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。
热门推荐