的改進(jìn)，比如改善挖掘機(jī)后備箱的布置，減少風(fēng)道的死區(qū)，避免風(fēng)扇附近出現(xiàn)熱風(fēng)回流的現(xiàn)象，對(duì)冷卻系統(tǒng)的散熱能力提高也有一定