李華瑩 陳紹山 王飛等1

摘 要：針對某型裝甲車液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)的風(fēng)扇與水泵控制性能不佳和能量浪費(fèi)大的問題，通過分析液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)采集方案，并對不同工況下系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析，分析結(jié)果可為液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)的改進(jìn)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：風(fēng)扇;動(dòng)態(tài)特性;影響因素

裝甲車的動(dòng)力源通常為柴油機(jī)，而通常只有30%左右的系統(tǒng)能量是有效能量，另外70%則基本轉(zhuǎn)化為熱能被耗散了，在這一部分能量中約有50-60%左右的能量是通過冷卻循環(huán)系統(tǒng)給耗散的，這一過程又給柴油機(jī)帶來了極大負(fù)擔(dān)[1-3]。因此，提高冷卻散熱的性能對保證動(dòng)力系統(tǒng)可靠運(yùn)行具有重要的意義。裝甲車散熱的冷卻方式通常采用閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是采用冷卻液循環(huán)流動(dòng)，在高溫區(qū)通過冷卻液帶走大量熱能，然后經(jīng)過冷卻風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)將冷卻液的熱量通過散熱器散失到流動(dòng)的空氣中，其工作方式可靠，能較好地滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻強(qiáng)度要求。但以往較老裝甲車?yán)鋮s系統(tǒng)其冷卻風(fēng)扇的動(dòng)力來源一般都是通過簡單的帶傳動(dòng)等裝置直接與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連的，兩者是定傳動(dòng)比關(guān)系[4-5]。此種驅(qū)動(dòng)形式的冷卻系統(tǒng)其冷卻能力是按照發(fā)動(dòng)機(jī)最大熱負(fù)荷工況設(shè)計(jì)而成的，而且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化影響很大，無法實(shí)現(xiàn)跟隨外部環(huán)境與發(fā)動(dòng)機(jī)具體工作狀況而進(jìn)行有效精確的調(diào)節(jié)[6-7]。因此，現(xiàn)有裝甲車的液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)通常存在風(fēng)扇與水泵控制性能較差和風(fēng)扇冷卻能力與發(fā)動(dòng)機(jī)散熱需求不匹配等問題，使得整個(gè)液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)的能量浪費(fèi)較大，且系統(tǒng)的效率也相對較低。為充分掌握液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，需要對其進(jìn)行實(shí)車實(shí)驗(yàn)測試，以獲取溫度和壓力等參數(shù)，從而挖掘分析現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)的不足，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 裝甲車液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)分析

液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)由斜盤式軸向柱塞變量泵、斜軸式柱塞定量馬達(dá)、溫控閥、濾油器、壓力表、油箱總成、管路等組成，定量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸流風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的冷卻，其工作原理如圖1所示。液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)的工作原理是通過控制軸流風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度的控制，由溫控閥感知發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，溫度感應(yīng)范圍為75℃～85℃，當(dāng)冷卻液溫度低于75℃時(shí)，受溫度控制的變量泵油壓等于零，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)溫度升高，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速逐步增加，當(dāng)冷卻液溫度達(dá)到85℃時(shí)，受溫度控制的變量泵油壓達(dá)到最大值28，其風(fēng)扇轉(zhuǎn)速也將達(dá)到最高，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的快速冷卻。

系統(tǒng)主要元件的性能參數(shù)如表1和表2所示。

2 液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)實(shí)車實(shí)驗(yàn)

通過對某新型裝甲車液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)車實(shí)驗(yàn)，然后對發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、液壓系統(tǒng)的壓力和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等信息進(jìn)行分析，以進(jìn)一步掌握液壓風(fēng)扇系統(tǒng)在實(shí)裝上運(yùn)行的動(dòng)態(tài)效果，從而為液壓驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的改進(jìn)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)的工作特點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件，通過將相應(yīng)的傳感器安裝在裝甲車?yán)鋮s系統(tǒng)上，利用手持式動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)儀對風(fēng)扇系統(tǒng)實(shí)際工作時(shí)的相關(guān)物理量信號(hào)進(jìn)行采集記錄，并運(yùn)用相應(yīng)的軟件進(jìn)行分析處理。

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由CoCo90數(shù)據(jù)記錄與動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理終端、JWB/M1/V型環(huán)境溫度變送器、JYB型壓力液位變送器與JK-5002C型轉(zhuǎn)速傳感器組成。為了準(zhǔn)確地掌握裝甲車正常行駛時(shí)具體的散熱工況，結(jié)合液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)的工作特性，需要在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)出水口和風(fēng)扇馬達(dá)進(jìn)出油口等位置合理的安裝溫度、壓力和轉(zhuǎn)速傳感器，其具體布點(diǎn)如圖2和圖3所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

當(dāng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成安裝、參數(shù)設(shè)定與試運(yùn)行之后，使車輛在平坦道路、陡坡與復(fù)雜綜合路況下進(jìn)行跑車實(shí)驗(yàn)，要求各種情形的行駛時(shí)間不得少于5分鐘。為了能便于分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，減小測試量，此次實(shí)驗(yàn)采取控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與區(qū)分路況相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)條件，具體主要區(qū)分以下幾種工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件較好，冷卻溫度不是很高，但為了得到液壓風(fēng)扇系統(tǒng)在整個(gè)工作溫度范圍和高溫時(shí)的工作狀態(tài)，在2000穩(wěn)定轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)時(shí)區(qū)分關(guān)閉百葉窗與正常開啟兩種工況。其實(shí)車采集所得的數(shù)據(jù)如圖4和圖5所示。

綜合路況條件下穩(wěn)定轉(zhuǎn)速在1800，其實(shí)車采集所得的數(shù)據(jù)如圖6。

由圖4，圖5，圖6的壓差圖（b）和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速圖（c）兩者之間對比可知，馬達(dá)進(jìn)出口壓差與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變化規(guī)律相同，說明此液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速是由馬達(dá)進(jìn)出口壓差大小所決定的;由圖4，圖5，圖6的溫度圖（a）和壓差圖（b）兩者之間對比可知，馬達(dá)進(jìn)出口壓差其變化趨勢與發(fā)動(dòng)機(jī)出水口溫度變化相一致，這主要受系統(tǒng)中溫控閥的作用所決定的。但變化規(guī)律不完全一致，圖4，圖5，圖6中的壓差圖（b）存在多次的突變。結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)際并綜合分析壓差變化影響因素可知，其多次突變主要原因是由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化所引起的。因?yàn)轳{駛場地大小所限，相同路況的實(shí)驗(yàn)距離達(dá)不到要求，只能通過來回行駛來模擬，因此在轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的要求是無法保證的，而通過觀察壓差突變時(shí)刻與實(shí)驗(yàn)行駛記錄發(fā)現(xiàn)兩者正好吻合，而且理論分析可知發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化對液壓系統(tǒng)壓力存在較大的影響。

3 結(jié)論

雖然某新型裝甲車液驅(qū)風(fēng)扇系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的無級(jí)調(diào)速，能在一定的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好的控制，但其冷卻風(fēng)扇仍受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響波動(dòng)較大，而且當(dāng)裝甲車在山地丘陵等復(fù)雜陡峭路況下行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在低速重載工況下，其對散熱需求很大，極有可能冷卻不足。隨著技術(shù)水平的提高與能源危機(jī)問題，裝甲車液壓驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)對那種具有較大冷卻能力，能實(shí)現(xiàn)“按需冷卻”要求越來越迫切。因此實(shí)現(xiàn)液壓驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的精確控制越來越重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]周龍剛，孟祥龍，李偉等.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)方式對比[J].內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置，2013（01）：55-57.

[2]牛曉冬，倪計(jì)民，徐向陽等.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇不同驅(qū)動(dòng)控制策略的仿真研究[J].汽車科技，2013（02）：5-11.

[3]He X，Wag XC，Hu JB，et al.Research on the Cooling Fan Speed Control Scheme of the Large Power Vehicular Diesel Egine in Altitude Eviroment[J].Applied Mechanics and Materials，2014， 2948（496）：1226-1230.

[4]駱清國，桂勇.裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)智能化控制冷卻系統(tǒng)發(fā)展[J]. 裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（04）：25-29.

[5]毛飛鴻，張立群，杜明剛.坦克裝甲車輛液黏驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇調(diào)速控制策略研究[J].機(jī)械制造，2014（03）：53-56.

[6]呂永標(biāo).履帶式攤鋪機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真研究[D].中南林業(yè)科技大學(xué)，2009.

[7]劉健，過學(xué)迅.基于熱管理的兩棲車輛冷卻系統(tǒng)改進(jìn)研究[J]. 專用汽車，2009（11）：46-48.