淺析影響裝載機熱平衡試驗結果的若干因素

黃 岸

（柳州汽車檢測有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

工程機械是我國裝備行業的重要組成部分，也是我國國民經濟支柱產業之一。隸屬于鏟土運輸機械中的輪式裝載機（以下簡稱“裝載機”），廣泛應用于礦山、基建、道路修建、港口、煤炭、水利等場所，進行裝卸、鏟運等作業，是一種多用途、高效率的工程機械。

在對裝載機的研究中，散熱性能無疑是關系到其工作性能的一個重要指標，隨著排放要求的提高，以及工程機械向大容量、大功率方向發展，工程機械的散熱問題逐漸引起了人們的重視，連續的高強度作業對裝載機散熱系統的散熱性能提出嚴苛的要求，因此，如何用正確的試驗方法，得出準確的熱平衡數據來反映真實的散熱能力顯得至關重要[1]。

1 試驗方法

裝載機的散熱系統由水散熱器、液壓油散熱器、中冷散熱器、冷卻風扇和導風罩組成，各散熱器安裝形式為三并聯一體式安裝，如圖1所示[2]。一個散熱系統的散熱能力直接體現在幾個散熱器的進出口溫度是否達到設計要求。現場方法將熱電偶一端連接到數據采集儀，另一端則連接到測點。

圖1 散熱系統的結構

對于水散熱器而言，由于拆裝方便，將熱電偶直接插進散熱器進出口的冷卻液從而得到水溫，中冷散熱器與水散熱器接法相同將熱電偶插入中冷管測量溫度，但是對于液壓油散熱器，因為拆裝不易，而且拆裝容易引起油料泄露污染環境，因此只能將熱電偶粘在進出口的軟管接頭管壁上，然后用海綿包住保溫，海綿外面用膠布包住以防透風，再用卡箍或扎帶固定。

另外，為了換算45℃下各散熱器進出口溫度，還要實時測出環境溫度，只需將熱電偶懸掛在駕駛室附近即可，同時還用杯子保證測點不被陽光直接照射但是要通風良好。

2 問題及解決措施

2.1 環境溫度測量

裝載機鏟裝運輸都是露天作業，且環境大多數極端惡劣，如煤礦、石場等，懸掛在試驗樣機駕駛室附近的環境溫度測點（如圖2）容易受到地表溫度輻射；在作業過程中，由于發動機發熱、液壓系統發熱和機械摩擦發熱等，環境溫度測點也會受到來自樣機本身的溫度輻射；如果風扇是吹風風扇，風從車后往車前吹，經過散熱器和發動機的熱風從構件之間的縫隙吹到駕駛室附近，也有可能會影響環境溫度測點的溫度；裝載機在作業鏟裝中，前進和后退都會受到自然風的吹襲，并且風向截然相反，環境溫度測點必將無可避免受到波及。綜上所述，該測點受到的影響因素很多，如圖3所示，不能夠真實反映環境溫度的真實變化。

圖2 熱平衡試驗裝載機上的環境溫度測點

圖3 環境溫度測點的影響因素

可做一個類似氣象站的百葉箱，百葉箱離地面高度大約1.5 m，放置在試驗現場，把環境溫度測點放進里面，這樣既可以防止太陽對測點的直接輻射、地面的輻射和樣機輻射，又可以保護測點免受因為樣機作業而引起的熱風、強風的影響，同時適當的通風，能真實地感應外界空氣溫度的變化。

2.2 液壓油散熱器進出口溫度測量

從試驗方法可知，熱電偶粘在軟管的彎管接頭管壁上，然后用海綿保溫，再用膠布包住保證測點不透風，最后上緊卡箍或用扎帶固定住，此時測到的溫度是管壁的溫度而不是油液本身的溫度，雖然溫度有導熱性，會從溫度高的油液傳到溫度低的管壁，但是溫度從油液傳導到管壁的同時也散發流失到空氣中，因此管壁溫度不等同與液壓油液的溫度，它是有溫差的。

為了測出真實液壓油液的溫度，必須把熱電偶插入油液中測量。設計一個墊塊，墊塊厚度方向開個螺紋孔。再設計一個螺栓，沿著螺栓軸心方向鉆個通孔，將熱電偶穿入，并用玻璃膠粘穩固定住，如圖4所示[3]。裝配時候先把軟管和墊塊裝好，再裝上散熱器的進出口，最后把穿有熱電偶的螺栓裝在墊塊的螺紋孔，這樣就可以直接測到油液的溫度了。

圖4 螺栓

2.3 熱平衡溫度折算方法

熱平衡傳統折算方法為：

其中：Te為折算45℃環境溫度下熱平衡溫度；Tn為環境溫度；Teo為當前溫度下的熱平衡溫度。采用傳統折算方法時，環境溫度Tn與Te的線性關系a為1，無需溫度補償。但是由于空氣、發動機冷卻液和油液等介質的比熱容不一樣，溫度傳導能力也不盡相同，簡單而籠統的不分介質的按照線性比為1來計算45℃環境溫度下的熱平衡溫度是粗獷及不科學的，因此有必要找出Te和Tn的線性關系a，即線性函數Y=aX+b里的a。

拿水散熱器做例子，做10組熱平衡試驗，在不同環境溫度下實測出水散熱器進口平衡溫度如表1所示。

表1 10組熱平衡試驗水散熱器進口處平衡溫度

把得到的數據利用EXCEL擬合成直線圖并顯示公式，如圖5所示。

圖5 利用EXCEL做出的擬合圖

從圖中公式Y=0.7583 X+64.552可知，水散熱器a≈0.76，因此水散熱器熱平衡折算公式為：Te=Teo+（45-Tn）·0.76。同理，用同樣的方法可求出液壓油散熱器和中冷散熱器的a。

2.4 試驗操作手的因素

一次熱平衡試驗2 h，一個操作手前一個小時進入狀態和后一個小時疲勞不在狀態的操作水平是有差別的，個人的技術水平和他對樣機操作的熟練程度等因素對熱平衡試驗數據都產生直接的影響。為了盡可能消除這些不利影響，一次試驗一臺樣機安排兩個操作手分別負責前半程和后半程的試驗操作。如果是兩臺樣機同時做對比試驗，則試驗做到一半時對換操作手，把影響試驗結果的人為因素降到最低。

3 結論

通過以上分析看出，影響熱平衡試驗結果的因素很多，有人為的因素，也有試驗方法的因素，這些不利因素或多或少的影響試驗數據，但這并不可怕，只要本著科學的態度，積極認真的分析原因，就能找到問題所在并一個一個把它解決掉。