产品 技术Product & Technology●影响挖掘装载机发动机散热系统散热能力
的因素分析与验证
Analysis & Verification of Cooling Capability of Backhoe
Loader Engine Cooling System
广西柳工机械股份有限公司 倪建军/NI Jianjun 韦钰婷/WEI Yuting
摘 要： 国内某型配置帕金斯发动机的挖掘装载机，在爬坡时发动机掉速严重，容易出现发动机水温过热的问题，客户对此问题抱怨强烈。为解决市场上该型挖掘装载机常见的过热问题，平息市场客户的抱怨，经过对比相同市场竞争对手整机散热系统设计，并认真分析和列出可能影响散热的相关因素，制定相应的测试方案，对各因素进行对比验证测试，最终确定消音器作为影响该型挖掘装载机散热能力的一个关键因素，据此通过采取改进消音器设计等措施，成功解决市场上该型挖掘装载机的水温过热问题。
关键词：散热能力 消音器 散热器 热风回流
问题背景：国内某型挖掘装载机销售到北半球市场的某些国家，在夏天，西亚区域客户反馈，该型挖掘装载机散热系统存在散热能力不足的问题。问题表现在，整机爬长坡时，发动机掉速严重，水温随即快速升高，最终出现过热问题。发动机过热往往容易导致发动机机油温度过高，发动机内部各运动部件润滑不良、早磨，甚至出现严重的拉缸故障。相关研发部门分析问题原因，寻找解决方案。先后尝试更改发动机前罩，更换发动机风扇等方案来提高散热器系统吸气能力，增加进气量，但是所有的方案最终被证明未能彻底有效地解决该型号挖掘装载机的散热问题。由于必须另寻方案来解决客户机器的问题。
信息收集：西亚区域反馈的一该型号挖掘装载机客户抱怨，机器在爬坡的过程中出现发动机水温过热的问题。由于当时整机正在往山上爬坡，不能停机，导致发动机出现严重拉缸故障。在发动机维修完毕之后，安装到整机上进行测试。测试过程中发现，无论是使用自动档还是手动档爬坡，发动机均出现严重掉速，导致风扇转速降低，在环境温度为32℃时，整机连续爬12°～的坡，发动机就会出现水温过热的问题，并通过仪18°
表盘上相应报警指示灯报警；在整机挂空档发动机运转的情况下，踩下油门踏板，发现发动机机罩薄板件不停颤抖，并且小幅向外张开；散热器周围也发现有热空气68
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从发动机机罩内沿着散热器周围的间隙串到散热器前，然后被风扇再次吸入，用来冷却散热器，即所谓的热风回流；整个发动机机罩表面温度非常高，机罩的大部分区域温度都超过90℃。同时，经多次查看在该区域内其他国际知名品牌挖掘装载机散热系统设计以及发动机机罩内部的整体布局情况，发现其发动机机罩内部布局较为合理，均能保证一定风量流过发动机表面，经过散热器之后的热风可以顺利排出到发动机机罩外；消音器设计尺寸都很小，但是消音器上的排气管尺寸非常大。经测试，在相同条件下工作相同时间后，其他品牌挖掘装载机机罩内的温度只有60℃左右。此外，经测试，该型发动机厂家规定的最大排气背压为15kPa，整机实测值为19kPa，如下图1所示。
据查相关技术资料，发动机排气背压过大将会导致涡轮增压器效率低下，燃料燃烧效率降低，发动机
［1］
，输出功率损失增加，动力性能下降，排气温度升高
受发动机车架，已经无法更换更大容量的散热器，号的挖掘装载机消音器存在排气背压设计过高的问题，
同时也导致风扇转速下降。发动机工作过程中，常常会将约30%的燃料燃烧热量通过排气系统排到机体外，该比重甚至超过发动机冷却水所带走的热量（冷却
［2］
。经查，国外众多品水所带走的热量约为25%左右）
牌挖掘装载机消音器进气口和排气口的直径均在70mm以上，而该品牌挖掘装载机所使用的消音器排气管直径只有约52mm，如图2所示。
产品 技术Product & Technology●经解剖国外某品牌挖掘装载机消音器分析可知，采用的双层设计，类似于保温瓶，能将大部分热量有效隔离在消音器内部，减少向周围传递热量。如图3所示。
序号1表1 潜在原因识别潜在因子
改进可行性
发动机匹配不佳，扭矩不够，引起爬坡
成本高，1分
图1
图2
图3
原因分析：根据搜集到的故障信息，将所有潜在因素一一罗列出来，并对各潜在因素的改进可行性进行甄别，按照改进可行性的高低进行打分，高分值代表高可行性，如下表1所示：
测试方案设计 针对表1中改进可行性的分值高低，将针对序号3，序号4和序号5的潜在因子进行验证，确定各因素对整机散热能力影响大小，测试方案如表2所示。测试过程 按照表2的方案对各因素进行单独测试。试验一，如图4和图5所示，选用两台相同配置的该型号库存机，使用密封材料对A整机散热器周围进
时掉速严重
2
散热器散热能力设计不足
受车架空间，1分
风扇吸力太大，将大量空气吸入发动机
机罩内，但是排气不畅，导致机罩内热
3
空气形成高压，从发动机机罩内串到散
采取密封措施，成本
热器前，又被风扇再次吸入，用来冷却低，5分
散热器，形成热风回流4发动机机罩内热空气流动性差，排气不增加通风口，成本低，畅，影响到发动机机体散热5分发动机消音器排气背压太高，导致很多
5
原本需要通过排气系统排出的热量无
更换散热器，成本低，
法通过排气系统及时排出。
5分
表2
序号
影响散热能力的可能因素测试方案
风扇吸力太大，将大量空气吸选用两台相同配置的该型号库入发动机机罩内，但是排气不存机，使用密封材料对A整机散1
畅，导致机罩内热空气形成高热器周围进行密封，防止热风回压，从发动机机罩内串到散热流，B整机不做任何改动，进行器前，又被风扇再次吸入，用对比试验。
来冷却散热器，形成热风回流发动机机罩内热空气流动性选用两台相同配置的该型号库2
差，排气不畅，影响到发动机存机，C整机在机罩适当位置开机体散热
通风孔，D整机发动机机罩不做任何改动，进行对比试验发动机散热器周围出现热风选用两台该型库存机，分别安装回流发动机消音器排气背压国外某知名品牌挖掘装载机消太高，导致很多原本需要通过音器（E整机）和原厂消音器（F3
排气系统排出的热量无法通整机）进行跑车测试和憋车测过排气系统及时排出。
试，观察跑车相同距离水温的变化差异和憋车时上升相同水温所需的时间
图4
行密封，防止热风回流，B整机不做任何改动，进行跑车对比试验和原地憋车对比测试，测试结果如表3所示。跑车后发现没有明显的差异。但是在原地憋车
（发动机油门最大、挂挡、变速箱动力不切断、踩刹车）时，
A整机从发动机前罩处没有发现明显的热风回流现象，发动机水温上升速度要比B整机稍微慢一些。说明在
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产品 技术Product & Technology●表3
整机配置
憋车使水温上升6.67℃
所需时间
使用密封材料对A整机散热器周围进行密封
71 s对B整机散热器周围不进行密封处理
66 s
图5
图6
某些特定时刻下，例如铲装时，整车因阻力大无法前进时，良好的密封可能会对散热效果有轻微的影响。
试验二，对C整机发动机机罩靠近驾驶室一端的附近开孔，如图6所示，加快发动机机罩内的空气从散热器端流向驾驶室端，带走发动机机体表面的热量，增强发动机机体散热能力。D整机发动机机罩不做任何改动。先将两台车的水温憋到相同温度，然后再进行测试，测试结果如表4所示。通过对比试验发现，发动机机罩开孔之后，相同条件下进行长坡跑车测试，发动机水温可以降低约2℃，效果不显著，但是发动机机罩内空气压力高和温度高的问题基本解决，热风回流强度大幅降低。
试验三，进行国外某知名品牌挖掘装载机消音器和原厂消音器对比测试，确定消音器排气背压对散热的影响程度。测试结果如表5所示。从测试结果来看，消音器对整机的散热效果影响很明显。在相同路段爬
坡跑车相同距离后，E整机的水温比F整机约低8～9℃；在相同测试条件下进行憋车测试，每上升6.67℃，F整70
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表4
整机配置
爬坡爬车相同的距离后
水温值
C整机在发动机机罩适当位置开通风孔
95～96℃D整机发动机机罩不做任何改动
97～98℃
表5
整机配置
爬坡跑车憋车使水温上升憋车后消温度6.67℃所需时间音器温度
原厂大风扇、国外某知名品牌
挖掘装载机消音器（E整机）88～℃
118 s60.8℃原厂大风扇、原厂消音器（F
整机）
96～97℃
68 s
150.9℃
机仅用了不到E整机60%的时间；憋车完毕后，E整机消音器表面的温度比F整机消音器表面的温度低约90℃，如图7和图8所示。
图7
图8
确定改进方案：通过以上测试结果可知（1）在相同测试条件下，排气背压适中，隔热性能好的消音器，
可以大幅提高该型号挖掘装载机通过发动机排气系统对机体外散热的能力，并且可以有效减少向周围空气辐射热量，降低热空气的温度，提高发动机机体的散热性能，因此消音器是解决该型号挖掘装载过热问题的关键因素。（2）在发动机机罩适当位置开孔，可以提高机罩的排气性能，减少热空气在机罩内的滞留时间，避免机罩内空气温度过高。同时也可以降低机罩内的
空气压力，大幅减少热风回流量。
（3）在散热器周围增加密封海绵，可以有效杜绝热风回流问题的发生，但机务管理产品 技术Product & TechnologyMachinery Maintenance Management●下承式钢箱系杆拱钢结构现场焊接质量控制探析
Discussion on Quality Control of In-situ Welding for Steel
Structure of Through Type Steel Box tie Rod Arch
中建铁投路桥有限公司山东分公司 马 源/MA Yuan
摘 要：目前在我国市政桥梁建设中结构跨度大、新颖优美的下承式钢箱系杆拱钢桥在工程中得到广泛应用。沧州市南绕城K+985南运河大桥设计为较为复杂的下承式钢箱系杆拱钢桥，结构现场焊接工艺、焊接变形的质量控制不容忽视。文章就焊接工艺主要问题及其焊接变形质量的影响因素进行详尽分析，彻底解决下承式钢箱系杆拱钢桥的焊接问题。
关键词：下承式钢箱系杆拱桥钢结构现场焊接工艺 焊接变形质量控制探析
钢桥是各种桥梁体系特别是大跨度桥梁常用的一种形式。近20年来,随着预应力混凝土桥梁的急速发展，钢桥已越来越向更大的跨度领域内发展,并且在结构形式、材料及加工制造、施工架设方面不断有所开拓和创新。到20世纪70年代末，可以说钢桥已经用一种完全崭新的面貌出现在桥梁界并与预应力混凝土桥梁展开剧烈的竞争，这在一定程度上推动了桥梁工程的发展。由于钢材是一种性能优越的弹塑性材料,所
工费料的结构(如悬臂桁梁)已经淘汰，而代之以结构紧凑、线条简洁、造型美观、受力优越的结构。值得注意的是，钢结合梁已从中小跨度(40～80m)的范围内越出，而走向大跨度领域(如加拿大的Annasis桥)。世界著名的日本四联络线工程，也基本以大跨度的悬索桥和斜张桥为主体，这说明钢桥今后几十年的方向以大跨、轻质、高强、美观、快速等为发展的特点。
以在桥梁上使用比较灵活。使用范围从板梁桥、桁梁桥、1 项目概况
沧州市南绕城K+985南运河大桥位于沧县中学拱桥，直到大跨度的悬索桥。近20年来，钢桥又得到了飞速的发展,起着主导桥梁工程发展的地位。随着材质(主要是高强度钢材和各种耐候钢)的进展以及焊接工艺和高强度螺栓连接的不断完善，钢桥制造和施工对于提高劳动生产率和降低生产成本起了很大作用。因此各种受力性能优趣，制造架设容易的箱形截面也就同时得到了大力发展。在体系方面，一些运营不良，费
西北肖家园村南，桥梁结构采用跨径100m下承式钢箱系杆拱，计算跨径100m，矢跨比1/5，三拱肋设横撑，下部结构采用承台钻孔灌注桩基础，设计角度90度。本桥结构设计较为复杂、需要的技术含量很高，在钢箱系杆拱桥梁现场焊接工艺、焊接变形的质量控制不容忽视。解决焊接工艺、焊接变形是一个很难很艰巨的问题。
是对散热影响轻微，可忽略。
新方案改进效果：根据以上结论，对整机制定以下改进方案。（1）定制排气背压适中的消音器，并在消音器外部包裹2cm厚的石棉，用来隔离消音器内部
参考文献
［A］[1] 张丽芳, 李志. 柴油发动机排气背压设计计算. 船电技 术. 2012, S1期 - 知网空间.
的热量。（2）在发动机机罩上靠近消音器的附近开孔，[2] 王雪莲, 秦四成, 缪雷, 等. ZL50 型轮式装载机散热系统过
（2）: 14-19.让消音器的热量能够被流经发动机机体的热空气带走， 热现象试验研究[J]. 工程机械, 2009, 40
同时也有效降低机罩内的热空气压力，减少热风回流。以上措施运用到市场上的26台整机进行验证，三年半的时间内未接到过热问题反馈。
收稿日期：2018-01-12
广西壮族自治区柳州市柳工大道2号（545007）通讯地址：
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