ZL50型裝載機水散熱器故障分析及改進措施

ZL50型裝載機的冷卻系統(tǒng)主要由發(fā)動機水散熱器、液壓油冷卻器、液力傳動油冷卻器、風(fēng)扇和各種管路等組成。冷卻系統(tǒng)的散熱性能與水散熱器的結(jié)構(gòu)、材料、散熱面積和進排氣通道，以及風(fēng)扇結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)。本文主要分析水散熱器故障原因，并提出改進措施。

1.故障現(xiàn)象

我公司對某年度1234臺ZL50型裝載機配裝的3種水散熱器質(zhì)量進行了統(tǒng)計分析，其質(zhì)量問題主要集中在破裂漏水、支架斷裂、熱平衡溫度高3方面。其中銅質(zhì)管片式水散熱器故障率為3.25%，銅質(zhì)管帶式水散熱器故障率為11.32%，鋁質(zhì)管片式水散熱器故障率為100%，如表1所示。

2.故障分析

由于這3種水散熱器故障率相差很大，我們決定對其進行全面分析，以便采取改進措施降低故障率。

（1）水散熱器結(jié)構(gòu)

裝載機常用水散熱器可分為管片式和管帶式2種結(jié)構(gòu)，現(xiàn)分別進行分析。

管片式水散熱器 管片式水散熱器芯部是由許多細的冷卻管和散熱片構(gòu)成，冷卻管的截面大多為扁圓形，以減小空氣阻力，增加傳熱面積。管片式水散熱器優(yōu)點是：散熱片套在水管上，整體剛性好。其缺點是：制造工裝通用性差，不宜使用較薄的散熱片，散熱片與水管之間的間隙會增大熱阻。

管帶式水散熱器 管帶式水散熱器芯部是由波紋狀散熱帶和冷卻管間隔排列，經(jīng)焊接而成。管帶式水散熱器優(yōu)點是：散熱帶夾在水管之間，組裝靈活，可采用較薄的材料。在同樣的條件下，散熱面積可以增加12%左右。其缺點是散熱帶與水管的焊接處易脫落，可靠性較差。

大多數(shù)廠家水散熱器采用管片式結(jié)構(gòu)，個別廠家采用管帶式結(jié)構(gòu)。本公司配套用的水散熱器同時存在上述兩種結(jié)構(gòu)形式。圖1為2種水散熱器結(jié)構(gòu)。

（2）水散熱器材質(zhì)

導(dǎo)熱散熱性能 不同材質(zhì)水散熱器導(dǎo)熱散熱性能有較大差別，如表2所示。銅的熱傳導(dǎo)率為401 W/m·K，鋁的熱傳導(dǎo)率為237 W/m·K。由此可知銅質(zhì)水散熱器導(dǎo)熱速度比鋁質(zhì)水散熱器導(dǎo)熱速度快。

銅比熱容為0.39×103 J/（kg·℃），鋁比熱容為0.88×103 J/（kg·℃）。材料比熱容數(shù)值越大，其所吸收（或放出）的熱量越多。因此，散發(fā)同樣的熱量，鋁降低的溫度要比銅降低的溫度的多。但是由于銅的密度是鋁的密度的3.3倍，在同樣散熱面積下，銅質(zhì)水散熱器散熱量反而比鋁質(zhì)水散熱器散熱量多。

維修性能和成本銅的強度高于鋁，銅質(zhì)水散熱器的耐用性和可靠性高于鋁質(zhì)水散熱器。在野外作業(yè)條件下，銅質(zhì)水散熱器修復(fù)簡便易行（錫焊即可），而鋁質(zhì)水散熱器修復(fù)比較困難。

由于材料價格和制造工藝差異，銅質(zhì)水散熱器成本高于鋁質(zhì)水散熱器，鋁質(zhì)水散熱器價格一般是銅質(zhì)水散熱器的2/3。但是鋁質(zhì)水散熱器的耐用性、可靠性、可修復(fù)性相對較差，維修成本較高。

（3）風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和性能

風(fēng)扇結(jié)構(gòu) 風(fēng)扇與導(dǎo)風(fēng)罩的徑向間隙應(yīng)控制在風(fēng)扇直徑尺寸的2.5%以內(nèi)，否則將降低風(fēng)扇效率。吹風(fēng)式風(fēng)扇在導(dǎo)風(fēng)罩內(nèi)的寬度以風(fēng)扇葉片寬度的1/3為宜。風(fēng)扇端面與水散熱器芯子過近或過遠，均會出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)或發(fā)生回流現(xiàn)象，推薦風(fēng)扇端面與散熱器芯子的距離為風(fēng)扇直徑的10-15%。

風(fēng)扇性能風(fēng)扇的流量與轉(zhuǎn)速成正比，但轉(zhuǎn)速越快消耗功率越大。從燃油經(jīng)濟性和降低噪音的角度考慮，應(yīng)盡可能選擇迎風(fēng)面積大、寬且高的散熱芯子，從而增大風(fēng)扇的直徑、降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

（4）熱平衡試驗

冷卻液散熱試驗 在水泥公路上，裝載機以30-36km/h的速度連續(xù)行駛，直至水散熱器出水溫度不再上升，再持續(xù)行駛15min以上。此時裝載機水散熱系統(tǒng)已達到熱平衡狀態(tài)。用冷卻液沸騰溫度（100℃）減去水散熱器上水室溫度，加上環(huán)境溫度，等于允許柴油機使用的最高環(huán)境溫度。以此計算和評定水散熱器的散熱能力。

液壓油散熱試驗 參照JB/T51026.2-1993《輪胎式裝載機產(chǎn)品質(zhì)量分等》要求，在工廠試驗場，裝載機以60～70斗/h的頻率連續(xù)挖沙作業(yè)，運距為2n～25m，每隔20min測量一次液壓油溫度，直至液壓油箱內(nèi)油溫度不再上升，并保持15min以上。此時裝載機液壓油已達熱平衡狀態(tài)。實測液壓油箱溫度加上40℃，減去環(huán)境溫度，等于液壓油熱平衡溫度。以此計算和評定液壓油散熱器的散熱能力。裝載機散熱器熱平衡試驗指標(biāo)及試驗結(jié)果如表3所示。

由散熱器熱平衡試驗結(jié)果可知，使用銅質(zhì)散熱器時，發(fā)動機冷卻液和液力變矩器油的熱平衡溫度比使用鋁質(zhì)散熱器的熱平衡溫度低3℃，液壓油熱平衡溫度比使用鋁質(zhì)散熱器的熱平衡溫度低2℃，但其熱平衡溫度均在溫度指標(biāo)范圍之內(nèi)。

3.改進措施

根據(jù)以上分析，可知水散熱器在同樣的散熱面積下，銅質(zhì)管片式水散熱器配合足夠大的風(fēng)量，就會取得比鋁質(zhì)管片式水散熱器更好的散熱效果，且耐用性、可靠性、可焊性較好，性價比更高。為解決水散熱器存在的故障，我們決定采取以下4項改進措施：

一是增加銅質(zhì)管片式水散熱器生產(chǎn)廠家的配套數(shù)量，并與這些生產(chǎn)廠家商討可靠性提升計劃。

二是減少銅質(zhì)管帶式水散熱器的配套數(shù)量，促進生產(chǎn)廠家解決銅質(zhì)管帶式水散熱器散熱帶與水管焊接處破裂率高、可靠性差的問題。

三是暫停鋁質(zhì)管片式水散熱器的配套供應(yīng)，流入市場的鋁質(zhì)管片式水散熱器實施召回，以促進生產(chǎn)廠家提高鋁質(zhì)管片式水散熱器的耐用性和可靠性。

四是水散熱器產(chǎn)品配套必須嚴格執(zhí)行小批量試用、可靠性試驗、市場確認3個程序，適時調(diào)整不同材質(zhì)水散熱器配套比例，確保水散熱器的散熱性能、耐用性和可靠性。

（作者地址：福建省泉州臺商投資區(qū)通港路惠南工業(yè)園區(qū)建德（泉州）工程機械制造有限公司362122）