高寒型挖掘機(jī)械加熱系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

魏 靖/WEI Jing

（徐工挖掘機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

高寒地區(qū)施工中，柴油機(jī)在-40℃的高寒環(huán)境下能否正常工作成為工程機(jī)械面臨的挑戰(zhàn)。本文以挖掘機(jī)為例介紹在高寒條件下工程機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)加熱方案設(shè)計(jì)。通過加熱發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液用來提升機(jī)油溫度，減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和啟動(dòng)電機(jī)耗電量及啟動(dòng)時(shí)間，以此延長(zhǎng)柴油機(jī)和電瓶的使用壽命。同時(shí)，通過獨(dú)立氣暖加熱器加熱駕駛室給操作者增加舒適性并且節(jié)約使用成本。

1 加熱系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前,挖掘機(jī)械加熱系統(tǒng)一般采用柴油加熱器作為核心部件，通過柴油燃燒加熱冷卻液，并與發(fā)動(dòng)機(jī)組成循環(huán)加熱系統(tǒng)。圖1為常見的柴油加熱器。

柴油加熱器采用24V或12V直流電源供電，其附帶的水泵將空調(diào)進(jìn)水管路中的冷卻液部分抽出，通過柴油加熱器加熱后再循環(huán)至空調(diào)回水管路，進(jìn)而將加熱后的冷卻液循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)水泵吸水口處，完成整個(gè)循環(huán)過程，以此達(dá)到低溫條件下輔助啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目的。

在此加熱方案中，柴油加熱器的柴油在很大程度上受柴油標(biāo)號(hào)的限制。這需要柴油在低溫條件下能夠正常流動(dòng)，以此保證其正常工作。一般而言，柴油標(biāo)號(hào)越低，價(jià)格越高，購(gòu)買難度隨之增加。同時(shí)，挖掘機(jī)械在低溫條件下，液壓油隨著溫度的降低粘度也會(huì)增加，長(zhǎng)時(shí)間低溫運(yùn)行，會(huì)對(duì)液壓元件造成損害。即便如此，為了節(jié)約成本，多數(shù)用戶還會(huì)選擇使用標(biāo)號(hào)價(jià)格偏低的柴油、機(jī)油以及液壓油，在一定程度上加劇了上述條件對(duì)機(jī)械的負(fù)面影響。基于此，本文提出一套挖掘機(jī)械全方位的加熱方案，使機(jī)器在低溫乃至高寒條件下順利啟動(dòng)并保持正常工作的狀態(tài)。

2 全方位加熱系統(tǒng)

如圖2所示，全方位加熱方案是在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了蓄電池、柴油箱、液壓油箱等部件加熱用以滿足高寒條件下挖掘機(jī)械啟動(dòng)和工作的需求。蓄電池、柴油箱和液壓油箱加熱系統(tǒng)為三路并聯(lián)的冷卻液加熱回路。每個(gè)回路上面配置球閥，通過球閥的開啟和關(guān)閉可選擇單個(gè)或多個(gè)回路加熱。相比現(xiàn)有系統(tǒng)，全方位加熱方案所選擇的柴油加熱器功率應(yīng)適當(dāng)加大。

為了使柴油加熱器能在高寒條件下正常工作，本方案為加熱器單獨(dú)設(shè)計(jì)了一個(gè)副油箱，箱體裝盛當(dāng)前環(huán)境對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào)的柴油。

2.1 蓄電池加熱

低溫起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)消耗的電流很大，約為常溫起動(dòng)的6～10倍，溫度越低，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)所需的瞬間電流越大。起動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)蓄電池的損耗越大。使用全方位加熱方案后，機(jī)油溫度升高，潤(rùn)滑良好，啟動(dòng)電流降低，一次耗電量?jī)H占電瓶總?cè)萘康?.3%。同時(shí)啟動(dòng)時(shí)間縮短，如圖3所示，蓄電池極板間的化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)更具活性化并使其有效放電增加，達(dá)到延長(zhǎng)蓄電池使用壽命的目的。

2.2 柴油加熱

柴油箱加熱器安裝在柴油箱壁上，加熱器深入到柴油箱內(nèi)部，可以徹底解決高寒條件下結(jié)蠟問題。如圖4所示。

為了節(jié)約成本，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，客戶使用機(jī)器時(shí)可以在副油箱里加裝對(duì)應(yīng)標(biāo)號(hào)柴油如-35#～-50#，正常的主柴油箱里可以加裝-10#～0#柴油。如果以平均油耗25L/h，工作6h/天，高寒條件工作100天/年，柴油差價(jià)按1元/L計(jì)算，柴油箱加裝全方位加熱方案后，每年可以節(jié)約1.5萬元。

2.3 液壓油箱加熱

液壓油加熱與柴油箱加熱類似，能夠有效解決高寒條件下，液壓油膠凝的停機(jī)狀況，保持液壓油的流動(dòng)性。同時(shí)減少油泵的汽蝕現(xiàn)象，減緩油泵和液壓元件的磨損，大大增加液壓元件的使用壽命，減少了液壓元件維護(hù)保養(yǎng)成本。加熱后的冷卻液進(jìn)入液壓油箱加熱器，加熱液壓油后從加熱器出口經(jīng)冷卻液主回路回到發(fā)動(dòng)機(jī)。如此循環(huán)往復(fù)，使液壓油達(dá)到最佳工作溫度。

3 駕駛室加熱

傳統(tǒng)的駕駛室加熱是由發(fā)動(dòng)機(jī)流出的冷卻液提供熱量，即水暖加熱。本案將采用新型獨(dú)立氣暖加熱器給駕駛室加熱，如圖5所示。獨(dú)立風(fēng)暖加熱相比傳統(tǒng)加熱有以下優(yōu)點(diǎn)：①嚴(yán)寒條件下發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)尚困難，無法提供熱量給駕駛室加熱，即便加裝了柴油加熱器，啟動(dòng)過程也將持續(xù)30min甚至更多。高寒條件下，操作人員在駕駛室里持續(xù)等待，極有可能被凍傷。采用獨(dú)立風(fēng)暖加熱，可以達(dá)到即開即熱。②相比于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速取暖，獨(dú)立風(fēng)暖加熱將更節(jié)省柴油，使用成本僅為常規(guī)加熱的1/10。

4 結(jié) 語

隨著俄羅斯、北美等建筑工程的增加，工程機(jī)械也將面臨更多的嚴(yán)寒條件的考驗(yàn)，挖掘機(jī)的冷啟動(dòng)技術(shù)，不僅可以大大節(jié)約柴油的使用成本，同時(shí)也降低了發(fā)動(dòng)機(jī)、電瓶等維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，即開即熱的駕駛室氣暖加熱為駕駛者的安全性及舒適性保駕護(hù)航，這套全方位的加熱系統(tǒng)也可以應(yīng)用到其它類型的工程機(jī)械，有了全套的加熱方案，廣闊的嚴(yán)寒地區(qū)將會(huì)迎來更快的發(fā)展。