淺談風扇馬達式散熱系統(tǒng)的機械設計策略

劉洋

日本電產(chǎn)（大連）有限公司 遼寧大連 116000

1 風扇馬達散熱系統(tǒng)設計綜述

與傳統(tǒng)的直驅(qū)式發(fā)動機散熱系統(tǒng)相比，風扇馬達散熱系統(tǒng)采用了溫度感應控制油壓和風扇轉(zhuǎn)速的運作方式，被廣泛使用于工程機械制造的散熱系統(tǒng)設計方案中。其工作原理為，系統(tǒng)中的溫度傳感器，能夠感知冷卻液的溫度數(shù)值，并向ECU控制中心發(fā)送信號；由ECU控制中心自動分析和判斷后，向電比例閥發(fā)出指令，調(diào)整油壓數(shù)值，進而實現(xiàn)對系統(tǒng)風扇的轉(zhuǎn)速控制。風扇馬達散熱系統(tǒng)的設計優(yōu)勢與特色為，其風扇轉(zhuǎn)速不依賴于發(fā)動機調(diào)節(jié)，采用了溫度感知、油壓調(diào)節(jié)的方式，能夠節(jié)省6-8%的油耗量，降低了散熱系統(tǒng)的運行成本，具有降噪、節(jié)能的設計優(yōu)勢。

下文中，筆者將針對風扇馬達散熱系統(tǒng)中，風扇、馬達、隔熱支架、系統(tǒng)控制中心的位置與結(jié)構(gòu)設計差異，分別對液壓馬達后置式和中置式的散熱系統(tǒng)做出分析。采用了后置式的風扇馬達散熱系統(tǒng)，只要開啟支架后，即可對散熱器、風扇和馬達部件實施更換、維護與清洗，具有便于維修和保養(yǎng)，操作安全的優(yōu)勢[1]。

2 中置式散熱系統(tǒng)的設計要點

中置式的風扇馬達散熱系統(tǒng)，采用了將風扇馬達置于散熱器、發(fā)動機之間的結(jié)構(gòu)設計策略，常見于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的散熱系統(tǒng)設計方案中。其設計特點為，在隔熱支架的外側(cè)放置馬達，受到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)限制，不能夠直接打開散熱系統(tǒng)的支架，對其組件進行更換或者維修，但具有固定可靠，整體結(jié)構(gòu)簡單的特點優(yōu)勢。

由于馬達組件被安放在散熱器和支架二者之間，需要將液壓管路、中冷鋼管和水管等零部件拆除后，借助專業(yè)吊具將風扇馬達、散熱器取出，才能夠進行馬達更換、故障維護和清理養(yǎng)護。由于散熱系統(tǒng)的質(zhì)量常常超過100噸，吊取過程存在安全隱患，同時增加了時間、資金和人力成本。

3 后置式散熱系統(tǒng)的設計要點

與中置式散熱系統(tǒng)設計相區(qū)別，后置式散熱系統(tǒng)設計方案中，在可打開或者固定的組件上安置風扇馬達，以便于安全高效地保養(yǎng)和維護。參考圖1。

后置式的散熱系統(tǒng)設計方案中，多在散熱器側(cè)面，使用鉸鏈固定馬達風扇組件，以便于60°旋轉(zhuǎn)打開。如果需要對散熱系統(tǒng)進行清理、保養(yǎng)或者維修，則打開組件支架，馬達組件和散熱器系統(tǒng)都將露出，提高了部件更換與維修、養(yǎng)護過程中安全性和便利性，避免發(fā)生不必要的人身傷害和財產(chǎn)損失。依據(jù)散熱器、風扇和馬達幾個主要部件的安裝位置不同，可以將后置式散熱系統(tǒng)劃分為兩種類型。具體分析如下。

3.1 馬達布置在內(nèi)側(cè)

圖1所示即為馬達布置在散熱器內(nèi)側(cè)的方式，在實際設計中，這種方式常受整機參數(shù)及相關(guān)部件空間位置的限制，在現(xiàn)有空間希望盡量加大風扇與散熱器之間距離的情況下，可選用此種方式。風扇與散熱器表面之間的距離d對風扇的效率影響很大，實際測試可以得到風扇與散熱器表面的距離對散熱效率的影響，當d≤50mm時，風扇的效率會下降很大。采用此種布置方式可在一定程度上合理調(diào)節(jié)風扇與散熱器之間的距離，從而使風扇能夠工作在高效區(qū)，使冷卻風更加均勻地吹過散熱器的表面，從而提高散熱性能。需要注意的是，風扇有吹風或吸風兩種形式，一般多采用吸風風扇（冷風先經(jīng)過散熱器后經(jīng)過風扇為吸風，反之為吹風），這不僅是因為吸風風扇效率高，另一重要因素是吹風風扇的風經(jīng)過散熱器后會加熱發(fā)動機艙，進而會加熱駕駛室艙，不僅使發(fā)動機熱負荷增加，甚至會直接影響到駕駛室內(nèi)的溫度，這在夏天會嚴重影響空調(diào)的制冷效果[2]。

圖1 后置式散熱系統(tǒng)設計圖

3.2 馬達布置在外側(cè)

馬達布置在外側(cè)，是指將上圖中馬達2與風扇3的前后位置對換進行布置。在空間位置足夠的情況下，可以采用這種布置方式，其優(yōu)點是馬達支架的結(jié)構(gòu)簡單，但需要增加風扇防護網(wǎng)，以防止支架打開后，暴露的風扇造成人身意外傷害。此種方式也可方便地實現(xiàn)風扇的裝配及拆卸更換，且馬達管路因可以布置在支架內(nèi)部而更加美觀，也是一種可以優(yōu)選的設計方式。

4 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)實驗驗證和實踐經(jīng)驗證明，后置式的風扇馬達散熱系統(tǒng)設計方式，具有降低機械運行噪音，節(jié)約油耗和維修成本，便于維護、清理養(yǎng)護的優(yōu)勢，是散熱系統(tǒng)設計方案的首選。