余园满
（浙江银轮机械股份有限公司，浙江 天台 317200）
【摘要】随着现代科学地迅速发展，对工程机械散热器的要求越来越迫切。散热器是车辆冷却系统的重要组成部分，车辆冷却系统作为车辆热管理中的核心子系统，其状态对各相关系统的工作性能和工作状态有着至关重要的影响。
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关键词 工程机械；散热器；性能；趋势
目前，随着发动机各种新技术的应用以及排放标准的不断提高，发动机热负荷越来越高，加上工程机械工作环境恶劣、工况复杂，负荷变化较大，这就对工程机械发动机散热器的设计匹配提出了较高的要求。在设计开发工程机械发动机散热器时，如果仅仅进行参照类比设计，已经不能满足实际需要，必须对散热器进行合理的匹配设计，才能有效提高发动机的动力性、经济性和可靠性。
1工程机械散热器性能研究的意义
在传统的设计方式中，车辆冷却系统一般根据能够满足最大散热需求进行实际设计，在提高冷却系统工作能力的同时，不大注意工程机械中存在的过冷现象，但由于发动机水套内的温度过低亦不利发动机功率的稳定输出，因此在提高散热能力的同时也要预防过冷现象的发生。就工程车辆冷却系统中单个散热单元来说，目前工程机械行业更关注产品的节能高效和排放无污染，这种现状就急切要求车辆散热器厂家在设计散热器时尽力增强散热器散热能力并有效减弱阻力特性，设计出性能更优越的翅片类型，以便制造出综合性能优越且耗材量少的散热器元件。较之于国外截止于目前的研究而言，我国散热器翅片成型工艺、加工工艺及焊接技术等方面相关研究还很粗糙，这种严峻的现状急切要求我们加大对散热器换热机理和翅片性能方面的研究，从而提升我们散热器设计制造技术，以适应车辆冷却系统发展的需要。
现在对于工程机械中冷却系统的设计实际基本上是由整机生产企业挑选需要的散热器元件和冷却风扇配件组装后进行整机试验，检测各系统状态，以检测整机各项性能是否满足设计要求，此过程需要多次循环试验与改进。但这种设计方式不仅设计成本昂贵，而且需要消耗大量人力和时间。而计算流体力学对冷却系统进行设计时却省时高效，只需要对整个冷却系统建模仿真，然后分析出问题所在找到解决方法再次相互匹配仿真得到合适结果即可。这种解决方式脱离了传统方式的繁琐笨重，处理问题更精细，计算机技术的不断发展更使得计算流体力学的程度越来越精细和实用。
2工程机械散热器的性能研究
工程机械的散热模块工作环境与汽车有所不同，汽车的散热器往往前置于车头部位，沉入动力舱且距离进气格栅较近，进气格栅的流通面积略小于散热器的迎风面，生产商为尽量不挤占动力舱空间，往往采用迎风面积较大、厚度较小的散热器，而工程机械中散热器布置特征则相反，以装载机为例，由于装载机在工作时需要保持行进方向的准确性，驾驶员需要实时观察路面情况，因此动力舱安装位置不应过高，几何尺寸不宜过大，更不允许采用类似汽车那种大迎风面的布置形式，动力舱内的散热器通常采用与冷却风扇居中对齐的安装方式，迎风面积通常略小于动力舱截面大小，厚度较大。两种车辆散热器的工作状态也有所不同，由于汽车在行驶中具有较高的迎风速度，冷空气受冲压作用进入散热器，风扇直径可以较小。装载机在作业中往往不具有较高车速，散热模块主要依靠冷却风扇形成的压差，将冷空气送入散热器，冷却风扇直径通常需要与散热器的迎风面高度或宽度相当。汽车上早已普及了电子风扇，可以实现自动调速，能够有效地控制功耗；装载机等工程机械，从成本控制与可靠性角度出发，大部分仍然将冷却风扇与发动机进行机械式连接，虽然这种连接形式相对简单可靠，但当整机散热有了更高要求后，仅能通过增加风扇转速实现系统降温，这就使得发动机负载较高，燃油消耗较大。
以国内某轮胎装载机为例，生产商利用选型设计法对冷却风扇与散热器进行了匹配，理论计算结果满足要求。当冷却风扇与散热器组安装在动力舱内后，夏天时，整机在60秒左右开启了发动机大循环，连续工作1小时左右出现了系统过热的现象，发动机中冷却液温度达到100℃左右，为了解决这种现象，生产商通常采用以下几种方式进行改善：
1）增加风扇转速；
2）更换比原风扇直径稍大的冷却风扇，这种方式虽然会在一定程度上改善冷却效果，但是风扇直径的增大，会使风扇的轴功率增加；
3）更换更大迎风面的散热器组，这种方式仅可以在小范围内适用，因为更大的迎风面会使散热器整体的压力损失升高，通过的有效风量降低；
4）加强散热器与发动机罩接合处的密封性。因为空气通过散热器后温度上升，同时风扇抽吸后压力提高，因为热空气易向前端低压处回流，如散热器周围有间隙，热空气会通过间隙重新回流入散热器，这统称热回流，它减少了冷空气的进入量，并促使气温上升，将明显降低散热器的冷却效果；
5）加强散热器与护照结合面上的密封性。如前所述由于风扇前后存在压差，同样也会在这些缝隙中产生空气回流，及空气从风扇后端通过间隙，回到风扇前端，相当于气流发生短路循环，同样使通过散热器的风量减少，降低散热器的散热能力；
6）更换厚度更大的散热器组，这种方式与前一种类似，也会增大压力损失，降低流量；
7）更换不同翅片类型的散热器组，这种情况较为常见，通常是将管片式替换为管带式，管带式替换为板翅式，由于散热器的压力损失与换热量属于两个互相矛盾而又不可分割的性能特征，因此更换了散热量较大的散热器，也就代表了该型散热器具有较高的阻力特征。虽然以上的这些方法可以在一定程度上解决系统过热，但是大部分过热程度较高的问题仍然无法解决，需要从散热系统整体上去考虑。
3工程机械散热系统的发展趋势
随着冷却系统的不断发展，对散热器的要求越来越高，在保证散热器具有足够散热能力和强度的前提下，体积更小，重量更轻，效率更高是车用散热器发展的必然趋势。散热器是零部件中强度较薄弱的环节，散热器在限定的空间内应具有足够的散热能力和较高的使用寿命，而整个总成必须质量轻、有色金属材料耗量少、生产成本低。其发展趋势如下：
1）薄壁、轻量、高效
散热器是一种产值较高的易损机车配件。其成本中料重工轻，因此降低材料消耗，改善生产工艺和结构，才能使散热器达到薄壁、轻量和高效。
2）结构合理
为保证在限定的空间内有足够的散热能力和可靠性，只有在散热器结构上寻找改进措施、降低应力和改善传热，才能达到设计要求。
3）装配式铝散热器及散热器的发展
装配式铝散热器在欧洲应用较为广泛，采用装配式铝散热器是为了降低污染和减小铝材料焊接困难而采用的工艺。虽然目前部分产品仍采用该结构，但风阻过大会影响该结构形式。硬钎焊的铝散热器随着冶金日益提高将逐步增多。硬钎焊的铝散热器可以实现整个总成等强度，从而大幅度提高散热器的寿命。
将铝质管带式散热器应用于工程机械，这不仅提高了工程机械的散热效率，更减轻了散热器的整体的重量，更为重要的是在当前铜材价格居高不下的情况下，节约原材料就等于降低了生产成本，相应也就增加了利润，这对企业来说也就增大了发展壮大的后劲，对企业也就扩大了生存空间，增强了社会竞争力。
4结语
现在的科学技术水平正在以日新月异的速度向前（下转第197页）（上接第141页）发展，解决问题的思路方法越来越多元化和精细化。散热器行业的细致研究也越来越被人们重视和突出出来，因此，研究强化散热问题，设计、制造出高效散热器，不仅是现代工业发展急需解决的问题，同时对于节约能源和降低生产成本也具有深远的现实意义。
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参考文献
［１］张奥.工程机械散热器传热特性分析[D].吉林大学,2013.
［2］刘佳鑫.工程机械散热模块传热性能研究[D].吉林大学,2013.
［责任编辑：汤静］
