煤礦用重型車輛的發(fā)動機艙熱管理分析與研究

摘要：煤礦井下通風(fēng)性差、車輛行駛速度低，極易導(dǎo)致防爆發(fā)動機高溫現(xiàn)象發(fā)生，本文基于重型車輛防爆發(fā)動機艙的布局現(xiàn)狀，對艙體內(nèi)的主要熱源進(jìn)行實時監(jiān)控，得到發(fā)動機艙內(nèi)相關(guān)溫度數(shù)據(jù)，針對主要熱源進(jìn)行局部的改造，并對改造后的發(fā)動機艙溫度進(jìn)行試驗，最終對試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，證明了優(yōu)化設(shè)計的正確性，進(jìn)而指導(dǎo)對發(fā)動機艙內(nèi)熱源與部件的布局，改善發(fā)動機艙的散熱性能。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機艙;散熱分析;發(fā)動機試驗;仿真對比

1 引言

為滿足長距離、大坡度工況下的運行要求，礦用重型車輛幾乎全部采用大功率防爆發(fā)動機，大功率防爆發(fā)動機的應(yīng)用對提高車輛重載大坡度的動力性能起到了關(guān)鍵性作用。然而當(dāng)重型車輛長時間處于重載大坡度爬坡工況時，由于動力系統(tǒng)長期處于高負(fù)荷運行狀態(tài)，極易導(dǎo)致防爆發(fā)動機熱負(fù)荷高、發(fā)熱量大，對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)造成沉重的負(fù)擔(dān)。發(fā)動機艙作為發(fā)動機系統(tǒng)的主要散熱系統(tǒng)，其散熱性能的好壞直接決定著防爆發(fā)動機散熱性能的優(yōu)劣，影響著整車的運行可靠性、安全性。因此對發(fā)動機艙進(jìn)行熱管理分析，對改善礦用重型車輛發(fā)動機艙的散熱條件，提高動力系統(tǒng)工作效率和可靠性具有重大意義。

盡管我國在防爆發(fā)動機設(shè)計方面具備很強的技術(shù)經(jīng)驗，但是長久以來，對于重型車輛發(fā)動機艙的散熱性能仍然是依賴經(jīng)驗設(shè)計，在整車制造完成前并未對發(fā)動機艙的散熱性能進(jìn)行準(zhǔn)確計算，導(dǎo)致發(fā)動機艙的散熱性能無法準(zhǔn)確衡量。

2 仿真分析

為更好地解決柴油機散熱問題，避免因柴油機高溫保護(hù)導(dǎo)致的停機等一系列影響，選擇模擬柴油機大坡度重載工況下，對其防爆系統(tǒng)進(jìn)行了散熱分析。結(jié)合相關(guān)軟件，輸入散熱系統(tǒng)元部件參數(shù)及防爆柴油機散熱量計算方法，對柴油機散熱系統(tǒng)進(jìn)行了流固耦合仿真分析，并通過試驗對其分析結(jié)果進(jìn)行了驗證，試驗?zāi)M井下環(huán)境，設(shè)置環(huán)境溫度為33℃。

防爆柴油機理論散熱量為：

其中：

η—傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比，對柴油機η取0.18～0.25;

—內(nèi)燃機燃料消耗率，kg/kW·h;

—內(nèi)燃機功率，kW;

—燃料低熱值，kJ/kg;

圖3-12 ?柴油機艙網(wǎng)格劃分

3、試驗研究

防爆柴油機采用單體泵電控噴油技術(shù)。由發(fā)動機控制單元（ECU）控制燃油噴射時刻、噴射脈寬和噴射規(guī)律。電控技術(shù)可實現(xiàn)噴油定時可變。噴油提前角的大小對柴油機運行狀況影響很大，燃油消耗率、排放指標(biāo)、熱平衡等參數(shù)相互影響，在合理控制燃油消耗的基礎(chǔ)上，有效優(yōu)化排放指標(biāo)及熱平衡至關(guān)重要。項目針對相關(guān)工況，通過臺架試驗獲得最佳噴油提前角的變化規(guī)律，實現(xiàn)在滿足國三排放的基礎(chǔ)上，取得較低的燃油消耗率和良好的熱平衡。發(fā)動機系統(tǒng)熱平衡試驗及優(yōu)化后的噴油規(guī)律見圖3-1、圖3-2所示。

1）實驗設(shè)備

測試車道路實驗所用的溫度測試儀器包括三種溫度范圍 K 型溫度傳感器、十六通道數(shù)據(jù)采集模塊、紅外成像儀、電源線、高溫膠帶以及卡箍及扎絲等固定工具。

結(jié)合仿真及試驗數(shù)據(jù)，最終在分析得到的易高溫位置設(shè)計加裝了隔熱罩，處理后最高溫降低10℃左右，可滿足整機的使用條件。

5、結(jié)語

基于CFD分析和試驗方法，研究了發(fā)動機艙內(nèi)各位置的溫度信息，通過對發(fā)動機艙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，得到優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)對比信息，證明優(yōu)化后結(jié)果滿足設(shè)計要求。

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作者簡介：任肖利（1987-），男，山西忻州人，碩士，現(xiàn)從事煤礦機械設(shè)計研發(fā)工作。