后置客車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

黃葉明

摘要：隨著我國(guó)國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，發(fā)動(dòng)機(jī)整體技術(shù)也隨著發(fā)生了巨大革新。其中，國(guó)六發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)整車(chē)散熱系統(tǒng)的要求也隨之大幅度提高。就大型后置客車(chē)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器、中冷器冷卻均需要風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻，而國(guó)六發(fā)動(dòng)機(jī)及其后處理系統(tǒng)相對(duì)較大，整車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙空間存在局限性，因此，要求我們針對(duì)散熱器、中冷器以及風(fēng)扇散熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：后置客車(chē);智能;冷卻系統(tǒng)

1、前沿

冷卻系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響日益顯著，通過(guò)對(duì)冷卻系統(tǒng)的不斷改進(jìn)來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能已成為一種有效的手段。對(duì)柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究有兩個(gè)方面：一方面是以提高冷卻效率為目的的系統(tǒng)本身的研究，包括系統(tǒng)各缸水流分布、各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻散熱系統(tǒng)合理匹配、系統(tǒng)控制等，稱(chēng)為外冷卻研究;另一方面是研究冷卻系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的熱負(fù)荷及其可靠性，它更注重研究固—液耦合問(wèn)題，稱(chēng)為內(nèi)冷卻研究。本文重點(diǎn)結(jié)合冷卻系統(tǒng)外循環(huán)進(jìn)行研究。

2、后置客車(chē)散熱器的設(shè)計(jì)

后置客車(chē)散熱器目前正處于銅轉(zhuǎn)鋁時(shí)期，結(jié)構(gòu)形勢(shì)主要分為三種，分別是管帶式、板翅式和新型管帶式結(jié)構(gòu)。管帶式散熱器是20世紀(jì)常用的結(jié)構(gòu)形式，主要優(yōu)點(diǎn)是重量輕，生產(chǎn)效率高，批量生產(chǎn)成本低。但是主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對(duì)較低，使用壽命一般大約為2年左右。板翅式散熱器是2010年左右開(kāi)始實(shí)行的新式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)散熱器的重量相對(duì)管帶式結(jié)構(gòu)較重，約重40%左右。主要優(yōu)點(diǎn)是模具投入較小，售后維護(hù)方便，適應(yīng)客車(chē)多品種小批量生產(chǎn)模式;而且強(qiáng)度好，使用壽命大約長(zhǎng)，大約在5年左右。但由于結(jié)構(gòu)因素，導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低，不利于整車(chē)輕量化設(shè)計(jì)要求。新型管帶式結(jié)構(gòu)是2014年左右開(kāi)始在客車(chē)領(lǐng)域逐步推廣應(yīng)用的。新型管帶是結(jié)構(gòu)相比管帶式強(qiáng)度更高，相比板翅式散熱器質(zhì)量更輕。整體生產(chǎn)效率相對(duì)較為簡(jiǎn)單，效率也較高。就目前應(yīng)用情況來(lái)看，使用壽命一般在4到6年左右。

管帶式、板翅式以及新型管帶式散熱器主要區(qū)別在散熱管。管帶式散熱器的散熱管主要為鋁板卷焊成形散熱管，多為成型件。板翅式散熱器散熱管是由壁厚較厚的兩塊隔板、兩塊封條焊接而成，為提升散熱器散熱能力，常會(huì)在焊接前，在內(nèi)部增補(bǔ)內(nèi)翅片加強(qiáng)紊流，增大散熱效率。新型管帶式散熱器的散熱管是由一塊封板與一塊π型鋁板焊接行程的。新型管帶式散熱器常會(huì)根據(jù)散熱需求在焊接前在π型鋁板內(nèi)增加內(nèi)翅片提高散熱能力。三者就散熱冷卻性能來(lái)說(shuō)，新型管帶式散熱器的散熱能力與管帶式散熱器的散熱能力較高，通常比板翅式散熱器散熱能力高20%左右;就重量來(lái)說(shuō)，板翅式散熱器的重量最重，管帶式散熱器最輕，新型管帶式散熱器接近管帶式結(jié)構(gòu)。但就可靠性來(lái)說(shuō)，管帶式散熱器與新型管帶式與板翅散熱器相差甚遠(yuǎn)。綜合可靠性、維修方便性、散熱性能、產(chǎn)品重量以及成本來(lái)看，新型管帶式與板翅式散熱器目前由于可靠性較高，常用在客車(chē)、工程機(jī)械等領(lǐng)域。三種散熱器對(duì)比詳見(jiàn)表1。

3、后置客車(chē)中冷器的設(shè)計(jì)

客車(chē)中冷器結(jié)構(gòu)與散熱器結(jié)構(gòu)相類(lèi)似，主要分為管帶式、板翅式及新型管帶式三種。管帶式中冷器根據(jù)散熱管帶的形狀分為口琴管帶和內(nèi)翅片管帶，具體如圖4.6所示。板翅式中冷器與板翅式散熱器結(jié)構(gòu)類(lèi)似，主要由隔板、加強(qiáng)板、大、小封條、氣室等組件組成。同樣具有重量較重、散熱性能稍差但可靠性較好的特點(diǎn)。新型管帶式中冷器與新型管帶式散熱器結(jié)構(gòu)基本一致，可根據(jù)中冷器選型需要，分為有無(wú)內(nèi)翅片的新型管帶式中冷器。

4、材質(zhì)選擇設(shè)計(jì)

鋁合金材質(zhì)節(jié)約能耗、節(jié)約材料、起到較好的裝飾效果、價(jià)位是工薪階層可以接受的、重量輕易于搬運(yùn)與安裝。并且在防止空氣腐蝕層面上講，鋁合金制品是靠陽(yáng)極氧化的，可以形成薄膜直接避免氧化并防腐作用明顯?？偟恼f(shuō)來(lái)，與其它材質(zhì)進(jìn)行比較，鋁合金都是做散熱器材料的第一個(gè)選擇，其優(yōu)勢(shì)的明顯性毋庸置疑。

散熱模塊主體一般生產(chǎn)工藝流程是酸洗、噴焊劑、沖制散熱帶、芯體裝配、芯體釬焊、氣室/水室芯體氬弧焊、保壓試漏、噴漆。管帶式、板翅式與新型管帶式生產(chǎn)過(guò)程主要差異就是芯體管的焊接方式不同。管帶式芯體多為成型件，一般可使用連續(xù)爐釬焊，生產(chǎn)效率較高。板翅式采用鋁板厚度較厚，為保證可靠性及密封性，一般采用的是真空爐釬焊，真空爐加熱不能借助空氣傳熱，依賴(lài)于熱輻射，加熱時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低。新型管帶式焊接方式與板翅式焊接方式基本一致，只因結(jié)構(gòu)優(yōu)化，焊接工序相對(duì)較為簡(jiǎn)化。生產(chǎn)效率及時(shí)間周期相對(duì)板翅式都有很大的改進(jìn)。

5、結(jié)束語(yǔ)

由于燃油消耗率及汽車(chē)尾氣排放要求的日益苛求，在乘用車(chē)市場(chǎng)已得到批量應(yīng)用的電動(dòng)風(fēng)扇已逐步在客車(chē)領(lǐng)域批量使用。針對(duì)后置大型客車(chē)運(yùn)行工況惡劣、冷卻模塊無(wú)迎面風(fēng)，可靠性及冷卻能力要求遠(yuǎn)高于乘用車(chē)等特點(diǎn)，采用電子風(fēng)扇作為本次設(shè)計(jì)的冷卻模塊的散熱風(fēng)扇是最佳選擇。與此同時(shí)，為了降低風(fēng)阻系數(shù)，散熱水箱與中冷器最好采用并列布置，風(fēng)扇安裝于電子風(fēng)扇系統(tǒng)后部即可。

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