煤礦用重型車輛的發動機艙熱管理分析與研究

摘要：煤礦井下通風性差、車輛行駛速度低，極易導致防爆發動機高溫現象發生，本文基于重型車輛防爆發動機艙的布局現狀，對艙體內的主要熱源進行實時監控，得到發動機艙內相關溫度數據，針對主要熱源進行局部的改造，并對改造后的發動機艙溫度進行試驗，最終對試驗結果進行對比分析，證明了優化設計的正確性，進而指導對發動機艙內熱源與部件的布局，改善發動機艙的散熱性能。

關鍵詞：發動機艙;散熱分析;發動機試驗;仿真對比

1 引言

為滿足長距離、大坡度工況下的運行要求，礦用重型車輛幾乎全部采用大功率防爆發動機，大功率防爆發動機的應用對提高車輛重載大坡度的動力性能起到了關鍵性作用。然而當重型車輛長時間處于重載大坡度爬坡工況時，由于動力系統長期處于高負荷運行狀態，極易導致防爆發動機熱負荷高、發熱量大，對發動機冷卻系統造成沉重的負擔。發動機艙作為發動機系統的主要散熱系統，其散熱性能的好壞直接決定著防爆發動機散熱性能的優劣，影響著整車的運行可靠性、安全性。因此對發動機艙進行熱管理分析，對改善礦用重型車輛發動機艙的散熱條件，提高動力系統工作效率和可靠性具有重大意義。

盡管我國在防爆發動機設計方面具備很強的技術經驗，但是長久以來，對于重型車輛發動機艙的散熱性能仍然是依賴經驗設計，在整車制造完成前并未對發動機艙的散熱性能進行準確計算，導致發動機艙的散熱性能無法準確衡量。

2 仿真分析

為更好地解決柴油機散熱問題，避免因柴油機高溫保護導致的停機等一系列影響，選擇模擬柴油機大坡度重載工況下，對其防爆系統進行了散熱分析。結合相關軟件，輸入散熱系統元部件參數及防爆柴油機散熱量計算方法，對柴油機散熱系統進行了流固耦合仿真分析，并通過試驗對其分析結果進行了驗證，試驗模擬井下環境，設置環境溫度為33℃。

防爆柴油機理論散熱量為：

其中：

η—傳給冷卻系統的熱量占燃料熱能的百分比，對柴油機η取0.18～0.25;

—內燃機燃料消耗率，kg/kW·h;

—內燃機功率，kW;

—燃料低熱值，kJ/kg;

圖3-12 ?柴油機艙網格劃分

3、試驗研究

防爆柴油機采用單體泵電控噴油技術。由發動機控制單元（ECU）控制燃油噴射時刻、噴射脈寬和噴射規律。電控技術可實現噴油定時可變。噴油提前角的大小對柴油機運行狀況影響很大，燃油消耗率、排放指標、熱平衡等參數相互影響，在合理控制燃油消耗的基礎上，有效優化排放指標及熱平衡至關重要。項目針對相關工況，通過臺架試驗獲得最佳噴油提前角的變化規律，實現在滿足國三排放的基礎上，取得較低的燃油消耗率和良好的熱平衡。發動機系統熱平衡試驗及優化后的噴油規律見圖3-1、圖3-2所示。

1）實驗設備

測試車道路實驗所用的溫度測試儀器包括三種溫度范圍 K 型溫度傳感器、十六通道數據采集模塊、紅外成像儀、電源線、高溫膠帶以及卡箍及扎絲等固定工具。

結合仿真及試驗數據，最終在分析得到的易高溫位置設計加裝了隔熱罩，處理后最高溫降低10℃左右，可滿足整機的使用條件。

5、結語

基于CFD分析和試驗方法，研究了發動機艙內各位置的溫度信息，通過對發動機艙進行優化設計，得到優化前后的數據對比信息，證明優化后結果滿足設計要求。

參考文獻

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作者簡介：任肖利（1987-），男，山西忻州人，碩士，現從事煤礦機械設計研發工作。