山东科技大学机械电子工程学院 山东青岛 266510
摘要：热平衡性能是液压挖掘机的一个重要性能，直接影响着整机的使用。目前国产挖掘机生产厂家都在小型液压挖掘机上投入大量的精力进行研究，以期能在市场上占有一席之地。挖掘机冷却不良导致的温度过高，会使得发动机的热效率降低、油耗升高和尾气排放变差，同时由于温度过高会引起润滑效率降低，严重时可能导致机器磨损加剧而缩短寿命。本文结合市场发生的挖掘机高温故障现象，通过理论分析、现场调查、设计改善等，对冷却系统主要组成部品对热平衡性能的影响进行了研究。
关键词：液压挖掘机；热平衡；效率
1 引言
内燃机的基本工作原理都是将燃料的化学能转化为热能，再利用热力循环将热能转化为机械能，最后通过机械系统进行动力的有效输出。发动机气缸内的燃烧会产生大量的热量，这些热量一部分转化为曲轴的有效功，一部分随排气排除，其余通过热传递的方式，经过燃烧室壁面由冷却介质散失到缸外。如果不能及时适度的冷却，那么发动机的缸盖、缸体、活塞等在长时间过热情况下，会强度降低甚至缩短寿命。
通常我们所说的液压挖掘机的热平衡指的是，液压挖掘机在不受外来因素干扰的情况下连续工作一定时间后，发动机水温、液压油油温达到稳定值的状态。在这种热平衡状态下，冷却系统的降温散热量和整机产生并传导出的多余热量基本相等，当然，这是在不考虑机体与外界热交换的情况下。对于液压挖掘机而言，其冷却系统就是其降温装置，因此进行热平衡研究。
2 热平衡冷却系统组成
挖掘机冷却系统的主要组成有水泵、节温器、散热器、副水箱、冷却风扇、空调制冷制热系统等，散热器和冷却风扇作为冷却系统的关键部分是设计的重点。机器运转时，发动机水泵将冷却液泵送到发动机水套、缸盖中用以冷却机体，如果温度足够高令节温器打开，则吸收热量后的冷却液流入散热器并通过吸风风扇进行散热降温，之后冷却液再被水泵泵送入发动机内，这是冷却系统的主要循环过程。
图1.1 冷却系统简图
1）水泵
水泵的主要作用是对冷却液进行加压送到机体和缸盖的水套中，加速循环流动。冷却液在水套中吸收燃烧散热后流入水散热器中，经冷却风扇吸风冷却散热后再进入水泵参与循环，因此得以循环冷却发动机。
2）节温器
它是控制冷却液流动路径的关键部件，通常安装于缸盖与通往散热器的管路之间，其主要作用是随发动机负荷大小和水温高低来控制冷却液流动的小循环或者大循环的开启与切换。
冷却液的小循环，指的是在机器刚启动后的短时间内或环境温度较低运转机器时，机体和冷却液的温度都低于机器的适宜工作温度，为了尽快提升温度同时防止冷却液散热过冷，节温器处于关闭状态，冷却液流经旁通回路直接进入水泵参与循环；大循环则是指冷却液达到了节温器开启温度后，节温器随温度上升逐渐开启直至最大通径，此时冷却液流经散热器通过冷却风扇进行冷却降温，防止系统过热。
3）散热器
散热器的主要作用简单来说就是散热。根据功能的不同，散热器又细分为冷却液散热器、液压油散热器、空气中冷散热器。散热器的设计要充分考虑散热器体积、散热面积和散热系数等参数。
4）副水箱
副水箱的名称是相对于散热器而言，它是水散的补充，其主要作用是蓄水和补水，即在冷却液温升体积膨胀时储存水箱中溢出的冷却液和在冷却系统缺水时补充给水箱相应的冷却液。
5）冷却风扇
风扇的选择直接影响到主机冷却系统的散热效果、噪声，对于挖掘机来讲，目前使用的都是塑料材质吸风式风扇，风扇噪声基本代表了冷却系统的噪声。它安装于散热器的后侧，固定于发动机上，通过皮带驱动，一般不能根据工况自动调节。
6）空调制冷制热系统
这里将空调系统列为冷却系统组成的原因，主要是空调系统的冷凝器一般是与散热器串联在一起的，通常置于散热器的前侧，也是通过风扇的吸风进行冷媒的冷媒以达到制冷的目的。空调制冷时，压缩机工作并将气态的冷媒压缩为高温、高压、气态的冷媒，然后通过管路进入到冷凝器，在冷却风扇空气散热冷却后成为中温、高压的液态冷媒；液化后的冷媒中含有水分和杂质必须经过储液干燥器进行过滤，之后进入膨胀阀；经过过滤干燥后的中温、高压、液态的冷媒经过膨胀阀时，压力、温度急剧下降，成为低温、低压的液态冷媒，之后被送入蒸发器；在蒸发器中，由于空间突然增大、压力减小，液态的冷媒发生汽化并吸收大量的热，因而蒸发器温度下降变冷，这时用风扇吹过蒸发器则出来的是冷风，而空气中的水蒸气遇到冷的蒸发器会冷凝成水并通过出水管流出；最后流经蒸发器的低温、低压、气态的冷媒又进入压缩机继续参与循环。
3 结语
近几年来，随着国内经济的发展，劳动力成本逐年上升，因此市政工程、交通设施、管道等施工对小型液压挖掘机的需求增加明显。小型挖掘机体积小，自带推土铲，可使用铲斗、破碎锤、钻孔器、液压钳、吊钩、电磁吸盘等多功能附属器具，在道路建设、抢修抢险、农田水利、城市改造等方面得到广泛应用。
参考文献
[1]液压挖掘机编委会.液压挖掘机「M].武汉：华中科技大学出版社，2011.
[2]张雷鸣.内燃机冷却系统的优化「D].济南：山东大学，2005.
[3]郭新民，翟丽，高平，王新源.汽车发动机智能冷却系统的研究「J].内燃机工程，2001（1）.
论文作者:张承前
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/11
标签：冷却液论文; 挖掘机论文; 散热器论文; 系统论文; 液压论文; 风扇论文; 发动机论文; 《建筑学研究前沿》2018年第14期论文;