工程车辆温控独立冷却系统关键技术研究

发布时间：2016-10-22 06:35

第 1 章 绪论

热管理技术对提高整车性能潜力巨大，直接影响着汽车动力系统的整体工作性能，是车辆未来智能化技术发展的一个重要方向。采用先进的设计理念研究高效可靠的热管理系统，是目前提高发动机功率密度和改善经济性的重要技术手段之一，因此，对车辆热管理系统进行深入研究很有必要。装载机作为非道路用工程车辆，工作环境非常恶劣，发动机产生的热量、液压系统和传动系统产生的热量也随之增加，从而使整车热负荷越来越大，整车热平衡温度过高会导致发动机充气效率降低引起功率下降；液压系统温度过高会使液压油粘度降低，影响其热稳定性从而增加了泄露，导致执行机构工作无力、动作缓慢，液压系统的可靠性降低，严重时会产生重大安全事故。与此同时，2015 年 10 月 1 日国家对非道路工程机械产品强制执行国三排放标准，装载机要维持正常的工作状态以及达到新的排放法规要求，就需要对更多的热源进行更合理的散热，因此，对装载机整车热管理系统进行研究很有实际意义。

......

第 2 章 工程车辆用散热器强化传热分析

2.1 板翅式散热器换热机理

板翅式散热器的换热原理及换热表面温度分布如图 2.2 所示，在一次换热面和二次换热面同时进行着热交换。因为沿流动方向的翅片长度远比翅片厚度大，因此翅片的导热可以作为一维导热计算。随着翅片与流体的对流换热，靠近翅片中心处温度逐渐降低，中部温度趋于流体温度。其中，T 为流体的温度，tw为隔板表面温度。

2.2 基于遗传算法的散热器性能多目标优化

多目标优化的目的使相互矛盾的目标值在允许的约束范围内得到相对最优的数值。散热器优化的目标是在满足工作需要的换热量的同时，又要尽可能的减小沿程阻力损失，以减小不必要的能量消耗。作为冷却系统的重要组成部分，散热器的功能是实现冷、热流体间的热量交换，因此散热器的散热功率为最重要的性能评价指标。同时，为了降低泵的功率以降低油耗，通过散热器的流体压力损失应在保证散热功率的前提下尽可能小。因此，将散热器散热量和冷、热流体侧压力损失作为设计时的主要目标。采用 MATLAB 遗传算法工具箱中的 NSGA-Ⅱ多目标优化算法，优化求解计算过程如图 2.3 所示，计算过程参数设置如表 2.2 所示，遗传算法优化程序的初始条件如表 2.3 所示。

第 3 章 动力舱热环境预测及冷却系统性能分析................37

3.1 动力舱内部换热机理分析.............37
 3.2 CFD 数值仿真 ............39
 3.3 空气流量分布不均匀性分析...........49
 第 4 章 装载机工作装置液压系统热特性研究................ 61
4.1 虚拟样机模型 ............. 61
 4.2 热液压系统建模 ............... 63
 4.3 热液压系统仿真结果分析 ............... 67
 第 5 章 温控独立冷却系统性能研究 ............. 75
5.1 温控独立冷却系统介绍 ........ 75
5.2 冷却系统仿真模型 .......... 76
 5.3 独立冷却系统仿真...............82

第 6 章 装载机整车热平衡试验

6.1 整机性能试验

试验目的：为了掌握 50 装载机双泵合流液压系统的工作性能，了解动力舱内部热环境以及整机热平衡状态，为研究装载机对恶劣工况的适应状态提供参考数据，对典型工况下的装载机工作状态进行现场试验。内容：对 50 装载机在不同工况下的整车热平衡状态进行测试，评价装载机散热系统工作性能。试验样机为某厂家生产的 50 国Ⅲ标准轮式装载机，为了提高装载机的作效率，该机采用双泵合流工作液压系统和全液压负荷传感转向系统大幅度降低油耗。当装载机需要转向时，转向泵优先给转向系统供油，多余的油液提供给工作系统。不转向时，当工作装置系统压力达到卸荷阀调定的压力 12MPa 时，转向泵提供给工作装置的油液经卸荷阀流回油箱，从而提高整机的作业效率。试验样机主要参数如表 6.1 所示。

6.2 试验结果分析

图 6.5 为 V 型铲装作业过程中装载机液压系统压力变化曲线，从图中我们可以看到：由于液压系统具有负荷传感控制转向的定量液压系统，并具有双泵合流功能，但是在实际施工操作中，装载机工作装置负载变化频繁且变化范围较大，而两个定量泵的输出流量始终保持不变，在铲掘和动臂满载举升过程中产生较大的溢流损失，不但造成了功率的浪费，而且会使液压系统温度升高。此外，转向液压系统转向时的压力波动较大，压力损失较大，会产生较多的热量。空载试验是在工作装置无负载的情况下行的，表征整车工作系统在无负载干扰下自身的性能，通过对该工况的测试，可以了解整机液压系统的原始特性，高速跑作业试验场地如图 6.8 所示。
...

第 7 章 结论与展望

本文以提高轮式装载机整车冷却系统散热效率和节能环保为目的，结合“十二五”国家科技支撑计划课题“面向节能与安全的集成智能化工程机械装备研发”，采用理论推导、数值仿真和试验相结合的研究方法，对工程车辆整车冷却系统匹配和控制策略等关键技术进行了研究，，主要工作如下：(1) 分析了板翅式散热器的换热机理，对装载机用液冷型散热器进行了参数匹配研究。采用 MATLAB 遗传算法对液冷型板翅式油散热器和中冷器进行了多目标优化，选出了合适的参数匹配模型，并通过试验验证了仿真流程的准确性，有效缩短了设计周期。对散热器的强化传热进行了基础性研究，对带三角扰流翼的波纹翅片的强化传热特性进行了三维 CFD 仿真，并对长度、高度和倾斜角的影响进行了综合评价。(2) 在 UG 软件中建立了装载机动力舱三维仿真模型，采用 CFD 方法分析了高温热源对动力舱内热环境的影响；基于多孔介质模型和传热学基本理论推导了散热器表面空气速度分布不均匀时散热器空气侧的阻力模型和换热模型，并与均匀分布时的特性进行了比较，为进行一维和三维耦合仿真提供了指导。在 AMESim 软件中搭建了整车冷却系统一维仿真模型，采用一维和三维耦合仿真的方法分析了现有冷却系统在典型作业工况下的工作性能，分析了单流程和双流程结构散热器的散热性能，仿真模型的开发为新型冷却系统的设计提供了必要的仿真平台。

.......

参考文献（略） 

本文编号：148760