浅析双钢轮振动压路机冷却系统的设计

simon-spal

“发动机过热”是目前国内工程机械行业经常提到的话题，理论上双钢轮振动压路机由于使用工况恶劣（压实时沥青路面温度一般超过１００℃）应该更易发生此类问题，然而，徐工双钢轮振动压路机却几乎无此类反馈。本文仅结合徐工双钢轮振动压路机冷却系统的设计思想和冷却系统各组件工作原理来分析原因。
冷却系统的功能是保证在所有工况下发动机都能工作在适当的温度范围内。夏季我们要防止发动机过热，冬季我们要防止发动机过冷，正常使用条件下我们要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。其中发动机过冷的防止、快速正常升温的实现可由发动机冷却系统节温器控制冷却系统大、小循环实现。发动机过热的防止则完全依赖于发动机冷却系统的散热能力。冷却系统有风冷和水冷之分。工程机械发动机大都采用水冷系统；它包括水泵、散热器、风扇、导风罩、水套等，这里我们分别进行分析。
１．水泵
冷却系统中水泵的功用是对冷却液加压，保证其在冷却系统中循环流动。水泵大多由发动机厂家选配，目前广泛采用离心式水泵，该类型水泵利用叶轮转动产生离心力形成水泵进、出口的压差以推动冷却液循环，技术极为成熟，水泵故障率很小。徐工双钢轮振动压路机采用Ｃｕｍｍｉｎｓ原装进口发动机，其水泵的可靠性更加无可置疑。
２．散热器
冷却系统中散热器由进水室、出水室及散热器芯三部分组成。风扇一散热器组合的有效性在很大程度上取决于风扇扫过散热器芯子面积的百分比。因此近似正方形的芯子是最理想的，因其具有最小的未扫过芯子面积。散热器芯有多种结构形式，目前最常用的有管片式散热器芯、管带式散热器芯、板式散热器芯。
管片式散热器芯由由散热管和散热片组成。散热管是焊接在进、出水室的扁管（铝散热器芯一般采用圆管），是冷却液的通道。散热管的外表面焊接散热片以增加散热面积，增强散热能力。管片式散热器结构刚度好，承压能力强。
管带式散热器芯由散热管及波形散热带组成，散热管为扁管并与波形散热带相间的焊在一起，波形散热带上加工有鳍片以增加散热能力。管带式散热器散热能力强、制造简单，但其结构刚度稍差。
板式散热器芯的冷却液通道由成对的金属薄板焊合而成。这种散热器散热效果好、制造简单，但焊缝多不牢固，容易积水垢且不易维修。
充分考虑以上三种散热器芯的优缺点后，徐工双钢轮振动压路机选用在相同体积条件下散热能力最好的双列管带式散热器。同时，整个冷却系统为闭式水冷系统（散热器盖严密地盖在散热器加冷却液口上，水冷系统成为封闭系统），有效扩大了散热器与周围空气的温差，提高了散热器换热效率。
３．风扇
冷却风扇置于散热器后面，发动机前置时采用吸风式风扇、发动机后置时采用吹风式风扇可以充分利用运动工程机械产生的相对风速。一般吹风扇的效率低于吸风扇，原因是吹风扇引入散热器的空气温度高于吸风扇，且吹风扇很难使通过芯子的空气获得良好的分布。风扇的扇风量主要与风扇直径、叶片形状、叶片数、转速等有关。
徐工双钢轮振动压路机风扇采用以下几种方式提高了散热效果：①风扇采用有能力的合格供方产品，确保质量；②采用吸风式风扇；③采用轴流式风扇，该类型风扇的特征在于风扇旋转时，空气沿着风扇旋转轴的轴线流动，从而有利于空气分布。④选用大直径风扇，消耗功率大但扇风量增大；⑤采用翼形叶片断面风扇，翼形断面风扇效率高、消耗功率少；⑥适当增加叶片数，目前徐工压路机风扇叶片数一般为７片或９片。
４．导风罩
风扇导风罩通常安装于风扇外围，导风罩可以使空气在散热芯子上获得更均匀的分布并且阻止空气回流。目前最常用的导风罩有以下三种形式：
①文杜里导风罩（如图１），文杜里导风罩为可变截面结构，该类导风罩具有最好的风扇效率。文杜里导风罩难于加工，目前很少使用。
②环式导风罩（如图２），效率较高，强度好，应用广。
③箱式导风罩（如图３），效率较高，结构简单，应用广。
无论采用何种导风罩都需要精确控制风扇叶尖间隙，理论上风扇叶尖间隙大于风扇直径的２．５％时，风扇的扇风量会急剧下降。当使用配合不良的导风罩时，风扇供风量中的一部分会绕过叶片叶尖而不起冷却作用。
徐工双钢轮振动压路机采用环式导风罩，同时通过先进装配手段将风扇叶尖间隙精确控制在风扇直径的１．２％～１．８％左右，从而最大程度利用了导风罩的导风能力。
综上所述，不管是在冷却系统的选型还是选材上，徐工产品都以确保高可靠性为基础。近几年，徐工双钢轮振动压路机在细节设计及可靠性上不断优化，使我们的产品性能和技术水平在国内同行中一直处于领先地位。

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关于双钢轮振动压路机冷却系统的设计分析，以下为我个人观点：

双钢轮振动压路机的冷却系统是其重要构成部分，设计需确保高效且可靠。系统应以保证发动机及主要部件在适宜的工作温度范围内为前提进行设计。冷却系统需采用合理的散热结构，如散热器位置、风扇设计及水循环路径等均需精细考虑，以平衡设备性能和可靠性。在材料选择、工艺加工和系统控制策略等方面均需保证质量，以确保压路机在各种环境条件下的稳定性和耐久性。设计过程中还需充分考虑冷却系统的维护与检修便利性。总的来说，合理的冷却系统设计对双钢轮振动压路机的性能和使用寿命有着至关重要的影响。