水冷变矩器油散在装载机散热系统中的应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

水冷变矩器油散在装载机散热系统中的应用廖玉懂，王 涛，张碧荣，唐 磊，彭拔萃，冯光金，熊倘毫(广西柳工机械股份有限公司装载机研究院)关键词：轮式装载机；散热系统；水冷变矩器油散传统装载机的散热系统包括水散热器、液压油散热器、空一空中冷器及变矩器油散热器等 4个散热器。随着人类对环境的重视 ，发动机排放要求越来越苛刻，同时发动机的散热量也在不断增加，一般来说 ，发动机排放标准每升高一级，散热量就会增加 10％ 30％，水散热器和空一空中冷器的尺寸需要增大才能满足散热要求 ，4个散热器需要的布置空间也将会越来越大，整个散热系统在整机上的布置要求会越来越高。现阶段市场上的装载机多采用散热器多层布置的散热系统来解决这一问题，但散热器多层布置，由于会导致散热系统风阻较大，后层散热器进风温度过高，以及散热系统维护保养不方便等，因此并不是解决装载机散热问题的最佳方案。

本文提出轮式装载机散热系统采用水冷变矩器油散的方案，并介绍散热器单层布置的优势。通过在同一台装载机上采用两套不同散热系统的试验数据对比，证明散热系统采用水冷变矩器油散的可行性，对水冷变矩器油散在应用中遇到的问题提出了相应的解决方案。

1 采用水冷变矩器油散的技术优势1．1 提高散热系统性能散热系统采用水冷变矩器油散以后 ，由于风冷散热器组少了变矩器油散，可将水散热器、液压油散热器和空一空中冷器布置成单层，从而减少整个散热器组的风阻，增大通过散热器的风速，提高散热器的散热性能，使整个散热系统在迎风面积不变的情况下满足整机的散热性能要求。

1．2 维护保养方便传统的多层布置的散热器在维护保养时，只能清理最外层的散热器，如果要清理里层的散热器则必须把里层散热器从整机上拆卸下来进行清理，清理过程很烦琐。特别是在恶劣的多灰环境工况下，由于要经常进行清理，散热器的维护保养将会变得更加困难。另外，拆卸散热器进行清理需要的时间较长，整机的工作受到影响；由于要拆卸散热器，必须放空散热器中的冷却液、液压油及变矩器油 ，这些受污染的冷却液和油液不能重复使用，这将导致散热器的维护保养成本变得很高。

散热器单层布置的散热系统，散热器组完全暴露在外，维护保养时不需要对散热器进行拆卸，可以直接使用高压水枪或者高压气枪对散热器进行清理，维护保养方便，同时维护保养的成本也很低。

而且单层散热器组的通透性很好 ，灰尘、污泥等脏物能很容易通过散热器，保证散热器能清洗干净。

1．3 水冷变矩器油散体积小，布置方便一 般来说 ，冷却水升高 l℃能吸收变矩器油降低 5℃所释放的热量，而且水的比热容是空气比热容的4倍，在变矩器油散热功率一定的情况下，水冷变矩器油散的尺寸比风冷变矩器油散的尺寸要小很多。所以，水冷变矩器油散的体积可以做得很小，在整机中很容易找到合适的位置进行布置，安装也很方便。

2 采用水冷变矩器油散的可行性验证为验证水冷变矩器油散的可行性，对两种散热— — 1 — — 系统进行对比试验。

如图 1所示，原散热系统的散热器组为双层布置，第 l层 ：水散热器+空一空中冷器+液压油散热器；第 2层：可打开式变矩器油散热器。

1．发动机 2．水散 3．空一空中冷器 4．液压油散 5．变矩器油散图 1 原双层布置散热系统的结构形式图2为新设计的散热系统。散热器组为单层布置：水散热器+空～空中冷器+液压油散热器；水冷变矩器油散单独布置。

2．1 风速测试对比对两种布置型式的散热系统进行风速测试，所得数据如表 1和表 2所示。

2．2 散热性能测试对比装载机散热系统各散热器在设计环境温度45℃下的理论设计温度值如表 3所示。

对两种布置型式的散热系统进行热平衡试验，并将测试数据换算到 45℃的设计环境温度下，所得数据如表4和表 5所示。

2．3 试验数据分析从风速试验数据可知，原双层布置的散热系统的平均风速为 5．36 rn／s，而采用水冷变矩器油散单一 8 — 1．发动机 2．水散 3．空一空中冷器 4．液压油散 5．水冷变矩器油散图2 新设计的单层布置散热系统的结构形式表 1 原双层布置的散热系统的风速值 m／s散热器迎风面不同点风速 平均风速6．8 6．1 5．1 4．8 6．86．4 5．2 4．2 4．3 6．95-366．2 5．8 3．9 3．1 5．17．2 5．8 3．9 3．7 5．8表2 采用水冷变矩器油散单层布置的散热系统的风速值m／s散热器迎风面不同点风速 平均风速11．64 12．72 13．32 10．09 l2．258．71 8．88 8．84 7．76 12_3310．41I 7．85 11．47 10．52 1O．26 11．21I 8．59 l239 10．74 9．87 8．75层布置的散热系统的平均风速为 1O．41 m／s，整体平均风速提高了 48．5％，新设计的散热系统风速提高效果非常明显，有利于提高散热系统的散热性能。

从行车和作业两种工况的热平衡试验数据可知，采用水冷变矩器油散单层布置的散热系统的水表 3 各散热器在设计环境温度 45℃下的理论设计温度 ℃散热器名称 水散热器 液压油散热器 变矩器油散热器 空一空中冷器散热器进口温度 ≤100 ≤85 ≤120 出口温度≤95表 4 原双层布置的散热系统热平衡测试温度值(换算到设计环境温度 45℃时 ) ℃水散 液压油散 变矩器油散 空一空中冷器项 目进口 出口 进口 出口 进口 出口 进 口 出口行车工况 97 90 81 78 108 103 187 85作业工况 94 86 84 81 1lO 102 170 75表 5 采用水冷变矩器油散单层布置的散热系统热平衡测试温度值(换算到设计环境温度45℃时) ℃水散 液压油散 变矩器油散 空一空中冷器项 目进口 出口 进口 出口 进口 出口 进 口 出口行车工况 97 89 80 74 107 93 185 72作业工况 96 88 84 80 109 94 182 68散热器、液压油散热器、水冷变矩器油散以及空一空中冷器的散热能力均比散热器双层布置的散热系统的散热性能要好，且均能满足设定的设计要求。

综上可知，采用水冷变矩器油散单层布置的散热系统在该装载机上是可行的，而且该散热系统的散热性能比原散热器双层布置的散热系统的散热性能要好。

3 水冷变矩器油散应用的技术风险3．1 发动机冷机启动时的风险发动机冷却循环包括小循环和大循环，如图3所示。发动机刚启动时由于冷却液温度较低，发动机节温器关闭，冷却液不经过水散而在发动机水套内部进行小循环 ；当温度达到节温器的开启温度图 3 发动机冷却循环图时，节温器打开，冷却液才经过水散进行大循环。

装载机的操作规范要求为启动后必须进行一定时间的暖机后才能进行作业。但是一些操作者不按规范要求，一开机就进行作业，此时如果水冷变矩器油散是处在发动机冷却循环的小循环中，由于节温器未打开，冷却液不经过水冷变矩器油散，这将导致变矩器油温急剧升高，并有可能导致变矩器损坏。特别是在低温或者寒冷地区，水温上升缓慢，节温器开启滞后，这一问题将会十分突出。

在环境温度为 7。c时对装载机进行特殊工况试验，即冷车在最大油门的情况下使变矩器在极限负荷下工作 ，此时变矩器油温上升十分迅速，在不到 350 S的时间内变矩器油散进 口油温已经达到126 oC，出口油温也超过 110 oC，由于测试时环境温度较低，整个测试过程中水散进 口水温与环境温度基本一致 ，节温器一直处于闭合状态，当变矩器油散进口油温达到 126℃时测试结束 ，此时变矩器油散出现了像烧开水那样的异响现象 ，即水冷变矩器油散处于超温干烧状态。试验数据如图4所示。

针对这一问题，可以在发动机节温器处引出小循环水路 ，在水冷变矩器油散上增加小循环水路接口，将水冷变矩器油散引入到发动机冷却循环的小循环中，无论发动机冷却循环是小循环还是大循环，都会有冷却液经过水冷变矩器油散与变矩器油进行换热 ，从而解决了发动机水路走小循环时无冷却液经过水冷变矩器油散而导致变矩器油温过高的问题。在水路中增加发动机小循环水路的结构示一 9 一 赠O 50 l00 l50 200 250 3O0 350时间／s图4 变矩器油散进出口油温和水散进水口水温曲线图意图如图 5所示。

发图5 增加发动机小循环水路结构示意图3．2 水循环系统阻力增加的风险由于在水路循环中增加了水冷变矩器油散 ，整个水路的阻力必然会增加，进而导致整个水路水流量减少，影响整个装载机散热系统的散热性能。如果发动机进水阻力过大 ，发动机进水口处出现负压，很容易将发动机进水胶管吸瘪 ，发动机水泵出现吸空现象，影响发动机水泵的可靠性。因此，为避免发动机进水阻力过大，必须将水散热器和水冷变矩器油散的水阻控制在规定范围之内，做到水散热器与水冷变矩器油散的水路总阻力低于发动机进水压力的限值，使整个水循环系统的总阻力符合发动机水泵进水阻力的要求。

3．3 水冷变矩器油散的制造质量风险水冷变矩器油散除了水阻要做到最小之外，其一 1O一 制造可靠性也必须满足要求。特别是水路跟油路分隔处的焊接质量 ，必须保证其密封性和可靠性，否则水冷变矩器油散在使用过程中极易出现油水混合现象，造成变矩器油变质，进而导致变矩器损坏；同时冷却液中混入变矩器油后会污染发动机水套和散热系统水路，为清洗发动机水套和散热器以及变矩器造成困难，清洗成本也会很高。因此，水冷变矩器油散制造质量的可靠性将直接影响整个装载机散热系统的可靠性。

4 结束语采用水冷变矩器油散单层布置式散热系统比散热器多层布置的散热系统所需空间小，通过优化各个散热器的尺寸，减少散热器的厚度，可以有效提高通过散热器的风速，从而提高整个散热系统的散热性。此外，采用水冷变矩器油散单层布置的散热系统比散热器多层布置的散热系统的散热效率更高，散热系统的散热性能更强劲。该散热系统除了在安装和性能上的优越性之外，由于散热系统的散热器直接暴露在外，厚度较小，散热器的通透性很好 ，散热系统的清理和维护保养十分方便，维护保养的成本也很低。

本文通过试验验证，证实了装载机散热系统采用水冷变矩器油散的可行性，并分析了在应用过程中产生的问题及相应的解决方案。如果水冷变矩器油散能做到水阻足够小，其水路和油路密封的可靠性和耐久性得到满足，而且在制造成本上能做到与风冷变矩器油散一致，那么散热系统采用水冷变矩器油散在装载机上将会有更广阔的应用前景。

参考文献【1]杨世铭，陶文铨．传热学【M】．第 3版．北京 ：高等教育出版社，1998.

[2]陆国栋，俞小莉，张毅，等．装载机冷却组优化匹配的试验研究[J]．内燃机工程，2005(4)：47—49.

【3】王涛，邳锐，刘阳江，等．旋转打开式散热器在装载机上的应用fJ]．工程机械，201 1，42(9)：1-2.

【41张碧荣，王涛，冯光金，等．高温地区装载机散热系统适应性设计[J]．工程机械 ，2013，44(1)：34—37.

通信地址：广西柳州市柳太路 1号 广西柳工机械股份有限公司装载机研究院(545007) (收稿 日期：2013—04—15)