挖掘机广泛采用水冷式柴油机，其散热介质为冷却液。柴油机运转巾产生的热量传给冷却液，再通过水散热器将热量散入大气，达到柴油机热平衡。本文介绍挖掘机柴油机散热装置匹配设计方法。并介绍20t级挖掘机散热装置匹配实例。

    一、散热装置匹配设计方法
    柴油机冷却系统主要由储水罐、缸体水套、水泵、水散热器、风扇、水管和温度调节装置等组成。挖掘机生产厂家选配柴油机后，柴油机缸体水套、水泵、温度调节装置均确定，挖掘机生产厂家只需根据其冷却系统散热量选配水散热器、风扇、导流罩等散热装置，并根据柴油机及挖掘机结构确定相关管路。
    1．散热装置散热量
    （1）确定柴油机热平衡功率
    挖掘机选配的柴油机，其热效率通常可达30％～40%，其余热量经过各种传热方式传递给柴油机冷却系统。柴油机冷却系统匹配的实质是实现能量平衡，该能量平衡应以柴油机最恶劣工况计算。柴油机最恶劣上况有2种，即最大扭矩工况和额定功率工况。最人扭矩工况时，柴油机转速较低，冷却液压力较低，缸体水套处可能形成气泡，使柴油机出现过热现象。挖掘机作业时，柴油机油门往往最大，并处于额定功率状态。柴油机处于额Ant率时，比较符合挖掘机实际作业工况，冷却系统的水散热器、风扇、管路以柴油机应以额定功率作为计算工况。
    （2）散热装置散发的总热量
    根据柴油机额定功率，可以初步计算出单位时问散热装置散发的总热量Qw，可采用公式（1）计算。

式中：Qw----散热装置单位时间散热量，kW;
      φ----柴油机冷却系统的热量占燃料热量的百分比，取值0.18～0.25;
    Ge----柴油机燃油消耗率，kg/(kW·h）;
      Pe----柴油机功率，kW;
      hn‑---燃料热值，柴油取41870kj/kg。
    由于散热装置土作时受环境、柴油机结构、柴油机安装仓结构、液压系统散热等很多因素的影响，散热装置散发的总热量很难精确计算。在设计之初，为了简化计算，柴油机工作时需要散热装置单位时间散发的总热量Qw可按0.65～0.9倍的柴油机额定功率一计算。当挖掘机采用直喷燃烧型式和大缸径柴油机时，可以取偏下值。考虑到初始设计时的余量，可取0．7，或参照柴油机参数表给出的测试数值。
    （3）确定冷却空气需要量
    冷却空气的需要量通常根据水散热器的散热量确定，而水散热器的散热量Va通常等于散热装置的散热量，具体计算公式如下：

式中：Va----水散热器单位时间散热量，
      △t1----空气通过水散热器后的温差，取25～35℃；
    ρ1----空气的密度，取1.01 kg /1113；
    Cp1----空气的定压比热，取值为1.047kj/kg. ℃。
    （4）计算冷却液的循环量
    根据热平衡理论，计算散热装置所需要的冷却液的散热量Vim、可按公式（3）计算：

式中：Vw----冷却液单位时问散热量，
      △t2----冷却液在水散热器巾循环时的温升，取6～12℃ ;
    ρ1----水的密度，取1000kg/m3 ;
    Cp2----水的比热，取值为4.187kj/kg. ℃。
    2．水散热器设计
    （1）确定导热系数和芯片距离
    根据冷却液的循环量、冷却空气通过量，选取几种不同芯片结构水散热器，利用FLUENT流体软件分别模拟分析出各种水散热器导热能力的强弱，通常是模拟温度传导时导热量，即导热系数K，再选取导热系数K的最大值，以此值作为所选水散热器的导热系数K。
    水散热器芯片结构不仅影响水散热器的导热系数K，而且影响空气流动阻力，进而影响风扇消耗的功率。另外由于挖掘机作业环境灰尘较多，容易造成芯子堵塞，会使散热性能大大下降。因此在满足散热量的前提下，应尽量增加散热芯片之间的距离。推荐工程机械水散热器散热芯片之间的距离为2.7～4mm。

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