工程车辆整车热平衡试验研究

工程车辆整车热平衡试验研究 中文题名王猩至麴墼至垫垩煎达验婴窥英文题名，星墨～,～坠鱼,,,(,星煎旦垒～垒堕曼星鱼～,,旦墨～～堕璺?,,垒,,;,,,,,,,,,,;,, 博士后姓名壑堕焦流动站(一级学科)名称型，越王猩专业(二级学科)名称奎牺王猩合作导师(企业)黄趄麴合作导师(学校)盒型～麴研究,作起始时问,,,,(, 研究一【作期满时间,,,,(,提交报告卜,期,,,,(, 摘要 摘耍 本文采用试验方法研究,，工程车辆一装我机整,,,勺,毁:搬系统，通过奠验换墩原始数据，为整车散热系统的部件和组合优化设计提供了基本依据。同时，试验研究为车辆热平衡问题的研究积累了一定的经验。 整车热平衡是一个系统问题，涉及因素众多，单纯的理论分析很难在工程中赢接应用，而试验方法可以将诸多因素合并，并以模拟方法实现。本文在分析了热平衡研究目标以及不同试验特点的基础上，提出了适合当前研究现状的整车试验方案，并加以实施。 通过试验得到车辆散热系统的基本数据，用以评估散热器组合的效果，以及影响组合效果的主要因素:另外，将神经网络模型应用于数掘分析，拓展了数据的应用范围，可以在,定程度上预测整车不矧——————————————————————————————————————————————— ,况下的散热负荷。 最后，文章提出了热平衡研究的后续:【:作内容，研究方法以及研究中需要注意的问题。关键词:工程车辆、热平衡、试验研究、神经网络 ,,,,,,;, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,;,,,,,’,,,,;,,(,,,,,,),,,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,,,;,,,,,,,,;？,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,;,,,,;？,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,),,;,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,矗;,,,,,,,,,,,,,。,,,,,,,,,,,币;,,,,,,,,,,,,,,,,,,？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,行,;,,,,,,,,,,，,,;,,,,,,,,,，,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,,,,,,『,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,;？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,色;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,琵;,,,,,,,,,,,,,,宅,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,—,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,( ,,,,,,,，,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,旬,,,,,;，,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,:,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,、，,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,”,，,,,,,,,，, 第一章绪论 ，,,课题背景 工程机械整车热平衡研究是技术发展与市场竞争的产物。传统的研发着重部件的性能，随着技术的发展，特别是电子信息技术在机械产品中的广泛应用，系统设计方案逐渐在产品设计中占据主导角色:同时市场竞争的加剧(对产品的要求小断提高，不仅是产品的技术性，——————————————————————————————————————————————— 产品的其他性能比如使用舒适性、可靠性、易维护、经济性、排放等都成为用户选择产品的重要依据之一。 ,(,，,整车热平衡研究的技术必要性 以下从三个方面来讲述这个问题: ,、什么是整车热平衡 ,、工程机械热平衡的特点 ,、热平衡研究的必要性 ,、什么是整车热平衡 车辆的动力最终来自燃料所储存的化学能，整车热平衡就是研究燃料燃烧后的能量最终转换为热量的能量大小、比例，每一部分热量转换的过程以及相互关系。研究整车热平衡，有助于正确了解燃料燃烧总能量的利用情况，热损失的走向、大小、过程及其影响因素。 热平衡热量分布可以用以下来表达“,: ,,,，,。，,,，,(卜,) 式中: ,:燃料燃烧发出的总热量(,,,,) ？，:转化为最终有效功的热量当量(,(，,,) ,。:冷却介质带走的热量(,,,,,) 吣发动机废,,带建的热量(,,,,,) ‘)。:热辐射等余项损失热量(,,,,,) ,、,。程机械热、,撕的特点 ,，:程机械，:作时工况变动剧烈，热量分柑变动人，热量的——————————————————————————————————————————————— 最终转孤魁个复杂的、多因素树互作用的动态耦合过程。其中，冷却介质带走的热胜由散热系统 第带绪论 来完成，这是车辆热平衡的主要阀题，衙工程车辆散热系统有如卜，特点: ,、速度低，没有迎面风: ,)、:,作环境恶劣，散热器容易变形: ;、散热嚣大:发动机负荷率普遍比较大，液力变矩器(效率低)的使用,、散热系统复杂，互相影响:包括空一空中冷器、水散热器、变矩器散热、 液压油散热、空调散热、风扇、风道等。 ,、散热系统布置空间小，风阻大; ,、产品批量小。国内散热器配套厂技术力量差，,、里傥: 这些特点使得工程机械散热系统的设计开发难度增加，如何选择器个散热器型式。确定散热器面积，合理布置多个散热器组合以及在动态的负荷下实现散热性能优化等都必须从系统的角度加以考虑。 ,、热平衡研究的必要性 车辆各系统、部件存在一个最佳工作温度区间，此时可以保证零部件的各项性能指标得以发挥，例如发动机的活塞、缸套、缸盖、喷油嘴等零件的工作温度，液力变矩器、变速箱的工作温度，液压传动系的工作温度，刹车系统的工作温度等。 ,,,公司、里卡多公司等的专门研究资料表明:直喷式柴油机——————————————————————————————————————————————— 在全负荷状态下，活塞、缸套、缸盖、喷油嘴等零件可靠工作的允许温度如下: 铝合金活塞:燃烧富口?,,,?，头部表面,,,,,,,?，第,环槽,,,?，第,环岸,,,?; 铸铁缸套:?,,,,,,,?: 铸铁缸盖:底面鼻梁处?,,,?，最高,,,?; 喷油嘴头部:?,,,?。 液力变矩器,’工作温度一般木超过,,,?，这是由变矩器的密封件性能、变矩器油的传动特性综合决定的。 液压传动系的传动油温。“一般不超过,,?，这是由液压系统管路的密封件性能、液压油的传动特性综合决定的。 如何保证零部件的温度保持在设定的范围内需要通过整牢热一平衡研究，确定散热系统的没汁负荷、散热过程以及设计目标来实现。由此将散热系统的设计分 第章绪论 为互个要素:教热源(是一个动态量)、实旋过程(黑匣子)、散热目标(是,个范例鹫)。传统没计满足零部件的工作温度要求是以最大容量来考虑的，例如发动机水箱的澄计中一般以发动机最大工况点作为设计参考:有的选择功率最大点为没汁点，以扭矩最大点作为校合点;有的选择扭矩最大点为为设计点，以功率昂大点作为校合点。这种设计方法带来两种赢接后果，一是设计的刚,弼:使得单个激热器的效率低卜，，二是很难协调多个散热器组的匹配。 ——————————————————————————————————————————————— 因此这种方法带有先天的缺陷(特别是针对当前的工程机械(采用了功率强化的发动机。提出了更高要求的排放性，经济性以及操纵和维护的智能性等，需要。。种新的设计方法来解决零部件以及各系统的温度控制。 ,(,(,热平衡研究新方法的技术可行性 ,、试验与理论方法的新进展 传感器的尺寸减小，数据处理模块技术成熟(计算机技术的普遍应用使得数字化试验方法有了很大的提高。有限元(有限差分)分析、流体分析软件在设计，:的应用，特别是;,,(计算流体力学)软件对零部件进行流场分析成为很普遍的设计分析方法。这大大拓展了工程技术人员的设计思路。 ,、关键零部件技术的进步 传统冷却风扇由内燃机直接驱动，其转速随内燃机的转速而改变，总效率较低，现在开发了一种可调速的风扇、风扇的叶片也经过特别的设计，大大提高的风扇的动态特性与效率性能。 传统的散热器中冷却介质由泵提供，流量一般是固定的或眭,节濡器调节，满足不了实际过程中动态响应，现在采用可调速的电控水泵、电控流量比例阀以及必要的流量控制元件就可以很好地解决这个问题。 其他技术比如传感器微型化、可靠性以及精度的提高，微处理器(,;,)技术的成熟，散热器材料和形式的多样化等使得许多新的设计方法得以实现。,控制技术的成果 ——————————————————————————————————————————————— 控制方法已经非常成熟，包括有:传统方法:,，,:神经网络方法;遗传算法:非线性控制等。 这样，新的热平衡研究方法，从系统角度出发，将试验与理论结合起来，在工程机械散热系统的设计和实施中加以采用具备了技术保障。 第一章绪硷 ,’,,程机械整车热平衡研究的意义 ,、热平衡研究的技术意义 从系统设计思想上，提出整车的热平衡研究项目，将它作为整个系统来加以研究，并以此为挈机，建立在整车热管理方两的研发体系和技术储备。 通过热平衡研究，提高了企业的试验技术水,,:通过粘乍】:况点的模拟在现，测试散热系统的相关数据，为后续的理论分析以及硬件实施提供基础数据储备。 提升产品的设计技术水平，实现工程机械的设计柔性与使用过程中的性能优化，最终达到智能化的目标。 ,、热平衡研究的现实意义 提高按车零部件的使用可靠性，延长维护周期; 改善整车的运行安全性，经济性; 降低车辆发动机废气排放指标; 缩短产品研发的时间，提升产品的市场竞争力:保持柳工在行业中的技术领先地位。 ——————————————————————————————————————————————— 第一’章绪论 ，(,相关技术和研究现状以及发展趋势 这一节分为三个方面讲述:车辆热平衡研究的相关技术’,,,坚阐述热平衡研究的不同方法及其特点;车辆热平衡研究的技术现状，包括国外、困内的技术研究状况;车辆热平衡研究的技术发展趋势。 ,(,(,车辆热平衡相关技术 根据设计目标的不同可以将散热系统设计分为两类:静态热平衡设计方法和动态平衡设计方法;按照设计思路，有冷却介质研究方法，散热机理研究方法;从整体与局部考虑，可以将散热系统设计分为部件设计和系统设计两类。,(,(,(,静态热平衡设计方法 敞热系统须满足最大热负荷工况散热的需要，这就需要解决最大散热量与散热水泵、散热器及散热风扇的匹配问题，并在最优匹配条件下进行零部件的统一设计，这实际上是一个传统静态设计问题，所有的传统散热系统都基于这样的匹配关系来解决，但在“最优匹配”这个问题上解决的并不十分理想。 这种散热系统的缺点: ,)节温器控制散热液大小循环的路线，节流损失大，工作不可靠，工作效 率低。不能根据发动机的散热要求准确地调节散热系统的散热能力: ,)保温帘是人为控制散热器的通风量: ,)散热风扇由发动机的曲轴驱动，其散热能力只能随发动机的——————————————————————————————————————————————— 转速的变化 而变化，不能满足实际散热要求。 ,)风扇和水泵的效率普遍不高，造成大量能源的浪费: ,)传统散热系统散热液的正常工作温度在,,?,,,?之间(在此温度下工 作的发动机并未处于最佳工作状态，燃气混合均匀度不理想(引起燃烧不完全，易在气缸内积碳，工作中废气黑烟浓度增加，废气中,,、,,含量增大;另外，磨损也较大。由于散热器密封不严，在大气压下(水的沸点只有,,,?，温度无法提高。封闭式的散热液强制循环系统解决了这个问题(它采用压力盖提高散热液的压力(以提高敞热液的沸点。压力盖密封良好，’使系统保持较高压力:并,;,,压力阀和真空阀灵敏可靠，有适当的压差可以开肩，使系统压力维持在适当范围内，确保系统散热 第一章绪论 性能稳定。 ,,而且各部件的动作互不联系，工作效率低，燃油浪费率离，不适应现代 车辆技术的发展。 这种散热系统的优点: 技术相对成熟、结构相对简单，成本较低。 ,(,(,(,动态热平衡设计方法 按最佳匹配条件确定散热系统怎样与车辆发动机、车辆传动部件——————————————————————————————————————————————— 及环境状况适应的问题。它是在任一工况点和环境温度下，散热系都保证车辆工作在最佳工作温度范围。即需要随时对散热的强度进行调节。 在传统的散热系中采用百叶窗、风扇离合器、节温器等技术来实现，正如前面所说的传统散热系的缺点所言，它们无法实现在任何工况和环境状况下保证车辆工作在最佳的工作范围。 但是要实现车辆动态的热平衡(又有很多新问题需要解决，如怎样和确定车辆各子系统与部件的最佳工作温度,怎样使车辆各子系统与部件工作在最佳温度工况,这些都还有许多工作要做。 ,(,(,(,散热介质的研究 目前，车辆发动机广泛采用液态水作散热液。存在着两个较大的缺点:一是冰点高;二是具有一定的腐蚀性。为了防止水垢的产生和水的腐蚀作用，在散热水中加入了防腐蚀剂(如重铬酸钾,,(,,,,),);为了解决水在,?时结冰的问题，一般采用防冻液来作散热液，常见的有丙稀二醇、甘醇、硅酸盐、有机酸等。 英国布里斯托尔大学航天系于,,,,年研制出了一种微型汽车散热器，它只有。一个火柴盒大小，体积为普通汽车散热器的,?(散热能力却与后者不相上下。由细微的不锈钢管组成，中间装有液态氦。散热器体积缩小，不但减轻了质量，增加了其他零部件的布置空间，还减少了贵重金属的使用量:液氦的使用消除了水散热介质的不利影响，提高了发动机的抗寒性。该系统存在的问题是液氦的制各和储藏比较复鏊。,工,(,新的散热机理的研究 ——————————————————————————————————————————————— 第章绍,,仑 卜,,～』,纪,,年代，美国、日本和英国等圜家提出了“绝热发动机”，其基本思路是剥‘组成发动机燃烧室的零部件表面，喷涂耐高温的陶瓷覆层或使用陶瓷零部件(从而大大减少散热损失。提高了整机热效率和功率，同时降低了成本，但受材料和镶涂工艺的限制，还不能在普通车辆,使用„【“。 上世纪,,年代(德国的,,,,,,,公司研制了诤,,瓤型乍,,『,,发动机，它采用新的燃烧系统与新的散热系统相结合的方式。实现了无水冷强制风冷的新的散热机理。 目前，还出现了发动机常规散热机理中的强化散热措旌，如活塞的“内油冷”、排气门的“钠冷”以及喷油嘴的“内油冷”等内冷技术。另外，采用的一些节油技术也具有内部散热的功能(如乳化柴油、进气喷水、进气引汽、代用燃料散热和过量空气散热等。 ，(,(,(,零部件结构创新、机理创新 需要对散热系零部件的材料、结构、热负荷等方面进行系统的研究。这除了实验研究方法外，现在也常用数值模拟的方法。如利用,,,软件建模，利用,,,软件进行零部件的运动分析、结构强度分析，也可以进行温度，热负荷方面的分析。对散热系而言，在国外利用,,,(计算流体力学)软件对零部件进行流场分析是很普遍的。国内尚需加强这方面的研究。 比如，日本(,,,,,,,,,,,,,,,,(，,,,)为了降低大型卡车发动机散热系的热负荷(,,,,，,,,)，于——————————————————————————————————————————————— 是对空气流道和翼型散热器(,,,,,,,,,,;,;,,,,,,)的传热性能进行优化。然后比较数值分析结果和试验结果，确认数值分析方法有效后，然后利用这种分析方法来求得三排热交换器(,,,,,,—,,, 车上)的最优化翼型设计。 通过,,,软件,,,,,,模拟一个四叶片轴流风扇，并与风涮实验获得的数据进行对比，发现结果非常吻合。这为风扇设计者在设计新风扇和优化风扇时提供了„个有力的:,具。这有可能比传统设计方法省时，省钱。 刈‘发动机(汽缸体和缸头)利用非结构计算网格和采用适当的热边界条件来模拟散热流场(散热液和散热风流场)、热分布以及委,,变形。,,,,,,;,,,,,,用在大卡 利用,,,软件分析汽车暖通空调(,,,,)的流体流动和传热——冷凝器出口和管道中的空气流速和空气温度的分布。采用迎风差分格式的标准,一占湍流 第一章绪恐 模型，计算网格适当细化。计算结果与实验数据表明，,,,软仆魁改讣,,,,系统的,,,,常重要的工具。 这些数值模拟和实验研究，其目的都是为了对车辆的散热系统的零部件进行优化设计，进行结构创新，材料选择等以提高工作效能。下面列举说明:，、水泵 ,,,,,,,仃曾提出高效离心水泵和轴流水泵的设计理——————————————————————————————————————————————— 论(通过改变叶轮形状、提高表面光洁度，能使发动机散热水泵的效率提高到,,,。日本尼桑公司基于这一理论制造了一种水泵(比目前广泛应用的水泵尺寸增大了,,,。为了在获得水泵高效率的同时减小水泵的结构尺寸，该公司又通过增加叶片数,【、改进叶片曲线没讨(使水泵最大效率达到,,,(水泵尺寸得到缩减。 ,,,公司开发出流量可调节的电控水泵。根据水温、节气门位簧、车速等的传感器传给,叫,微处理器】的信号，以反馈控制的方式，调整电动水泵的转速，使得引擎水套中流动的散热液流量能随着不同的驾驶状况而作调整，保持发动机的正常温度。以减少,,污染的排放。 ,、风扇 为提高散热风扇的效率。用塑料翼形风扇取代圆弧型赢叶片敞热风扇。从气体动力学的角度分析，翼形风扇能够改善风扇流场(提高风扇的效率和静压，使风扇高效区变宽:另外，塑料表面的光洁度较高。传统的散热风扇由发动机驱动，装风扇的发动机与装有风罩的散热器必须分别用弹性支座固定在车架上。为避免在汽车运行中因振动而引起风扇与风罩相碰，风扇叶轮与风罩的径向间隙的设计数值大于,,,,，这必然大幅度降低风扇的容积效率。风扇的总效率取决于容积效率,,、机械效率?,和液力效率,,的乘积，即,,,，,?,,,?,,。传统风扇叶片采用薄钢板冲压而成，其液力效率,，,较低，又加上皮带传动存在打滑损失，其机械效率,,也不高，从而导致传统散热风扇的总效率只有,,,左右。 ——————————————————————————————————————————————— 于是出现了电控风扇(由电机直接驱动风扇，与原来的皮带传动相比，机械效率,:提高了。电控散热风扇完全脱离发动机，与风罩、散热器安装为一体，保证了风扇与风罩的同心度，进一步减小了径向问隙，导致风扇容积效率,(大幅度提高:另外，采用翼形端面塑料和流线型风罩，使风扇气流入?形成良好的流线型气流(可提高风扇的液力效率，综合各项措施最终使电动风扇的效率达到 第一章绪论 ,,,。 根据发动机温度和负荷情况的刁,刚，实现风扇转述的洲祭，避免,,发动机驱动散热风扇的功率损失，缩短了发动机的预热时间，减少传热捌失。 最早的汽车电动散热风扇出现在,,,,年,月的美吲争利文件?,,，『号利弓,,,,,,,,,,【,,。 ,,,,年，德国大众汽车公司在中国申请发明专利(专利号,,,,,,,,,,)。在汽车散热器前方设置空气吸入口和辅助通口(加快了散热器的散热速度。减少了电动风扇的电能消耗。但辅助通风口从下向上吸入散热空气，很容易将道路上的尘土、杂物吸入，造成散热器脏污和堵塞，使散热器的散热效率降低?。 ,,,,年(美国发明专利(专利号,,,,,,,,,)首次在载震汽车,:采用电动单散热风扇，风扇布置在散热器中部，叶片随径较大(驱动功率出较大【“。 ,,,,年，美国发明专利“机动车发动机的通风系统”(专利——————————————————————————————————————————————— 号,,,,,,,,,)”将电动散热风扇布置在散热器前方，根据发动机温度的高低，冷热气阀可以交替开闭,,,。 韩国现代汽车公司生产的奏鸣曲(,,,,,,)牌轿车(用两个相对独立而又相互联系的电子控制的散热风扇——散热器散热风扇和冷凝器散热风扇，对散热液温度和空调冷凝器温度进行多级联合控制。结果是减少风扇功率消耗,,,(节省燃油,,,,,,。 ,、换热器 建模步骤:系统流动分析;散热器前端总的(,,,,,,,)流动分析:散热器前端流动细节(,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,)分析:系统传热分析。 发动机怠速运转时，散热器性能下降的主要原因是热空气的回流(,,;,,;,,,,,,,)，也就是空气通过散热器或者冷凝器后，又倒流回散热器或者冷凝器的前面，利用,,,软件描绘了在车辆内、外部空气回流的路径(散热器周围的散热空气速度分布以及沸腾环境温度(,,,,,卜,,,,,,,温度)，并且提出一个分别计算车辆内外部热空气回流对散热器性能的影响的方法。在试验分析的基础七，考虑了散热空气的速度和温度分布对散热器性能的影响。结果证实可以通过考虑散热空气的速度和温度分布来估计散热器的性能。所以可以把;,,软件作为实际的工程开发的工具，以提升设计过程，进行散热器的优化设计。， 第章绪论 ,、热水道设计 ——————————————————————————————————————————————— 研究发动机散热水道有无死角，气穴。 ,、风道设讨‘ 比如为防止热空气回流，把发动机舱室内的赢角面变为光滑过渡帅面等。,(,(，(,散热系统的系统设计 发动机散热系通常由百叶窗、散热器、风扇、水泵、节温器、水温表、发动机水套、分水管等组成。增压强化高的发动机，还配置了空空中冷器。 对工程机械车辆而言，需要由散热介质散走的热量，除了发动机散热(燃烧、摩擦等产生的熟量)，还包括液压系统机械能耗散产生的热量、液力变矩器产生的热嚣、空凋系统产生的热量、变速箱机油散热器的热量等。这样散热系统的复杂性大大提高，需要研究整个散热系的匹配集成问题，以确定需要风扇带走的热量，甚至需要考虑整车的集成设计，以达到车辆的设计目标。 ,(,(,车辆热平衡研究现状 ,(,(,(,国内研究现状 国内车辆散热系统设计，主要是凭借经验设计和大量的对比选择试验。 目前，传统的节温器、百叶窗、水泵和散热风扇仍广泛应用于国产汽车、工程车辆的散热系统中。传统的散热系统虽能满足汽车的基本使用要求(但在满载或者恶劣的环境中容易出现问题。常存在整车(或者发动机)热平衡问题。现在解决的办法多是: ?加大风扇风量:增大风扇的直径和叶片数，改变风扇的”片安——————————————————————————————————————————————— 装角，并适当提高风扇转速): ?加快散热液的循环速度:适当调整水泵容量提高水泵转速，使水泵的流髓加大: ?加大散热器散热面积外，加大水箱; ?结构设计与材料选择:比如采用水箱、变矩器油散热器和液压油散热器“，,位,一体”式结构，‘水箱散热器的芯部采用导热系数好的材料和),,窗式散热片，液压油散热器也由钢管铝片的镶嵌式结构改为铝管铝片的一体式结构等等: ?采用加压水箱，并加注沸点较高的防冻液，可有效地防,,二发动机的低压(, 翦章绪论 不锅问题: ?优化传动系统的匹配和液压管路系统布置(采用特殊的散热系统等。 近几年在计算机模拟方面的工作进展很快，相继出现了一些数学模型和计算力法，大大减少了散热系的匹配设计工作量。 例如:研究内燃机传热研究韵新领域——缸内气体的流动、燃烧、对流传热、辊射传热等模型与燃烧室部件整体导热模型耦会的计算机模拟。 常林股份有限公司针对青藏高原特殊的环境，在,,,,年就将高原型工程机械到为技术攻关项目【,,。 徐州装载机厂研究了轮式装载机在高原和沙漠环境下的适应性——————————————————————————————————————————————— 技术，采用热平衡技术，对冷却系统进行了优化配置(确保整机的综合热平衡要求，这是其关键技术之一【“。 装甲兵工程学院毕小平教授建立了坦克动力舱内三维空气流动数学模型，考虑车辆动力舱内流道集合尺寸、壁面摩擦、散热器传热、风扇做功以及分支流动对散热气流的影响，应用盯一占双方程湍流模型描述湍流，散热风扇局部区域处的空气流动以旋转坐标系控制方程求解;散热器芯部作为多孔介质处理，采用非结构化网格与网格自适应技术实施区域离散化。对一台履带式装甲车辆进行了仿真，并与实验数据进行了对比，表明数值模拟适合系统的优化,,,,。 总之，目前在国内，对散热系统的研究尚处于经验设计阶段(凑试阶段)，而且研究多限于散热系统零部件的改进和提高上，还没有上升到散热系系统的的高度，更没有达到整车优化匹配设计阶段，设计理念较为落后。 ,，,(,(,国外研究现状 国外车辆散热系统设计普遍采用了计算机数值模拟方法。 ,、研究方法: 首先收集散热系统和其设计的相关资料，对车辆及其组件进行分析。 然后建立在不同驱动条件(,,,,,,,;,,,,,,,,,)下的流体流场计算模型(;,,,,,,,日,,,,,,,,,,,)(例如:传热模型、传质模型、燃烧模型、散热模型等)。 利用,,,软件(如,,,,,,，,,,,,,,，,,,,——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,等)模拟分析车辆的散热系统及其零部件，来模拟流体流动、压力和温度等的分布情况。 第一嚣绪论 住,:辆,:进行试验，以验?计算模，魁(考虑相应敞热流场，，,,,,，温度)。优点:有利于减少产品,,发时间，减少昂贵的物试(,,,,,;,，,,,,,,,)降低车辆成本,,“。 ,、研究的历史与现状: 根据,,,资料(计算机模拟在车辆发动机散热系设计领域的开发应用始于,,年代初期。,,,,年美国密执安:，:业大学开发了重型柴油货车散热系计算机模拟程序(简称,,,,,)【,,，。 例如:康明斯发动机公司进行散热系计算时，只需将发动机、敝热器(风扇的有关参数以及环境条件输入计算机即可得到有关的性能参数。在此基础上还可州有关的输入参数进行调整，直到得出符合需要的散热系性能,”,。 澳大利弧,,,,,,,,,,,,,,,开发的,‘个基于微机的柴油机循环和散热系统模拟的程序(,,,,，,)。它可以预测:两冲程和四冲程柴油机的稳态工作性能特性:燃烧室组件的热行为(如温度分布等):曲轴压力角，压力容积(,,,,,,,,,,,，,,,);散热量等。也可以用来建立散热系统行为模型:优化热交换器(散热器)和泵的设计:故障诊断【,,,。 而,,,(,,,—,?,等以及一些大的汽车公司的研究就更深入和全面了。 ——————————————————————————————————————————————— 比如，研究汽车气候控制,;,(,,,,,,,,;;,,,,,,;,,,,,)系统——,,,,,,公司建立车辆气候数字平台——由虚拟热舒适性工程(,,,,—,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,)及瞬态汽车气候模拟系统组成的开发汽车气候控制的控制算法。显然它把散热系统作为车辆和人组成的大系统下一个子系统，其思考方式不是仅仅局限于散热系统，而着眼于车辆和人组成的大系统。其组成是:虚拟热舒适性模块:瞬态汽车气候模拟系统;,,,,,,，,,,,，,,,控制算法原型和,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,。 在深度上也不仅仅是研究车辆发动机的热传导和对流传热，还研究了随时间变化的辐射传热效果。通过有限面元描述(,,,,,,,,,,,,,,,畹;,,,,;,,,,,,,)，指定面元具有相同的材料和相同的表面性质，以建立一个群组的模型。在一个群组中的而元联合成等温节点，再通过一种变形半立方方法(,,,,(;,,,,,,,,,)计算视图因数。通过每个节点的热特性和节点问的辐射热交换的有限差分方程的隐含解求得节点瞬态温度的汁算值,,,】。 第。章绪论 ，(,(,,,辆热,,德技术发展趋势 ，(,(,(,智能散热系统???,,,, 发动机设计和控制技术的改进蕴含对散热系统需作进„步的研——————————————————————————————————————————————— 究。这主要是通过散热系统的调节技术来实现整车的动态热平衡。即在任何时候，散热系都能保迸发动机工作在最佳温度范围内。于是出现了，自动调节散热强度的新的散热系统一智能散热系统。这是车辆热平衡技术的发展必由之路。 散热系统的调节，实际就是散热强度的调节。其技术途径:一是调节冷却介质温度;二是调节散热风量。 冷却介质温度调节技术:敞开式水系变为封闭式水系、可调速电控水泵、散热器圬,式、节温器(或者相似功能的替代品如可控比例阀)、散热水道的优化设计等。 风扇的调节技术:机械型、液压液力型、硅油离合型、电磁离合型、电机驱动型等。 其控制方法有:传统方法:,，,;神经网络方法;遗传算法;非线性控制等。控制对象为:水泵、风扇、节温器(获其代替物)、百叶窗等。 针对前文所说的传统发动机散热系统的弊端，从灵敏性、可靠性、以及发动机的动力性和经济性考虑出发，应使节温器、百叶窗、散热风扇、水泵实现多元联合控制，即将传统的散热风扇改为电控散热风扇:将传统的节温器改为电控节温器(或者可控制的比例阎);增设电控导风板;传统水泵改为电控水泵等。实现上述零部件(或者其中部分零部件)的联合控制，即实现散热系统的智能控制。 即硬件方面:把可调速的电控水泵、必要的流量控制元件、司调速的风扇、(散热液散热器、机油散热器、变矩器散热器、空调敞热——————————————————————————————————————————————— 器等)埔压空气散热设备、传感器、微处理器,,(,,,)等集成为一个高效的散热系统整体。 软件方面;在,;,上运行的监控程序和控制策略等。 它可以根据行车速度、大气环境状况(温度(湿度等)、发动机散热水温度的变化对散热系统的散热能力进行自动控制，实现散热能力随发动机的散热需要而自动调节。佼发动机长期处于最佳,作状态，以实现发动机快速预热，大量减少发动机的传热损失和功率损失。通过更佳地控制散热液的流罱来凋节气缸盖,,水口的温度(提高散热水平均温度)，以降低燃油耗和提高车厢内纳取暖性能使水口的温度(提高散热水平均温度)，以降低燃油耗和提高车厢内的取暖性能使 第一章鳐沦 温度更舒适宜人。 实例: ,,,,年，法雷奥(,,,,,)公司提出了在发动机上配置名为,,,,,,(智能热调节系统)的新型电子调节系统，来改善发动机的散热性能。它实现,水泵和缸体的分离，泵的流量和通风装置都通过发动机的,,,来进行调褴和控制，便于水泵的安装，丽睦远离缸体这一热源后(水泵可以用塑料制成，既降低了成本，又减轻丁水泵的重量，达到了水泵的转速随水温的变化而变化，进一步降低传热损失和机械损失，降低了污染和油耗【,,,。 智能散热系统的优点: ,)散热能力不受发动机转速限制; ——————————————————————————————————————————————— ,,减少暖机时间; ,,减少排放污染; ,)提高舱室热控制能力; ,)降低功率消耗: ,)无气穴产生; ,,简化皮带传动: ,)可减小发动机长度: ,)燃油经济性更佳等等。 智能散热系统的缺点: 技术要求高，系统较复杂，成本高等。 ,(,(,(,国内尚待加强研究的问题 在当今日益重视环境保护、提倡节能和舒适性的情况下(车辆的散热系统正朝着轻型化、紧凑化、电子化和智能化的方向发展。 要实现散热系的智能控制，首先也是最基础的工作就是通过实验和模拟(模拟是建立在大量的实验数据基础上的)，研究在任一工况下(含环境状况)车辆工作的最佳温度是多少，即建立散热系调节量与发动机的转速、负荷、节气门开度、油门位置、排放产物、水温、环境温湿度等参数的关系，研究发动机各部件散热量分布情况。这是智能散热系控制的基础，否则智能控制只能是空中楼阁，无法实现真正的车辆的动态的热平衡。 第擎绪论 :外蛭使试验研究’,数值模拟栩珏验证，槲，,促进。 ——————————————————————————————————————————————— ,(,课题主要研究内容、方法和目标 ,(,(,整车敞热系统研究的主要内容 褴车散热系统的研究可以从两个方面进行:一是零部件的研究，二是系统性的研究。 对散热系零部件的研究可以从材料、结构、强度、热负荷、控制等方面进行。散热系统的零部件主要包括风扇、泵、散热器、风道等。 系统性的研究主要有:寻求散热器组的最优布置，这是静态的;实现运行过程巾的最优控制(这是动态的。动态控制通过调节部件的运行方式来实现(调节方式即控制策略可以分为主动控制和被动控制两种方式(两种方式都是反馈型的。 本文对整车散热系统的研究主要以系统观念为出发点，具体分析热平衡过程的每一个环节一包括热源的产生、散热过程的进行、最终热量的散失等等，通过对影响散热系统匹配的各种因索进行数据采集和分析，获取其对散热性能的影响程度以及其相互之间的作用，并对数据进行神经网络模拟分析处理，得到指导散热系统设计的理论依据。 ,(,(,整车散热系统研究的方法 散热系统的研究方法主要有几种，理论研究、试验研究、理论结合试验研究。一般说来，对零部件的研究可以采用上述各种方法，这也是目前国内研究最多的。对系统性的研究，很难采用单纯的理论方法，大多将试验研究和理论研究结合起来进行。 理论研究方法主要有散热机理研究、冷却介质研究、流动分析研究，当前采月,流体软件,,,进行流动分析研究是主流方法。 ——————————————————————————————————————————————— 试验研究目前大多集？，在零部件上，对整车系统性的试验研究比较少。 本文采用了试验研究的方法，建立整车热平衡试验台，通过试验模拟的方法获取车辆散热系统的基础数据，并进行数据分析和处理，寻求系统解决散热问题的新途径。 第,章,,,,论 ，(,(,糕车敞热系统的研究目标 牿车敞热系统的最终研究目标是实现零部件、整体的静态性能设计优化，以及运行中的动态散热性能优化。 本文的研究目标有: ，、为散热系统的零部件设计提供设计依据: ,、为散热器的组合优化提供理论和数据支持; ,、为风扇的选型，风道风阻的控制进行尝试性研究; ,、探索车辆动态测试系统的研究: ,、为散热系统的动态控制进行技术储备。 对散热系统的深入研究，苴接目标是为了使散热系始终,,作在设定的最佳:【作范围，提高系统的工作可靠性。同时，这项研究工作对车辆的动力性，排放性有较大的意义:控制车辆的噪声(尤其是风扇的噪声具有特别的意义。, 第一章绪论 参考文献: (绝热发动机的儿点说明，,,。,,一曲农机(,,,,((,):——————————————————————————————————————————————— ,,一,,( ,,,陈旧华、陶瓷发动机研究现状与发展【,,(拖拉机，,,,,，(,):,,—,,( ,,，,,,,,,，,,,,,,,,，,(,,,,,,,,,,,,,,美国专利:,,,,,,,,,,，,,,，—,),—,,( ，,„演序 【,，岁尔夫(稚赫海姆(机动车辆驱动电动机的冷却装般，,,(,,圈专利: ,,,,,,,,,,,, ,,,,—,,一，, ,,,,,,,,】美 ,,,,,,,, ;,,,,,把,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,——,,,——,,,, ,争和,:,,,,,,,, ,(,,,,一,,—,,( ,,,,,,,,,，,, ,,,,,,,,,,, , ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,, ,,,,,,,【,,(美国专 ——————————————————————————————————————————————— 利:,,,,,,,,,(,,,,一,,,,, ,,,冷却液温度和空调冷凝器温度进行多级联合控制，韩国现代汽车公司生产的奏鸣曲(,,,,,,)牌轿车 ,,,廖晓明装载机适应高原环境的技术对策(《建筑机槭化》,,,,年第,期 „,,,,,,高原沙漠型特种轮武装载机(工程机械( ?(，，牛小平(马志雄等(装甲车辆发动机冷却系统空气流动的仿真模拟内燃机学 报,()(,,,,，(,()) , ,, ，,,,,,。 ,,,;, ,,,，,,,,,,,,,;,,,,,;, ,,,,，,,,,, ,,;,,,,,,,,;, ,, ,,,,,,,,,,, ,,;,,,，,;,，,,,,,?,,,,，,,,,:,,, 【，,】,,,,,,,,,,,, , ——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,,,,,,,,,,,,，,，,,,(,,,,,,,,;;,,,,,,,,,，,出,，,, ,, , ,,,,;,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,啪,,,,,,,,,,,, , ,,,,,,,,,,,,,,, ,,;,,,,,,,,叭 ,,?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,, ,,,,康明斯发动机公司资料,，,，,,,,,,,,,，, ,,,,,,,,,,,,,，;,,,,(,,, ,,,,,,,,,,,， ,,,,，,——, ,,,,,,,,,,,,,笋,,,,?，;,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,, ,,,,,鑫, ,,(,,,,),,,,。釉,( 【,,,,,,,,,,撕,，,,,?,沁,,,,,,孤,,,,,,鹳,，,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,【,,,,,,,,,,,,,;,,——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,,,,—,,?,,,,,( ,,,,,汕,,诵,,,?咖,, ,,,,,,,,,,( ,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,;,, ,,,,,,;,,,,, ,,,,,,,,(,,,,,,( ,,;,,,,,,,;,, ,;,,,,( ,,,,,,( ,,,,,,,;, ,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,, ,,,珈,, ,,,,,,哪,盹 ,，,,权龙等电液比例技术控制发动机冷却风扇的原理及特征【,】(汽车技术(,,,,，(,) ,,,„,;,,,,?,,,,,,,，,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,(,,,,,,,?,,,,,,,(,,,,,,,,儿,,,,,,,,,,(,,,(,,,,,,,,, ——————————————————————————————————————————————— ,,叫,(,,,,,，，,,; ,,,,大村清治等(一种电控液驱风扇冷却系统的开发,,,(自动车技术会论文集，,,,,，,,(,) 【,,,,,,，,,,,,,,,,,,,(,,,;,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,?,,,,,, ，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,( ,,,,,,,,, ,,,)，,,“,,,, ,,,，,,,,,, ,;,,,,;,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,,(,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,;,, ,,, ,,，,,,,,,,,,,(, ,?, ,,,，(,,,,,，,,,,,，, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,“,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,),—,,——————————————————————————————————————————————— (,, ,,,,柳工机械股份公司内部资料 , 篼二章墼乍热平衡试验系统总体九絮设计 第二章整车热平衡试验系统总体方案设,, ,(,试验系统功能要求分析 试验系统的基本功能包括: 一、试验系统模拟整车运行中散热系统的实际情况: 二、测试散热系统的相关参数; 兰、分析影响散热系统髓能的各因素。 下面具体讲述这三个基本功能。 ,(,(,试验系统模拟整车运行中散热系统的实际情况 热平衡试验的基本条件是散热系各散热器的热负荷能够在试验中得到真实蕈现，这包含两个方面(一是负荷的大小变动，二是散热器组的整体布置。 一般的试验方案要求台架上试验部件，特别是传动部件的』,作原理必须能够模拟整机实际牵引、作业状态的相应工况，相关油箱的几何容积以及散热部件的规格型号、安装位置，要与原样机的整体布置相同‘”。这样试验得到的热源量才能与实际情况大致符合。当然也可以采用另,种试验方案来实现模拟整车臼勺散热情况，即用电加热模拟热源的产生与变动。 在试验中，试验部件主要考察的有发动机、传动系统中的变矩器、——————————————————————————————————————————————— 液压工作泵、液压油箱、散热器组(水箱散热器、变矩器散热器和液压油散热器)、风扇、散热器组风道等。这些部件的选择与安装设计可以保证试验系统与实际车辆配置基本相符，是后续试验模拟运行状况的基本前提。 负荷的大小数值调节功能由试验系统中两台测功器的控制系统来实现，一台模拄，车辆行走时的功率消耗及此时由交矩器效率变化产生韵热景:另„台模拟液压系统作业时的功率消耗及由此产生的液压系统热量损失。发动机、行走系统和液压系统的特性决定了车辆的工况点，可以用转速、油耗、功率和扭矩来度量。,(,(,溪,试散热系统的相关参数 散热系统的基本测试数据包括:发动机的运行参数一转速、油耗、排气温度;测功器的运行参数一转速、扭矩、功率;各散热器的运行参数一流最、进口温度、出口温度、进口压力、出口压力;风道温度及风速。 第:章魑乍热、,铂试验系统总体方案砹? 葵～,;发动机的参数、测功器的参数删来评他,～辆,况，啦,散热器的参数州来计算对应,况,散热器的热负荷，风道参数用来分橱影响散热系统性能的各因袭。， 试验系统数据的测试包含了温度、压力、扭矩、转速、流璇、速度等物理量，需要耜应的测试系统来实现。 ,。,(,分析影蝻散热系统性能豹各因素 分析影响散热系统性能的各因素(是试验系统需要实现另,个功——————————————————————————————————————————————— 能，这些因素包括散热器组的特征尺寸、风道特征尺寸、风扇转速以及。,况等。对于散热器组的特托尺寸、风道特征尺寸这些静态数据，很难在试验巾,,接考察，可以采用一种变通方法，即综合起来考察，以总体风阻作为因素考察。这样，在实际的试验系统没计中，可以采用风道口布置可调角度韵百叶窗来模拟段热器组的综合因素。 实际车辆中，风扇的转速与发动机的转速成正比，工况被实时下来，百叶窗安置在风道口，在这些因素下测得了散热器的各个热参数，由此完全可以通过数据处理分析影响散热系统性能的各个因素。 ,(,试验系统基本方案对比分析 试验系统可以采用不同的方案，都可以实现试验系统的綦本任务与目标。不，司方案的区别在于热源模拟方法的不同，一种是电加热模拟，一种是车辆负载模拟。 下面就车辆的热源产生、计算方法以及不同试验方案介绍、评估展开讲述。,(,(，车辆热源 在车辆运行中，热量的主要来源有:发动机、传动系统、液压系统、电梳、空压机、各部件摩擦等。而试验系统要考察的主要是发动机的散热、变矩器的散热和液压系统的散热，其中发动机敞热量最大、传动系统散热量其次，液压系统散热量最小。 ,(,(,(，发动机埘,发动机，估计精确的排热率(发动机运转过程中通过‘,缸休、活察、缸 第二章整车热平衡试验系统总体方案设讨 ，?段火的热景,,发动机燃油理论,:燃烧放出热景的比例)，——————————————————————————————————————————————— 必须厂解儿子,作原,,～,,之问的关系‘,， ,、在同类发动机之间，排热率将在,,范围内变化 ,、无负荷时，排热率是速度的线性函数 ,、排热率的增加与输出功率的增加成正比 ,、传给燃烧室壁的热量损失，与缸径,冲程之比成反比 ,、火花点火发动机的点火定时，对低速部分负荷的排热率影响很大 ,、增加压缩比会增加发动机的热效率，并减少发出每制动马力功率的热量损失。 总体来说，排热率的变化由下列因素的变化引起: ,、燃烧气体的平均温度 ,、发动机部件的热传导性能和特性 ,、燃烧气体的影响范围 由此可以发现，发动机的教热主要和其结构参数、运转参数及强化程度有关。离开发动机实际运行的工况，要想较精确的计算热平衡，有非常大的难度。,(,(,(,传动系统 车辆传动系统的发热由若干局部热源组成，主要有变矩器、变速箱、转向机构、主传动、轮边传动、轴承等，由于这些机构中都有摩擦存在，都会造成传动功率的损失，因而都是热源，而且零件在运转中搅油也产生热量。变矩器油散主要涉及的热源是变矩器和变速箱，以变矩器散热为主，下面讲述这两者的散热量计算方法。 ,、变矩器的发热 ——————————————————————————————————————————————— 在稳定工况下，机构在传动过程巾的功率损失全部转换为热能，此时变矩器的发热,，与变矩器的效率,，、输入功率,,有关: ,,,,,,(,,,，),,(,,,) 一般？。在,,,,,,，随负载工况变动而变化(输入功率,,与发动机和负载有关。 ,、变速箱的发热二,程车辆中一般采用行星齿轮传动。由变矩器油润滑冷却，其发热,,与传 第二章整车热,,衡试验系统总体方案设计 动效率,,、输入功率,,有关,,】: ,,,,,,(,一,,),，(,—,) 一般,,,在,,,左右卜,输入功率,,与发动机、前端变矩器和负载有关 ,(,(,(,液压系统 液压系统的散热损失主要由以下几部分组成:溢流损失、管路损失、接头损失和泄露损失，其中以溢流损失为主。其发热,,与负载功率,、液压泵流量,、效率,,有关 ,,,,,(,一,,) 一般,,取,,,左右。(,,,) ,(,(,不同方案介绍及评估 ,(,(,(,方案,介绍 在此方案中热源以电加热模拟方式产生。基本结构框图见图,(,。 ——————————————————————————————————————————————— 其中包括散热器、电机驱动的风扇、电加热器(水箱散热器、液压油散、变矩器油散分别设置独立的箱、管路和电加热器)、风道、百叶窗以及数据采集控制系统。风扇转速由电机控制。采用原来的风扇，风道设计也与原来的车辆配置接近，百叶窗设置成可以调节角度。数据采集系统负责散热器参数的测量，控制系统负责风扇转速的控制和电加热器功率的控制。图,(】试验系统方案一示意图 第二章整车热平衡试验系统总体方案殴汁 ,(,(,(,方案,介绍 在此方案中热源由发动机，传动系统，液压系统在实际:,作巾产生，模拟的是车辆跑车时的功率吸收和液压系统工作时的动率吸收。基术结构框图见图,—,。 图,(,试验系统方案二示意图 方案二散热器组的布置和方案一基本相同，不同的是采用，车辆发动机、传动系统、液压系统的基本布置，试验系统和整车的实际配置非常接近，只是最终的功率吸收调节系统由负载模拟控制设备来完成，实际方案中一般采用测功器来实现这一功能。数据采集系统不再包含控制功能。 ,(,(,(,两种方案比较与评估 综合比较两种方案，可以发现各有优缺点。 第一种试验方案，用加热器简单地模拟热源的产生与变化。第(种试验方案，从设汁上尽可能接近车辆的配霹，包括了柴油机及相关的附件，传动系统的连轴器、变矩器、变速箱，测功器及相应的控制设——————————————————————————————————————————————— 备，以及各种泵、阀、管路和电机。 两种方案对于散热器组的设计相同，包括了水散热器、变矩器油敞热器、液压油散热器、冷却风扇、百叶窗、风道。 第一种方案包含了数据采集和控制单元，第二种方案只有数据采集单元，工况的模拟由测功器控制实现。。筇，种疗案的优,囊是没汁简甲(，‘作可靠，扩展性强，,唑,川热嚣晌功牢 第二章整车热;,衡试验系统总体方案设计 范围内，可以模拟不同发动机配置的车辆散热系统试验:但这个方案有?‘个重要前提条件，即需要预先知道试验系统热量模拟的控制依据一车辆,,:况与各散热器散热量之间的数量关系。从前面车辆热源产生的论述中我们知道，只有通过大量的试验或理论积累才能获得这些数据。所以实施这种方案需要这方面的研究工作积累。 第二种方案的优点是热源的产生直接来在发动机、传动系、液压工作系统，可以通过试验直接获取车辆二，,:况与各散热器热负荷之问的数量关系，而且试验系统功能易于拓展，可以进行热平衡以外的部件、系统研究，试验台易于实施。缺点足系统设计较复杂，涉及的部件多，维护工作大。本文采用了第二种试验研究方案。 第二章整车热平衡试验系统总体方案设计 ,(,试验系统基本组成与技术实施路线 ,(,(,试验系统基本组成 试验系统由四部分组成?试验基础、机械系统、测试系统秆，辅助系统。 ——————————————————————————————————————————————— 试验基础包括试验台平板、试验控制室、线路铺设坑道等。 机械系统包括台架支撑、安装板、后车架、发动机系统、油箱、风扇、变矩器变速箱、传动轴、动力测功器、液压工作泵、液压管路、接头、液压马达、液压测功器、液压油箱、散热器组、发动机罩、风道、百叶窗等。 测试系统包括测试用各种传感器、测功器控制柜、油耗仪、油门执行器、各种信号模块和计数模块、计算机、打印机、数据采集系统软件等。 辅助系统包括配电系统、测功器用水池、水泵、电机、水管等。 图,(,试验台架平面布置示意图 由上述各系统组成了试验台(实验台平面布置如上图,(,。 ,(,(,试验系统技术实施路线 试验系统的技术实施主要分为两部分，机械系统、辅助系统和测试系统。下咖首先讲述机械、辅助系统，实施时需要解决下列问题: ,、水循环系统:水泵出口尺寸,”，扬程,,,(,,,,,)，加装底阕，水池安 装进水管，溢水管，回水管，水池上而加盖。每个测功器进水篱，,安装涮节阀，渊节进水压力，,,,,,测功器进水管前安装水挑表。水经过测功器后回水争集水坑，然后经吲水管流刚水池(见图,—,)。 驯梧螺垛薛姆,寸匝 第二章整车热平衡试验系统总体方案设计 ——————————————————————————————————————————————— ,、燃油供给系统:柴油箱架高,,米，油耗仪高,,米，发动机高压油泵回油管 与来自油耗仪的供油管用三通连接(见图,(,)。 图,(,燃浊系统靠置 ,、确定试验用发动机总成，传动系统、散热器以及风扇。 ,、完成风道的设计，台架支撑的结构设计，测功器安装板的设计、液压马达支 座设计以及加工。 ,、台架基础应由足够的质量，以使试验台的震动降至最低限度，台架基础与墙 的距离不小于,(,米，保证测功器边缘留有校正臂的位锃。 ,、发动机系统的辅助部分按照整车的配置安装，包括压气机、发，,,,机、风扇皮 带、风扇、启动电机、电器设备等。 ,、油门执行器安装:油泵油量调节臂加长至,,,,,，垂直安装，‘,油门执行器 用钢丝绳连接，执行器固定在车架上。 ,、传动系统的安装按照整车的配置，动力由发动机至变矩器、变速箱、传动轴 输出，传动轴的高度保持在,,,,,左右以保证与测功器的顺利连接。变速器换挡操作:系统按照原车操作系统进行，可以安装在车架边,,，也可以安装在擦制蓦,，便,二操作。，,、液爪系统——————————————————————————————————————————————— 动力输,从发动机伞液压,:作泵，液爪系统刚路:液压,,,,『箱中的液 第二章整车热平衡试验系统总体方案设计 高速马 工作泵 ,,,,, ,,,,,，, 油箱 图,(,液压系统连接图 压油经液压工作泵、安全阀流至液压马达，一部分液压油经接头流向液压油散热器后回油箱，一部分液压油直接回油箱。(见图,—,) 一::„。。 一翱一 排温传感器接火,只 图,(,温度传感器接头一,;,,,卜,』,,,』,一～;;;,,,一„。‘。，:,——一一‘一机油温度传感器接头,只 第二:章祭车热平衡试验系统总体方案设计 ,,、排气管道安装，消声器出口接管道至窗外，排气口朝上，:,,,装防水盖，以 防雨水倒灌。在增压器出口处至消声器进?处之间装排气温度传感器(传感器螺纹接头见图,(,)。 ——————————————————————————————————————————————— ，,、测控系统线束预埋管道，从控制室至台架，,根,,,,”管,。， ,,、发动机出口风道布置见图,—,。 ，,、控制室面积在,,,,左右(配电箱三相四线，相对台架基础位置如图,(,所 示，测功器控制柜、计算机、打印机、数据处理模块集成柜安装在控制室。以,二,(,,项工作完成后町进行发动机与测功器连接调试。 , 、 ,,, ,，导风罩与车架及出风口用螺栓连接 ,(,,×,,角钢框架(,,?铜板焊接,,,,钢板,(百叶窗可调 ,——』生———一 图,，,,风口导风罩 第二牵整车热平衡试验系统总体方案设计 图,(,控制室相对试验台位置 ,测试系统的实施需要解决以下阃题; 型水力测功两台，型号为,,,,—,和,,,,—,。每个测功器的测量信号由,,,磁电测速传感器和应变式拉压力传感器采集得到，控制部分硬件由水门精密电位器、油门精密电位器来完成，——————————————————————————————————————————————— 运行时的控制由,,,,,,发动机测试控制仪来实现(同时测功器还配置了油耗仪一台。测功器的安装按照厂家要求进行，测功器的调试主要为了保证测量精度和控制功能的实现，内容是传感器的零点和增豁标定，油门、水门的位置标定等。如何使用详见,,,,,(，发动机测试控制仪使用说明。 ,、传感器的选型，包括温度传感器、流量传感器、压力传感器、风速传感器、 拉压力传感器、转速传感器等六类。温度传感器有:水箱温度传感器、液压油温度传感器、变矩器油温度传感器，进出口各一个，共六个;风道温度传感器，布置三排，每排三个，共九个;发动机排气温度传感器一个(测功器带):机油温度传感器一个。流量传感器有:水箱水流量传感器一个、液压油流量传感器既个、变矩器油流量传感器一个。压力传感器有:液压,,,,进出口压力传感器两个、变矩器油进出口压力传感器两个。风道风速传感揣。一个，,,,,、，,,‘感器帆,、、转遗,，媾器,畸个(删,力器’吊，，段。圳,,牡琏他～廖搽个。,、测功器的选型、安装与调试，测功器选用江苏启东测功器厂生产的,系列, 第二章整车热平衡试验系统总体方案设计 ,、传感器的安装，风道温度传感器和风速传感器的安装点是这样定义的，设风 扇和水箱散热器中间为,层，水箱散热器和变矩器、液压油散热器中间为,层，变矩器、液压油散热器后面为;层。每一层又分为上——————————————————————————————————————————————— 中下三个点分别为,【、，,、，,，,,,、,,、,,，;,、;,、;,，风道温度传感器就安装红这些点:,和,之问设,点，分别为,,、,,、,,，风速传感器安装在这然点,中的某,个，视具体情况而定，具体布置如图,—,,所示。发动机转速传感器安装在飞轮端， 液压油散热器 图,一,,风道温度风速测点分布图 散热器组的冷却介质温度传感器、压力传感器和流量传感器安装在管路中，需要在管路上特别焊接传感器安装口，对于流量传感器(还需要在管路中加整流段，布置比较复杂。排气温度传感器安装在消声器前的排气管路上，机油温度传感器安装在油底壳。 ,、测试信号的处理，从传感器测得的大部分信号直接输入至模块集成拒，一部 分通过测功器输入至模块集成柜，通过信号调理模块转换为对应的数字 ———————————————————————————————————————————————