风扇与导风罩结构匹配对挖掘机热平衡的影响.pdf

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1、工霏缸拭第47卷l第4期总第510期朱东烈1，童燕2，卜涛21．山重建机有限公司；2．扬州通宇散热器有限公司摘要I挖掘机是一种能够适应多种工况的工程机械，但在高温环境下持续高负荷工作时往往会产生热平衡问题。厂家一般通过增大散热器尺寸，增加覆盖件的开孔面积，提高风扇转速或者增大风扇直径等方法解决热平衡问题。这样不仅会增加挖掘机的成本和功耗，还会降低挖掘机的工作性能和舒适性，不符合当代挖掘机的发展趋势。探索通过改变风扇导风罩的结构，优化风扇与导风罩的匹配，来提高风扇的利用效率，提升冷却系统散热能力，以帮助解决挖掘机热平衡问题。关键词：挖

2、掘机；散热器；风扇；热平衡；导风罩挖掘机是一种能够适应多种工况的工程机械，但在高温环境下持续高负荷工作时往往会产生热平衡问题。液压挖掘机的热平衡问题一直是困扰很多挖掘机厂家的难题。冷却系统是挖掘机的重要组成部分，不仅对挖掘机的热平衡问题起到决定性作用，对发动机的寿命、动力性、经济性和液压系统阻力、密封及液压油寿命等都有重要影响。冷却系统的主要作用是使发动机和液压油得到适当冷却，从而使发动机和液压油能够在最适宜的温度范围内工作。随着市场竞争的不断加剧和日益严格环保法规的不断出台，如何在不增加成本和功耗，不降低挖掘机舒适性的情况下提升挖

3、掘机的热平衡性能，成为很多企业和科研机构研究和探索的热点。1挖掘机冷却系统结构特点挖掘机用发动机一般采用强制循环式水冷系统，冷却系统的结构组成也基本一致，只是不同厂家在具体的作者简介：朱东烈(1987一)，男，山东临沂人，工程师，学士，研究方向：发动机匹配与安装。一4r拭『37试验·研究TestandReasearch尺寸和布置方面存在一定差异。图1所示是目前挖掘机上应用最广泛的一种冷却系统结构布置，主要由发动机水套、水泵、水散热器(简称水散)、液压油散热器(简称油散)、冷却风扇、导风罩、空调冷凝器、管路以及发动机舱周围的覆盖件组成

4、。冷却液由水泵驱动，流经发动机水套、节温器、水散和管路形成系统的水循环路径。1．发动机2．管路3．风扇4．导风罩5．散热器6．中冷器7．冷凝器图1挖掘机冷却系统结构示意图目前主流的中小型挖掘机都是采用并列式散热器，即水散和油散并列放置，这样可以避免水散和油散之间的相互影响。通常水散和油散共用一个吸风风扇来冷却，风扇由发动机曲轴通过皮带直接驱动，并且一般是按照挖掘机的最大热负荷工况进行设计。风扇吸入的冷却空气在冷却水散和油散之前一般会先经过中冷器和冷凝器，这样会使冷却空气温度升高，阻力增大，通过散热器表面的空气流速也会减小。因此，设计

5、时，在空间允许的情况下适当增大中冷器、冷凝器和散热器之间的距离，可以提高冷却系统总的散热量㈣。通过上述分析可以看出，影响挖掘机热平衡的主要因素有：散热器的散热面积、单位时间内通过散热器的风量、冷却液的流量及冷却空气的温度等。但是如果增大散热器尺寸和厚度(散热面积)，会使散热器成本和流阻增加；如果增大风扇直径或提高风扇转速，会使风扇功耗和噪声提高；如果加大发动机水泵流量，会使发动机功耗和阻力增大。这些虽然都可以作为解决挖掘机热平衡问题38r枞1～4的方案，但不是最佳方案。如何在不增加散热器尺寸，不增大风扇直径和转速，不提高整机噪声和功

6、耗的基础上，通过调整或改变导风罩的结构来提高系统冷却能力，达到解决挖掘机热平衡问题的目的，成为本文研究的重点。2风扇与导风罩的结构匹配挖掘机冷却系统的冷却空气主要由风扇提供，冷却空气高速通过风扇时，风扇前后的空气会存在压差，使通过风扇的冷却空气产生回流。为了防止冷却空气回流，提高风扇的利用效率，需要在风扇与散热器之间安装导风罩。导风罩的主要作用是提高风扇的风量和风压，避免冷却空气产生回流或者涡流，引导冷却空气均匀地通过散热器芯体，提高散热器和风扇的利用效率。因此，导风罩和风扇的合理匹配对风扇的利用效率有着重要影响。目前常用的导风罩形

7、式主要有文杜里式、环式和箱式3种，如图2所示。文杜里式导风罩，罩体从散热器到导风圈左侧是平z霏和械第47卷I第4期总第510期4佾恤土文杜里式环式箱式1．风扇2．导风圈3．罩体4．散热器图2挖掘机上常用导风罩形式滑过渡的，对吹过散热器的冷却风有一定的引导作用，风阻比较小，风扇的利用效率最高，但是加工制作比较困难，而且一般都需要模具，成本较高。环式和箱式导风罩，罩体都是一个矩形的箱体，不同点是环式导风罩的罩体在风扇端焊接了圆形导风圈，导风圈对冷却风起到一定的导流作用，而箱式导风罩的罩体在风扇端利用一个圆孔通过冷却风，没有导风圈。这两种

8、导风罩在冷却风通过时都会在箱体四周产生涡流并增大阻力，导致风扇利用效率降低，但是加工制作比较方便，成本也较低。因此，为了兼顾3种导风罩的优点，使导风罩既加工制作方便又可以提高风扇效率，目前挖掘机上常用的是图3所示结构的散热器导风罩。导