八桥全地面起重机冷却系统效能研究

【摘要】随着移动式起重机朝大型化、操作舒适化、高安全性、节能环保型的方向发展，车辆冷却系统不仅要满足日益增加的车辆动力系统的散热需求，还必须同时满足车辆传动系统中液力变矩器和液力缓速器等元件的散热需求。因各发热元件的功用不同，致使其发热节点并不同步，因此，在不同的使用工况中整车散热需求相差巨大。通常情况下，满足发动机极限工况状态下散热需求的冷却系统只有3%～5%的时间是在理想状态下运行。对于兼顾了变矩器与液力缓速器的散热需求的复合冷却系统，系统的散热能力往往大于发动机极限工况下的散热需求，由此进一步降低了系统的有效利用率，同时大幅增加冷却风扇的功率消耗。为提高冷却系统利用率，使其既能满足车辆不同使用工况下的散热需求，又不造成发动机功率的无效损耗，本文提出基于发动机冷却液温度对冷却风扇进行控制，以提高冷却系统效能的研究课题。本文研究的八桥全地面起重机为降低冷却系统能耗，在系统匹配时，将散热需求特别大的极限使用工况进行弱化，但同时将冷却风扇的工作状态仅与发动机工作状态关联，并不区别车辆实际的散热需求。在车辆实际使用中，时常出现在高温天气或连续长时间爬坡工况下，发动机进气温度偏高，以及冷却液温度长时间停留在发动机的极限高温附近，显然，冷却系统不能完全满足车辆散热需求。针对此问题，本文提出重新匹配散热器，依据散热需求对冷却风扇实施控制的改进方案。并利用计算流体动力学(CFD)对系统进行仿真分析。本文的主要研究内容及结果如下：1.本文对原散热系统的设计原理及各主要零部件的性能进行分析。结合车辆的实际使用工况，整理出车辆典型行驶工况下的散热需求，将车辆极限使用工况下的水散热量需求420kW，增压空气散热需求79kW作为系统更改的基础数据。2.基于原车型冷却系统的布置空间，同时考虑主要元件的系列化和通用化要求，并通过匹配计算确定增压空气中间冷却器(简称“中冷器”)、水冷器的外形尺寸、极限散热需求工况下的冷却介质需求量，以此为前提，计算相应风扇转速，并提出风扇控制策略和控制目标：在风扇驱动系统中设置电比例溢流阀，中冷器侧风扇在发动机转速处于700r/min～1800r/min，风扇转速与发动机转速正相关直到最高1800r/min，当冷却温度≥98℃时，该风扇转速提高到2200r/min,而当冷却液温度回落到≤96℃时，该风扇转速下调到最高1800r/min，并与发动机转速正相关；水冷侧风扇只有在冷却液温度≥96℃时才开启，并通过控制电比例溢流阀输出使该风扇平稳增速到1800r/min,当冷却液温度持续上升至≥98℃，该风扇转速提高到2200r/min，若冷却液温度回落≤88℃，则关闭风扇。3.建立冷却系统模型，考虑到散热器布置方式及布置空间未做修改，本文利用FLUENT软件,并结合多重参考坐标系(MultipleReferenceFrame,简称MRF)方法模拟风扇在1800r/min、2200r/min时的性能，对散热器外部冷却介质流场进行仿真分析，以验证改进后的系统满足设计要求。4.为实际验证改进后的系统性能，依据国家相关法规要求，设计针对性的试验方案：通过车辆静止状态下启动发动机，调节电比例溢流阀的压力，测量散热器外部进风侧的风量、温度及风扇转速，检验液压系统压力设定的合理性；通过发动机冷却测试试验，检验冷却系统是否满足发动机极限负载状态下的散热需要；通过车辆10000km长距离行驶可靠性试验，检验车辆在不同行驶工况、不同使用环境中冷却系统的可靠性，并记录风扇系统的能耗数据，验证风扇控制系统控制策略的正确性。
【作者】林小珍；
【导师】左春柽；周乃平；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】全地面起重机；冷却系统；风扇控制；仿真分析；道路试验；

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