談傳統(tǒng)客車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
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摘要:針對傳統(tǒng)客車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，提出冷卻水管外部導(dǎo)熱的兩種改進結(jié)構(gòu)，并介紹這兩種改進結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)客車底盤中的安裝方法，可提升傳統(tǒng)客車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)散熱能力，特別適用于高溫環(huán)境。
關(guān)鍵詞:客車底盤;冷卻系統(tǒng);散熱能力;優(yōu)化設(shè)計
隨著車用發(fā)動機設(shè)計的緊湊化，發(fā)動機比功率越來越大，導(dǎo)致散熱不足的問題越發(fā)明顯［1］。當(dāng)客車的行駛環(huán)境為炎熱的夏天或高溫路況時，其散熱效果一旦不佳，就有可能引發(fā)嚴重后果［2］。因此，傳統(tǒng)客車的發(fā)動機散熱效果受到各車企的極大重視，其重要性在后置式客車的研發(fā)中尤為突出［3－4］。為增強傳統(tǒng)客車發(fā)動機的散熱性能，本文設(shè)計兩種新型外部導(dǎo)熱系統(tǒng)。
1傳統(tǒng)客車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的普遍結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)客車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的普遍結(jié)構(gòu)中包含散熱器、散熱風(fēng)扇、冷卻水管、節(jié)溫器、水泵、氣缸體水套、發(fā)動機水套排氣管、冷卻液膨脹箱等，如圖1所示。其散熱原理:通過驅(qū)動散熱器內(nèi)冷卻水循環(huán)，使冷卻水流入氣缸體散熱水套內(nèi)，并由散熱風(fēng)扇驅(qū)動空氣流動，從而加速散熱器內(nèi)冷卻水的熱量散發(fā)［5］。然而，當(dāng)客車的行駛環(huán)境處于高溫時，上述方式的散熱效果時常欠佳，容易將熱量傳遞給底盤的其他零部件，影響底盤使用壽命［6－7］。
2新型冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
通過走訪用戶、實車道路試驗，分析傳統(tǒng)客車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)現(xiàn)狀及優(yōu)缺點，提出了兩種散熱效果更好的冷卻系統(tǒng)，其組成架構(gòu)如圖2所示。圖2中的A－A剖視圖如圖3所示;圖3中的B－B剖視圖如圖4所示。圖2中，新型冷卻系統(tǒng)包括散熱器1、散熱風(fēng)扇2、水泵3、冷卻水管4、5及散熱橫梁6，發(fā)動機7為熱源。其中，散熱橫梁6由兩根對稱橫梁組成，中間留有放置導(dǎo)熱管9的空隙(具體結(jié)構(gòu)如圖4所示)，并沿客車的寬度方向布置且焊接于車架8上，冷卻水管5鋪設(shè)于散熱橫梁6上。如圖3所示，新型冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有拼接結(jié)構(gòu)及卡槽結(jié)構(gòu)兩種。與傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，主要增加了散熱橫梁6、導(dǎo)熱管9和散熱片10，可使冷卻水在進入散熱器1之前先進行一次預(yù)散熱，大大提高了冷卻效果。多個導(dǎo)熱管9沿散熱橫梁6的長度方向依次均勻設(shè)置，且每個導(dǎo)熱管9的蒸發(fā)端內(nèi)置于冷卻水管5內(nèi)、冷凝端延伸至散熱橫梁6內(nèi)，每個散熱片10均一端內(nèi)嵌于散熱橫梁6并與導(dǎo)熱管9焊接、另一端突出于車架底部。拼接結(jié)構(gòu)及卡槽結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別為導(dǎo)熱管9的形式:前者為直圓管，后者為U形圓管。圖4中的導(dǎo)熱圓管9均包括管殼及吸液芯，吸液芯呈筒狀并內(nèi)置于管殼，且吸液芯外壁貼附于管殼內(nèi)壁，其與現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)熱管的散熱原理基本相同［8－9］。散熱片10可采用散熱效率高的金屬材質(zhì)，如銅、鋁合金，以便于將導(dǎo)熱管9傳遞的熱量快速通過散熱片10散發(fā)至空氣中。導(dǎo)熱管9通過周邊涂抹AB膠(兩液混合硬化膠)與冷卻水管5及兩側(cè)散熱橫梁11、12相結(jié)合。圖3(b)所示的卡槽結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)熱管9用圓管彎成U形。為了便于導(dǎo)熱管9和散熱片10的安裝，將散熱橫梁6設(shè)計成雙梁結(jié)構(gòu)，即由圖4所示的左梁11和右梁12對稱布置而成，且左梁11和右梁12相對的一側(cè)下部分別開設(shè)左卡槽13和右卡槽14;當(dāng)左梁11和右梁12連接時，左卡槽13和右卡槽14合并形成用于容置導(dǎo)熱管9和散熱片10的容置槽，且該容置槽中的導(dǎo)熱管9和圖4所示的散熱片10相焊接，而且散熱橫梁6可采用散熱效果較好的金屬材質(zhì)，例如鋁合金。由于圖3(b)卡槽結(jié)構(gòu)中導(dǎo)熱管9的散熱面積明顯多于圖3(a)拼接結(jié)構(gòu)中導(dǎo)熱管9的散熱面積，所以卡槽結(jié)構(gòu)的散熱效果更佳。傳統(tǒng)客車的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中，受熱后的冷卻水直接到達散熱器中。由于溫度較高，盡管經(jīng)過散熱器后可以散發(fā)大量的熱量，但當(dāng)環(huán)境溫度過高時，冷卻水的降溫效果并不明顯，而新型散熱結(jié)構(gòu)可明顯提升發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的散熱效果。本文設(shè)計的新型發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，尤其適用于散熱效果不利的發(fā)動機后置客車［6］及高溫地區(qū)用客車。
3結(jié)束語
該新型客車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)尤其適用于高溫地區(qū)和發(fā)動機后置客車，不僅方便安裝，還能更大限度地增強冷卻系統(tǒng)散熱面積，提升散熱能力，增強客車的使用性能。目前，該裝置已取得國家實用新型專利證書。
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作者：張振 蘭呈峰 熊偉杰 楊劍 單位：江西博能上饒客車有限公司
