工程機械熱管理系統設計與分析

申金星，韓金華，舒領

(1. 工程兵學院, 江蘇 徐州 221300; 2. 解放軍理工大學, 江蘇 南京 210007；3. 北方自動控制技術研究所，山西 太原 030006)

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工程機械熱管理系統設計與分析

申金星1，韓金華2，舒領3

(1. 工程兵學院, 江蘇 徐州 221300; 2. 解放軍理工大學, 江蘇 南京 210007；3. 北方自動控制技術研究所，山西 太原 030006)

摘要：在高原和高寒等極端氣候與自然環境下，常規的車輛冷卻系統難以滿足工程機械車輛的工作需求。因此熱交換和熱平衡技術應用方面的研究顯示日益重要。研究了熱管理技術及其應用，包括系統集成和關鍵部件的設計等。提出了工程機械的整機熱平衡技術方案。以某型軍用推土機為例，對其原有的冷卻系統進行了試驗研究，應用復合式散熱器與熱管理技術重新設計了其冷卻系統。利用FLOWMASTER流體力學仿真軟件進行了原冷卻系統和改進后的熱管理系統的性能模擬，結果表明新系統具有較高的散熱效率和使用良好熱平衡效果。也表明熱管理技術在軍用和民用工程機械上都有良好的應用前景。

關鍵詞：冷卻系統；熱平衡；熱管理技術；模擬；工程機械

0引言

冷卻系統是發動機的重要組成部分，冷卻系統的匹配設計在整車設計里占有重要的地位。冷卻系統工作的穩定性與可靠性直接關系到整車能否正常運行。燃燒產生的熱量必須通過冷卻系統及時散發出去，才能保證發動機各部分工作在合適的溫度范圍內，維護發動機的結構穩定；增壓后的進氣和用于再循環的廢氣，一般也需要冷卻才能最大限度的提高發動機的動力性、經濟性和排放水平；冷卻系統的耗能在發動機附件中是最高的，冷卻系統也是發動機一個主要的噪聲源。工程機械中需要散熱的部件很多，如發動機需要散熱，液壓泵需要散熱，變矩器需要散熱，空調需要散熱，這些都是要綜合考慮的因素。分析發動機在應用配套中遇到的問題以及相應解決方法，提高工程機械產品品質，是當前所面臨的一個十分緊迫的任務。

傳統散熱系統一般采用風扇定速比驅動結構，系統由散熱器、風扇、節溫器、水泵及管路組成，但該系統不能同時滿足發動機在低速和高速工況的要求。當發動機工作在低速大負荷時，要求冷卻量最大，而此時由于風速較低系統的散熱量處于較低的狀態，因此就會造成冷卻液過熱；在低速小負荷時散熱量卻偏高，使發動機溫度過低。可以認為高原裝備持續高溫，主要是因為在發展滿足高機動性和惡劣環境條件適應性等特殊要求的軍用工程機械過程中，散熱系統研究和發展沒有跟上其他技術發展的步伐。跟蹤國外的高新技術，立足我國的實際情況，研究解決高原工程機械目前存在的散熱問題，加快工程機械熱平衡技術的研究和應用，對于提高工程保障能力，促進行業技術進步等都具有現實意義。本文將首先在理論上對工程機械發動機的散熱情況及熱平衡影響因素進行分析，然后討論在高原上實現整機熱平衡的解決方案，最后將某型輪式推土機為研究對象，分析其在高原地區發動機熱平衡能力不足的原因，結合發動機熱平衡當前及未來可能的技術應用，通過計算機仿真計算，提出改善高原軍用工程機械發動機熱平衡能力的技術措施。

1工程機械熱平衡技術研究

1.1　工程機械散熱不良分析

工程機械尤其是軍用工程機械，其散熱問題突出，可以認為是幾個方面的原因造成的。

1) 為滿足裝備軍事上高機動性能要求，軍用工程機械的功率比大于民用工程機械20%以上。

以50裝載機為例，民用機械為確保其作業經濟性，國家標準規定，發動機功率不得超過120 kW，而我軍裝備的GJZ112裝載機發動機功率達到160 kW，發動機和傳動系統中的變矩器的散熱量相應增加，裝備的熱負荷總量增大。

2) 傳統的散熱系統技術水平低，散熱器效率不高

風扇、風道、散熱器的匹配的優化設計受到諸多因素的制約，簡單的采用增大散熱器散熱面積，調整散熱風扇大小的方式達不到預期的效果。軍用工程機械在重載拖平車和爬長坡條件下裝備發動機近乎全功率輸出，變矩器低效、大扭矩、發熱量高，而系統的散熱能力幾乎到了極限，已無法滿足該工況下散熱強度的要求。

3) 是高原環境條件下空氣密度降低，水的沸點降低等都是機械系統散熱的不利條件。

4) 變矩器油散熱方式設計不十分合理。

傳統的設計思想中，風扇驅動是從發動機曲軸取力，而散熱器的設計一般是以最大扭矩下設計、以最大轉速下核算，或以最大轉速下計算、以最大扭矩工況核算，因此一般情況下冷卻系統不能同時滿足發動機在低速和高速工況的要求。當發動機工作在低速大負荷時，要求冷卻量最大，但是此時由于風速較低系統的散熱量處于較低的狀態，因此就會造成冷卻液過熱；而低速小負荷時散熱量卻偏高，使發動機溫度過低；高速大負荷條件下，由于相應的阻力增加，散熱量偏小使發動機過熱。軍用工程機械由于所要求的散熱量不僅僅是發動機功耗損失，而且還有液力變矩器的液壓油、變速箱油及剎車系統和轉向系統等產生的熱量，而散熱風扇經常處于低速運行條件下工作，空氣帶走的熱量是有限的，因此要求散熱器散掉的熱量比車輛散熱器的散熱量要高得多。

1.2　解決熱平衡問題的癥結分析

針對軍用工程機械高速下換熱量偏低的質量問題，一般的解決方法都是將散熱器的散熱量提高。采用這種方法，當發動機負荷大時，散熱器可以傳遞出更多的熱量，發動機的水溫當然就可以降低了。這種方法雖然能夠解決發動機在高速、大負荷下的冷卻問題，但還有一些問題無法解決，同時還會帶來新的問題。

1) 發動機從大負荷突然將至低負荷時，發動機從高轉速突降至低轉速，如車輛爬坡到坡頂轉為走平路時，冷卻水必定“開鍋”，增大散熱器的散熱量也不能解決這一問題。這是由于系統結構問題而造成的問題。傳統的車輛結構，冷卻系統中風扇和水泵的動力都來源于發動機曲軸，即風扇和水泵的做功多少都是由發動機轉速決定的，而冷卻系統的散熱量除了與散熱器的散熱量有關外，還與風量及水流量直接相關。當發動機冷卻水溫高時，需要大的散熱量，而此時若發動機的轉速往往較低，風扇的轉速就小、水泵的流量也小，系統的散熱性能當然會受到影響；當發動機從高轉速突降至低轉速或零轉速時，雖然對發動機來說需要一段時間的持續的大散熱量，而此時風量和水流量都會突然減小，因此必然會造成“開鍋”。

2) 一味地提高散熱器的散熱量會帶來發動機啟動困難、輸出功率下降、油耗增加、汽缸磨損加快等一系列問題。散熱器的散熱量的提高是整體的散熱量加大，即發動機高速和低速時散熱量都大，如果高速時散熱器的散熱量滿足要求，低速時散熱量往往就偏大。

3) 對于傳統的管片式散熱器來說，增大散熱量還會帶來體積和質量增大的問題。采用雙波浪帶結構也只能解決高速下和大負荷條件下的冷卻問題，而現有的雙波浪帶結構散熱器其可靠性能否滿足軍用工程機械的要求還有待驗證。

鑒于以上原因，傳統的解決發動機冷卻問題的方法實際上是不可行或不科學的。

1.3　工程機械熱管理技術

1) 熱管理技術

所謂熱管理技術，就是從整體角度，統籌發動機與整車關系，對各相關部件及系統進行匹配、優化與控制，來有效解決發動機過熱問題。不僅部件要好，且部件應當對特定用途的系統提供最佳總體性能。由過去重視局部問題解決，轉向重視從系統角度解決問題，這是觀念上的一個重大轉變。熱管理技術利用系統集成技術與理念，對熱管理系統零部件及總成進行模塊化設計與制造，系統化配套。其中電子技術的應用也使發動機冷卻系統、空調系統等由機械產品變為具有高附加值的機械電子產品。

發動機熱管理技術的應用研究主要包括系統集成技術和關鍵部件技術兩個方面。其中熱管理系統集成包括熱管理系統與熱管理對象集成、熱管理系統與整車集成等研究內容，是在熱交換器、冷卻風扇、水泵等熱管理系統關鍵部件研究的基礎上，綜合考慮熱管理對象及整車布置等要求，進行熱管理系統集成設計和匹配優化。發動機熱管理的系統集成，須同時考慮發動機、熱管理各子系統，以及發動機艙內外的相互影響，是一項巨大的系統工程。熱流體分析是發動機熱管理系統集成的基礎和前提。系統集成技術包括熱流體分析技術、設計及系統的匹配、優化和控制，精密冷卻技術、可變高溫冷卻、發動機艙熱管理等。

2) 熱管理系統集成

熱管理系統集成技術，是熱管理研究的主要難點和核心關鍵技術。根據工程機械性能的要求，以及部件/系統使用工況和車用環境，在熱管理對象熱特性研究的基礎上，統籌熱管理系統與整車、熱管理對象的關系，設計和集成有效的熱管理系統，組織流動與傳熱過程，控制溫度變化范圍、勻化部件溫度水平、控制極限溫度，保證在不同季節、地區的各種車用環境和工況下，工程機械熱管理滿足要求。熱管理可從功能、能量、控制和硬件等幾個方面進行系統集成。

功能集成。功能集成是通過各部件/系統之間共享資源，減少通風及各種氣體回路、液體冷卻回路，推薦使用功能組件和標準件，減小硬件的種類和數量，特別是受時空限制的硬件數目等，使得系統既滿足動力系統整體熱管理的性能需要，又從各方面消除潛在的功能重復現象。

能量集成。能量集成是將各種熱能進行綜合調配，盡可能回收廢熱，減小能量浪費，提高能量利用效率。

1.4　推土機熱平衡系統初步方案

基于以上的介紹和分析，如果將軍用工程機械冷卻系統的控制脫離發動機傳動系統，而由水溫、油溫來控制，即將散熱器、風扇、節溫器(或電子溫控開關)、水泵、中冷器等作為一個整體進行設計和匹配，運用“熱管理”的理念，采用高性能的散熱器件，針對裝備的主要熱源—發動機冷卻液和變矩器傳動油的溫度實行目標控制，從根本上解決高原軍用工程機械的熱平衡問題是可能的。

工程機械熱平衡的初步方案擬采用電控的液力馬達驅動的冷卻風扇驅動系統，將風扇的驅動從發動機脫離出來，使風扇的驅動由水溫、液力變矩器油溫以及發動機轉速控制，在冷卻系統的設計過程中將從系統角度考慮。統一設計并進行統一的性能匹配實驗；在系統中增加必要的液壓馬達、電子溫控開關、系統控制器等零部件，同時要對現有的整車安裝結構進行一定的改進。在研究過程中，同時對其他相應技術問題進行比較全面的研究和開發。以下是高原工程機械熱管理系統的初步組成和基本原理。

1) 方案的系統組成

如圖1所示，高原軍用工程機械熱管理系統將由發動機冷卻液散熱器，中冷器散熱器，變矩器傳動油散熱器，冷卻風扇，風扇液壓馬達，風扇液壓泵，熱管理系統控制模塊，溫度傳感器組成。

圖1　原冷卻系統原理圖

2) 系統的工作原理

軍用工程機械主要熱源包括:發動機冷卻液、發動機增壓空-空中冷、變矩器傳動油、液壓油等，為保證有效的散熱，每個熱源的散熱器將熱量直接傳到空氣中。發動機冷卻液和變矩器傳動油通過各自的散熱器由風扇強制冷卻達到散熱的效果，與傳統的形式不同的是，液壓馬達驅動的風扇轉速由控制模塊根據冷卻后的水溫、油溫的參數調整，按造預先設計的程序，電控模塊根據傳感器的測定溫度，調整變量泵的供油量，實現風扇的轉速無級調整，將溫度控制在合理的范圍內，達到熱管理的目的。根據高原軍用工程機械一般使用在海拔4000～5000m的實際情況,一般發動機冷卻液溫度控制在75℃～95℃,變矩器傳動油溫度控制在80℃～95℃,系統適應環境溫度為-40℃～50℃。

2某型推土機散熱系統的設計與仿真分析

2.1　某型推土機散熱系統分析

推土機散熱系統的熱傳遞部件主要有水散熱器、空—空中冷器、油散熱器、風扇、導風罩等。在高原惡劣的環境下，要求柴油機散熱系統的散熱能力能夠滿足柴油機在各種工況下的需要，當工況和環境發生變化時，仍然能夠保證柴油機可靠地工作和維持最佳的冷卻水溫度。液壓油散熱器能夠滿足液壓系統各工況的要求，在最惡劣的環境下維持油溫在正常范圍內。液力變矩器也需要得到充分的冷卻。總之是要求散熱系統散熱性能好，消耗的功率小，啟動后能在短時間內達到正常的工作溫度，拆裝維修方便，使用可靠，壽命長，成本低。

該型軍用推土機具備牽引重載平板車高速行駛功能，作為高原裝備要求滿足高原環境使用要求。

熱源主要有三方面構成：發動機熱負荷、變矩器熱負荷和液壓系統的熱負荷，風扇由發動機曲軸直接驅動。實際使用中表現的問題主要是發動機過熱，尤其在高原環境更為突出。該機型的發動機選用的是康明斯公司發動機，額定功率是168kW。

從系統原理圖中可以看出，該型推土機散熱系統將變矩器油、液壓系統的熱量都先散到冷卻水中，然后通過水箱散熱器一起散發出去。這種結構形式結構上相對比較簡單，將散熱都集中到了散熱水箱這一點。在研究車輛冷卻系統熱平衡特性中，為了研究這種散熱系統的散熱效果，在相關單位的配合下，在推土機、裝載機等不同機型上安裝了不同廠家的散熱水箱在鄭州等地進行了試驗。經過大約半年多的試驗研究，得到了各項性能參數。通過增大風扇的功率和散熱水箱的散熱面積等措施，該散熱系統基本上是能夠滿足散熱要求，但是系統過熱的情況依然存在。需要指出的是：這僅僅是對在特定的環境下采用該種水箱散熱器所進行的試驗，只能說明在這種特定的環境下，選用此類散熱水箱是能夠或者不能解決散熱問題。限于試驗時間和條件的限制，很多工況下的試驗沒有進行，尤其是一些具有代表性的惡劣工況。從試驗的角度來看，對采用此種原理進行設計的散熱系統能否通過改進從根本上解決散熱問題，需要做進一步的試驗研究。

從理論分析的角度，結合該散熱系統的結構和實際應用情況來看，該型推土機散熱系統還存在過熱問題的根本原因還是在于水熱系統的耦合。這造成變矩器油熱量不能交換到水路系統，變矩器油溫升高，熱負荷增大，對數溫差升高，水溫相應升高，在假設水不沸騰的情況下，這是一個不會穩定的換熱過程，油溫升高引起的水溫升高的惡性循環會不停止的繼續下去。事實上水溫在102℃報警后，系統會自保護停止工作，這種狀況在高原狀態下表現得尤為突出。通過校核計算，即使提高散熱器面積10倍，散熱系統將還會存在上述問題，不同的是惡性循環的周期延長而已。

2.2　原散熱系統特點與效果分析

為了研究這種散熱系統的散熱效果，在相關單位的配合下，在推土機、裝載機等不同機型上安裝了不同廠家的散熱水箱在鄭州等地進行了試驗。經過大約半年多的試驗研究，得到了各項性能參數。通過增大風扇的功率和散熱水箱的散熱面積等措施，該散熱系統基本上是能夠滿足散熱要求，但是系統過熱的情況依然存在。需要指出的是：這僅僅是對在特定的環境下采用該種水箱散熱器所進行的試驗，只能說明在這種特定的環境下，選用此類散熱水箱是能夠或者不能解決散熱問題。限于試驗時間和條件的限制，很多工況下的試驗沒有進行，尤其是一些具有代表性的惡劣工況。從試驗的角度來看，對采用此種原理進行設計的散熱系統能否通過改進從根本上解決散熱問題，需要做進一步的試驗研究。

從理論分析的角度，結合該散熱系統的結構和實際應用情況來看，該型推土機散熱系統還存在過熱問題的根本原因還是在于水熱系統的耦合。這造成變矩器油熱量不能交換到水路系統，變矩器油溫升高，熱負荷增大，對數溫差升高，水溫相應升高，在假設水不沸騰的情況下，這是一個不會穩定的換熱過程，油溫升高引起的水溫升高的惡性循環會不停止的繼續下去。事實上水溫在102℃報警后，系統會自保護停止工作，這種狀況在高原狀態下表現得尤為突出。通過校核計算，即使提高散熱器面積10倍，散熱系統將還會存在上述問題，不同的是惡性循環的周期延長而已。

2.3　散熱系統的改進設計方案

要從根本上解決熱平衡問題，運用熱管理的思維，采用模塊化設計的思想，是一個較好的選擇。熱管理技術代表的是一種集成化的思想，目前，各種關鍵部件在國內外基本都有成熟的產品，散熱系統設計實際上可認為是各部件產品的選型設計以及相應控制策略的制定。

經過試驗與論證，采用了如圖2所示的復合散熱器。該散熱器最大的特點就是分離了油水散熱，冷卻水、變矩器油、液壓油都采用各自的散熱器，這是原散熱系統結構上的區別之一。該散熱系統將水熱解耦、風扇由液壓馬達驅動，這是結構上的區別之二。整個散熱系統系統的設計將遵循從系統角度設計的原則和模塊化設計思想。改進后推土機冷卻系統原理圖如圖3所示。

圖2　復合散熱器及風扇示意

圖3　新冷卻系統原理圖

該系統中，風扇由液壓馬達驅動之后，其轉速與發動機無關。一般采用變量液壓泵，通過改變斜盤的傾角來控制流量，從而控制液壓馬達轉速，達到控制風扇轉速的目的。水箱冷卻水的溫度、變矩器的油溫和液壓油的溫度是風扇轉速控制的信號。具體在什么情況下，什么溫度下，風扇的轉速是多少，需要通過仿真分析和實際應用來確定。

2.4　散熱系統的初步評價

經過系統設計、散熱系統元器件需要進行校核計算，對散熱系統進行初步的評價也是很有必要的。要評價散熱系統的優劣，給出能夠反映散熱系統完善程度的量化指標是基礎。這些量化指標不僅要有科學性，而且還需要容易理解，能夠準確方便的測定才行。當前關于這些指標雖然相關研究很多，但還沒有一個統一的標準，通常把下列幾項作為一個初步評價的指標。

1) 功率系數

所謂功率系數是指冷卻風扇的驅動功率與發動機額定功率之比，可用下式來表示：

式中：Pc為冷卻風扇的驅動功率，P為發動機額定功率，單位都是kW。功率系數反映的是冷卻風扇與散熱器匹配的程度。一般值越小，認為匹配的程度越好，因為冷卻系統消耗的功率越小了。坦克步兵戰車等車輛的散熱系統，其值在0.07~0.15之間。

2) 體積系數

體積系數是指發動機冷卻水的容積與發動機額定功率之比，用下式來表示：

其中：Vw為冷卻水的容量，單位是升；P為發動機額定功率，單位是kW。體積系數是反映水系完善程度的指標，對于完善的車輛冷卻系統，它的值在0.1~0.18之間，軍用車輛趨于上限。

3) 有效阻力系數

有效阻力系數是散熱器空氣側的阻力與冷卻風道的總阻力之比，阻力實際上就是壓降，可用下式來表示：

其中，Δpa、Δp分別是散熱器空氣側的阻力和冷卻風道的阻力，對于軍用型冷卻系統，值一般在0.4~0.6之間。

4) 沸騰環境溫度(ATB)

指的是冷卻水達到沸騰時環境溫度，很多國家采用此指標來評價冷卻系統的散熱能力。這是一個溫度指標，一般軍用車輛取35℃~55℃之間。

當然，系統的可靠性、可維修性、可操作性等，也都可以用來定性的評價散熱系統的散熱能力的一些補充。

在系統設計中，根據校核計算，冷卻風扇在轉速為1000r/min時，液壓馬達的功率為23.7kW，即為冷卻風扇的驅動功率。計算一下，采用熱管理的概念設計的推土機散熱系統的功率系數大約為0.14，在基本的范圍之內。對于其他的指標參數，一般都在上述范圍之內，因此可以初步證實方案設計的合理性。但這只是一個經驗值，這是在經驗的基礎之上給出的一個初步、定性的評價，要全面的評價還要做進一步的工作。

當前，評價散熱系統的方法有三種。一是野外實車試驗(包括戰場使用)。這是最直接、最簡單的方法，但是周期會比較長，耗資也大，獲得全面的數據也有些困難，在某一種工況下，試驗的可重復性差。二是進行全系統的臺架模擬試驗。這是近些年發展起來的新技術，采用這樣的方法評價起來比較全面，量化程度高，準確可靠，但是對試驗設備的要求十分苛刻。以上兩種方法，共同的一點就是試驗都是建立在散熱系統的實物基礎之上。隨著計算機軟硬件的發展，計算機仿真技術的發展，出現了第三種方法，計算機仿真。在實物還沒有建立起來之前，先建立相應的數學模型和物理模型，借助于現在先進的仿真技術，就能預先對將要建立的散熱系統進行相應的評估，這樣將會大大節省工程設計的時間、經費等。

2.5　散熱系統的熱平衡仿真分析

針對以上建立的散熱系統模型，在這里選用的是先進的FLOWMASTER軟件來進行仿真，這是目前眾多計算機仿真軟件中對于冷卻系統、熱管理系統十分適用的一款軟件。該軟件是FLOWMASTER International Ltd公司開發的流體仿真軟件。

1) 散熱系統仿真過程設計

仿真設計時分別對該型推土機的原散熱系統和采用熱管理理念進行設計的散熱系統進行了仿真分析。先是建立仿真系統框圖程序。打開FLOWMASTER軟件，建立新文件。仿真框圖程序的建立如同其他仿真軟件一樣，十分方便。根據圖4，從文件庫中選出相應的管道、泵、閥、缸、熱交換器等流體系統常用的元件。在圖4中，可以看到屏幕的左邊有一個一個的器件圖，將之拉入到框圖里面即可。框圖中包含散熱水箱、雙變油換熱器、液壓油換熱器、冷卻風扇、水泵等，按照實際的原理圖將它們連接起來，輸入個元氣件的數值，一個仿真程序就建立起來了。箭頭的方向表示數據流的走向，相應的框圖通過單擊其圖標，能夠顯示所包含的程序以及輸入的數據，可以進行修改。

圖4　原系統的仿真設計框圖

同理，可以建立改進后系統的仿真程序框圖，如圖5所示。

圖5　改進后的散熱系統仿真框圖

2) 散熱系統仿真結果與分析

針對以上的框圖程序，仿真的環境有三組。一組是海拔100m，45℃環境下最大扭矩點工況下冷卻水溫度、變矩器油溫度；一組是海拔3700m，29℃環境下最大扭矩點工況下冷卻水溫度、變矩器油溫度；還有一組是海拔4500m，13℃環境下最大扭矩點工況下冷卻水溫度。圖6-圖7是推土機原散熱系統的部分仿真溫度變化曲線。

圖6　海拔100 m，45 ℃環境最大扭矩點工況冷卻水溫度

圖7　海拔3 700 m，29 ℃環境最大扭矩點工況冷卻水溫度

從圖6和圖7中可以看出，溫度變化也是一個陡然上升的趨勢，然后漸趨平緩，但是沒有不能穩定。從以上的仿真分析可以看出，原散熱系統在適應以上三種仿真環境時，冷卻水和變矩器油溫都是一個上升的趨勢，系統散熱處于一個不斷惡化的狀況，不能有效的保證系統良好的散熱。

圖8-圖9是推土機改進后散熱系統的仿真溫度變化曲線，不僅有不同工況下最大扭矩點的情況，還有額定工況點的情況。

從圖8和圖9中可以看出，在海拔100m，45℃環境下，從仿真開始到溫度趨于平衡的過程后，額定工況點冷卻水的溫度是77℃，變矩器的溫度在103℃度；溫度變化趨勢也是一個上升的過程，但是經過一段時間之后，系統的水溫和變矩器溫度最終趨于一個穩定的值。

3結語

本文的工作表明，將熱管理技術應用于推土機的散熱系統設計中，能夠極大改善推土機的熱平衡特性，提高其在復雜氣象條件及高原環境下的工作性能。通過采用FLOWMASTER軟件對對某型軍用推土機改造前和改造后的散熱系統進行建模分析和仿真研究。仿真結果表明，采用熱管理理念、冷卻風扇獨立驅動結構的散熱系統，其散熱效果大大好于改造前傳統的散熱系統。因此，將熱管理技術用于解決高原軍用工程機械熱平衡問題，技術上是可行的。所以，運用和推廣熱管理技術，以工程機械為切入點，開展熱管理技術及其應用的實用性研究和推廣，提高設備的經濟性、可靠性、安全性，具有相當大的戰略意義。

圖8　海拔100 m，45 ℃環境額定工況點冷卻水溫度

圖9　海拔100 m，45 ℃環境額定工況點變矩器油溫度

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Design and Analysis of Thermal Management System for Bulldozer

SHEN Jin-xing, HAN Jin-hua, SHU Ling

(1. Engineer Academy of PLA ，Xuzhou 221300,Chins； 2. PLA University of Science and Technology，

NanJing 210007,China ；3. North Automatic Control Technology Institute，Taiyuan 030006,China)

Abstract:In the extremely cold plateall elimate and natural environment. it is hard to use the conventional cooling system to meet the demands of construction machinery. The study of heat exchanging and equilibrium technology looks to be in importance day by day, this paper studies the thermal management technology and its application in construction machinery including the system integration and key component technologies and proposes the scheme on thermal equilibrium of whole machine for the construction machinery. A bulldozer is taken as an example, and the original cooling system is studied experimentall. The compound heat radiator for its cooling system is redesigned based on thermal management technology. The thermal radiation simulation of the cooing system or thermal management system for the original system and modified system of the machine is accomplished by means of FLOWMASTER application software. The simulation results demonstrate that the modified heat exchanging system presents better heat dissipation efficiency. Therein this thermal management technology is applied to military and civil engineering.

Keywords:cooling system; thermal equilibrium; thermal-management technology; simulation; construction machinery

中圖分類號：TK323

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)02-0196-05

作者簡介：申金星(1988-)，男，江蘇徐州人，碩士研究生，研究方向為工程裝備保障與作戰應用。