推耙機(jī)散熱系統(tǒng)研究與開發(fā)

摘要：針對農(nóng)作物類工況推耙機(jī)散熱系統(tǒng)常被堵塞引起系統(tǒng)高溫的問題，研發(fā)出一種電子風(fēng)扇中冷器和大片距銅質(zhì)水散熱器，并通過在整機(jī)上的合理布置，有效解決了該工況下散熱器堵塞及高溫問題，研究成果可為類似農(nóng)作物類工況推耙機(jī)、推土機(jī)等散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：推耙機(jī)；中冷器；水散熱器；電子風(fēng)扇

0 " 引言

推耙機(jī)是針對散料作業(yè)開發(fā)出的一種工程機(jī)械，廣泛應(yīng)用于港口大中型船舶貨艙內(nèi)散裝貨物堆集、清艙、平艙工作，同時(shí)還可用于建筑施工作業(yè)、電廠及及礦山沙場等物料歸堆作業(yè)等。針對農(nóng)作物類工況推耙機(jī)散熱系統(tǒng)常被堵塞引起系統(tǒng)高溫的問題，我們研究出一種電子風(fēng)扇中冷器和大片距銅質(zhì)水散熱器，并通過在整機(jī)上的合理布置，有效解決了該工況下散熱器堵塞及高溫問題。

1 " 散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

某國三推耙機(jī)是根據(jù)國家排放法規(guī)要求設(shè)計(jì)的一款排放升級產(chǎn)品，該機(jī)型采用上柴SC8DK型電控發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求，除水散熱器外還需配裝一空空中冷器。在國三升級設(shè)計(jì)時(shí)，水散熱器和空空中冷器均采用鋁制板翅式結(jié)構(gòu)，且二者并列布置于前機(jī)罩內(nèi)，如圖1所示。

與國二推耙機(jī)相比，水散熱器迎風(fēng)面積減小了近1/3。鋁制板翅式結(jié)構(gòu)散熱器的散熱效率高于銅質(zhì)管片式散熱器，經(jīng)計(jì)算認(rèn)為，該設(shè)計(jì)能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)散熱要求，同時(shí)通過發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡測試證明該設(shè)計(jì)滿足要求。

2 " 故障原因分析

2.1 " 故障現(xiàn)象

經(jīng)售后反饋，該型國三推耙機(jī)在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)散熱系統(tǒng)高溫現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備無法正常使用。

2.2 " 作業(yè)工況

作業(yè)物料為船艙內(nèi)大豆、玉米等糧食作物。工作性質(zhì)為物料的清艙、平艙工作。工作環(huán)境為船艙內(nèi)部，由于船艙較為封閉，通風(fēng)差，揚(yáng)塵大，夏天船艙內(nèi)部高溫時(shí)能達(dá)50～60℃。

2.3 " 使用情況

該用戶設(shè)備工作過程中，常有糧食作物通過機(jī)罩上的通風(fēng)孔及機(jī)罩間隙進(jìn)入機(jī)罩內(nèi)部，在風(fēng)扇風(fēng)力作用下，糧食作物被吹到散熱器表面。由于糧食作物直徑大于散熱器芯體外翅片片距，造成大量物料堆集在散熱器表面，進(jìn)而堵塞散熱器外部通道。由于通風(fēng)不良，造成散熱系統(tǒng)高溫。當(dāng)出現(xiàn)高溫后，用戶停止作業(yè)，將推耙機(jī)吊出船艙，利用高壓水槍沖洗散熱器，對進(jìn)入散熱系統(tǒng)的物料進(jìn)行清理，如圖2所示。

2.4 " 故障原因分析

從上面調(diào)研知，該型國三推耙機(jī)散熱系統(tǒng)高溫的主要原因是作業(yè)物料進(jìn)入散熱器，堵塞風(fēng)道，散熱器通風(fēng)不暢，進(jìn)而影響散熱所致。同時(shí)由于采用高壓水槍沖洗散熱器，常常造成散熱器外翅片倒伏現(xiàn)象，進(jìn)一步降低了散熱器通風(fēng)量，加劇了散熱系統(tǒng)高溫。

現(xiàn)場調(diào)研該用戶國二推耙機(jī)使用情況，發(fā)現(xiàn)國二散熱器均已更換自制銅質(zhì)片式水散熱器，且散熱片片距較大，一般在6mm以上，如圖3所示。如此設(shè)計(jì)的散熱器具有良好的通過性，當(dāng)大豆等雜物被風(fēng)扇吹到散熱器上后，由于散熱器片距較大，大豆等雜物能夠很順利的通過散熱器，不會造成堵塞。另外，即使長時(shí)間使用后，散熱器外翅片被物料堵塞，大片距的散熱器也易于清理，用一般壓力的自來水就能輕松沖洗干凈。且特制銅翅片強(qiáng)度高，在水的沖擊下不會倒伏，提高了散熱系統(tǒng)的工況適應(yīng)性。

3 " 散熱系統(tǒng)優(yōu)化方案

通過上述分析知，解決該國三推耙機(jī)散熱系統(tǒng)高溫的關(guān)鍵是減輕或延緩散熱器被作業(yè)物料堵塞。借鑒該用戶國二推耙機(jī)的成功經(jīng)驗(yàn)，就是采用銅質(zhì)管片式散熱器，并將散熱器散熱片偏距加大至6mm以上。但該措施存在2個(gè)問題：一方面，加大片距會降低散熱器散熱面積，為滿足要求，則需要設(shè)計(jì)尺寸更大的散熱器。另一方面，國三發(fā)動(dòng)機(jī)需要設(shè)計(jì)安裝空空中冷器，但空空中冷器不能用銅質(zhì)材料制作。同時(shí)，空空中冷器還與水散熱器并排安裝在前機(jī)罩內(nèi)，使得水散熱器沒有加大的空間。

通過查找相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，汽車散熱系統(tǒng)一般采用電子風(fēng)扇冷卻，由此想到可以將空空中冷器獨(dú)立出來，通過設(shè)計(jì)專用導(dǎo)風(fēng)罩和電子風(fēng)扇進(jìn)行單獨(dú)冷卻。空空中冷器騰出的空間則可用于安裝加大片距的銅質(zhì)管片式散熱器，并用發(fā)動(dòng)機(jī)自帶風(fēng)扇進(jìn)行冷卻。將上述思路與散熱器廠家進(jìn)行了溝通，經(jīng)確認(rèn)上述方案具備可行性。散熱器廠家根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水散和中冷散熱要求分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的散熱器。

優(yōu)化后的散熱系統(tǒng)如圖4所示。對該戶國三推耙機(jī)散熱系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，將空空中冷散熱器獨(dú)立出來，采用電子風(fēng)扇獨(dú)立散熱。空空中冷散熱器通過減振墊安裝在液壓缸支架上部。電子風(fēng)扇采用吸風(fēng)式，風(fēng)扇效率高，同時(shí)保證與發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇氣流一致，提高散熱效果。空空中冷器外面安裝弧形護(hù)網(wǎng)，防止大豆等雜物進(jìn)入散熱器。水散熱器采用片距為15mm的加大型銅質(zhì)管片式散熱器，散熱器通過減振墊安裝在前機(jī)罩內(nèi)，散熱器與風(fēng)扇之間增加?xùn)鸥袷椒郎匙o(hù)網(wǎng)，減小雜物對散熱片的沖擊。

4 " 散熱系統(tǒng)改進(jìn)效果驗(yàn)證

根據(jù)上述優(yōu)化方案對該用戶國三推耙機(jī)進(jìn)行了整改，如圖5所示。整改后對整機(jī)進(jìn)行熱平衡測試，測試結(jié)果滿足要求。用戶通過實(shí)際使用，效果良好，能夠滿足用戶工況要求。

5 " 結(jié)束語

推耙機(jī)使用工況惡劣，而國三升級后的發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)由于采用鋁制板翅式復(fù)合散熱器，其工況適應(yīng)能力較差。為了滿足特殊工況使用要求，需要打破固有思維，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本文的改進(jìn)方案，成功解決了國三推耙機(jī)散熱系統(tǒng)高溫問題，可為農(nóng)作物類工況國三推耙機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供參考，且對森林伐木型推土機(jī)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)也有很好的借鑒意義。