新挖掘機(jī)柴油機(jī)為什么過(guò)熱？

[轉(zhuǎn)自　工程機(jī)械與維修]

1.過(guò)熱現(xiàn)象

液壓挖掘機(jī)出廠前，都要進(jìn)行柴油機(jī)工作時(shí)的熱平衡測(cè)試，方法如下：將柴油機(jī)油門全開(kāi)，并使挖掘機(jī)動(dòng)臂、斗桿“憋壓”溢流，以模擬柴油機(jī)全負(fù)荷狀態(tài)下工作溫度。我們對(duì)某型號(hào)液壓挖掘機(jī)樣機(jī)的測(cè)試結(jié)果表明，該挖掘機(jī)所配柴油機(jī)全負(fù)荷狀態(tài)下溫度偏高，其熱平衡測(cè)試結(jié)果如表1所示。

從測(cè)試結(jié)果可以看出，在環(huán)境溫度為45℃時(shí)，柴油機(jī)缸體冷卻液出口液溫、機(jī)油溫度和柴油機(jī)室溫度均偏高，由此說(shuō)明該挖掘機(jī)在45℃環(huán)境中（環(huán)境極限溫度）工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)柴油機(jī)過(guò)熱現(xiàn)象。

2.分析柴油機(jī)過(guò)熱原因

液壓挖掘機(jī)柴油機(jī)過(guò)熱，可能有以下2方面原因：一是柴油機(jī)有故障，導(dǎo)致發(fā)熱量過(guò)多，二是冷卻系統(tǒng)散熱量不足。測(cè)試樣機(jī)時(shí)，柴油機(jī)技術(shù)狀況良好，所以過(guò)熱原因應(yīng)是散熱量不足。柴油機(jī)散熱主要依靠散熱器，散熱器的散熱能力主要取決于通過(guò)散熱器芯部的空氣量。因此提高冷卻風(fēng)扇的性能，便可有效提高散熱器的散熱能力。

提高冷卻風(fēng)扇的性能可通過(guò)以下3個(gè)方案：一是增大風(fēng)扇直徑，二是提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，三是減少風(fēng)扇葉尖與風(fēng)圈的間隙。該柴油機(jī)風(fēng)扇由前膠帶輪直接驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相同，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速無(wú)法提高。增大風(fēng)扇直徑，則須更換尺寸更大的散熱器，并要對(duì)柴油機(jī)重新布置，實(shí)施起來(lái)較為困難。此外，提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、加大風(fēng)扇直徑等措施均會(huì)增大柴油機(jī)功率消耗，故第一、第二方案均不可取。綜合考慮后認(rèn)為，通過(guò)調(diào)整導(dǎo)風(fēng)罩尺寸以減小風(fēng)扇葉尖與風(fēng)圈間隙的方案更快捷有效。

3.分析葉尖間隙與排風(fēng)量關(guān)系

用風(fēng)速儀測(cè)量散熱器進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)速，發(fā)現(xiàn)散熱器進(jìn)風(fēng)側(cè)個(gè)別區(qū)域風(fēng)速很小，僅為1m/s左右，由此說(shuō)明該機(jī)風(fēng)扇鼓風(fēng)性能較差。

從理論上講，風(fēng)扇葉尖間隙區(qū)存在2種空氣流動(dòng)：一是風(fēng)扇出口與入口存在的壓力差，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇出口的氣流沿風(fēng)扇葉尖與風(fēng)圈的間隙向入口處回流；二是葉片壓風(fēng)面與吸風(fēng)面之間存在壓力差，驅(qū)動(dòng)氣流繞過(guò)風(fēng)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(dòng)引起的氣流間的摩擦、沖擊及渦流損失，可直接導(dǎo)致風(fēng)扇排風(fēng)量和工作效率降低。因此適當(dāng)?shù)乜s小導(dǎo)風(fēng)圈直徑，減少風(fēng)扇葉尖間隙，可以減少縫隙回流和葉尖渦流，有效提高風(fēng)扇排風(fēng)量和工作效率。

某試驗(yàn)機(jī)構(gòu)曾用風(fēng)壓為400Pa的風(fēng)扇對(duì)散熱器進(jìn)行鼓風(fēng)，測(cè)得風(fēng)扇排風(fēng)量與葉尖相對(duì)間隙（葉尖間隙與風(fēng)扇直徑的比值）之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。從圖2中的曲線中可以看出，相對(duì)間隙從1%增大到1.5%時(shí)，風(fēng)扇排風(fēng)量下降較快；相對(duì)間隙從1.5%增大到2%時(shí)，風(fēng)扇排風(fēng)量下降趨于平緩，相對(duì)間隙從2%增大到3.6%時(shí)，風(fēng)扇排風(fēng)量急劇下降，且風(fēng)量下降趨勢(shì)更為明顯。

該挖掘機(jī)柴油機(jī)風(fēng)扇的直徑為φ 5 5 0 m m ， 導(dǎo)風(fēng)罩導(dǎo)風(fēng)圈內(nèi)徑為φ590mm，葉尖間隙平均為20mm，由此計(jì)算出該風(fēng)扇相對(duì)間隙為3.6%。參考圖2中曲線可以判斷，如果將相對(duì)間隙從目前的3.6%稍加減小，風(fēng)扇排風(fēng)量就會(huì)大幅增加。

4.改進(jìn)措施

初步?jīng)Q定，將柴油機(jī)散熱器導(dǎo)風(fēng)罩導(dǎo)風(fēng)圈內(nèi)徑由φ590mm改為φ580mm（葉尖間隙為15mm），新型導(dǎo)風(fēng)圈安裝效果圖如圖3所示。改進(jìn)后風(fēng)扇葉尖相對(duì)間隙為2.7%，從圖2中可以看出，風(fēng)扇風(fēng)量會(huì)有大幅提高。

為了驗(yàn)證改進(jìn)效果，再次對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行熱平衡測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可以看出，葉尖間隙、相對(duì)間隙更改后，環(huán)境溫度45℃時(shí)柴油機(jī)出水口溫度、機(jī)油溫度和柴油機(jī)罩溫度分別下降5.5℃、6.9℃和4.5℃，且均達(dá)到測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求。

葉尖間隙與整機(jī)熱平衡溫度之間的關(guān)系較為復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中，整機(jī)熱平衡的改善還與風(fēng)道結(jié)構(gòu)、風(fēng)扇角度、風(fēng)扇葉片數(shù)量、風(fēng)扇投影面積、風(fēng)扇形狀等諸多因素密切相關(guān)，只是葉尖間隙更改后對(duì)熱平衡的影響更加顯著。