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大型机械开山
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大型机械开山 - 探讨挖掘机高温的改进方法

大型机械开山中液压挖掘机运行,温度过高容易导致各液压执行机构无力、工作动作滞缓的情况,严重时会造成机器失效。对此,必须做好液压挖掘机系统结构改进,实现安全、稳定运行。 
  1 液压挖掘机散热系统介绍 
  1.1 挖掘机散热系统构成 
  传统挖掘机散热系统,发动机直接驱动1个风扇,对合成的一个整体散热器(包括空空中冷、水冷、液压油冷)进行吸风。其中,空空中冷在前端,水冷和液压油冷在后端,采用水冷和液压油冷并联再与空空中冷串联(两并一串)结构构成传统的整体式散热器。风扇通过风扇垫块等固定在发动机的风扇带轮上,风扇的转速由发动机自身曲轴与风扇带轮的速比决定(一般为1:1左右)。 
  1.2 传统中大型挖掘机散热系统缺陷 
  传统中大型挖掘机散热器采用空空中冷,水散,油散两并一串结构,散热器芯体面积较大,造成风扇直径过大,选用直径1100mm的风扇在1800RPM时的叶尖线速度达103.6m/s,噪音非常大,安全系数也不高,容易出现高温事故。 
  2 液压挖掘机高温问题及其危害分析 
  2.1发动机高温问题 
  当前,根据部分用户所反馈的产品高温,即发动机“开锅”现象,指的是打开水箱盖之后,水箱里水已经“烧开”,不时地向外喷溅,这也就是发动机水泵工作过程中水循环所产生的问题。 
  发动机在运转的过程中,由于受到强烈加热的汽缸、缸盖、活塞以及喷油器等零部件出现冷却不及时的问题,则导致可燃混合气出现早燃,从而加剧了发动机过热现象,使得整个工作循环温度高并形成了恶性的循环,造成发动机处在过热状态。发动机高温还容易导致发动机功率下降、运行无力,充气系数不断下降,出现混合气变浓的现象,废气中有害物质浓度大大增加,加剧环境污染。此外,在高温、高压下进行工作,液压挖掘机发动机机油抗氧化安定性逐渐变坏,加剧热分解、氧化以及聚合的过程,导致机油变质,机油粘温性出现变化,粘度下降、稠度变稀,润滑性能变差。同时,零部件因为高温热膨胀,摩擦副间的正常配合间隙变小,加速零部件的磨损,导致发动机使用寿命降低。 
  2.2 液压系统高温问题 
  在正常工况下,挖掘机的液压系统在达到热平衡之后,液压油工作温度应处于50℃~80℃内,一旦超出该范围数值较大,则表示液压系统出现发热问题。一般情况下,其主要的故障表现为挖掘机冷车工作时各种动作均正常,工作约1个小时后,随着机器温度的升高,液压油发生油温特性变化之后,就会出现各个液压执行机构动作滞缓、运行无力,特别是在夏季工地作业时,环境温度过高,油液温升快,机器过热,从而使得工作效率大大下降,严重时甚至会出现停机故障。 
  3 液压挖掘机高温改进――独立散热技术的应用 
  针对上述液压挖掘机高温问题,本文主要从独立散热技术出发,对其进行相应的改进。新型独立散热技术将液压油冷分离出来,做成两个散热器,采用两个风扇进行冷却(图1)。一个散热器是中中空冷与水冷合成,由发动机直接驱动的风扇冷却。一个散热器是液压油冷,由发动机取力口驱动一个齿轮泵带动的马达驱动的风扇驱动,风扇转速根据液压油温高低变化。 
  图1  独立散热系统布置 
  散热系统硬件包括1台发动机,2个散热风扇,2个散热器(一台用于水散、中冷、燃油冷,另一个放置液压油冷),1个齿轮泵,1个定量马达,凯斯帕控制硬件(电子控制板CED110、液压传感器,诊断线缆、控制器连接套件、温度传感器接头、DIN标接头等),独立散热中液压泵安装于发动机自带取力口处,发动机取力口采用13齿,最大扭矩可达209N.M,完全满足凯斯帕齿轮泵的使用要求,齿轮马达带动风扇给液压油散热器提供冷却,齿轮泵与齿轮马达之间,增加溢流阀块,凯斯帕独立散热控制系统提取液压油温度信号,处理后输出一个电流信号调节比例阀的开度,从而调节溢流量,控制马达转速最终控制风扇转速,以满足液压油的散热要求。 
  3.1 控制器的选择 
  控制器是实现系统功能的关键元件,是系统的总控制部件,控制着液压油冷却风扇转速与液体温度的逻辑关系,包含了所有的逻辑控制与逻辑计算法则。该机独立散热系统主要是把原来的液压油散热独立出来,增加液压油温度信号提取,处理后输出一个电流信号调节比例阀的开度,从而调节溢流量,控制马达转速最终控制风扇转速,以满足液压油的散热要求。 
  控制方式:控制器接收液压油温、液压油冷却风扇转速等参数,采用增量式闭环PID控制,动态调节电磁比例阀(电流大小与阀开度成反比)的开度,增加了反转除尘功能,有效解决了散热器上大量灰尘带来的风量不足等缺陷。 
  3.2 散热器的选择 
  散热器结构有管带式、管片式、板翅式和翅片管式等多种类型;按加工材料种类主要有铜结构与铝结构等;根据主要加工工艺不同可以分为软钎焊与硬钎焊式。本散热器系统采用板翅式结构。其主要由隔板、内翅片以及散热带和封头、封条组成芯体,再焊接上下集油室、进出油接管等零部件组成整个换热器。主要特点为:散热效率高,承压能力高。 


经分析可以发现,大挖机系统的高温主要可以分为两种:一是液压系统高温,二是发动机高温,对此本文决定对液压挖掘机散热系统进行改进,采用独立散热技术,通过热平衡试验表明,该改进措施取得了良好效果,满足挖掘机的使用要求,即使在极端工况和高温环境中也能满足工作需求。 

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