工程机械电控驱动风扇冷却体系设计与应用概述

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1、工程机械电控驱动风扇冷却体系设计与应用概述第一章绪论1.1课题背景及研究意义工程机械，在中国的装备工业组成中，占据着极其重要的部分⑴。概括来说，流动装卸作业起重机械、建设养护的路面机械、运输工程的土方机械，以及各种工业建筑等工程所需要的综合性的机械化的施工工程所必备的机械装备，简而言之为工程机械⑴。它广泛应用于能源和工业建设以及生产、矿山等工业原料，建设和生产、农林水利设施建设、工业建筑与民用建筑、城市建设、环境保护和建设等行业领域[2]。过去的二十年是中国城镇化率提升最快的时期。据统计的资料显示，中国的城镇化率从九十年代初期的不到30%提升到二十一世纪第二个十年的超

2、过50%。伴随着城镇化率的快速提升，同时导致了在工程机械的需求上大幅度的增加，这也是国内工程机械行业在这些年来得以迅猛发展的黄金时期的背景[2]。伴随着城镇化的驱动，中国国内工程机械行业经过了五十多年的发展，已经基本能够可以满足国内市场需求，并且适度覆盖部分海外市场，形成了具有相当规模及蓬勃发展活力的重要行业[2]。随着工程机械的广泛使用，工程机械极大地提高了工程施工的效率，降低了工人的劳动强度和工程的成本，缩短了周期，极大的提高了人们的生活水平。进入新世纪，我国国民经济继续保持高速的增长，但是能源短缺的问题却日益成为制约我国国民经济增长的一个瓶颈[3]。随着人们的环

3、保意识的日益提高，日趋严格的排放法规，日益高昂的油价，以及工程机械破坏了城市的声环境等，干扰了人们的工作与正常生活，也不利于可持续发展[4]。工程机械，是由发热装置和散热装置都集中在一起的机械，其热量没有达到或者超过了热平衡温度的范围，都会对工程机械在运行过程中产生不良的影响，如可靠性、环保要求以及效率方面等[5]。国内外研究表明，工程机械在运行过程中，会产生大量的热量，其发热源主要有三种：一是由柴油机或者汽油机燃烧而产生的热源；二是由运行过程中，机械传动、液压传动及其他传动产生的摩擦热；三是因为由于液压系统内的液压油在管路中的流动而产生的压力能转化为了热量，散发到了

4、机械结构中。1.2风扇冷却系统的研究现状和发展趋势传统的风扇，大部分都是机械连接[13]。即风扇的驱动，由发动机的曲轴，带动皮带轮及皮带，从而驱动风扇。这也使得风扇的转速，与发动机的曲轴及其连接的皮带转速保持一致【7】。这种方式，在高转速小负荷工作情况下，风扇的运转持续高速状态，冷却的风量虽然很大，但是很容易带来不利的影响，即在此种工况下，工程机械容易处于过冷的状态中；而在相反的工况下，在低转速大负荷工作情况下，冷却的风量往往又会不足，这样也会容易带来不利的影响，即在此种工况下，工程机械容易处于过热的状态中。近来，新开发出来的机型大多采用可按需调速的液压或电控式风扇，

5、将非独立风扇改装为能够按需调整速度的独立式风扇。等各种散热器，依次连接在一起，即传统的散热器组，安装在风扇的前端。但是这种安装方式有如下缺点：不能非常便利的按照各自散热器设定的冷却温度，进行非常有针对性的冷却，因此不能起到很好的散热效果。原因在于这些散热器，都是通过一台风扇，来进行集中冷却[15]。另外，由于多个散热器都串接在一起，使得冷却空气在通过每个散热器时流动的阻力增大，不可避免的造成热量累积起来，导致冷却效果的下降，散热效果不尽人意。第二章风扇冷却系统的组成与调节原理2.1市场需求分析2013年2月16日，北京市环保局召开新闻发布会，对外发布了两项地方标准。D

6、B11/184-2013《在用非道路柴油机械烟度排放限值及测量方法》和DB11/185-2013《非道路机械用柴油机排气污染物限值及测量方法》的发布，意味着中国在非道路机械用柴油机排放标准，已经开始进入III阶段。随后，全国范围内的轻型汽车，也宣告开始进入国四排放标准阶段。如果没有达到国四排放标准，此类的轻型汽车今后则不能进入新车的公告。这也标志着，国内的柴油机行业，幵始进入国四时代。工程机械作为排放大户，减少尾气排放、减少油耗已经成为大家的共识。同时，美国Tier4排放标准、欧洲IIIB排放标准的相继出台，国内工程机械要想走出国门，就必须要适应国外的法律法规与日益严

7、荀的排放标准。柴油发动机，如何尽快应用新技术，如何加快推广新动力能源，已经开始伴随着环境保护的大趋势，摆上了各个厂家的日程，环保将是未来工程机械行业的发展趋势，将会带来巨大的变革，也给行业带来提升的契机[22]。而风扇冷却系统就是其中一个选项[23]。.2.2不同风扇冷却系统的分析与对比在欧II欧III排放标准下，使用传统的皮带驱动风扇和皮带直接驱动三速角传动风扇可以满足要求，二者的特点如下：液压风扇冷却系统，有机械液压控制、电液控制两种[25]。机械液压控制，由齿轮果、热敏阀和变量菜、热敏阀等组成；电液控制，由齿轮录、马达、压力阀、控制器、温感器和