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摘 要：文章针对D375A-2 推土机发动机水温高的严重问题,从使用、维修等方面进行了统计评价和原因探讨分析,最终提出科学、合理、有效的改进方案,并最终取得了良好的改进效果.
关键词：D375A-2 推土机；发动机；冷却系统；散热器风扇；高温改造
中图分类号：TD422 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）25-0037-04
冷却系统的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作.冷却系统按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷,如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系统；而把这些热量先传给冷却液,然后再散入大气进行冷却的装置称为水冷系统.D375A-2推土机发动机的水冷系统采用V带传动,有一套与之匹配的风扇张紧机构,依靠调整张紧机构的松紧度,安装更换皮带,具有操作方便、简单易学等特点,所以被广泛应用；目前还有一种利用马达驱动风扇进行冷却,如日本小松公司后来研制生产的D475A-5型推土机,其原理为泵将液压油加到一定压力,带动马达旋转进行冷却；还有一种电动风扇,电动风扇由风扇电动机驱动并由车载电源供电,同时设计有风扇转速调节系统控制风扇转速,使风扇转速与发动机转速无关.在有些电控系统中,电动风扇由电脑控制.由冷却液温度传感器检测的冷却液温度信号控制风扇转速控制系统工作.当冷却液温度达到规定值时,风扇电动机供电,风扇转动.电动风扇的优点是结构简单、布置方便等.此外,采用电动风扇不需要检查、调整或更换风扇传动带,因而减少了维修的工作量.
1. D375A-2推土机在黑岱沟露天煤矿的使用维修情况
1.1 设备的基本性能和技术情况
D375A-2推土机是从日本小松公司引进的工程设备,共8台.设备功率520马力,铲刀容量20立方米,最大牵引力95吨,爬坡能力30度,对地比压1.1公斤/平方厘米,燃油消耗率为158克/马力·小时,带三齿松土器的整机重量为64.5吨.发动机型号为SA6D170-B1.
D10N推土机设备功率520马力,铲刀容量17.3立方米（ 挖掘深度6 7 4 m m , 铲刀最大提升高度1497mm,最大倾斜高度993mm）,爬坡能力30度,燃油消耗率为150克/马力·小时,自重重量为65.7吨.发动机型号为3412V型水冷涡轮增压中冷柴油机.
1.2 设备近年的使用及维修情况
黑岱沟露天矿目前使用的主要工程设备8台D375A-2和8台美国卡特彼勒公司生产的D10N推土机,因工作需要,D375A-5推土机大多在煤沟、煤顶板等负荷较小的地方,D10N推土机大多布置在各个排土场等,平均运行时间D10N较D375A-2长.
8台D375A-2推土机中有7台发动机进行了至少一次的大修理或更新,传动系统有2台进行了大修和更新；而8台D10N推土机也有7台发动机进行了至少一次的大修理和更新,传动系统都经过了至少一次大修或更新.从维修方面的统计看来,D375A-2和D10N的发动机维修步调基本一致,D375A-2的动力传动系统比D10N使用时间要长（未考虑排土场和坑下辅助工程的负荷差别）,履带行走机构也比D10N推土机要耐用.
发动机冷却系统的典型故障：
1.2.1 水泵漏水和异响：（1）水泵漏水.当发动机运行或停车时,从水泵壳泄水孔漏水不止,应分解水泵,检修密封.拆下水泵盖,把端部紧固螺栓卸下,取出叶轮、水封总成.如果静环、动环表面损坏漏水,可用研磨砂分别在铸铁平板上研磨使其密合；垫环、波形圈损坏应更换新件.水泵壳体泄水孔不得堵死,以使水封渗漏的水滴从此处排出,避免水积在水泵腔内浸泡轴承,破坏其润滑.（2）水泵异响.水泵异响主要原因是水泵轴承磨损、松动或缺油；水泵轴挡圈未装或未装好、轴承窜动、叶轮背面与水泵盖擦碰以及由此引起的皮带轮与风扇叶轮运转时摇摆晃动、发出响声.
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1.2.2 散热器加水口有时会向外溢水.散热器俗称水箱.使用过程中水箱加水口有时会向外溢水,出现这种现象有两种情况：（1）“开锅”.当冷却液温度达到沸点时,水箱内将析出大量气泡.这些气泡增大了冷却液体积,致使冷却液向外溢出.（2）“返水”.是指冷却液没有达到沸点,而因其他原因使冷却液从加水口向外溢出的现象.如水垢过多或部分水管堵塞造成水箱不通畅（上水室进水过多而出水不畅）,过多的水从加水口溢出.另外,当汽缸垫密封不严时,汽缸内气压渗入水套,使水套内产生气泡,也会使冷却液从加水口溢出.发生上述现象时,水箱上水室水温并不高.散热器上下水室漏水,可采用直接锡焊或铜皮焊补；散热芯管漏水,可用卡管、补管、堵管、接管及换管的方法修复.
2. D375A-2推土机发动机高温问题及原因分析
2.1 D375A-2推土机发动机高温问题的发现
在2000年夏季以来,D375A-2推土机陆续发现多台（1#、2#、3#、4#、6#、7#）发动机水温高的异常现象,高温情况严重并且持续时间较长,尤其在夏秋之交高温问题特别突出,个别设备在30分钟以内达到108℃以上,严重影响了设备的出动和安全运行.经过统计,D375A-2推土机发动机高温问题大都发生在原装新发动机运行时间在8000小时左右以及大修完后运行不长时间的发动机上.
统计情况如下表：
在发现问题后准能公司有关部门、使用单位、维修部门等组织了多次专题会议进行分析、研究和讨论,多次部署多种方案进行处理,但是未能处理解决问题.期间多次邀请北京小松技术服务部专家来现场协助分析处理,还多次和上海、成都、包头等小松技术服务处联络寻求解决方案,但是高温问题始终都没有得到成功解决.
2.2 D375A-2推土机发动机高温问题的原因分析经过几年反复维修、测试和查阅大量的资料,同时根据我们掌握的大量现场资料和技术经验进行进一步的总结、分析和探讨,我们认为造成近年D375A-2推土机发动机高温的主要原因是发动机冷却系统的冷却能力不够,冷却系统对工况变化适应能力差,冷却工作效能比较脆弱.
原装新发动机在前期（运行8000小时左右）不易发生高温现象,主要是原装发动机在此期间磨损情况属于正常磨损期,磨损均匀,摩擦损耗也正常,各部分的配合、间隙良好,燃油燃烧完全,工况良好,燃油效率较高且稳定,发动机产生的余热较少并且稳定,使发动机水温在正常范围,发动机的工作呈良性循环.
随着运行时间的增加,逐步超过8000小时左右以后,燃烧室的积炭逐渐加重,造成该部零部件冷却效能降低,热负荷加重,使燃烧室各零部件配合和运动间隙逐渐失调,同时燃油系统磨损等原因使燃烧室工况变差,影响燃油正常、完全燃烧,发动机的燃油效率降低,部分燃油直接产生多余的热量,加重了冷却系统的工作负担,同时后期发动机各个零部件磨损加剧,磨擦发热加重,也增加了热量的产生.冷却系统的能力不够使过多的热量不能得到及时散失,使发动机的水温有升高的趋势,而发动机水温升高使冷却器温度即进气温度随之升高,减少了进气量,使燃烧室工况更加恶化,发生后燃现象,燃油效率严重下降,产生大量余热并且使发动机冒黑烟,使冷却系统负担更加加重,形成恶性循环,直到达到新的高温状态的热交换平衡,使发动机在高温下运转.
大修后的发动机易产生高温的原因同上述情况相似.由于D375A-2推土机发动机单缸功率达87马力之高,压宿比高,缸径170mm,所以对零部件的装配精度要求特别高（小松的所有设备结构紧凑、零部件装配精度要求高已经是共识）,而我们在维修环境、清洁、工艺、装备和技术等方面都有差距,难以达到要求.另外发动机机体存在自然老化（特别是许多微观因素的积累,如磨损、腐蚀、锈蚀、变形等是大修,是不可修复的）,使发动机工况劣化,燃油效率降低,磨擦损耗增加,形成发动机水温升高的恶性工作循环,导致发动机高温.
另一个高温的重要原因是设备不适合现在的运行环境.D375A-2推土机针对全世界的气候环境有适应环境基本低温为－30℃的非寒冷地带选用型和适应环境低温基本为－50℃的寒冷地带选用型两种,这两个机型适应工作环境温度相差高达20℃.黑岱沟露天煤矿所选用的为寒冷地带机型,而我们地处的气候环境低温更接近－30℃,应属温寒地带,而－50℃显然是寒带适用.尤其近年暑期高温的持续时间长、温度屡达历史新高,并且设备逐年劣化,这一影响更加明显.
D375A-2推土机寒冷地带选用型和非寒冷地带选用型在发动机方面的主要区别是机油冷却、高压燃油泵、冷却风扇、启动系统等有所区别.燃油系统由发动机车间修理并按照参数校验,应不存在问题,机油冷却是多加了一套预热装置,关键是冷却风扇的区别,即在引风量、风速上差别较大.引风量较低导致发动机回水温度偏高,温差引起各运动零部件的配合失常,燃烧室工况、燃油系统压力指数、密封性能也受到影响,燃油燃烧不充分,产生积炭并且加重,造成恶性循环,使发动机水温超高.所以必须加强冷却能力,这和第一个原因相辅相成,是统一的,也是互相印证的.
3. D375A-2推土机发动机冷却系统的改造方案及可行性
D375A-2推土机发动机冷却系统改造的方案和可实现性有以下几种：
一是从发动机本身和护罩结构看,在发动机的排烟管线外加设石棉隔热罩或者在附近增设隔热挡板,隔绝或减缓其对附近零件和空气的热辐射,但是此方案需要在发动机机体进行钻孔套扣或施焊安装,改造工程较大,影响多,不易实施.二是将发动机护罩改造成网眼式,减少进气阻力,增加流过发动机机体的新鲜冷空气的流量和流速,增强冷却效果.但没有具体测算依据,单从这一方面改造效果估计不可能太显著,改造的意义不大.冷却液是水与防冻剂的混合物或专用冷却液.冷却液用水最好是软水,否则将在发动机水套中产生水垢,使传热受阻,造成发动机过热.纯净水在0℃时会结冰,如果发动机冷却系统中的水结冰,将使冷却水终止循环,引起发动机过热.尤其严重的是水结冰时体积膨胀,可能将机体、气缸盖和散热器胀裂.为了适应冬季行车的需要,在水中加入防冻剂制成冷却液以防止循环冷却水的冻结.
三是从水泵方面入手,但经过分析计算,发现其额定转速已经超过2600转/分钟,比D10N高550转/分钟,再增加会使气穴和气蚀发生严重,另外需要改造传动齿轮,没有现实意义.另已经有国产水箱开发改造的前例,再进行散热器的改造也没有开展意义.散热器盖的作用除了密封水冷系统外,还可以调节系统的工作压力.当发动机工作时,冷却液的温度逐渐升高.由于冷却液容积膨胀,冷却系统内的压力增高.当压力超过预定值时,压力阀开启,一部分冷却液经溢流管流入补偿水箱,以防止冷却液胀裂散热器.当发动机停止工作后,冷却液的温度下降,冷却系统内的压力也随之降低.当压力降到大气压力以下出现真空时,真空阀开启,补偿水桶内的冷却液部分地流回散热器,可以避免散热器被大气压力压坏.
四是改造风扇参数（不改变结构型式,以保证风扇引风的稳定、轴流特点）,以改变引风量和风的流速,加快空气对流,增强散热器的散热能力.经过多方计算论证,确认这一方案可行.
4. 对冷却系统散热风扇的改造
由于受设备结构的限制,不可能改造加大扇叶的外径,同样受皮带传动打滑、带轮直径等的限制,不可能较大提高风扇的转速.因此只有改造扇叶的尺寸参数,如扇叶的尺寸、数量、扇毂的尺寸等.经过查阅资料,我们发现D375A-2非寒冷地带选用型的风扇可以达到要求,而且不影响发动机的平衡,改造成本低,每一台需论文范文8000～9000元左右,改造时间短,对设备其他方面几乎没有影响.寒冷地带选用型的风扇和非寒冷地带选用型的风扇结构特点相同,均为径向结构叶片、叶片为扭曲形,安装角度都为25度,扇叶略呈梯形,结构特征完全相同,其他不同的主要工作参数分别为：
通过以上计算,改造后的风扇引风量增加了16%～21%,散热器过风面积增加了14.3%,综合以上两方面因素,散热能力提高至少16%,理论上完全可行.后来我们于2004年的暑期（气温在30℃左右）在两台设备上进行了改造和长达15天的实地测试,在黄土排弃工程连续作业2小时,水温表显示水温不进入红区,实测散热器管臂温度最高不超过90度,且发动机、设备的动力性良好,风扇功率加大对发动机动力没有太大影响,改造取得理想效果.
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发动机防冻液引用文献:
[1] 商用车和发动机冷却系统毕业论文范文 关于商用车和发动机冷却系统相关开题报告范文2万字
[2] 比亚迪发动机冷却系统的检测论文
[3] 汽车发动机和冷却系统本科论文范文 关于汽车发动机和冷却系统相关本科论文开题报告范文2万字
