發動機風扇對采棉機散熱器冷卻效果的研究

梁定義，蔡永暉，劉鈞天，薛玉景，章 燕，趙 倩，擺瑾焱

（新疆缽施然智能農機股份有限公司，新疆 烏蘇 833300）

0 引言

采棉機又分為棉花選收機和棉花統收機兩種，市場上目前使用的主要是棉花選收機。根據棉花采摘原理以及采摘頭的結構不同棉花選收機又分為自走式水平摘錠采棉機和自走式垂直摘錠采棉機[1]。由于水平摘錠式采棉機作業效率較高、采凈率較高（約96%）、含雜率較低（約為10%左右），目前在市場上占據主導地位[2]。另外按采收棉花的預處理不同，分為箱式采棉機和打包采棉機，箱式機是直接采收后的棉花在棉箱里面暫時儲存不做處理，到指定地點卸下采收的棉花，打包采棉機是采收后在棉箱內暫存，再經過排棉系統輸棉、打包系統壓實棉花及包裝包裹膜后到指定地點卸下圓捆棉包的形式。由于棉花采收作業環境惡劣，粉塵與棉絮容易堵塞散熱器表面，造成高溫影響采棉機的整機性能穩定性[3]。為解決散熱器散熱不良的問題，開展以下測試分析。

1 測試試驗研究

1.1 設備介紹

測試樣機為三行自走式圓捆棉花打包機；發動機布置采用橫置式，即發動機曲軸與設備軸向垂直；發動機前端輪系直接驅動液壓換向風扇冷卻并清潔散熱器；液壓換向風扇工作時空氣流動軌跡：（1）吸風散熱模式：外界自然風→散熱器前端風口→散熱器→風扇→發動機機艙四周→外界；（2）吹風除塵模式：外界自然風→機艙四周風口→發動機機艙→風扇→散熱器→散熱器前端風口→外界。

1.2 測試方法介紹

采用兩種測試方法，第一種在整機右側散熱器表面用吹紙板方式視覺判斷風力大小，第二種采用測風儀器讀取風力數據。

1.3 分析影響換向風扇風力大小的因素

通過分析可能失效的原因得出如下影響因素。

圖1 影響換向風扇風力大小的因素

1.3.1 發動機風扇驅動測試（實驗室測試）

試驗目的：為了驗證發動機匹配不同空調壓縮機對正向風扇以及反向風扇轉速的影響。實驗設備：襄陽發動機試驗臺架、附帶Cummins空調壓縮機的L9發動機、Boshiran自備空調壓縮機及其輪系、750 mm直徑換向風扇-正向鎖定吸風風扇、750 mm直徑換向風扇-反向鎖定吹風風扇。試驗條件：匹配兩種不同空調壓縮機時，應保證兩種狀態下的發動機轉速相同、風扇的型號和安裝方式相同、風扇墊塊相同以及風扇的速比相同。試驗數據如表1。

表1 發動機匹配不同空調壓縮機對正向風扇以及反向風扇轉速的影響

試驗結論：通過更換不同的空調壓縮機測得四種轉速下的數據，可以得出相同條件下發動機匹配不同空調壓縮機時在容許公差范圍內對風扇轉速的轉速無影響。

1.3.2 風扇總成問題測試

試驗目的：為了測試換向風扇角度對吹風風向的影響及測試風扇與散熱器的距離對吹風風量的影響。試驗設備：25°換向風扇、30°換向風扇；厚度分別為30.5 mm、36.5 mm、41.5 mm、44.5 mm、46.5 mm 的風扇墊塊；散熱器、Cummins L9發動機、紙板、測風儀器等。為確保試驗的準確性，在驗證換向風扇角度對吹風風向的影響時應保證風扇的墊塊厚度相同以及發動機的轉速相同；同理驗證換向風扇距散熱器的距離對吹風風量的影響時應保證換向風扇的角度一致；并且風扇液壓系統工作壓力必須在3.5～6 MPa范圍內。經過測試記錄試驗風扇吹起紙片的高度數據（表2）。

表2 視覺觀察紙板吹起高度來判斷不同情況下對風向的影響

為了驗證紙片高度視覺數據的準確性，現將散熱器表面均勻劃分為72點格，即豎向9格，橫向8格，使用測風儀器分別測量72點格的風量、風速，通過對比數據驗證1.3.2的測評結果是否準確（表3）。

表3 吸風風速風量對比

通過觀察不同角度的換向風扇吹起紙板的高度，以及通過測風儀器測量出的數據可以得出反吹風扇角度越大時，吹風的風量越大，風速也越快；同理，在相同風扇角度下，通過增加墊塊改變反吹風扇與散熱器的距離，來改變反吹風扇的吹風風量、風速，在墊塊加厚10 mm時吹風能力提升較大，可以得出風扇越靠近散熱器風量越大、風速越快。因此得出的結論為反吹時風扇越靠近散熱器風量越大，反吹風扇角度越大，風量也越大。

1.3.3 驗證散熱器總成及外圍料件的影響分析

試驗目的：為了驗證散熱器外部除塵裝置以及散熱器散熱片密度對反吹風扇的吹風風量的影響。試驗設備：2臺帶有不同除塵裝置的散熱器、測風儀器、三行自走式圓捆棉花打包機。為了試驗的準確性，應保證散熱器總成翅片密度幾何尺寸、發動機轉速以及反吹風扇距離散熱器的距離一致。試驗時通過更換不同的散熱器總成外部除塵裝置，使用的散熱器散熱片距離分別是5 mm和2.5 mm，對兩臺散熱器分別進行測試，通過觀察吹紙板的運動狀態判斷散熱器外側風量變化。

試驗結果表明，在風量足夠且散熱器厚度相同的情況下散熱器翅片的距離對散熱器通風的影響不顯著。

1.3.4 機艙風道的影響

試驗目的：通過改變散熱器內部的阻擋面積和外部阻擋面積來驗證機艙風道對換向風扇的吹風能力。試驗設備：不同配置的三行自走式圓捆棉花打包機、紙板。試驗時應保證發動機的轉速一致。通過增加發動機艙遮擋物來使阻擋散熱器散熱面積上的投影面積由0增加到1/4時，將風量進行對比。在散熱器外側吹風時紙板由吹起20 cm變為5 cm，說明遮擋內部散熱器表面對反吹風有影響，遮擋的面積越大，風力越小。當使用相同投影面積1/4的遮擋物距離散熱器由500 mm到2 000 mm時，發現在散熱器外側吹風時紙板由吹起5 cm變為20 cm，說明距離散熱器越遠的遮擋物對散熱器的通風量影響越小，反之距離越近，影響越大。

2 結果與分析

通過以上試驗研究，證明在采棉機上使用可換向的反風風扇時，風扇角度越大，反吹時風量越大，散熱越好；并且風扇葉面距離散熱器越近，反吹風量也會越大，在使用換向風扇時，散熱器內側空曠沒有阻擋物，有足夠的進氣量，會對風扇散熱風量有增大作用，換向風扇使用效果更好。