铝、铜水箱热平衡试验研究.doc

铝、铜水箱热平衡试验研究 李江LIJiang；曾宪杰ZENGXian-jie；曾宪任ZENGXian-ren （淮安中科科创精密机械科技有限公司，淮安223200；井冈山市大陇镇农业综合服务站，吉安343600） （HuaianZhongkeKechuangPrecisionMachineryTechnologyCo.，Ltd.，Huaian223200，China；ComprehensiveAgriculturalServiceStationinDalongTown，JinggangshanCity，Jian343600，China） 摘要：液压挖掘机工作环境十分恶劣，尤其对于液压挖掘机，由于其冷却风道空间有限，很容易造成发动机冷却水温过高的现象，从而导致挖掘机工作效率以及使用寿命的降低。目前挖掘机厂家对于发动机冷却系统的设计主要通过经验和反复试验来完成，这一方面延长了设计的周期，同时也增加了试验的强度。本文针对液压挖掘机发动机冷却系统设计过程中存在的共性问题，介绍目前常用的散热器型式，揭示间壁式散热器的传热机理。其次，建立管带式散热器散热特性数学模型，分析散热器传热系数、冷却水温度、散热量、风阻、水阻以及功耗等性能参数与散热器尺寸及流体流速之间的关系。对铝水箱和铜水箱的热平衡进行试验测试，结果表明，铜水箱散热性能较好。 Abstract:Hydraulicexcavatorworkingenvironmentisverybad,especiallyforhydraulicexcavator,duetoitslimitedspaceofcoolingairduct,itiseasytocausethephenomenonofhightemperatureofenginecoolingwater,resultinginthereductionofworkefficiencyandservicelifeoftheexcavator.Currently,theexcavatormanufacturersdesigntheenginecoolingsystemmainlythroughexperienceandtrialanderror,whichextendsthecycleofdesign,andalsoincreasesthestrengthofthetest.Basedonthemonproblemsexistinginthedesignprocessofhydraulicexcavatorenginecoolingsystem,thispaperintroducesthetypeofradiator,revealstherecuperativeheattransfermechanismoftheradiator.Secondly,belttyperadiatorthermalcharacteristicsmathematicalmodelisestablished,andanalyzestherelationshipamongtheperformanceparametersoftheradiatorheattransfercoefficient,coolingwatertemperature,heatrelease,windresistance,waterresistanceandpowerconsumption,thesizeofradiatorandthevelocityofflow.Theheatbalanceofaluminumandcopperwatertankistested,andtheresultsshowedthatthecoolingperformanceofthecopperwatertankisbetter. 关键词：挖掘机；发动机；热平衡；冷却系统 Keywords:excavator；engine；heatbalance；thecoolingsystem ：U263.13：A ：1006-4311（xx）06-0022-02 1试验基本情况 众所周知水箱散热对于机器的重要性，水箱散热效果不好可以影响机器工作，对此作了以下研究。 2试验基本过程及方法 将温度传感器直接放入水箱加水口处，将水箱盖盖好。采用数字温度表对水的温度变化进行记录，从挖掘机到试验场地进行挖土起，每5分钟记录一次温度数据，直到温度到达稳定平衡点为止，通常记录20多个数据便到达平衡。总时间长度为2小时左右。同时记录环境温度，得到两个温度。将08.8.25号的水箱进行对比，看水箱的散热效果是否有所改善。 3综合散热分析 分别以水及油作为控制体，对其进行导热分析。根据导热微分方程可知，控制体自身升高温度所需的热量等于内热源产生的热量减去导出的热量。在分析之前，先做如下假设：发动机在一定转速下，挖掘机在一定工况下，单位时间里内部产生的热量是恒定的；外界环境条件是稳定的（即环境风速是恒定的），则对流换热系数是恒定不变的；整个散热系统达到稳态平衡后。根据以上条件，散热系统达到平衡后，则控制体的温度到达平衡，不再上升。控制体自身不再从外界吸收任何热量。则发动机及挖掘机运转产生的热量全部通过导热散出。根据条件，内热源是恒定的，则单位时间内散热器散出的热量是恒定的。而对于散热器的散热是以对流散热方式。根据对流散热方程Q=h*（t-tw）可知，散热量等于散热系数乘以温度差。根据条件，散热系数h恒定，则可等到控制体的温度与环境气流的温度差是恒定的。即控制体的温度随环境温度按1比1的增长。 对与水散来说，内热源是恒定的，即单位时间内产生的热量是恒定的（在一定工况下）。由于管路不长，所有热量的导出基本可全部来至散热器。因此，散热器的好与差对水温的降低应该具有明显效果。当散热系统到达稳态时，即发动机产生热量全部散热出去，则?椎=h（t-tw）。而我们认为在一定工况下，内热源是恒定的，是个常数，即h（t-tw）=常数；在这种情况下，发动机转速不变，空气流动速度不变，换热系数不变。水的温度随环境温度1比1的增加。且此温度关系对挖掘机的工作状态并无关系！无论在溢流还是正常挖土状态都是成立的，只是溢流状态高温油会对水的温度产生微小的影响。对于油散来说，内热源主要与油的做功，即油缸压缩液压油，产生于油缸及管路流动。它的散热不是集中在散热器，而是在油缸本身与环境空气发生对流换热。环境风速不是稳定的，而在散热器地方的风速由发动机风扇决定，因此对油散的散热系数不能恒定，不满足条件。因此散热器对油的散热不能起到支配作用，反而环境温度及环境风速对液压油的温度影响很大。液压油的温度不随环境温度按1比1增长。 4试验数据 4.1水温度变化情况 水箱和铜水箱的水温变化数据见表1。 从温度差的关系看，可初步判断整改后水箱水散较好点。 4.2油温度变化情况 标注：图1、2分别是整改前后水箱油温变化曲线图，数据见表2。 测试条件：采用红外温度仪测量油箱表面温度。 由于溢流状态与正常挖土状态的液压油温相差较大，其结果数据不能进行比较，需要再进行一次溢流试验才能看出油温散热的状况条件。 5试验结果 水温测试看，铜水箱比铝水箱散热效果要好些。 油散没法比较，两次试验工况不一样。由于场地差别，也可能导致温度的差别，在外作业时，由于室外有风，由于空气对流换热，使得油箱表面温度较低，由此可得液压油的温度偏低。在车间无空气对流，油箱璧的厚度不大，导热梯度可以忽略，故油温较高，另外溢流状态不正常挖土状态油温本身就要高很多。 6结果分析 通过改进后的数据对比可知，改进后的油箱散热功效更好。更有利于机器的运转与工作，此次试验可为我们提供改进的帮助。 参考文献： 1HarperCollinsUK.汽车热平衡能力道路试验方法.xx-6-1. 2热平衡与节能技术M.机械工业出版社，xx-5-30. 3周建立.发动机原理实验教程M.中国电力出版社，xx-9-1. 4陈新元，曾良才，陈奎生，陈四华，吴琼进.液压压下伺服