ＰＲ。。岍ｓ＆ｓ ｃＴ ｌ产品结构 单钢轮振动压路机冷却系统性能分析 郑兆华，贺良茂，亢涛 徐州 ２２１００４） （徐工集团工程机械股份有限公司 道路机械分公司，江苏［摘要］通过对单钢轮振动压路机散热风扇和水散热器的性能分析，分析影响压路机冷却性能的主 要因素，并提出改进建议。 ［关键词］单钢轮振动压路机；冷却系统；性能分析 ［中图分类号］Ｕ４１５．５２ １ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１００１—５５４Ｘ（２０１６）０３—００７７—０３ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ－ｄｒｕｍ ｖｉｂｒａｔｏｒｙ ｒｏｌｌｅｒ ＺＨＥＮＧ Ｚｈａｏ－ｈｕａ，ＨＥ Ｌｉａｎｇ－ｍａｏ，ＫＡＮＧ Ｔａｏ 单钢轮振动压路机主要用于卵石、砂性土 壤、冰碛土、爆破岩石和粘性土壤的压实作业，也 可用于各种大型工程中对混凝土、稳定土的基础材 作用是冷却进入发动机的空气，增大空气密度，提 升发动机燃烧效率，改善发动机尾气排放。空空中 冷器、转向液压油散热器和动力换挡液压油散热器 三者从上到下排列，并联组成气油复合散热器，而 果压路机增配空调，则空调冷凝器串连于气油复合 散热器之前。 料的压实。压路机使用工况较为恶劣，如露天作 作，必须具有良好的冷却性能。 业、长时间施工和灰尘大等，若要正常可靠地工 发动机水散热器与气油复合散热器串连。另外，如 ｌ压路机冷却系统组成 压路机冷却系统包括发动机水冷却系统、油 ２压路机冷却系统性能分析 ２．１风扇性能分析 冷却系统和空气冷却系统，其主要构成如图ｌ所 示。发动机水冷却系统采用强制水循环冷却方式， 主要外设部件为水散热器，采用管片式散热器芯， 风扇对冷却系统的冷却性能影响较大。某压 路机冷却系统配备的风扇为吸风式塑料风扇，与发 动机转速比为１：１，额定转速为２０００ｒ／ｍｉｎ，直径 散热能力强、制造工艺简单。油冷却系统包括液压 冷却。空气冷却系统需满足发动机对进气的要求， 由空一空中冷器实现空气冷却。空空中冷器的主要 转向系统散热和动力换挡散热，均由油散热器实现 ７００ｍｍ，叶片宽度７８ｍｍ，最小流量５．６３ｍ ／ｓ，最 大功率１０．９ｋＷ。 散热风扇所需功率和转速的３次方成正比例关 系，故降低风扇转速是降低风扇消耗功率最有效的 办法。为了达到良好的散热效果，应尽可能增大风 扇的直径。但风扇直径不能超过散热器芯片的排 列尺寸，否则风扇无法发挥其最大的散热性能。该 机散热器芯片的最小尺寸为６７５ｍｍ，风扇直径为 ７００ｍｍ，两者相差较少，符合性能要求。 １．发动机２．管路３．风扇 ＤＯＩ：１０．１４１８９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｍ１９８１．２０１６．０３．００８ ［收稿日期］２０１５—０９—３１ ４．水散热器５．气油复合散热器 ［通讯地址］郑兆华，江苏省徐州市金山桥开发区桃山路１ 号 图１压路机冷却系统组成 ｒｎ ＪｃＴＤｌ Ｉ ｒ、下ｌ＾ｈＩ ｈ ＾厂、ｌ ＩＩ ｎ、，…＾＾ ７７ 产品结构ｌ 。岍ｓ＆ｓ ｃ Ｅ 考虑整机运行的经济性，风扇运转消耗的功 率占发动机额定功率的比例应控制在５％～６％范围 以内。当发动机在额定工况下工作时，风扇消耗 的功率最大值为１０．９ｋＷ，约占发动机额定功率的 ７．８％。虽超过正常范围，但相差较少，且计算所 用功率为最大值，对整体性能影响不大。 ２．２水散热器分析 （１）护风罩。 护风罩的功能是合理引导气流均匀流过散热 器芯部，避免气流的回流或涡流损失。风扇与散热 器的相对尺寸是确定护风罩结构尺寸的依据，二者 间的空间被护风罩包裹着，形成护风罩的深度。护 风罩的深度越大、过渡的线条越流畅，则气流的流 动性就越好。护风罩与风扇的径向间隙是影响风扇 性能的因素之一。风扇转动时，前后存在压力差， 而且一些气流沿着风扇的径向流向页端的间隙处， 造成气流的回流，影响散热器的进风量。所以风罩 与风扇的径向间隙不能过大，不应大于风扇直径的 ２．５％。该压路机配备的护风罩直径为７３０ｒａｍ，风 扇直径为７００ｍｍ，则风扇页端与护风罩的径向间 隙为１５ｍｍ，其与风扇直径之比为２．１％，表明护风 罩直径符合经验设计要求。 风扇伸入护风罩的位置对于风扇性能也有一 定影响，与风扇的进风效率有很大关系。吸风式风 扇的扇叶以伸人其投影宽度的２／３为最佳，而吹风 式风扇以１／２为最佳。经过实际测量，风扇伸入护 风罩的距离为５０ｍｍ，叶片宽度为７８ｍｍ，两者比 值约为２／３。 （２）正面迎风面积。 水散热器的正面迎风面积越大，散热效果越 好，而由于安装空间的，正面迎风面积不能 过大。根据经验要求，发动机额定功率每１００ ｋＷ 所需的散热器芯部正面积下限为０＿３—０．４ｍ ，工程 机械作业工况较为恶劣，为０．３８～０．５ｍ 之间。该 压路机配备的散热器正面迎风面积为０．５３７ｍ ，发 动机功率为１４０ｋＷ，则每１００ｋＷ的正面迎风面积 为０．３８４ｍ ，在经验许可范围内，基本满足性能要 求。 （３）散热面积。 散热器的总散热面积是所有冷却管和散热带 （片）暴露在空气中的表面积之和。一般通过增大 散热面积达到提升散热器冷却性能的目的，具体措 施包括增加冷却管排数和散热带数量。但过多增加 散热面积会导致散热器的厚度过大，所需风扇功耗 随之增加，影响系统运行的经济性。 压路机散热器的散热面积理论计算如下： 已知散热器散发的热量后，所需散热面积Ｆ为 Ｆ： ｆ １ １ ＫＡｔｍ ‘ 式中 Ｑｗ为散热器需要散发的热量，等于发动机 传给冷却液的热量，ｌ１］９０ｋＷ；Ｋ为散热器的传热 系数； 为散热器贮备系数，受水垢及油泥影响等 一般 ：１．１～１．５，取１．１；Ａ ｔｍ为冷却水与空气的平 均温差， 。 其中散热器的传热系数可用下式计算 ｋ： １ ．，１ （２） ａＬ 式中 为从冷却水到散热器壁的放热系数，与 冷却水流速有关；Ａ 为散热管导热系数；６ 为散 热管壁厚；Ｏ／ 为散热管到空气的散热系数，与空 气流速有关。 在不考虑串连空调冷凝器的影响，经计算得 出ｋ＝２６０ｋＪ／ｍ２．ｈ·℃。 散热器的不同部位其冷却水与空气温差不 同，通常采用平均温差，可由下式计算 一 式中 ，为散热器进水温度； 为散热器出水温 度；ｔｋ，为空气进入散热器时的温度； 为空气离开 散热器时的温度。 不考虑串联冷凝器的影响，计算得出△ｔｍ＝ ３３℃。代入已知数，得出散热面积Ｆ＝４１．５４ｍ 。该 压路机配备的散热器实际散热面积为４２．３ｍ ，大于 理论计算的散热面积，则散热器满足发动机散热 要求。 ２．３冷却系统性能影响因素 经过以上分析可知，在不考虑串连空调冷凝 器的情况下，散热器的散热性能基本满足系统要 求，而在实际使用中，用户要求配备空调。 影响压路机冷却系统性能的主要原因分析如 下： （１）流经散热器的风速降低。压路机选配空 调系统，则在气油复合散热器前部又串连一个冷凝 器，由于风阻加大，风扇静压值不变，则必然使流 经散热器的风速下降，从而引起散热管到空气的散 热系数 下降。由式（２）可知， 下降引起散热 器的散热系数足下降；由式（１）可知，在不改变散 热器的散热面积的情况下，散热系数ｋ下降会引起 实际散热量降低，若低于发动机所需的散热量，势 必造成发动机温度升高。 （２）热回流的影响。因为空气通过散热器后 温度上升，同时经风扇抽吸后压力提高，因而热空 气容易向前端低压处回流，如果散热器周围有间 隙，热空气就会通过间隙重新回流人散热器，称为 热回流，它减少了冷空气的进入量，并使进气温度 上升，将明显降低散热器的冷却效果。热回流直接 引起流经散热器的空气温度上升，从而降低了平均 温差△ 。由式（１）可知，在散热面积和散热系 数不变的情况下，平均温差△ 降低也会引起实际 散热量降低，从而使散热器散热能力降低。 ３结论 根据上述原因分析，提出以下改进建议： （１）增加水散热器的散热面积。由式（１） 可知，增加散热器面积是提高散热能力的直接而 有效的方式。串连冷凝器以后，散热器的平均温 差△ 为２８．３ｃｃ，此时计算得出所需散热面积Ｆ＝ ４８．４４ｍ 。而散热器实际设计面积为４２．３ｍ ，需要 增大散热器面积。由于车架宽度的，散热器散 热面积的增加只能通过增加其厚度来实现，此时还 需考虑是否会导致散热器与机罩发生干涉。 （２）改变水散热器、气油复合散热器和空调 冷凝器的串连方式。根据上述分析可知，气油复合 散热器和空调冷凝器串连于散热器的正前方，大大 增加了散热器的进风阻力，风量减少削弱了散热性 能，所以需改变水散热器、气油复合散热器和空调 冷凝器的串连方式以改善散热性能。三者串联方式 可以改为并连式或者空调冷凝器散热。并联式 散热器虽然能大大降低风阻，但是为了保证足够的 散热能力，需要增加正面迎风面积，故必须考虑散 热器的安装空间。空调冷凝器散热也能在一定 程度上改善散热器性能，但是需要另外加装马达和 风扇，带来整车成本的增加，而且还需考虑车体的 安装空间。 （３）加强散热器与发动机罩接合处的密封 性。为了降低热回流对散热器性能的影响，在散热 器与机罩结合处的两侧分别安装隔热板。为了提高 隔热板的密封性，可在其与机罩结合处的边缘镶嵌 橡胶条或者毛刷，尽可能地避免热风的回流。 ［参考文献］ ［１］杨连生．内燃机设计［Ｍ］．北京：机械工业出版 社，１９９１． ［２］成晓北，潘立，周祥军．车用发动机冷却系统工作过 程与匹配计算［Ｊ］．汽车工程，２００８，３０（９）． ［３］胡永建．大型养路机械用水冷柴油机散热器设计 ［Ｊ］．机车车辆工艺，２００８，６． ［４］亢文祥，徐磊，王兆华．内燃机车散热器散热面积与 冷却风扇功率的匹配［Ｊ］．内燃机车，２００３，５． 雹
