叉車風扇的選型設計

文/李克忠 毛景松 李元松 鄭云華

一、機型與工況

本文選用杭叉5噸平衡重式叉車為案例機型，該機型配美國通用GM4.3液化石油氣及汽油雙燃料發動機，設定工況為連續滿負荷作業，允許的環境溫度最高為50℃，冷卻液超過110℃將開鍋，發動機功率P1=70kW，最大扭矩時功率P2=60kW，燃油消耗率b =340g/（kW.h）；LPG熱值H=46.13 MJ/kg ；發動機傳給冷卻系統的熱量占燃料熱能的百分比η=0.25；冷卻系統額定功率需散熱量Q1與最大扭矩處散熱量Q2為：

二、冷卻系統結構及風扇型式選擇

叉車風扇布置于整車后方，整車往前方行駛，為了有利于迎面風的利用，冷卻風扇一般選擇結構簡單、安裝方便的軸流式吹風扇，如圖1。綜合考慮散熱量及噪聲因素，叉車風扇葉片建議使用低噪聲大風量的鐮刀形葉片。

風扇與護風圈的徑向間隙控制在10mm～15mm，最大不宜超過3%，否則將大大降低風扇效率。風扇與護風圈軸向關系上，吹風扇在護風圈內的寬度為1/3風扇葉片寬度為宜，吸風扇在護風圈內的寬度為2/3風扇葉片寬度。

表1：散熱器數據

表2：風扇實際使用散熱量

圖1：叉車冷卻系統結構圖

表3：風扇能耗與噪聲表

圖2：風扇性能曲線對比

風扇端面離散熱器芯子太近或者太遠，會出現無風區或者發生回流現象，一般要求風扇端面至散熱器芯子端面為風扇直徑的10%～15%。

三、風扇參數

1.風扇的外徑

根據空氣動力學的原理，風扇的流量與轉速成正比，消耗功率與轉速成三次方關系，風扇的噪聲與轉速成對數關系，因此從燃油經濟性和降低噪聲考慮，應增大風扇的直徑，降低風扇的轉速，一般情況推薦風扇葉尖的圓周線速度在60m/s～76.2m/s之間。發動機轉速、風扇傳動比及散熱器芯子的寬度和高度確定后，可以用上述推薦值來確定風扇外徑，也可以通過調整風扇傳動比來匹配風扇的外徑。

杭叉5噸平衡重式叉車，其發動機額定轉速w=2300r/min，曲軸與風扇轉速比η=1.05，水箱高度a=518mm，寬度b=528mm，葉頂間隙m=10mm，即可選擇風扇直徑d為：

得到風扇直徑范圍為：476mm≤d≤508mm。

2.風扇的散熱量

叉車用發動機的負荷率一般在70%左右，滿載加速行走時可達100%，并且常在最大扭矩點附近轉速工作，發熱量較大。因此,選擇風扇散熱量應該把發動機最大扭矩點與最大功率點兩個工況點都要考慮分析，散熱量數值需要通過風扇的性能數據與散熱器的性能數據，通過匹配計算才能確定，具體方法如下：

風扇的性能數據來源于風扇的型式實驗，目前專業風扇廠家均可提供，將風扇的性能數據與散熱器的性能數據繪制成曲線，如圖2。

圖2 圖2中，6條曲線分別為3個備用風扇在發動機扭矩點轉速時與功率點轉速時的性能曲線，6條風扇性能曲線與水箱風阻-風量曲線的交點為實際工作中的狀態。

散熱器的性能數據通過專門的風洞測試獲取，表1為杭叉5噸平衡重式叉車散熱器數據（冷卻液與環境溫差60℃，水流量為120L/min）。

結合水箱性能數據，可得到每款風扇的實際散熱量，如表2。

根據散熱要求，表2中風扇1扭矩點風量不足，散熱量未能滿足散熱要求，風扇2和風扇3基本符合要求。

冷卻風扇的選型設計恰當與否，直接影響叉車的噪聲和散熱。通過對風扇特征、參數、耗能以及與相關部件的配合等方面的分析，對叉車風扇的選型設計提供了依據。

四、風扇的耗能

風扇的耗能與風扇的風速和靜壓成正比，因此保證換熱效率的條件下，盡量選擇風扇的能耗的更小的，根據上文提到風扇2、風扇3來比較，其相關參數如表3。

根據低能耗原則，選擇風扇3。

五、結語

冷卻風扇的選型設計恰當與否，直接影響叉車的噪聲和散熱。通過對風扇特征、參數、耗能以及與相關部件的配合等方面的分析，對叉車風扇的選型設計提供了依據。