工程机械过热的原因探究及治理项措施

工程机械过热的原因探究及治理项措施　　1.工程机械的热平衡　　(1) 发热源　　工程机械在运行中会产生热量，其发热源主要有3种：一是柴油机燃烧系产生的热源；二是液压传动和其他传动系的运动副在运行中产生摩擦热；三是液压油在液压系统内流动产生的压力能转化为热量，散发到液压油和机件中。此外，在有太阳辐射的场合作业，还要承受太阳的辐射热，其作业环境温度可达37～60℃。在工程机械主要发热源中，柴油燃烧的废热量约占工程机械废热量的74%，液压传动及其他传动系统运动的摩擦热约占24%，太阳辐射热约占2%。　　(2) 散热源　　工程机械散热源的功能是通过冷却装置驱动冷却介质，吸收和散发工程机械发热源产生的废热。散热源包括冷却介质和冷却装置。冷却介质有冷却水、液压油、变矩器油、机油和空气；冷却装置有风扇、水泵、风扇液压马达(或风扇电动机)、液压泵、冷却水散热器、液压油散热器、变矩器油散热器、机油散热器、涡轮增压中冷器、空调冷凝器和油箱等。　　(3) 热平衡 　　工程机械是集发热源和散热源为一体的机械，其热平衡超过或未达到热平衡温度范围(即过热或过冷)，都会对工程机械运行的可靠性、环保性和效率等产生不利影响。理论和实践表明，当工程机械的发热和散热达到最佳平衡时，可使工程机械处于高效、节能和环保的运行状态。工程机械的最佳热平衡参数如下：柴油机水温75～95℃，液压油温55～75℃，变矩器油温85～90℃，机油油温55～75℃。　　2.工程机械过热的原因　　(1) 发热源产生过量废热　　过量废热产生有3种渠道：一是柴油机燃烧工况差，如喷油压力调整不当、配气相位失调、喷油定时不准、燃油中含水量超标、柴油机进气量过多等；二是液压传动和其他传动系产生的摩擦热增多，如润滑不良使摩擦加剧；三是压力损失转化的热量过多，如液压管路堵塞或弯度过大使沿途压力损失增大，阀组动作过于频繁，节流和溢流造成能量损失过大。　　(2) 散热源冷却能力不足　　散热源冷却能力不足表现在冷却液质量差、散热能力下降，如冷却水为硬水，液压油和机油黏度过大，风扇、水泵、液压泵和散热器失修使冷却能力不足等。此外，环境温度过高、操作失误都可使废热产生过多。　　3.治理过热的原则 　　治理工程机械过热的目标是减少发热、合理散热和实现热平衡，治理时可遵循如下的原则。　　(1) 全方位原则　　工程机械热平衡是一项系统工程，若出现过热和过冷故障，必须从发热源、散热源和热平衡等全方位分析原因并制定维修对策。　　(2) 顺序原则　　在分析过热原因时，建议采用如下顺序原则：环境温度→操作→发热源→散热源→综合分析和治理。采用顺序原则可保证发现问题早、查找问题准、治理效果好。　　(3) 防假原则　　汽缸体、汽缸盖有裂纹以及汽缸垫密封失效，都会使汽缸内的气体进入冷却水道，引起水散热器中的冷却水未到沸点而沸腾；高原地区气压低，水散热器的冷却水也会出现未到沸点即沸腾现象；另外，温度传感器失效会将水温、油温误报。因此，在分析过热原因时应认真分析，防止误判。　　(4) 改进原则 　　近年来，国外新型工程机械普遍采用高效、低耗柴油机，同时采用按需调速的独立式液压驱动风扇和新材质散热器，所以对老旧工程机械发热源和散热源系统进行维修时，建议采用新技术对老旧工程机械进行技术改进，以实现最佳热平衡。　　4.治理过热的技术措施　　(1) 将风扇改为独立式　　传统机型的风扇多为非独立的机械连接式，即风扇由柴油机曲轴通过胶带轮和胶带驱动，风扇转速与曲轴转速同步。该方式在低速大负荷工况时，风扇冷却风量不足，易导致大负荷时工程机械过热；该方式在高速小负荷工况时，风扇高速运转，冷却风量过大，易导致小负荷时工程机械过冷。　　近年来很多公司新开发的机型均采用独立式可按需调速的液压、电子风扇，国内一些维修企业也参照上述机型，将原机的非独立风扇改装为按需调速的独立式风扇。驱动风扇的动力源可按机型的具体情况而定，液压主回路、支回路可分别设置，也可独立安装液压泵。　　(2) 将散热器改为分置式　　传统的散热器组(模块)由水散热器、液压油散热器、变矩器油散热器、机油散热器等依次串联成一组，安装在风扇前端。这种安装型式有如下缺点：多个散热器共用1台风扇冷却， 不能按各自的目标冷却温度进行针对性冷却；多个散热器串联在一起，使冷却空气通过各个散热器的流动阻力增大，并有热量累积效应，缩小了冷空气与散热器中冷却液的温差，降低了散热效果。　　山东某公路工程处对ZL50型装载机的传统散热系统进行了改造。其采用双输出轴液压马达分别驱动水散热器风扇和水泵，安装在发动机前端，对水散热器进行冷却，组成1个模块；液压油散热器由电风扇冷却，与水散热器分离，安装在发动机另一侧组成另一模块。其液压驱动风扇和电动风扇，均采用ECV智能控制，可按各自所需调速散热。　　(3) 改进散热器材质和排列方式　　近年来，国内外开发的散热器新材料有铝泡沫材料、石墨泡沫材料和铝合金等几种，其中美国开发的石墨泡沫材料中的石墨为球形网状结构，接触面很大，具有极高的热扩散率，散热系数比传统铜质散热器高。铝合金散热器质量轻，抗腐蚀性好，散热效果为铜质散热器的106%。铝质冷却水散热器、中冷散热器和机油散热器具有体积小、质量轻、结构紧凑等优点，可将其从传统的串联式布置改为单层并列式布置，使多个散热器可以同时接触到风扇的冷却风，避免各散热器热交换的相互影响，有效提高散热效果。合肥某公司生产的叉车，采用铝质板翅式散热器代替传统铜质散热器，体积减小了50%。　　(4) 采用可逆转风扇　　沃尔沃公司新开发的EC210C挖掘机安装了液压驱动的可逆转风扇，在驾驶室内即可操 纵风扇正、反转(吹风或吸风)。通常工况下，风扇正转(吸风)；当散热器上黏有灰尘等颗粒物时，则可控制风扇反转(吹风)，将尘土等颗粒物吹掉。　　(5) 改善冷却介质的散热效率　　若使用硬水作冷却介质，会使水散热器结垢，降低散热效果，因此应使用合格的软水作冷却水。若在软水中加入1%体积浓度的CuO纳米微粒。则可提高40%导热率。俄罗斯开发的APBK润滑油，可改善润滑油(机油)的摩擦性能，对磨损部位进行动态修复，降低运动副产生的摩擦热，延长运动副的使用寿命。　　(6) 其他措施　　治理工程机械过热的其他技术措施还包括：改进柴油机的燃烧工况，提高热效率；改善液压动力元件和执行元件结构和质量；回收制动、减速的惯性能量以及作业装置下降的重力势能，提高液压能利用效率；优化风扇参数(叶片角度、风道等)提高冷却能力，采用双水流散热器提高散热效率；优化液压管路布置和阀类元件动作工况，减小压力损失；提高操作水平，防止超载作业；加强地下室内和深基础作业场所的通风，并避免在太阳辐射最强的时段作业。