1、工程機械液壓系統的散熱問題工程機械液壓系統的散熱問題 蘭州理工大學能動學院蘭州理工大學能動學院主要內容主要內容一、一、背景來源及重要性背景來源及重要性二、工程機械液壓系統產生熱量的來源二、工程機械液壓系統產生熱量的來源三、工程機械散熱源三、工程機械散熱源四、熱平衡四、熱平衡五、工程機械用柴油機冷卻系統匹配技術五、工程機械用柴油機冷卻系統匹配技術六、治理散熱的技術措施六、治理散熱的技術措施一、背景來源及其重要性 現代工程機械普遍采用液壓傳動，由于液壓傳動本身的特點和工程機械相對惡劣的工作環境及工況，系統產生的熱量單靠油箱、元件及管件的表面發散是不夠的，而液壓油溫的有效控制是系統正常工作的基本前提

2、，故專用的冷卻裝置及相應的冷卻回路在大多數工程機械中成為不可或缺的環節。鐵路和隧道盾構機械鐵路和隧道盾構機械建筑行走機械建筑行走機械一、背景來源及其重要性 在過高溫度下工作可能使油液變質產生油渣和涂層剝落，這可能是節流口堵塞。當溫度升高時，油液的粘性及潤滑性都要降低，這將使元件的工作壽命大為縮短，比如泵就是這樣。 其次密封件、填料、軟管、油濾等都有一定的工作范圍。 因此將液壓系統設計在滿意的工作溫度下能達到熱平衡狀態是很重要的。二、熱量來源 工程機械發熱源主要有幾種：（1）柴油機燃燒系產生的熱源；（2）液壓傳動和其他傳動系的運動副在運行中產生摩擦熱；（3）液壓油在液壓系統內流動產生的壓力能轉化

3、為熱量，散發到液壓油和機件中。二、熱量來源 此外，在有太陽輻射的場合作業，還要承受太陽的輻射熱，其作業環境溫度可達3760。 在工程機械主要發熱源中，柴油燃燒的廢熱量約占工程機械廢熱量的74%，液壓傳動及其他傳動系統運動的摩擦熱約占24%，太陽輻射熱約占2%。三、工程機械散熱源 工程機械散熱源的功能是通過冷卻裝置驅動冷卻介質，吸收和散發工程機械發熱源產生的廢熱。散熱源包括冷卻介質和冷卻裝置。（1）冷卻介質有冷卻水、液壓油、變矩器油、機油和空氣；（2）冷卻裝置有風扇、水泵、風扇液壓馬達(或風扇電動機)、液壓泵、冷卻水散熱器、液壓油散熱器、變矩器油散熱器、機油散熱器、渦輪增壓中冷器、空調冷凝器和油

4、箱等。 工程機械類散熱器工程機械類散熱器水冷卻器水冷卻器泵車攪拌車專用泵車攪拌車專用工程機械水箱散熱器工程機械水箱散熱器四、熱平衡 工程機械是集發熱源和散熱源為一體的機械，其熱平衡超過或未達到熱平衡溫度范圍(即過熱或過冷)，都會對工程機械運行的可靠性、環保性和效率等產生不利影響。理論和實踐表明，當工程機械的發熱和散熱達到最佳平衡時，可使工程機械處于高效、節能和環保的運行狀態。工程機械的最佳熱平衡參數如下：柴油機水溫7595，液壓油溫5575，變矩器油溫8590，機油油溫5575。 五、工程機械用柴油機冷卻系統匹配技術 在工程機械主要發熱源中，柴油燃燒的廢熱量約占工程機械廢熱量的74%，因此基于

5、“提高系統散熱能力、減少消耗功率”的冷卻系統的設計是很有必要的。 冷卻系統的一般構成 典型的工程機械用柴油機冷卻系統是由水泵、水泵進油管、風扇、變矩器油散、水箱、空調冷凝器、補償水管、水箱壓力蓋、柴油機出水管、透氣管、調溫器等主要零部件組成，如下圖所示。工程機械柴油機冷卻系統示意圖工程機械柴油機冷卻系統示意圖1.水泵水泵 2.水泵進水管水泵進水管3.風扇風扇 4.內置板翅式變矩器油內置板翅式變矩器油散散 5.水箱水箱6.空調冷凝器空調冷凝器7.補償水管補償水管8.水箱壓力蓋水箱壓力蓋9.柴油機出水管柴油機出水管10.透氣管透氣管11.調溫器調溫器 冷卻系統的評價指標 根據冷卻系統對柴油機的影響

6、，建立工程機械柴油機冷卻系統的綜合評價指標，表示為Y=Y(TC ， ，T ，N)。（a）冷卻能力TC 冷卻系統的冷卻能力常用冷卻系統允許使用的極 限的環境溫度TC表示 T c=T max-（Tb-Te） 式中 T max發動機允許的冷卻液的最高溫度 Tb系統熱平衡時柴油機冷卻液出口溫度 Te測量時的環境溫度 對于工程機械冷卻系統的冷卻能力，在正常的氣溫地區，通常TC的標準是 4146，而對于高溫地區或海拔高一些的地區， TC的標準是4555 .（b）冷卻系統的效率 =Q總 / W總 x100% 式中 Q總 冷卻系統帶走的散熱量 W總 冷卻系統附件消耗的總功率 其中，冷卻系統帶走的散熱量Q總 應

7、該等于柴油機需冷卻系統帶走的散熱量Q1(n)，再加上工程機械其它液壓系統需要散走的熱量Q r，比如空調冷凝器散熱量，變矩器液壓油散熱量等。（c）可靠性指標T 可靠性指標T表示冷卻系統能正常可靠工作的平均無故障間斷時間。（d）噪聲指標N 噪聲指標N表示由冷卻系統引起的噪聲。降低系統噪聲的技術很多，如采用傾斜整流葉片、不等葉片柵距、降低葉片的圓周速度、采用阻尼減震的葉片材料、隔震、機罩和風道采用吸聲材料等。工程機械系統冷卻系統的發展方向 當今工程機械冷卻系統正朝著輕量化、緊湊化、節能化、智能化的方向發展，例如徐工XE機型獨立散熱系統的開發，提高了散熱系統的效率，解決了發動機直接驅動系統散熱匹配范圍

8、窄的問題。D速季風裝載機旗艦動力徐工徐工XE機機節能輕量化機械節能輕量化機械六、治理散熱的技術措施 (1)將風扇改為獨立式 傳統機型的風扇多為非獨立的機械連接式，即風扇由柴油機曲軸通過膠帶輪和膠帶驅動，風扇轉速與曲軸轉速同步。該方式在低速大負荷工況時，風扇冷卻風量不足，易導致大負荷時工程機械過熱；該方式在高速小負荷工況時，風扇高速運轉，冷卻風量過大，易導致小負荷時工程機械過冷。 近年來很多公司新開發的機型均采用獨立式可按需調速的液壓、電子風扇，國內一些維修企業也參照上述機型，將原機的非獨立風扇改裝為按需調速的獨立式風扇。驅動風扇的動力源可按機型的具體情況而定，液壓主回路、支回路可分別設置，也可

9、獨立安裝液壓泵。 (2)將散熱器改為分置式 傳統的散熱器組(模塊)由水散熱器、液壓油散熱器、變矩器油散熱器、機油散熱器等依次串聯成一組，安裝在風扇前端。這種安裝型式有如下缺點：多個散熱器共用1臺風扇冷卻，不能按各自的目標冷卻溫度進行針對性冷卻；多個散熱器串聯在一起，使冷卻空氣通過各個散熱器的流動阻力增大，并有熱量累積效應，縮小了冷空氣與散熱器中冷卻液的溫差，降低了散熱效果。 ZL50型裝載機的傳統散熱系統采用雙輸出軸液壓馬達分別驅動水散熱器風扇和水泵，安裝在發動機前端，對水散熱器進行冷卻，組成1個模塊；液壓油散熱器由電風扇冷卻，與水散熱器分離，安裝在發動機另一側組成另一模塊。其液壓驅動風扇和電

10、動風扇，均采用ECV智能控制，可按各自所需調速散熱。 (3)改進散熱器材質和排列方式 近年來，國內外開發的散熱器新材料有鋁泡沫材料、石墨泡沫材料和鋁合金等幾種，其中美國開發的石墨泡沫材料中的石墨為球形網狀結構，接觸面很大，具有極高的熱擴散率，散熱系數比傳統銅質散熱器高。鋁合金散熱器質量輕，抗腐蝕性好，散熱效果為銅質散熱器的106%。鋁質冷卻水散熱器、中冷散熱器和機油散熱器具有體積小、質量輕、結構緊湊等優點，可將其從傳統的串聯式布置改為單層并列式布置，使多個散熱器可以同時接觸到風扇的冷卻風，避免各散熱器熱交換的相互影響，有效提高散熱效果。合肥某公司生產的叉車，采用鋁質板翅式散熱器代替傳統銅質散熱

11、器，體積減小了50%。 (4)采用可逆轉風扇 沃爾沃公司新開發的EC210C挖掘機安裝了液壓驅動的可逆轉風扇，在駕駛室內即可操縱風扇正、反轉(吹風或吸風)。通常工況下，風扇正轉(吸風)；當散熱器上黏有灰塵等顆粒物時，則可控制風扇反轉(吹風)，將塵土等顆粒物吹掉。 (5)改善冷卻介質的散熱效率 若使用硬水作冷卻介質，會使水散熱器結垢，降低散熱效果，因此應使用合格的軟水作冷卻水。若在軟水中加入1%體積濃度的CuO納米微粒。則可提高40%導熱率。俄羅斯開發的APBK潤滑油，可改善潤滑油(機油)的摩擦性能，對磨損部位進行動態修復，降低運動副產生的摩擦熱，延長運動副的使用壽命。 (6)其他措施 提高工程機械散熱的其他技術措施還包括：改進柴油機的燃燒工