李華瑩 陳紹山 王飛等1

摘 要：針對某型裝甲車液驅風扇系統(tǒng)的風扇與水泵控制性能不佳和能量浪費大的問題，通過分析液驅風扇系統(tǒng)的工作原理，設計了系統(tǒng)動態(tài)參數采集方案，并對不同工況下系統(tǒng)性能進行了分析，分析結果可為液驅風扇系統(tǒng)的改進優(yōu)化提供數據支撐。

關鍵詞：風扇;動態(tài)特性;影響因素

裝甲車的動力源通常為柴油機，而通常只有30%左右的系統(tǒng)能量是有效能量，另外70%則基本轉化為熱能被耗散了，在這一部分能量中約有50-60%左右的能量是通過冷卻循環(huán)系統(tǒng)給耗散的，這一過程又給柴油機帶來了極大負擔[1-3]。因此，提高冷卻散熱的性能對保證動力系統(tǒng)可靠運行具有重要的意義。裝甲車散熱的冷卻方式通常采用閉式強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是采用冷卻液循環(huán)流動，在高溫區(qū)通過冷卻液帶走大量熱能，然后經過冷卻風扇旋轉將冷卻液的熱量通過散熱器散失到流動的空氣中，其工作方式可靠，能較好地滿足發(fā)動機的冷卻強度要求。但以往較老裝甲車冷卻系統(tǒng)其冷卻風扇的動力來源一般都是通過簡單的帶傳動等裝置直接與發(fā)動機曲軸相連的，兩者是定傳動比關系[4-5]。此種驅動形式的冷卻系統(tǒng)其冷卻能力是按照發(fā)動機最大熱負荷工況設計而成的，而且隨著發(fā)動機轉速變化影響很大，無法實現(xiàn)跟隨外部環(huán)境與發(fā)動機具體工作狀況而進行有效精確的調節(jié)[6-7]。因此，現(xiàn)有裝甲車的液驅風扇系統(tǒng)通常存在風扇與水泵控制性能較差和風扇冷卻能力與發(fā)動機散熱需求不匹配等問題，使得整個液驅風扇系統(tǒng)的能量浪費較大，且系統(tǒng)的效率也相對較低。為充分掌握液驅風扇系統(tǒng)的動態(tài)性能，需要對其進行實車實驗測試，以獲取溫度和壓力等參數，從而挖掘分析現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)的不足，為系統(tǒng)的優(yōu)化設計提供數據支撐。

1 裝甲車液驅風扇系統(tǒng)分析

液驅風扇系統(tǒng)由斜盤式軸向柱塞變量泵、斜軸式柱塞定量馬達、溫控閥、濾油器、壓力表、油箱總成、管路等組成，定量馬達驅動軸流風扇轉動，實現(xiàn)發(fā)動機動力系統(tǒng)的冷卻，其工作原理如圖1所示。液驅風扇系統(tǒng)的工作原理是通過控制軸流風扇的轉動，實現(xiàn)對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)溫度的控制，由溫控閥感知發(fā)動機水溫，溫度感應范圍為75℃～85℃，當冷卻液溫度低于75℃時，受溫度控制的變量泵油壓等于零，風扇不轉動;當溫度升高，風扇轉速逐步增加，當冷卻液溫度達到85℃時，受溫度控制的變量泵油壓達到最大值28，其風扇轉速也將達到最高，實現(xiàn)發(fā)動機的快速冷卻。

系統(tǒng)主要元件的性能參數如表1和表2所示。

2 液驅風扇系統(tǒng)實車實驗

通過對某新型裝甲車液驅風扇系統(tǒng)進行實車實驗，然后對發(fā)動機冷卻液溫度、液壓系統(tǒng)的壓力和風扇轉速等信息進行分析，以進一步掌握液壓風扇系統(tǒng)在實裝上運行的動態(tài)效果，從而為液壓驅動風扇轉速控制系統(tǒng)的改進優(yōu)化提供數據支撐。

2.1 實驗系統(tǒng)方案設計

根據液驅風扇系統(tǒng)的工作特點以及實驗設備條件，通過將相應的傳感器安裝在裝甲車冷卻系統(tǒng)上，利用手持式動態(tài)數據儀對風扇系統(tǒng)實際工作時的相關物理量信號進行采集記錄，并運用相應的軟件進行分析處理。

該實驗系統(tǒng)主要由CoCo90數據記錄與動態(tài)信號分析儀、計算機數據處理終端、JWB/M1/V型環(huán)境溫度變送器、JYB型壓力液位變送器與JK-5002C型轉速傳感器組成。為了準確地掌握裝甲車正常行駛時具體的散熱工況，結合液驅風扇系統(tǒng)的工作特性，需要在發(fā)動機進出水口和風扇馬達進出油口等位置合理的安裝溫度、壓力和轉速傳感器，其具體布點如圖2和圖3所示。

2.2 實驗與結果分析

當實驗系統(tǒng)完成安裝、參數設定與試運行之后，使車輛在平坦道路、陡坡與復雜綜合路況下進行跑車實驗，要求各種情形的行駛時間不得少于5分鐘。為了能便于分析實驗數據，減小測試量，此次實驗采取控制發(fā)動機轉速與區(qū)分路況相結合的實驗條件，具體主要區(qū)分以下幾種工況進行實驗。

由于實驗環(huán)境條件較好，冷卻溫度不是很高，但為了得到液壓風扇系統(tǒng)在整個工作溫度范圍和高溫時的工作狀態(tài)，在2000穩(wěn)定轉速實驗時區(qū)分關閉百葉窗與正常開啟兩種工況。其實車采集所得的數據如圖4和圖5所示。

綜合路況條件下穩(wěn)定轉速在1800，其實車采集所得的數據如圖6。

由圖4，圖5，圖6的壓差圖（b）和風扇轉速圖（c）兩者之間對比可知，馬達進出口壓差與風扇轉速變化規(guī)律相同，說明此液驅風扇系統(tǒng)風扇轉速是由馬達進出口壓差大小所決定的;由圖4，圖5，圖6的溫度圖（a）和壓差圖（b）兩者之間對比可知，馬達進出口壓差其變化趨勢與發(fā)動機出水口溫度變化相一致，這主要受系統(tǒng)中溫控閥的作用所決定的。但變化規(guī)律不完全一致，圖4，圖5，圖6中的壓差圖（b）存在多次的突變。結合實驗實際并綜合分析壓差變化影響因素可知，其多次突變主要原因是由于發(fā)動機轉速變化所引起的。因為駕駛場地大小所限，相同路況的實驗距離達不到要求，只能通過來回行駛來模擬，因此在轉彎時發(fā)動機轉速的要求是無法保證的，而通過觀察壓差突變時刻與實驗行駛記錄發(fā)現(xiàn)兩者正好吻合，而且理論分析可知發(fā)動機轉速變化對液壓系統(tǒng)壓力存在較大的影響。

3 結論

雖然某新型裝甲車液驅風扇系統(tǒng)實現(xiàn)風扇的無級調速，能在一定的溫度范圍內實現(xiàn)較好的控制，但其冷卻風扇仍受發(fā)動機轉速影響波動較大，而且當裝甲車在山地丘陵等復雜陡峭路況下行駛時，發(fā)動機工作在低速重載工況下，其對散熱需求很大，極有可能冷卻不足。隨著技術水平的提高與能源危機問題，裝甲車液壓驅動風扇冷卻系統(tǒng)對那種具有較大冷卻能力，能實現(xiàn)“按需冷卻”要求越來越迫切。因此實現(xiàn)液壓驅動風扇轉速的精確控制越來越重要。

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