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        叉車風扇的選型設計

        2018-05-22 06:26:56李克忠毛景松李元松鄭云華
        物流技術與應用 2018年5期
        關鍵詞:散熱量叉車散熱器

        文/李克忠 毛景松 李元松 鄭云華

        一、機型與工況

        本文選用杭叉5噸平衡重式叉車為案例機型,該機型配美國通用GM4.3液化石油氣及汽油雙燃料發(fā)動機,設定工況為連續(xù)滿負荷作業(yè),允許的環(huán)境溫度最高為50℃,冷卻液超過110℃將開鍋,發(fā)動機功率P1=70kW,最大扭矩時功率P2=60kW,燃油消耗率b =340g/(kW.h);LPG熱值H=46.13 MJ/kg ;發(fā)動機傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比η=0.25;冷卻系統(tǒng)額定功率需散熱量Q1與最大扭矩處散熱量Q2為:

        二、冷卻系統(tǒng)結構及風扇型式選擇

        叉車風扇布置于整車后方,整車往前方行駛,為了有利于迎面風的利用,冷卻風扇一般選擇結構簡單、安裝方便的軸流式吹風扇,如圖1。綜合考慮散熱量及噪聲因素,叉車風扇葉片建議使用低噪聲大風量的鐮刀形葉片。

        風扇與護風圈的徑向間隙控制在10mm~15mm,最大不宜超過3%,否則將大大降低風扇效率。風扇與護風圈軸向關系上,吹風扇在護風圈內(nèi)的寬度為1/3風扇葉片寬度為宜,吸風扇在護風圈內(nèi)的寬度為2/3風扇葉片寬度。

        表1:散熱器數(shù)據(jù)

        表2:風扇實際使用散熱量

        圖1:叉車冷卻系統(tǒng)結構圖

        表3:風扇能耗與噪聲表

        圖2:風扇性能曲線對比

        風扇端面離散熱器芯子太近或者太遠,會出現(xiàn)無風區(qū)或者發(fā)生回流現(xiàn)象,一般要求風扇端面至散熱器芯子端面為風扇直徑的10%~15%。

        三、風扇參數(shù)

        1.風扇的外徑

        根據(jù)空氣動力學的原理,風扇的流量與轉速成正比,消耗功率與轉速成三次方關系,風扇的噪聲與轉速成對數(shù)關系,因此從燃油經(jīng)濟性和降低噪聲考慮,應增大風扇的直徑,降低風扇的轉速,一般情況推薦風扇葉尖的圓周線速度在60m/s~76.2m/s之間。發(fā)動機轉速、風扇傳動比及散熱器芯子的寬度和高度確定后,可以用上述推薦值來確定風扇外徑,也可以通過調(diào)整風扇傳動比來匹配風扇的外徑。

        杭叉5噸平衡重式叉車,其發(fā)動機額定轉速w=2300r/min,曲軸與風扇轉速比η=1.05,水箱高度a=518mm,寬度b=528mm,葉頂間隙m=10mm,即可選擇風扇直徑d為:

        得到風扇直徑范圍為:476mm≤d≤508mm。

        2.風扇的散熱量

        叉車用發(fā)動機的負荷率一般在70%左右,滿載加速行走時可達100%,并且常在最大扭矩點附近轉速工作,發(fā)熱量較大。因此,選擇風扇散熱量應該把發(fā)動機最大扭矩點與最大功率點兩個工況點都要考慮分析,散熱量數(shù)值需要通過風扇的性能數(shù)據(jù)與散熱器的性能數(shù)據(jù),通過匹配計算才能確定,具體方法如下:

        風扇的性能數(shù)據(jù)來源于風扇的型式實驗,目前專業(yè)風扇廠家均可提供,將風扇的性能數(shù)據(jù)與散熱器的性能數(shù)據(jù)繪制成曲線,如圖2。

        圖2 圖2中,6條曲線分別為3個備用風扇在發(fā)動機扭矩點轉速時與功率點轉速時的性能曲線,6條風扇性能曲線與水箱風阻-風量曲線的交點為實際工作中的狀態(tài)。

        散熱器的性能數(shù)據(jù)通過專門的風洞測試獲取,表1為杭叉5噸平衡重式叉車散熱器數(shù)據(jù)(冷卻液與環(huán)境溫差60℃,水流量為120L/min)。

        結合水箱性能數(shù)據(jù),可得到每款風扇的實際散熱量,如表2。

        根據(jù)散熱要求,表2中風扇1扭矩點風量不足,散熱量未能滿足散熱要求,風扇2和風扇3基本符合要求。

        冷卻風扇的選型設計恰當與否,直接影響叉車的噪聲和散熱。通過對風扇特征、參數(shù)、耗能以及與相關部件的配合等方面的分析,對叉車風扇的選型設計提供了依據(jù)。

        四、風扇的耗能

        風扇的耗能與風扇的風速和靜壓成正比,因此保證換熱效率的條件下,盡量選擇風扇的能耗的更小的,根據(jù)上文提到風扇2、風扇3來比較,其相關參數(shù)如表3。

        根據(jù)低能耗原則,選擇風扇3。

        五、結語

        冷卻風扇的選型設計恰當與否,直接影響叉車的噪聲和散熱。通過對風扇特征、參數(shù)、耗能以及與相關部件的配合等方面的分析,對叉車風扇的選型設計提供了依據(jù)。

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