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解决工程机械过热的六个法宝

2016-02-11编辑:

1.工程机械的热平衡

(1) 发热源

工程机械在运行中会产生热量,其发热源主要有3种:一是柴油机燃烧系产生的热源;二是液压传动和其他传动系的运动副在运行中产生摩擦热;三是液压油在液压系统内流动产生的压力能转化为热量,散发到液压油和机件中。此外,在有太阳辐射的场合作业,还要承受太阳的辐射热,其作业环境温度可达37 ~60 ℃。

在工程机械主要发热源中,柴油燃烧的废热量约占工程机械废热量的74%,液压传动及其他传动系统运动的摩擦热约占24%,太阳辐射热约占2%。

(2) 散热源

工程机械散热源的功能是通过冷却装置驱动冷却介质,吸收和散发工程机械发热源产生的废热。散热源包括冷却介质和冷却装置。冷却介质有冷却水、液压油、变矩器油、机油和空气;冷却装置有风扇、水泵、风扇液压马达(或风扇电动机)、液压泵、冷却水散热器、液压油散热器、变矩器油散热器、机油散热器、涡轮增压中冷器、空调冷凝器和油箱等。

(3) 热平衡

工程机械是集发热源和散热源为一体的机械,其热平衡超过或未达到热平衡温度范围(即过热或过冷),都会对工程机械运行的可靠性、环保性和效率等产生不利影响。理论和实践表明,当工程机械的发热和散热达到最佳平衡时,可使工程机械处于高效、节能和环保的运行状态。工程机械的最佳热平衡参数如下:柴油机水温75~95 ℃,液压油温55~75 ℃,变矩器油温85~90 ℃,机油油温55~75 ℃。

2.工程机械过热的原因

(1) 发热源产生过量废热

过量废热产生有3种渠道:一是柴油机燃烧工况差,如喷油压力调整不当、配气相位失调、喷油定时不准、燃油中含水量超标、柴油机进气量过多等;二是液压传动和其他传动系产生的摩擦热增多,如润滑不良使摩擦加剧;三是压力损失转化的热量过多,如液压管路堵塞或弯度过大使沿途压力损失增大,阀组动作过于频繁,节流和溢流造成能量损失过大。

(2) 散热源冷却能力不足

 散热源冷却能力不足表现在冷却液质量差、散热能力下降,如冷却水为硬水,液压油和机油黏度过大,风扇、水泵、液压泵和散热器失修使冷却能力不足等。此外,环境温度过高、操作失误都可使废热产生过多。

3.治理过热的原则

治理工程机械过热的目标是减少发热、合理散热和实现热平衡,治理时可遵循如下的原则。

(1) 全方位原则

工程机械热平衡是一项系统工程,若出现过热和过冷故障,必须从发热源、散热源和热平衡等全方位分析原因并制定维修对策。

(2) 顺序原则

在分析过热原因时,建议采用如下顺序原则:环境温度→操作→发热源→散热源→综合分析和治理。采用顺序原则可保证发现问题早、查找问题准、治理效果好。

(3) 防假原则

汽缸体、汽缸盖有裂纹以及汽缸垫密封失效,都会使汽缸内的气体进入冷却水道,引起水散热器中的冷却水未到沸点而沸腾;高原地区气压低,水散热器的冷却水也会出现未到沸点即沸腾现象;另外,温度传感器失效会将水温、油温误报。因此,在分析过热原因时应认真分析,防止误判。

(4) 改进原则

近年来,国外新型工程机械普遍采用高效、低耗柴油机,同时采用按需调速的独立式液压驱动风扇和新材质散热器,所以对老旧工程机械发热源和散热源系统进行维修时,建议采用新技术对老旧工程机械进行技术改进,以实现最佳热平衡。

4.治理过热的技术措施

(1) 将风扇改为独立式


传统机型的风扇多为非独立的机械连接式,即风扇由柴油机曲轴通过胶带轮和胶带驱动,风扇转速与曲轴转速同步。该方式在低速大负荷工况时,风扇冷却风量不足,易导致大负荷时工程机械过热;该方式在高速小负荷工况时,风扇高速运转,冷却风量过大,易导致小负荷时工程机械过冷。


近年来很多公司新开发的机型均采用独立式可按需调速的液压、电子风扇,国内一些维修企业也参照上述机型,将原机的非独立风扇改装为按需调速的独立式风扇。驱动风扇的动力源可按机型的具体情况而定,液压主回路、支回路可分别设置,也可独立安装液压泵。


(2) 将散热器改为分置式


传统的散热器组(模块)由水散热器、液压油散热器、变矩器油散热器、机油散热器等依次串联成一组,安装在风扇前端。这种安装型式有如下缺点:多个散热器共用1台风扇冷却,不能按各自的目标冷却温度进行针对性冷却;多个散热器串联在一起,使冷却空气通过各个散热器的流动阻力增大,并有热量累积效应,缩小了冷空气与散热器中冷却液的温差,降低了散热效果。


山东某公路工程处对ZL50型装载机的传统散热系统进行了改造。其采用双输出轴液压马达分别驱动水散热器风扇和水泵,安装在发动机前端,对水散热器进行冷却,组成1个模块;液压油散热器由电风扇冷却,与水散热器分离,安装在发动机另一侧组成另一模块。其液压驱动风扇和电动风扇,均采用ECV智能控制,可按各自所需调速散热。


(3) 改进散热器材质和排列方式


近年来,国内外开发的散热器新材料有铝泡沫材料、石墨泡沫材料和铝合金等几种,其中美国开发的石墨泡沫材料中的石墨为球形网状结构,接触面很大,具有极高的热扩散率,散热系数比传统铜质散热器高。铝合金散热器质量轻,抗腐蚀性好,散热效果为铜质散热器的106%。


铝质冷却水散热器、中冷散热器和机油散热器具有体积小、质量轻、结构紧凑等优点,可将其从传统的串联式布置改为单层并列式布置,使多个散热器可以同时接触到风扇的冷却风,避免各散热器热交换的相互影响,有效提高散热效果。合肥某公司生产的叉车,采用铝质板翅式散热器代替传统铜质散热器,体积减小了50%。


(4) 采用可逆转风扇


沃尔沃公司新开发的EC210C挖掘机安装了液压驱动的可逆转风扇,在驾驶室内即可操纵风扇正、反转(吹风或吸风)。通常工况下,风扇正转(吸风);当散热器上黏有灰尘等颗粒物时,则可控制风扇反转(吹风),将尘土等颗粒物吹掉。


(5) 改善冷却介质的散热效率


若使用硬水作冷却介质,会使水散热器结垢,降低散热效果,因此应使用合格的软水作冷却水。若在软水中加入1%体积浓度的CuO纳米微粒。则可提高40%导热率。俄罗斯开发的APBK润滑油,可改善润滑油(机油)的摩擦性能,对磨损部位进行动态修复,降低运动副产生的摩擦热,延长运动副的使用寿命。


(6) 其他措施


治理工程机械过热的其他技术措施还包括:改进柴油机的燃烧工况,提高热效率;改善液压动力元件和执行元件结构和质量;回收制动、减速的惯性能量以及作业装置下降的重力势能,提高液压能利用效率;优化风扇参数(叶片角度、风道等)提高冷却能力,采用双水流散热器提高散热效率;优化液压管路布置和阀类元件动作工况,减小压力损失;提高操作水平,防止超载作业;加强地下室内和深基础作业场所的通风,并避免在太阳辐射最强的时段作业。

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