工程機械過熱的原因探究及治理的六項措施

聶德平

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%。
9 T/ H2 d9 w) h0 B6 C(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。
7 b3 I$ e1 q6 ]8 w$ {% ~3 P(3) 熱平衡
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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最佳平衡時，可使工程機械處于高效、節能和環保的運行狀態。工程機械的最佳熱平衡參數如下：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。
: B& t5 g$ t) T8 Y+ H- l(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。
6 r0 L; D' p% Y' d3 |% \(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 J' c6 H5 ?/ [7 K(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。
$ r3 A, f# @- S* Y6 t4 x; r(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，以實現最佳熱平衡。

4.治理過熱的技術措施
& g; O' L5 A3 [9 y4 ?9 f2 }2 H  V(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。
- [% l" `& x1 W/ v" l (6) 其他措施
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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，并避免在太陽輻射最強的時段作業。

alphazhan

學習了                                 

溫柔的虐

說的不錯，頂一個

qiazy

介紹的挺清楚
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