工程機械過熱的原因探究(jiū)及治理的六項措施

1.工程機械的(de)熱平衡

(1)?發熱源

工程機械在運(yùn)行中會産生熱量，其發熱源主要有3種(zhǒng)：一是柴油機燃燒系産(chǎn)生的熱源；二是液壓傳動和其他傳(chuán)動系的(de)運(yùn)動副(fù)在運行中産生摩擦熱；三是液壓油在液(yè)壓系統内流動産生的壓(yā)力(lì)能轉化(huà)為熱量，散發到液壓(yā)油和(hé)機件中。此外，在有(yǒu)太陽輻(fú)射的場合(hé)作業，還要承受太陽的輻射熱，其作業環境溫度可達(dá)37 ～60 ℃。

在工程機械(xiè)主要發熱源中，柴油燃燒的廢熱量約(yuē)占工程(chéng)機械廢熱量的74%，液壓傳動及其他傳動系統運動的摩擦熱約占24%，太陽輻射熱約占2%。

(2)?散熱源

工程機械散熱源的功能是通過冷卻裝置驅動冷卻介質，吸收和散發工程機(jī)械發熱源産生的廢熱。散熱源包括冷卻介質和冷(lěng)卻裝置。冷(lěng)卻介(jiè)質有冷卻水、液壓油、變矩器油(yóu)、機油和空氣；冷卻裝置有風扇(shàn)、水泵、風扇液壓馬達（或風扇電(diàn)動機）、液壓泵、冷卻水(shuǐ)散熱器、液壓油散(sàn)熱器、變矩器油散熱器(qì)、機油散熱(rè)器、渦輪增壓中冷器(qì)、空調冷凝器和油箱等。

(3)?熱平衡

工程機械是集發熱源和散(sàn)熱(rè)源為一體(tǐ)的機(jī)械，其熱平衡超(chāo)過(guò)或未達到(dào)熱平衡溫度範圍(wéi)（即過(guò)熱或過冷），都會對工程(chéng)機械運行的可靠性、環(huán)保(bǎo)性和效率等産生(shēng)不利(lì)影響。理論和實踐表(biǎo)明，當工程機械的發熱和散(sàn)熱達到最佳平衡(héng)時，可使工(gōng)程機械處于高效、節(jiē)能和環保的運行狀态。工程機(jī)械的最(zuì)佳(jiā)熱平衡參數如(rú)下：柴油機水溫75～95 ℃，液壓油溫55～75 ℃，變矩器油溫85～90 ℃，機(jī)油油溫55～75 ℃。

2.工(gōng)程機械過(guò)熱的原(yuán)因

(1)?發熱源産生過(guò)量廢熱

過量廢(fèi)熱(rè)産生有(yǒu)3種渠道：一是柴(chái)油機燃燒工況差，如噴油壓力調整不當、配氣(qì)相位失調、噴油定時不準、燃油中含水量超标、柴油機進氣量過多等；二是液壓傳動和其他傳動系産生的摩擦熱(rè)增多，如(rú)潤滑不良使摩擦加(jiā)劇；三是壓力損失轉化的熱量過多，如液壓管路堵塞或彎度過大使沿途壓力損(sǔn)失增大，閥組動作過于頻繁，節流和溢流(liú)造成能量損失過大。

(2)?散熱源冷卻能力不足

散熱源冷卻能力不足表現在冷卻液質量差、散(sàn)熱能力下(xià)降，如冷卻(què)水(shuǐ)為硬水(shuǐ)，液壓油和機油黏度過大，風扇、水泵、液壓(yā)泵和散熱器失修使(shǐ)冷卻能力不足(zú)等。此外，環境溫度過高、操作失誤都可使廢熱産生(shēng)過(guò)多。

3.治理過熱(rè)的原則

治理工程機械(xiè)過熱的(de)目标是減(jiǎn)少發熱、合理散熱和(hé)實現熱平衡，治(zhì)理(lǐ)時(shí)可遵循如(rú)下的原則。

(1)?全方位原則

工(gōng)程機械(xiè)熱平衡是一項系統(tǒng)工程(chéng)，若出現過熱和過冷故障，必須從發熱源、散(sàn)熱源和熱平衡等全方(fāng)位分析原因并制定維修對策。

(2)?順(shùn)序原則

在(zài)分析過熱原因時，建議采(cǎi)用如下順序原則：環境溫度→操作→發熱源(yuán)→散熱源→綜合分析和治(zhì)理。采用順序原則可保證(zhèng)發現問題早、查找問題準、治理效果好。

(3)?防假原則

汽缸體、汽缸蓋有裂紋以及汽(qì)缸墊密封(fēng)失效(xiào)，都會使汽(qì)缸内的氣體進入(rù)冷(lěng)卻水道，引起水散熱器中的冷卻水未到沸點而沸騰(téng)；高原地區氣壓低，水散熱器(qì)的冷卻水也會出現未到(dào)沸點即沸騰現象；另外，溫(wēn)度傳感器(qì)失效會将水溫、油(yóu)溫誤報。因此，在分(fèn)析過熱原因時應認真分(fèn)析，防(fáng)止誤(wù)判。

(4)?改(gǎi)進原(yuán)則

近年來，國外新型工程機械普遍采用高效、低耗柴油機，同時采用按(àn)需調速的獨立式液(yè)壓驅動風(fēng)扇和新材質散熱器(qì)，所以對老(lǎo)舊工程機械發熱源和散熱(rè)源系統進行(háng)維修時，建議采用新(xīn)技術對老舊工程機械進行技術改進，以實現最佳熱平衡。

4.治理過熱的技術措施

(1)?将風(fēng)扇改為獨(dú)立式

傳統機型的風扇多(duō)為非(fēi)獨立的機械連接式(shì)，即風扇由(yóu)柴油機曲軸通(tōng)過膠帶(dài)輪和膠帶驅動，風(fēng)扇轉速與(yǔ)曲軸轉速同步。該方式在低速大負荷工況時，風扇冷卻風量不足，易導緻大負荷(hé)時工程機械過熱；該(gāi)方式在高速小負荷(hé)工況時，風扇高速運轉，冷卻風量過(guò)大，易導緻小負(fù)荷時工程機械過冷(lěng)。

近年(nián)來很多公(gōng)司新開(kāi)發的機型均采用獨立式可按需(xū)調速的(de)液壓、電子風扇，國内一(yī)些維修企業也參照(zhào)上述機型，将原機的非獨立風扇(shàn)改裝為(wéi)按需調(diào)速的獨立式風扇。驅動(dòng)風扇的動力源可按機型的具體情況而(ér)定，液壓主(zhǔ)回路、支回路可分别設置，也可獨立安裝液壓泵。

(2)?将散熱(rè)器改為分置式(shì)

傳統的散熱器(qì)組（模塊）由水散熱器、液壓(yā)油散熱器、變矩器油散熱器、機油散熱器等依次串聯成一組，安(ān)裝在風扇前端。這(zhè)種安裝型式有如下(xià)缺點：多個散熱(rè)器共用1台風扇(shàn)冷卻，不能按各自的(de)目标冷卻溫度進行針對性冷(lěng)卻；多個散熱器串聯(lián)在一起，使冷卻(què)空氣(qì)通過各個散熱器的流動阻(zǔ)力增大，并有熱量累積效應，縮小(xiǎo)了冷空氣與散熱器(qì)中冷卻液的(de)溫差，降低了散熱效果。

山東某公路工程處對ZL50型裝載機的傳統散熱系統進行了改造。其采用(yòng)雙(shuāng)輸出軸液壓馬達(dá)分别驅(qū)動水散熱器風扇和水(shuǐ)泵，安(ān)裝在發動機前端(duān)，對水散熱器進行冷卻，組成1個模塊；液(yè)壓油散熱器由電風扇冷卻，與(yǔ)水散熱器分離，安裝在發動機另一側組成另一模塊。其液壓驅動風扇(shàn)和電(diàn)動風扇，均采用(yòng)ECV智能控制，可按各自所需調速散熱(rè)。

(3)?改進散熱器材質和(hé)排列方式

近年來，國内外開發的散熱器新材料有鋁泡沫(mò)材料、石墨泡沫材(cái)料和鋁合金等幾種，其中美國開發的石墨泡(pào)沫材料中的石墨為球形(xíng)網狀結構(gòu)，接觸面很大，具有極高的熱(rè)擴散率，散熱系數比傳統銅質散(sàn)熱器高。鋁合金散熱器質量輕，抗腐(fǔ)蝕性好，散熱效果(guǒ)為銅質散熱器的106%。

鋁質冷卻水(shuǐ)散熱器、中冷散熱器和機油散熱(rè)器(qì)具(jù)有體積小、質量(liàng)輕、結構緊湊等優點，可将其從(cóng)傳(chuán)統(tǒng)的串(chuàn)聯式布置改為單層并列式布(bù)置，使多個散熱器可以同時接觸到風扇的冷卻風，避免各散熱器熱交換的相互(hù)影響，有效提高(gāo)散熱效果。合肥某公司生産的叉車(chē)，采用鋁質(zhì)闆翅式散熱器代替傳統銅質(zhì)散熱器，體積減(jiǎn)小了(le)50%。

(4)?采用可逆轉風(fēng)扇

通常(cháng)工況(kuàng)下，風扇正轉（吸風）；當散熱器上黏有灰塵等(děng)顆(kē)粒物時，則可控(kòng)制風扇反(fǎn)轉（吹風），将塵土等顆粒物吹掉。

(5)?改善冷卻介質的散熱效率

若使(shǐ)用硬水作冷卻(què)介質，會使水散熱(rè)器結垢，降低散熱效果，因此應使用合格的(de)軟水作冷卻水。若在(zài)軟水(shuǐ)中加入1%體積(jī)濃度的(de)CuO納米微粒。則可提(tí)高(gāo)40%導熱率。俄羅斯開發(fā)的APBK潤滑油，可改善潤滑油（機油(yóu)）的摩擦性能，對磨損(sǔn)部位進行動态修複，降低運動副産生的摩擦熱，延(yán)長運動副的使用壽命。

(6)?其他措施

治理工(gōng)程機械過(guò)熱的其他技術措施(shī)還包括：改進柴油機的燃燒工(gōng)況，提高熱效率；改善液壓動力(lì)元件(jiàn)和執行元件結構和質量；回收制動、減速(sù)的慣性能量以及作業裝置下降的(de)重力勢能，提高液壓(yā)能利(lì)用效率(lǜ)；優化風扇參數（葉片角(jiǎo)度、風道等）提高冷卻能力，采用雙水流散熱器提高散熱效率；優化(huà)液壓管路布置和閥類元件動作工況，減小壓(yā)力損失；提高操(cāo)作水平，防止超載作業；加強地下室内和深基礎作業場所的通風，并避免(miǎn)在太陽輻射最強的時段作業。