淺談叉車冷卻系統(tǒng)的布置

文/朱軍偉

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淺談叉車冷卻系統(tǒng)的布置

文/朱軍偉

摘 要：隨著國家對發(fā)動機排放要求的逐步提高，叉車選用增壓、增壓中冷發(fā)動機越來越普遍，對其冷卻性能要求也越來越高。冷卻系統(tǒng)的正確設計和安裝，對于獲得滿意的發(fā)動機壽命和整車性能指標值是極其重要的。本文就根據(jù)在叉車冷卻系統(tǒng)的實踐設計與安裝經(jīng)驗作為推薦與用戶作簡單交流。

關鍵詞：叉車冷卻系統(tǒng)；散熱器；風扇

隨著國家對發(fā)動機排放要求的逐步提高，叉車選用增壓、增壓中冷發(fā)動機越來越普遍，對其冷卻性能要求也越來越高。冷卻系統(tǒng)的正確設計和安裝對于獲得滿意的發(fā)動機壽命和整車性能指標值是極其重要的。叉車的冷卻系統(tǒng)一般包括散熱器和風扇兩大部分。本文則根據(jù)叉車冷卻系統(tǒng)的實踐設計與安裝經(jīng)驗，形成論述推薦給用戶并做簡單交流。

一、散熱器的選擇

散熱器從結構形式上可以分成：1.管片式散熱器：其特點是芯子結構強度好，剛性強。缺點是在同樣芯子正面面積下，散熱面積小，散熱效果較差。2.管帶式散熱器：在同樣的芯子正面面積下，管帶式散熱能力可以比管片式提高10%左右，而芯子重量約下降30%，成本可以下降15%左右。因而管帶式散熱器結構在汽車行業(yè)中得到廣泛的應用。3.在上述兩種類型的基礎上，延伸在散熱片或散熱帶上開窗或沖出凸筋的散熱器，在同樣條件下散熱效率可以進一步提高，但也需注意散熱片開窗會帶來易堵塞的副作用。因此在選擇結構時必須從使用要求、性能要求等方面權衡考慮。

散熱器從材料上可以分成：銅質散熱器和鋁質散熱器。銅質散熱器強度高，散熱性好，便于修補，但成本較高。鋁質散熱器重量輕，在相同的散熱性能條件下，重量可以減小25～40%，隨著其制作工藝不斷成熟，加之國際銅價不斷上漲，鋁質散熱器的發(fā)展更展現(xiàn)出廣闊的前景。

雖然也可以通過冷卻能力的計算來設計冷卻系統(tǒng)的散熱器，但在實際的運用中更多的是采用根據(jù)發(fā)動機要求冷卻參數(shù)結合經(jīng)驗值類比的方法，來初步確定散熱器的容量。影響散熱器選擇的因素有：空間、空氣流動阻力、冷卻液流量、功率消耗、噪音和成本。

1.在空間允許的情況下，應選擇正面面積大、厚度薄、正方形的散熱芯。因為散熱器芯正面面積大可以匹配直徑大、轉速低的風扇，從而可以降低風扇的功率消耗和噪音。散熱器芯越厚則風阻越大，越容易被灰塵、碎片、昆蟲等堵塞。正方形的面積可以保證風扇掃過的面積最大。

2.散熱片的最普遍采用的片距是2.7～3.5mm，散熱帶的波峰距一般在4.1～5mm。太疏會導致散熱能力不足，過密則阻力越大，越容易被堵塞。選用一個較小片距的小型散熱器和在較大阻力時也能提供所需空氣流量的風扇，雖可以降低初始成本，但這種方式將造成整個壽命周期內(nèi)蒙受大的風扇功率損耗。

3.建議選用不帶開窗的散熱片或散熱帶，便于清洗，防止窗口堵塞以降低冷卻效果。

4.散熱芯的正面面積可以通過下述式子估算：正面面積=0.31～0.37平方米/100kW。

5.散熱器應該通過橡膠緩沖墊固定在車架上，防止散熱器受到劇烈振動，也可以避免熱脹冷縮時應力過大。

6.當多個散熱器并聯(lián)或串聯(lián)時，應考慮便于清理散熱器之間的堵塞雜物。

7.為防止空氣流動再循環(huán)降低冷卻效果，建議要在散熱器周邊安裝擋風隔板。

二、風扇的選擇

由于叉車發(fā)動機的安裝位置所決定，一般采用吹風扇結構，但散熱效果不如吸風扇好，其主要原因是引入散熱器的空氣溫度要高于吸風扇。

1.風扇轉速與直徑：在消耗相同功率的情況下，低轉速、大直徑風扇的冷卻效果要明顯優(yōu)于高轉速、小直徑風扇。最佳匹配為風扇的直徑等于或略小于散熱器芯的最小尺寸。當風扇直徑大于散熱器芯最小尺寸時，由于水室遮擋了氣流，風扇效果將明顯下降。

2.受噪音限制，一般選擇風扇時，要注意風扇葉尖的線速度不能超過4200～5000m/min?；蛘哌x用外圈帶環(huán)形的風扇，可適當降低高速旋轉時的噪音。

3.風扇外端面到散熱器芯的距離應盡量遠，但受叉車整體布局的限制，一般控制在70～120mm之間。

4.風扇到發(fā)動機體的距離：在風扇支撐彎矩許可的情況下應盡量遠。但風扇墊塊厚度一般也不超過75mm。

5.安裝風扇時禁止使用彈簧墊圈，防止因彈墊切口導致風扇法蘭應力集中。

風扇傳動一般有兩種形式，即剛性傳動和粘性傳動（硅油離合器傳動）。粘性傳動是一種通過雙金屬感溫元件實現(xiàn)溫度控制風扇工作，此時風扇功率消耗可節(jié)約50%左右，所以不僅節(jié)能，而且保證了柴油機有良好的熱狀態(tài)，對柴油機的運行和使用壽命都有明顯的優(yōu)點。因此目前在柴油機上硅油離合器傳動風扇使用越來越多。

三、風扇與散熱器的相對位置布置

在散熱器與風扇之間，需要配置導風罩。常見的吹風式導風罩的結構有三種，如下圖：

為減少風量的側漏，導風罩與散熱器之間的安裝要盡量密封，風扇葉尖與導風罩之間的間隙也應盡量地小，一般取風扇直徑的1.5～2.5%。風扇在導風罩里的軸向位置，一般取1/3在里面，如上圖。

越來越多的叉車選用增壓中冷的發(fā)動機，其冷卻器數(shù)量也是越來越多，包括水冷卻器、變矩器油冷卻器、液壓油冷卻器、中冷器等，傳統(tǒng)的散熱系統(tǒng)布置是將各類散熱器前后串聯(lián)布置，其優(yōu)點是成本低，但其缺點也比較明顯：風阻大，容易堵塞，后面幾個散熱器由于引入的是熱風，效果明顯變差，容易過熱。因此，當散熱器數(shù)量超過3個時，一般不使用串聯(lián)的方式，更推薦采用散熱器并聯(lián)的方式（左右、上下布置），這樣流入每一個散熱器的都是未被加熱的冷空氣，以提高其散熱效果。并且氣流的阻力也小，便于保養(yǎng)和清理。

在某些位置受限制的場合，還可以采用獨立外置式的散熱系統(tǒng)布置。其方式是將一部分或者全部的散熱器布置到一個不受發(fā)動機影響的地方，風扇由液壓馬達驅動。其優(yōu)點是：1.布置靈活；2.可以遠離發(fā)動機的熱輻射；3.可以根據(jù)水溫控制風扇轉速，降低功率損耗；4.保養(yǎng)維護相對方便。

四、其它方面

防凍液具有防凍和防沸的雙重特性，同時還具有防腐蝕等功能。因此，要求用戶必須使用防凍液。

膨脹水箱的使用是消除冷卻系統(tǒng)低壓部分蒸汽，不致產(chǎn)生氣阻及可以補充冷卻水。因此可以作為散熱器的一個補充容積。一般膨脹水箱的容積為冷卻系統(tǒng)總容積的15%左右。安裝膨脹水箱后，可以改善冷卻系統(tǒng)的工作條件。但安裝時應注意位置必須高于散熱器，一般應高400mm左右，使膨脹水箱液柱的壓力值大于進氣閥壓力值（1～12KPa），否則不起作用。

上述內(nèi)容僅在叉車冷卻系統(tǒng)的設計與安裝時提供參考。具體到某一個車型時，除了要滿足整車性能要求以外，必須兼顧成本、空間、噪音和可維修性等因素。最終冷卻系統(tǒng)的性能是否合格，還需通過做整車熱平衡試驗來驗證。

（作者單位：杭叉集團股份有限公司）