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新挖掘機的柴油發動機,為什么會過熱

1.過熱現象

液壓挖掘機出廠前,都要進行柴油機工作時的熱平衡測試,方法如下:將柴油機油門全開,并使挖掘機動臂、斗桿“憋壓”溢流,以模擬柴油機全負荷狀態下工作溫度。我們對某型號液壓挖掘機樣機的測試結果表明,該挖掘機所配柴油機全負荷狀態下溫度偏高,其熱平衡測試結果如表1所示。

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從測試結果可以看出,在環境溫度為45℃時,柴油機缸體冷卻液出口液溫、機油溫度和柴油機室溫度均偏高,由此說明該挖掘機在45℃環境中(環境極限溫度)工作時,會出現柴油機過熱現象。

2.分析柴油機過熱原因

液壓挖掘機柴油機過熱,可能有以下2方面原因:一是柴油機有故障,導致發熱量過多,二是冷卻系統散熱量不足。測試樣機時,柴油機技術狀況良好,所以過熱原因應是散熱量不足。柴油機散熱主要依靠散熱器,散熱器的散熱能力主要取決于通過散熱器芯部的空氣量。因此提高冷卻風扇的性能,便可有效提高散熱器的散熱能力。

提高冷卻風扇的性能可通過以下3個方案:一是增大風扇直徑,二是提高風扇轉速,三是減少風扇葉尖與風圈的間隙。該柴油機風扇由前膠帶輪直接驅動,轉速與柴油機轉速相同,風扇轉速無法提高。增大風扇直徑,則須更換尺寸更大的散熱器,并要對柴油機重新布置,實施起來較為困難。此外,提高風扇轉速、加大風扇直徑等措施均會增大柴油機功率消耗,故第一、第二方案均不可取。綜合考慮后認為,通過調整導風罩尺寸以減小風扇葉尖與風圈間隙的方案更快捷有效。

3.分析葉尖間隙與排風量關系

用風速儀測量散熱器進風側風速,發現散熱器進風側個別區域風速很小,僅為1m/s左右,由此說明該機風扇鼓風性能較差。

從理論上講,風扇葉尖間隙區存在2種空氣流動:一是風扇出口與入口存在的壓力差,驅動風扇出口的氣流沿風扇葉尖與風圈的間隙向入口處回流;二是葉片壓風面與吸風面之間存在壓力差,驅動氣流繞過風扇葉尖間隙回卷形成渦流,如圖1所示。由上述2種空氣流動引起的氣流間的摩擦、沖擊及渦流損失,可直接導致風扇排風量和工作效率降低。因此適當地縮小導風圈直徑,減少風扇葉尖間隙,可以減少縫隙回流和葉尖渦流,有效提高風扇排風量和工作效率。

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某試驗機構曾用風壓為400Pa的風扇對散熱器進行鼓風,測得風扇排風量與葉尖相對間隙(葉尖間隙與風扇直徑的比值)之間的對應關系如圖2所示。從圖2中的曲線中可以看出,相對間隙從1%增大到1.5%時,風扇排風量下降較快;相對間隙從1.5%增大到2%時,風扇排風量下降趨于平緩,相對間隙從2%增大到3.6%時,風扇排風量急劇下降,且風量下降趨勢更為明顯。

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該挖掘機柴油機風扇的直徑為φ 5 5 0 m m , 導風罩導風圈內徑為φ590mm,葉尖間隙平均為20mm,由此計算出該風扇相對間隙為3.6%。參考圖2中曲線可以判斷,如果將相對間隙從目前的3.6%稍加減小,風扇排風量就會大幅增加。

4.改進措施

初步決定,將柴油機散熱器導風罩導風圈內徑由φ590mm改為φ580mm(葉尖間隙為15mm),新型導風圈安裝效果圖如圖3所示。改進后風扇葉尖相對間隙為2.7%,從圖2中可以看出,風扇風量會有大幅提高。

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為了驗證改進效果,再次對柴油機進行熱平衡測試,測試數據如表2所示。

從表2可以看出,葉尖間隙、相對間隙更改后,環境溫度45℃時柴油機出水口溫度、機油溫度和柴油機罩溫度分別下降5.5℃、6.9℃和4.5℃,且均達到測試標準要求。

葉尖間隙與整機熱平衡溫度之間的關系較為復雜,在實際應用中,整機熱平衡的改善還與風道結構、風扇角度、風扇葉片數量、風扇投影面積、風扇形狀等諸多因素密切相關,只是葉尖間隙更改后對熱平衡的影響更加顯著。

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