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工程機械過熱的原因探究及治理的六項措施

發布時間:2018-7-12    本文被閱讀 :413 次

工程機械在運行中會產生熱量,其發熱源主要有3種:一是柴油機燃燒系產生的熱源;二是液壓傳動和其他傳動系的運動副在運行中產生摩擦熱;三是液壓油在液壓系統內流動產生的壓力能轉化為熱量.....

工程機械過熱的原因探究及治理的六項措施

工程機械過熱的原因探究及治理的六項措施

1.工程機械的熱平衡

(1)發熱源

    工程機械在運行中會產生熱量,其發熱源主要有3種:一是柴油機燃燒系產生的熱源;二是液壓傳動和其他傳動系的運動副在運行中產生摩擦熱;三是液壓油在液壓系統內流動產生的壓力能轉化為熱量,散發到液壓油和機件中。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37 ~60 ℃。

    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%。

(2)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。冷卻介質有冷卻水、液壓油、變矩器油、機油和空氣;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、空調冷凝器和油箱等。

(3)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。工程機械的熱平衡參數如下:柴油機水溫75~95 ℃,液壓油溫55~75 ℃,變矩器油溫85~90 ℃,機油油溫55~75 ℃。

2.工程機械過熱的原因

(1)發熱源產生過量廢熱

    過量廢熱產生有3種渠道:一是柴油機燃燒工況差,如噴油壓力調整不當、配氣相位失調、噴油定時不準、燃油中含水量超標、柴油機進氣量過多等;二是液壓傳動和其他傳動系產生的摩擦熱增多,如潤滑不良使摩擦加劇;三是壓力損失轉化的熱量過多,如液壓管路堵塞或彎度過大使沿途壓力損失增大,閥組動作過于頻繁,節流和溢流造成能量損失過大。

(2)散熱源冷卻能力不足

    散熱源冷卻能力不足表現在冷卻液質量差、散熱能力下降,如冷卻水為硬水,液壓油和機油黏度過大,風扇、水泵、液壓泵和散熱器失修使冷卻能力不足等。此外,環境溫度過高、操作失誤都可使廢熱產生過多。

3.治理過熱的原則

    治理工程機械過熱的目標是減少發熱、合理散熱和實現熱平衡,治理時可遵循如下的原則。

(1)全方位原則

    工程機械熱平衡是一項系統工程,若出現過熱和過冷故障,必須從發熱源、散熱源和熱平衡等全方位分析原因并制定維修對策。

(2)順序原則

    在分析過熱原因時,建議采用如下順序原則:環境溫度→操作→發熱源→散熱源→綜合分析和治理。采用順序原則可保證發現問題早、查找問題準、治理效果好。

(3)防假原則

    汽缸體、汽缸蓋有裂紋以及汽缸墊密封失效,都會使汽缸內的氣體進入冷卻水道,引起水散熱器中的冷卻水未到沸點而沸騰;高原地區氣壓低,水散熱器的冷卻水也會出現未到沸點即沸騰現象;另外,溫度傳感器失效會將水溫、油溫誤報。因此,在分析過熱原因時應認真分析,防止誤判。

(4)改進原則

    近年來,國外新型工程機械普遍采用高效、低耗柴油機,同時采用按需調速的獨立式液壓驅動風扇和新材質散熱器,所以對老舊工程機械發熱源和散熱源系統進行維修時,建議采用新技術對老舊工程機械進行技術改進,以實現熱平衡。

4.治理過熱的技術措施

(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。

    山東某公路工程處對ZL50型裝載機的傳統散熱系統進行了改造。其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

    治理工程機械過熱的其他技術措施還包括:改進柴油機的燃燒工況,提高熱效率;改善液壓動力元件和執行元件結構和質量;回收制動、減速的慣性能量以及作業裝置下降的重力勢能,提高液壓能利用效率;優化風扇參數(葉片角度、風道等)提高冷卻能力,采用雙水流散熱器提高散熱效率;優化液壓管路布置和閥類元件動作工況,減小壓力損失;提高操作水平,防止超載作業;加強地下室內和深基礎作業場所的通風,并避免在太陽輻射較強的時段作業。

工程機械過熱的原因探究及治理的六項措施
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