關(guān)于LT1055起重機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫問(wèn)題解決方案的研究

李志國(guó)

摘? 要：從LT1055起重機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫超高問(wèn)題出發(fā)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫問(wèn)題從車輛使用和維修技術(shù)角度進(jìn)行了探討分析，引起發(fā)動(dòng)機(jī)高溫的原因是多方面的，有自然因素，有操作因素、有維修因素，面對(duì)如此復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文從理論方面進(jìn)行了系統(tǒng)闡述、并在試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵步驟如核心數(shù)據(jù)進(jìn)行了重點(diǎn)說(shuō)明，提出了較為適用、合理、有效的方案，并最終取得良好效果。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)? 發(fā)動(dòng)機(jī)? 高溫? 散熱器? 風(fēng)扇? 冷卻液。

中圖分類號(hào)：TU607? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）11（c）-0059-04

Research on Solution of LT1055 Crane Engine High Temperature Problem

LI Zhiguo

（Zhuneng Equipment Maintenance Center， Ordos， Inner Mongolia Autonmous Region， 010300 China）

Abstract： Starting from the problem of super high water temperature of LT1055 crane engine， this paper discusses and analyzes the high temperature problem of engine from the perspective of vehicle use and maintenance technology. The causes of engine high temperature are various， including natural factors， operation factors and maintenance factors. In the face of such complex system engineering， this paper systematically expounds the theoretical aspects， and in the process of test operation the key steps such as the core data are highlighted， and a more applicable， reasonable and effective scheme is proposed， and good results are finally achieved.

Key Words： Crane; Engine; High temperature; Radiator; Fan; Coolant

LT1055起重機(jī)在準(zhǔn)能公司黑岱溝露天煤礦（以下簡(jiǎn)稱“黑岱溝露天煤礦”）的使用維修情況

LT1055起重機(jī)是由四川長(zhǎng)江工程起重機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，2007年準(zhǔn)能公司設(shè)備維修中心購(gòu)入，共3臺(tái)，日常使用維護(hù)保養(yǎng)由準(zhǔn)能公司設(shè)備維修中心整備車間負(fù)責(zé)。該型號(hào)起重機(jī)上車起重系統(tǒng)和下車行走系統(tǒng)分別采用獨(dú)立的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。上車發(fā)動(dòng)機(jī)選用132kW/2200r/min的康明斯6BTA5.9-C180柴油發(fā)動(dòng)機(jī);下車發(fā)動(dòng)機(jī)使用的是維柴WP10.336發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)為直列6缸、水冷式，（176kW/2500r/min）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

這3臺(tái)LT1055起重機(jī)在新投運(yùn)的前幾年整車狀況還算正常，但在后期的使用中，每到夏季環(huán)境氣溫達(dá)到20℃以上的時(shí)候，車輛進(jìn)行大長(zhǎng)坡道的爬坡運(yùn)行時(shí)就總會(huì)出現(xiàn)高溫熄火車輛自動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)象。黑岱溝露天煤礦位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)，屬溫帶大陸性氣候，夏季干旱炎熱、氣溫一般在20～30℃之間。作為年生產(chǎn)能力3400萬(wàn)t的大型露天煤礦，卡車、電鏟24h不間斷工作，隨之配套的的起重設(shè)備調(diào)配頻繁，出動(dòng)率要求較高，必須在90%以上，出入采掘區(qū)域和大坡道行駛是常態(tài)，由于高溫故障頻發(fā)，導(dǎo)致該類型車輛一到夏季就很難保證正常的作業(yè)調(diào)配了。

1? 發(fā)動(dòng)機(jī)高溫故障的成因分析

總體來(lái)說(shuō)，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和使用改變了人們的生活方式，引發(fā)了能源革命的轉(zhuǎn)型，為汽車、火車、輪船提供了動(dòng)力來(lái)源，也為人類社會(huì)的高速發(fā)展做出了極大的貢獻(xiàn)。在內(nèi)燃機(jī)發(fā)明后的一百年里人類社會(huì)歷經(jīng)了工業(yè)大革命，機(jī)械化程度飛速發(fā)展、上天入地的神話變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。但是隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展隨之而來(lái)的能源問(wèn)題、污染問(wèn)題也日趨突現(xiàn)。最初的內(nèi)燃機(jī)雖然實(shí)現(xiàn)了能源的自動(dòng)轉(zhuǎn)化，可是能源利用效率卻不高的，據(jù)資料顯示至20世紀(jì)末我們大量的內(nèi)燃機(jī)的燃料能量有效利用率還大多停留在50%以下，甚至有的只有30%左右。如此低的能量利用率究其根本主要就是熱能的直接浪費(fèi)。眾所周知內(nèi)燃機(jī)是依靠燃料在燃燒室內(nèi)快速燃燒把燃料中的化學(xué)能變成熱能的，熱能使氣體瞬間膨脹爆發(fā)推動(dòng)活塞移動(dòng)，才形成了運(yùn)動(dòng)所需要的機(jī)械能，被人類利用。其中的燃燒是能源從化學(xué)能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能必須的重要過(guò)程，但目前并不能完全地利用這份燃燒所產(chǎn)生的能量，大量無(wú)法利用的剩余熱能只能積蓄在內(nèi)燃機(jī)里，成為了內(nèi)燃機(jī)繼續(xù)正常運(yùn)行的最大障礙。這些剩余的熱能造成機(jī)器的紅熱，改變結(jié)構(gòu)機(jī)理，破壞運(yùn)行環(huán)境甚至是機(jī)體的徹底瓦解報(bào)廢。為此人們?cè)O(shè)計(jì)了將這些剩余熱能的導(dǎo)出機(jī)構(gòu)，這就是發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱冷卻系統(tǒng)。

從車輛使用的角度出發(fā)，車輛發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)高溫現(xiàn)象解決排除時(shí)一般考慮的不外乎就是以下幾點(diǎn)：（1）缺水引發(fā)高溫。長(zhǎng)時(shí)間的微量滲漏或是溢流蒸發(fā)一般是不會(huì)引起使用者的注意，但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的積攢到最后某一天就會(huì)發(fā)生缺水報(bào)警甚至是引發(fā)高溫停機(jī)。這種情況比較常見(jiàn)，所以在對(duì)待發(fā)動(dòng)機(jī)高溫情況時(shí)，人們第一做法就是檢查冷卻液水位，通過(guò)補(bǔ)充冷卻液就可以解決問(wèn)題了;（2）超載引發(fā)高溫。偶然遇到長(zhǎng)時(shí)間、大負(fù)荷連續(xù)高速運(yùn)行的條件下，突發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫，這種情況出現(xiàn)對(duì)于故障的判斷一般比較容易，即使不懂維修的人都會(huì)覺(jué)得是不是“累著了，讓機(jī)器歇緩歇緩”，短暫的停機(jī)后故障一般也就會(huì)自然消失了。類似的故障還有就是一些時(shí)候由于某些特殊情況或是人為的原因使車輛長(zhǎng)時(shí)間低檔大油門(mén)運(yùn)行，這種時(shí)候也必然會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫現(xiàn)象;（3）環(huán)境溫度高而引發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫。這類情況一般多見(jiàn)于炎熱的夏季或是一些室內(nèi)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于環(huán)境溫度過(guò)高、通風(fēng)不良造成散熱不足引發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)高溫;（4）高原地帶高海拔造成的低溫時(shí)的假“開(kāi)鍋”和冷卻液膨脹脹溢出;（5）冷卻液質(zhì)量不符合要求，沸點(diǎn)不達(dá)標(biāo)造成的低溫沸騰。一般情況下要求冷卻液在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)的沸騰點(diǎn)在104℃左右。當(dāng)加入到發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)里面時(shí)，由于散熱器蒸氣閥的加壓作用其使用的沸騰點(diǎn)應(yīng)該在110℃左右。

以上情況是較常見(jiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)高溫現(xiàn)象，后兩項(xiàng)受地理因素和產(chǎn)品質(zhì)量元素影響較大，前三項(xiàng)雖然常見(jiàn)但不屬于故障，無(wú)需進(jìn)行專門(mén)的維修處理，加強(qiáng)司機(jī)的車輛使用技能學(xué)習(xí)，提高車輛的點(diǎn)檢和日常維護(hù)就可以避免了。

從維修技術(shù)的角度看有以下幾種情況比較多常見(jiàn)。（1）散熱器堵塞。散熱器堵塞分內(nèi)部堵塞和外面堵塞兩種情況。散熱器最多見(jiàn)就是中空、多通道的柵格式熱交換器。多通道的散熱柵格管內(nèi)通徑較小很容易被水垢或是沉積的雜物堵塞造成冷卻液過(guò)流減少、散熱不足而引起高溫。另外為了兼顧體積和散熱效果，一般的散熱器在選材和結(jié)構(gòu)上都是比較輕、薄的。為了增大散熱表面積，柵格兩側(cè)幾乎全部采用窩孔狀松散折疊的輕質(zhì)金屬散熱片來(lái)填充并增加散熱面積。這個(gè)片很薄、很軟，輕微的機(jī)械刮蹭就會(huì)造成眾多的窩孔損壞，甚至高壓水槍的強(qiáng)力沖洗也可能會(huì)所向披靡地造成大面積窩孔損傷封閉，使散熱器喪失大量的散熱通風(fēng)孔目。

（2）循環(huán)水泵故障造成高溫。發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)水泵故障必然會(huì)造成冷卻液循環(huán)量的減少或是停止，冷卻液循環(huán)的停止也就意味著對(duì)外熱交換的停止。

（3）傳感器故障也可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)高溫。傳感器的故障造成溫度報(bào)告錯(cuò)誤或是散熱溫控開(kāi)關(guān)打開(kāi)不及時(shí)。溫控開(kāi)關(guān)是設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)強(qiáng)制散熱的關(guān)鍵，溫度上升到應(yīng)該開(kāi)啟散熱的時(shí)候還不能啟動(dòng)散熱功能，后果自然就是高溫?zé)o疑了。

（4）散熱器蒸氣閥故障。蒸氣閥一般是設(shè)置在散熱器注水口蓋上的一個(gè)蒸氣壓力溢流開(kāi)啟閥。蒸氣閥的作用在于提高冷卻液的沸點(diǎn)、降低冷卻液的蒸發(fā)量，避免冷卻液頻繁的蒸發(fā)損耗。當(dāng)蒸氣閥開(kāi)啟壓力不足時(shí)，冷卻液就會(huì)提前沸騰，沸騰產(chǎn)生蒸氣引發(fā)壓力溢流并損失大量的冷卻液，冷卻液不足又會(huì)再次加劇高溫的發(fā)生。

（5）節(jié)溫器故障。節(jié)溫器其實(shí)就是一個(gè)溫控散熱開(kāi)關(guān)，當(dāng)機(jī)體內(nèi)水溫較低時(shí)，機(jī)體內(nèi)的冷卻液就只是在內(nèi)部循環(huán)，當(dāng)溫度上升（一般是82℃開(kāi)啟）時(shí)，節(jié)溫器開(kāi)啟，冷卻液進(jìn)入通往外部的散熱器而進(jìn)行強(qiáng)制散熱。當(dāng)節(jié)溫器因故障在高溫時(shí)不能開(kāi)啟強(qiáng)制散熱通道時(shí)，高溫就在所難免了。

（6）冷卻系統(tǒng)內(nèi)水垢較多。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)頻繁的燃燒和做功使得這里自然成為了溫度最集中的地方，如果這里多余的熱量不能及時(shí)被帶走，那么氣缸被燒到紅熱的狀態(tài)也就是一小會(huì)兒的事了。而這些熱量完全是依靠流經(jīng)它表面的冷卻液帶走的，所以在氣缸表面與冷卻液的熱交換和交換效率就是一個(gè)很重要的問(wèn)題了。由于熾熱的氣缸體表面常常會(huì)引發(fā)一些化學(xué)或是物理的反應(yīng)，總會(huì)造成一些化合物的沉積，這種沉積最多的就是水垢。據(jù)資料顯示：每1mm的水垢隔熱程度相當(dāng)于15cm鋼板的隔熱能力?？梢?jiàn)水垢對(duì)散熱能力的影響之大。其實(shí)水垢不僅在氣缸體表面沉積，它也會(huì)在循環(huán)管道和散熱內(nèi)大量沉積，這其實(shí)也就是好多老舊發(fā)動(dòng)機(jī)散熱能力不足和高溫的重要成因之一。

（7）發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壁穴蝕開(kāi)孔、氣缸墊損壞造成發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的高溫壓縮氣體進(jìn)入冷卻系統(tǒng)造成冷機(jī)時(shí)的沸騰。

2? 分析解決問(wèn)題的思路和過(guò)程

這三臺(tái)吊車最初出現(xiàn)這類故障的時(shí)候，我們還是按照偶然故障進(jìn)行處理，先后多次經(jīng)歷了檢查補(bǔ)充冷卻液、降低載荷、清洗散熱器內(nèi)外、更換散熱器、水泵及節(jié)溫器等部件等工作，但還是未能解決問(wèn)題，最后委托專業(yè)技術(shù)人員也未能解決這個(gè)高溫問(wèn)題。

后來(lái)我們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生高溫但還在運(yùn)行中的時(shí)候，用紅外測(cè)溫槍分別檢測(cè)了散熱器上下水室的溫度：上水室達(dá)94℃，下水室約是84℃左右。散熱溫度差接近10℃，這說(shuō)明循環(huán)冷卻的功能和運(yùn)行方面是沒(méi)有問(wèn)題的，那么就只是散熱能力不足的問(wèn)題了。如何加強(qiáng)散熱器的散熱能力？最容易想到的就是加強(qiáng)涼爽氣體的流通或是加大散面積。加大散熱面積，想法是沒(méi)問(wèn)題的，可是從種種條件制約來(lái)說(shuō)就不太現(xiàn)實(shí)了，因?yàn)樯崞饕咽强陀^的存在，而且受發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)倉(cāng)空間的限制要想改換大體積的散熱器很難做到，而且還得同時(shí)考慮解決風(fēng)扇、風(fēng)罩、水管布局、風(fēng)扇皮帶等等一系列的空間問(wèn)題，難度較大不易實(shí)現(xiàn)。那么想辦法加大空氣流通，降低機(jī)倉(cāng)溫度就成了最可行的解決方案。我們首先想到的就是揭掉活動(dòng)部分的機(jī)倉(cāng)罩蓋，使稠熱的高溫氣體迅速離開(kāi)機(jī)體，可是一番試驗(yàn)下來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題根本沒(méi)那么簡(jiǎn)單，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)溫度似乎上升的更快了！原來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)倉(cāng)從前的進(jìn)氣格柵、散熱器、風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱的整體布局在設(shè)計(jì)上就是一個(gè)散熱風(fēng)道，看似影響散熱的機(jī)倉(cāng)和罩蓋其實(shí)都是導(dǎo)風(fēng)散熱系統(tǒng)的一部分。這樣人為地拿掉一部分罩蓋就是直接破壞了后面的散熱氣流流向，使后面的機(jī)體失去了原來(lái)設(shè)計(jì)中的散熱氣流。這個(gè)分析結(jié)論使我們只能從不改變結(jié)構(gòu)單從增大冷卻氣流方面想辦法了，于是我們把目光轉(zhuǎn)向了散熱風(fēng)扇。經(jīng)過(guò)研究得出兩種方案：（1）提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。通過(guò)減小風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)帶輪直徑提高傳動(dòng)比的辦法，增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、增大氣流流通量。但是很快這個(gè)方案就被迫放棄了。因?yàn)槠Ш蛶л喌某叽缍际窍盗谢蜆?biāo)準(zhǔn)化的。在網(wǎng)上幾乎沒(méi)找到預(yù)想尺寸的帶輪和皮帶，而且考慮這樣的情況下風(fēng)扇皮帶輪的皮帶包角過(guò)小，增大功率傳輸動(dòng)力勢(shì)必會(huì)造成皮帶打滑;（2）更換在同轉(zhuǎn)速的情況能提供更大氣流的風(fēng)扇。設(shè)想的是能換用葉片數(shù)量更多，葉片扭轉(zhuǎn)角度更大的風(fēng)扇來(lái)增加風(fēng)扇的風(fēng)流量，從而形成更好的散熱效能。后來(lái)經(jīng)過(guò)咨詢有關(guān)專家得知，是有某些發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)為了適應(yīng)寒冷地帶和高熱地帶而設(shè)計(jì)有若干種有可選配的不同風(fēng)量的風(fēng)扇。通過(guò)渠道我們也如愿尋得了結(jié)構(gòu)尺寸相近，風(fēng)扇葉片扭轉(zhuǎn)角度不同，而且風(fēng)扇的葉片外徑封閉自帶導(dǎo)風(fēng)功能的環(huán)形風(fēng)扇——引風(fēng)增強(qiáng)型風(fēng)扇，及與之配套的簾式導(dǎo)風(fēng)罩。

通過(guò)閱讀風(fēng)扇說(shuō)明書(shū)上的參數(shù)和查閱有關(guān)資料上風(fēng)扇風(fēng)量的計(jì)算方法，我們進(jìn)行了如下的比對(duì)和計(jì)算。

兩種風(fēng)扇的工作參數(shù)分別是：

原發(fā)動(dòng)機(jī)配置的風(fēng)扇? ? ? ? 改用的引風(fēng)增強(qiáng)型風(fēng)扇

葉片外徑D1=610mm? ? ? ? ? ? 葉片外徑D2=620mm

葉片小徑d1=240mm? ? ? ? ? ? ?葉片小徑d2=230mm

葉片寬B=120mm? ? ? ? ? ? ? 葉片寬B=120mm

葉片數(shù)量：10? ? ? ? ? ? ? ? ? ?葉片數(shù)量：10

通過(guò)風(fēng)扇引風(fēng)量公式計(jì)算：

Q=π/4（D2-d2）CaKHQN

式中：Ca——空氣流速和葉片寬度基本呈正線性關(guān)系;

K——為引風(fēng)量和葉片數(shù)量的關(guān)系系數(shù);

該系數(shù)一般為實(shí)地測(cè)定，與風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、流量、壓力等許多因素相關(guān)。經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料，寒冷地帶選用型的風(fēng)扇取K1=0.75;引風(fēng)增強(qiáng)型的風(fēng)扇取K2=0.9。

H為壓力系數(shù);Q為流量系數(shù);N為功率系數(shù)。

因?yàn)轱L(fēng)扇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相同，所以兩種扇葉的上述數(shù)值相同。將有關(guān)數(shù)值代入公式。則引風(fēng)增強(qiáng)型的風(fēng)扇引風(fēng)量和原發(fā)動(dòng)機(jī)選用型的風(fēng)扇理論引風(fēng)量之間的比例關(guān)系：

Q2=π/4（D22-d22）Ca2K2H2Q2N2

Q1=π/4（D12-d12）Ca1K1H1Q1N1

則：=125%。

Q2-Q1=25%

從這里的理論計(jì)算來(lái)看，選用熱帶型的風(fēng)扇，引風(fēng)量理論上將會(huì)增加約25%，但是由于這里沒(méi)計(jì)風(fēng)扇扇葉變長(zhǎng)后驅(qū)動(dòng)阻力增加引起的皮帶傳動(dòng)可能出現(xiàn)的打滑以及其他不周全因素的影響，再將新風(fēng)扇的引風(fēng)量作適量的減值估算，將取值由計(jì)算結(jié)果的25%下調(diào)到15%～20%應(yīng)該更合理、更接近真實(shí)情況。

風(fēng)扇葉片變長(zhǎng)前后兩種風(fēng)扇扇葉掃風(fēng)面積差是：

S2-S1=π/4（D22-d22）-π/4（D12-d12）=14.3%

從以上的計(jì)算說(shuō)明結(jié)果可以看出，改造后的風(fēng)扇引風(fēng)量增加了約15%～20%， 散熱器過(guò)風(fēng)面積增加了14.3%。

改裝完成后我們?cè)?0℃左右的氣溫條件下進(jìn)行了多次持續(xù)大長(zhǎng)坡的爬坡實(shí)驗(yàn)，行車中水溫表針始終穩(wěn)定在綠色區(qū)域之內(nèi)。用手持式紅處線測(cè)溫槍對(duì)散熱器上下水室的檢測(cè)溫度也分別穩(wěn)定在92℃和80℃附近，溫度差一直處在12℃以上的期望值范圍，散熱能力得到了明顯改善。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)力輸出正常。

3? 結(jié)語(yǔ)

這3臺(tái)車均全部按該方案進(jìn)行了改造，從完成改造并投入使用到現(xiàn)在，經(jīng)歷了近兩個(gè)月夏季氣溫下的考驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度狀況一直處于正常狀態(tài)，為同類型內(nèi)燃式起重機(jī)相同或相似故障提供了參考，為解決高溫問(wèn)題進(jìn)行了有益嘗試探索。隨著控制技術(shù)的發(fā)展以及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷改進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)也已經(jīng)過(guò)了深層次、多方位、對(duì)角度的優(yōu)化和提高，如目前一部分起重機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)采用電氣自動(dòng)反饋控制冷卻散熱系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)各處的溫度傳感器監(jiān)測(cè)到的信號(hào)通過(guò)電腦分析處理并指令冷卻系統(tǒng)進(jìn)行不同程度的冷卻，使發(fā)動(dòng)機(jī)溫度保持在經(jīng)濟(jì)合理的最佳狀態(tài)，既節(jié)約能耗又提高效率。

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