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新挖掘机柴油机为什么过热?

发表时间:2018-08-14 08:21

[转自 工程机械与维修]

1.过热现象

液压挖掘机出厂前,都要进行柴油机工作时的热平衡测试,方法如下:将柴油机油门全开,并使挖掘机动臂、斗杆“憋压”溢流,以模拟柴油机全负荷状态下工作温度。我们对某型号液压挖掘机样机的测试结果表明,该挖掘机所配柴油机全负荷状态下温度偏高,其热平衡测试结果如表1所示。

从测试结果可以看出,在环境温度为45℃时,柴油机缸体冷却液出口液温、机油温度和柴油机室温度均偏高,由此说明该挖掘机在45℃环境中(环境极限温度)工作时,会出现柴油机过热现象。

2.分析柴油机过热原因

液压挖掘机柴油机过热,可能有以下2方面原因:一是柴油机有故障,导致发热量过多,二是冷却系统散热量不足。测试样机时,柴油机技术状况良好,所以过热原因应是散热量不足。柴油机散热主要依靠散热器,散热器的散热能力主要取决于通过散热器芯部的空气量。因此提高冷却风扇的性能,便可有效提高散热器的散热能力。

提高冷却风扇的性能可通过以下3个方案:一是增大风扇直径,二是提高风扇转速,三是减少风扇叶尖与风圈的间隙。该柴油机风扇由前胶带轮直接驱动,转速与柴油机转速相同,风扇转速无法提高。增大风扇直径,则须更换尺寸更大的散热器,并要对柴油机重新布置,实施起来较为困难。此外,提高风扇转速、加大风扇直径等措施均会增大柴油机功率消耗,故第一、第二方案均不可取。综合考虑后认为,通过调整导风罩尺寸以减小风扇叶尖与风圈间隙的方案更快捷有效。

3.分析叶尖间隙与排风量关系

用风速仪测量散热器进风侧风速,发现散热器进风侧个别区域风速很小,仅为1m/s左右,由此说明该机风扇鼓风性能较差。

从理论上讲,风扇叶尖间隙区存在2种空气流动:一是风扇出口与入口存在的压力差,驱动风扇出口的气流沿风扇叶尖与风圈的间隙向入口处回流;二是叶片压风面与吸风面之间存在压力差,驱动气流绕过风扇叶尖间隙回卷形成涡流,如图1所示。由上述2种空气流动引起的气流间的摩擦、冲击及涡流损失,可直接导致风扇排风量和工作效率降低。因此适当地缩小导风圈直径,减少风扇叶尖间隙,可以减少缝隙回流和叶尖涡流,有效提高风扇排风量和工作效率。

某试验机构曾用风压为400Pa的风扇对散热器进行鼓风,测得风扇排风量与叶尖相对间隙(叶尖间隙与风扇直径的比值)之间的对应关系如图2所示。从图2中的曲线中可以看出,相对间隙从1%增大到1.5%时,风扇排风量下降较快;相对间隙从1.5%增大到2%时,风扇排风量下降趋于平缓,相对间隙从2%增大到3.6%时,风扇排风量急剧下降,且风量下降趋势更为明显。

该挖掘机柴油机风扇的直径为φ 5 5 0 m m , 导风罩导风圈内径为φ590mm,叶尖间隙平均为20mm,由此计算出该风扇相对间隙为3.6%。参考图2中曲线可以判断,如果将相对间隙从目前的3.6%稍加减小,风扇排风量就会大幅增加。

4.改进措施

初步决定,将柴油机散热器导风罩导风圈内径由φ590mm改为φ580mm(叶尖间隙为15mm),新型导风圈安装效果图如图3所示。改进后风扇叶尖相对间隙为2.7%,从图2中可以看出,风扇风量会有大幅提高。

为了验证改进效果,再次对柴油机进行热平衡测试,测试数据如表2所示。

从表2可以看出,叶尖间隙、相对间隙更改后,环境温度45℃时柴油机出水口温度、机油温度和柴油机罩温度分别下降5.5℃、6.9℃和4.5℃,且均达到测试标准要求。

叶尖间隙与整机热平衡温度之间的关系较为复杂,在实际应用中,整机热平衡的改善还与风道结构、风扇角度、风扇叶片数量、风扇投影面积、风扇形状等诸多因素密切相关,只是叶尖间隙更改后对热平衡的影响更加显著。


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