履帶式推土機油冷器設計及兼容性研究

褚濤 萬光前 譚東東 于德澤 張超 林騰

摘要：本文介紹了履帶式推土機相關系統液壓油的作用及工作溫度范圍，分析了不同油冷器的應用效果，結合履帶式推土機整機冷卻系統對油冷器設計的兼容性給出指導建議。

關鍵詞：推土機;油冷器;設計;兼容性

中圖分類號：TU623.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0005-02

0? 引言

履帶式推土機是一種復雜的機械設備，主要由動力系統、傳動系統、液壓系統、冷卻系統等系統構成。這些系統的運行情況，直接影響履帶式推土機的動力性能、可靠性以及操作舒適性等性能指標。

液壓油是履帶式推土機的重要工作介質，設備運行時各系統中的液壓油能否保持在適合的溫度范圍，直接關系到設備的性能，因此必須采取適當的油冷器對液壓油進行冷卻。同時，設計時還必須統籌考慮其它冷卻單元（如水散熱器、中冷器等），提升油冷器在整個熱管理系統中的兼容性。

1? 履帶式推土機液壓油應用介紹

液壓油時履帶式推土機的重要工作介質，是實現動力傳遞、工作裝置運動等的關鍵因素，同時其還具有一定的冷卻潤滑作用。行業內一般根據其所在系統的功能不同，將應用于履帶式推土機的液壓油粗略地劃分為傳動油和工作油。傳動油和工作油采用不同類型的液壓油，其最佳工作溫度范圍也有區別。

1.1 液壓油作用

液壓油對各類履帶式推土機的功能實現具有不可替代的作用。以液力機械推土機為例，后橋箱內的液壓油冷卻潤滑各個傳動齒輪，同時還可以實現推土機的變速及轉向功能;變扭器中的液壓油實現動力柔性傳遞，提高了推土機適應外界負荷突變的能力;工作系統中的液壓油作為動力傳遞介質，可以使各工作裝置實現目標動作，比如鏟刀提升、傾斜，松土器提升下落，甚至是絞車卷揚;在最新的溫控液驅風扇系統中，風扇泵及馬達通過液壓油實現了風扇驅動。在靜壓傳動推土機系統中，液壓油有著更為直接的關鍵作用，整車通過液壓泵與液壓馬達實現行走、轉向、工作裝置動作以及風扇驅動。

1.2 液壓油種類及溫度控制

履帶式推土機傳動油一般為CF-4及其以上級別的柴油機油，工作油則為46#抗磨液壓油。兩種油的分布有所不同，在液力機械推土機中，傳動油分布在后橋箱、變扭器等傳動部件中，而工作油則分布在諸如鏟刀提升系統等工作液壓系統中，并且有單獨的油箱。在靜壓傳動推土機中，整車用到的都是工作油。為保證液壓油保持適當的粘度，除了根據季節變化添加適合牌號的液壓油外，還需采取必要的冷卻手段將其控制在適當的工作溫度范圍內。一般傳動油工作溫度應控制在90～110℃的范圍內，工作油溫度應控制在55～70℃的范圍內。

2? 不同油冷器的應用及效果

2.1 工作油冷器

由于工作油溫需控制在55～70℃的范圍內，因此行業內普遍采用風冷的冷卻方式。如果采用水冷方式，工作油冷器就需要借助發動機冷卻液作為冷卻介質，而發動機冷卻液溫度一般在75～95℃的范圍內。水冷不但不能達到冷卻工作油的目的，反而有比較明顯的加熱作用。風冷的工作油冷器一般為鋁質板翅式結構，芯體厚度一般在89mm以下。風冷式工作油冷器結構如圖1所示。

2.2 傳動油冷器

由于傳動油工作溫度應控制在90～110℃的范圍內，行業內采用水冷及風冷兩種冷卻方式進行冷卻，水冷式油冷器的應用比例更高。

①水冷式傳動油冷器。設計合理的水冷式油冷器，能使油水（發動機冷卻液）溫差控制在15～20℃范圍內。由于發動機有節溫器等原件，可以使發動機冷卻液溫度控制在適當的溫度范圍內，且不受環境溫度影響。因此水冷式傳動油冷器也可以不受環境溫度的影響，將傳動油溫始終控制在合適的溫度范圍內。水冷式傳動油冷器芯體為釬焊板式散熱器，其結構如圖2所示。水冷式傳動油冷器有的集成在發動機上，如圖3（a）陰影部分所示;有的集成于水散熱器的下水室內，如圖3（b）陰影部分所示。

②風冷式傳動油冷器。風冷式傳動油冷器結構及冷卻原理與工作油冷器一致，區別在于傳動油冷器的芯體厚度一般大于89mm。風冷式傳動油冷器較水冷式更為高效，但是受環境溫度影響較大，尤其是采用不可變速冷卻風扇的情況下。表1是某款推土機風冷式傳動油冷器在不同環境溫度下的散熱參數計算模擬值（風扇轉速不可變條件下）。

由表1數據可見，當環境溫度低于-5℃時，油冷器的出口油溫已經低于75℃，處于過冷的狀態。因此，采用風冷式傳動油冷器時必須配套使用電子風扇、溫控液壓驅風扇等可變速冷卻風扇，以避免環境溫度低時出現傳動油溫過低的情況。

3? 油冷器設計的兼容性研究

在明確履帶式推土機油冷器的設計規則后，還需要著重討論各種油冷器與整機冷卻系統的兼容性，此處兼容性主要指油冷器的布置位置。確保油冷器有適合的布置位置，使油冷器發揮最佳效果。

3.1 工作油冷器布置

實驗表明，冷卻氣流經過水散熱器之后，溫升為20℃左右，而經過中冷器之后溫升則高達40℃左右。以環境溫度為46℃為例，不考慮發動機艙的溫升，冷風經過水散之后溫度會達到66℃左右，經過中冷器之后溫度可達到86℃以上，因此熱風端氣流的溫度一般會達到80℃以上。而工作油適宜的溫度范圍是55～70℃，因此工作油冷器必須布置于整個冷卻系統的冷風端。有兩種推薦的布置形式：與其它散熱器處于同一排，并聯布置;與其它散熱器分兩排布置，但是必須置于冷風端。

3.2 傳動油冷器布置

履帶式推土機推薦采用水冷式傳動油冷器。根據傳動油冷器在冷卻液循環通路中與發動機的位置關系，可以將傳動油冷器分為串聯式油冷器（如圖3（b））及并聯式油冷器（如圖3（a））。串聯布置時，發動機小循環時傳動油冷器無水流經，在低溫環境下，如果發動機一直處于小循環狀態，則傳動油會有過熱的隱患。并聯布置時，傳動油冷器中始終都有冷卻液流過，傳動油冷器冷卻效果可以保證。從冷卻機理上來分析，必須得采用并聯式油冷器。但匯總分析各功率段履帶式推土機的運行數據可知，凈功率180HP以下履帶式推土機傳動系統發熱量較小，采用串聯布置形式也可以滿足要求。

4? 結語

本文對履帶式推土機油冷器設計及兼容性進行了研究分析，并給出以下建議：①工作油冷器必須風冷，必須置于整機冷卻系統的冷風端。②傳動油冷器優先采用水冷，且應與發動機并聯布置，凈功率小于180HP時可以采用串聯布置。③采用速度可變冷卻風扇時，可以采用風冷式傳動油冷器。

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