摘要：装载机相比于传统公路车辆存在工况复杂、工作环境严酷和连续工作时间长等特点，这使装载机对冷却系统的性能及可靠性要求比传统公路车辆更为严格。随着国家对节能减排的日趋重视，装载机等非公路车辆的污染物排放问题备受瞩目，为了应对非公路车辆新排放标准，急需全面提升装载机冷却系统性能。
关键词：装载机；冷却系统；优化措施；实例探究
1.引言
对装载机冷却系统的研究具有良好的工程实用性，冷却系统的性能与发动机效率、污染物排放、整车的经济性和可靠性密切相关，研究成果不仅能为工程车辆冷却系统设计提供新思路还具备广泛的应用前景。本文基于国家科技支撑计划项目“面向节能与安全的集成智能化工程机械装备研发”对装载机双循环冷却系统关键技术展开研究，旨在改善装载机各系统工作状态提高冷却系统效率。
2.基于横向流动的水冷中冷器仿真方法研究
2.1板翅式中冷器性能分析
（1）矩形错齿翅片的基本参数
矩形错齿翅片因其翅片效率高、强度高和成本低等特点常被应用于高效换热器中，因存在类似锯齿形的错齿区破坏传热边界层强化湍流传热过程，使其换热效率高于平直翅片，但也因其存在错齿区导致其单位长度压力损失（压降）高于普通平直翅片。
（2）板翅式中冷器传热及阻力计算模型
板翅式换热器由翅片、隔板、封条和导流片组成，先在基底隔板上放置一层翅片在翅片上方再放置顶部隔板，两侧使用封条分隔即组成了一层基本的散热带，将多层散热带以不同形式组合即构成了板翅式换热器的芯体部分。按叠堆排列方式的不同板翅式换热器又可分为逆流、顺流、交叉流等流动方式。顺流即冷流体与热流体沿同方向流动，逆流则相反，交叉流为冷流体热流体沿垂直方向流动。本文的水冷中冷器即为交叉流式换热器，其冷流体为冷却液，热流体为增压空气，二者呈垂直流动。
2.2基于翅片单元体法的换热器数值分析
对换热器进行数值分析先要对模型进行计算域离散化，而离散后网格数量取决于模型的复杂程度。由前文可知换热器的数值计算模型主要有直接物理模型和多孔介质模型两种，使用翅片单元体结合多孔介质模型法的计算结果与试验值吻合度较高，能够满足工程散热问题的定性分析要求；而使用直接物理模型对散热器进行研究存在计算量大，耗时长，计算结果不易收敛等问题，因此本文使用多孔介质模型对散热器进行研究。基于该方法已知翅片和换热器的几何参数既能对换热器整体进行性能模拟与预估。
3.基于增压空气可压缩性的中冷器性能研究
中冷器作为进气系统的重要部件与发动机的排放及动力性能密切相关，因此为得到更为详实准确的气测流体流动特性，对发动机涡轮增压高速流动空气的可压缩性进行研究。同时，针对非公路车辆日趋严格的减排标准，对增压空气中间冷却与发动机排放及动力性能的影响进行探究，结合熵产单元数对中冷器进行性能评价，并对中冷器的气路损失与布置问题进行讨论。
3.1板翅式中冷器增压空气侧可压缩性分析
为了适应工程机械新排放标准要求，50型装载机发动机多采用增压中冷的进气方式。50型装载机发动机排量为10L左右，其在高负载工况通过中冷器的空气流量可达0.5kg/s以上，使用矩形错齿翅片的芯体内最大Re数可达103~105量级，此时增压空气具备一定的可压缩性。在一维定常流假设下将中冷器简化，假设中冷器的气侧流动过程中无机械功流入流出，属于无摩擦换热管流。单纯由热交换引起的压力波动不明显且未呈现规律性，而换热量则呈二次曲线增长，故可认为中冷器在可压缩计算中由热交换引起的压力变化很小。可压缩流压力损失主要来自两方面，一是截面变化带来的损失，二是壁面摩擦引起的压力损失。假设气侧为一维定常有摩擦绝热管流。，可见在来流速度较低时，流体的可压缩性对气侧压力损失影响较小，在来流速度超过20m/s后，两者误差值开始逐渐增大，因此一般工程问题中认为来流速度低于100m/s则不必考虑流体的可压缩性并不完全适用于中冷器计算。
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3.2进气中冷对发动机性能的影响
增压中冷柴油机为了减少热负荷会采用比无中冷柴油机更大的空燃比，而空气在压缩机中的温度升高值取决于增压比、压缩机效率和压气机的散热损失，可见如果压气机的增压比较高又缺乏冷却则压气机出口的空气化特点满足可压缩流模型的热力过程。综合对比采用三种不同数值计算方法的计算结果可知可压缩流模型由于保持了翅片结构使其包含了产生横向流动的条件，故其与试验值的误差小于基于多孔介质模型和基于有横向阻力修正的多孔介质模型的仿真值。可压缩流模型的气侧压力损失及换热量的仿真值与台架试验值误差较小，相比于基于多孔介质模型仿真精度有较大的提升。但不容忽视的是使用可压缩流模型求解所耗费时间较长，在相同工况点使用可压缩流模型对水冷中冷器1/2模型仿真所耗时间是使用全尺寸模型多孔介质仿真法的2.5~3倍，而且可压缩流模型计算不易收敛，对仿真所使用的计算机浮点运算能力要求极高。
4.改进措施
为了降低散热器跟机罩之间的距离，可以把散热器组的周围增设防热风回流挡板。在装设防热风回流挡板之后，可以再次通过CFD程序开展模拟研究。然后把装设防热风回流挡板的装载机再次开展热平衡实验，水散热器的适应温度为43.6摄氏度，提高了6.7摄氏度；变矩油散的温度为35.5摄氏度，提高了7.8摄氏度；液压油散适用温度为45.5摄氏度，提高了0.8摄氏度；中冷器中冷水平为26.5摄氏度，提高了2.8摄氏度。在加设了防热风回流设备之后，很好的限制了热的回流，进而提高了各个散热器的散热水平。
4.2改善散热器组的结构
我们可以对于三层结构的散热器开展探讨研究，变矩器油散热器设立在最后，冷却风需要通过中冷器、水箱散热器以及液压油散热器，才可以对于变矩器油散热器开展冷却，并且冷却风阻越大，其冷却效率就会越低，进而使得变矩器油的温度越高。为了有效的提高各个散热器的冷却水平，尤其是提高变矩器油散热器的冷却水平，我们可以加大各个散热器的散热范围，但是散热范围加大将会引起散热器外观尺寸、装载机外观以及投入资金的加大，所以该方法不够科学。为了维持散热器装设尺寸不改变，保持转载机的外观不改变，我们可以通过减小冷却系统风阻以及提高排风量的对策。为此可以把水散热器、液压油散热器以及中冷器进行并排的设立，将他们设立在前面，变矩器油散热器设立在后面。变矩器油散热器可以变为可翻转的结构方式，这样也便于以后的维护以及清洗工作。
4.3增加间距以及改善结构
增加风扇跟发动机的间距，改善风扇结构，可以有效提升散热器组的风量，增加散热器组的散热水平。
（1）增加风扇跟发动机的间距
增大风扇跟发动机之间的间距，能够有效的降低发动机对于冷却风的阻力，改进冷却风的进水量，提升风扇的进风量。
（2）改善风扇的结构
风扇的具体改善对策如下图所示：首先是增多叶片的数目，更深一步的提高风扇的风量；其次就是把铁皮制的风扇换乘塑料制的风扇，这样以来就可以减少风扇的质量，进而减少额外的功率损耗；再次就是通过无轮毂的设计方式，降低紊流，保证气流的通常，确保压力可以更为均匀的分布；最后就是通过使用镰刀形状的风扇叶片的构成，进而更好的提高送风的效率。
5.结语
综上所述，装载机冷却系统具备十分良好的工程使用性能，在现如今也已经越来越广泛的被投入使用。本篇文章所给出的对于散热器组以及风扇的改善等等相关对策以及研究，通过实际应用证明，能够很好的提高装载机冷却系统的冷却水平，完全可以迎合相关的规定。
参考文献
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作者简介：
兰忠（1985一）男，汉族，机电一体化技术，主要从事公司机电设备管理工作。
论文作者:兰忠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/13
标签：散热器论文; 模型论文; 装载机论文; 风扇论文; 换热器论文; 发动机论文; 压缩性论文; 《基层建设》2019年第5期论文;