目前國內(nèi)推土機(jī)大多采用銅質(zhì)散熱器,隨著排放升級的要求及成本價格的壓力,鋁質(zhì)散熱器正在逐步應(yīng)用在推土機(jī)行業(yè)。本文介紹了推土機(jī)散熱器使用鋁制散熱器的優(yōu)點,同時說明鋁質(zhì)散熱器應(yīng)用于推土機(jī)將成為一種趨勢。
散熱器是使發(fā)動機(jī)正常工作的重要零件,其性能的好壞直接影響推土機(jī)在工作中的表現(xiàn)。隨著排放法規(guī)不斷升級,在同等的體積下,對推土機(jī)散熱器性能要求越來越高,國內(nèi)推土機(jī)制造商還在大批量的使用銅質(zhì)散熱器。但是,銅質(zhì)散熱器目前越來越難以滿足推土機(jī)散熱需求,推土機(jī)制造商采用鋁質(zhì)散熱器取代銅散熱器替將是推土機(jī)發(fā)展的必然趨勢。
排放法規(guī)升級對散熱器的要求
發(fā)動機(jī)制造商為了滿足排放法規(guī)要求,采用了許多技術(shù),例如:控制缸內(nèi)燃燒溫度,使得散熱器要在同等面積的條件下有更高的散熱能力;發(fā)動機(jī)進(jìn)氣增壓中冷,需要將經(jīng)過渦輪增壓、加熱后的空氣降到合適的燃燒溫度,需要散熱器上增加中冷模塊來實現(xiàn);柴油散熱,柴油在經(jīng)過油泵后溫度會升高,為了降低柴油溫度,需要在散熱器上增加相應(yīng)的模塊。發(fā)動機(jī)這些技術(shù)的應(yīng)用,可以有效改善缸內(nèi)燃燒情況,使發(fā)動機(jī)的排放到達(dá)甚至超過相關(guān)法規(guī)要求。隨著發(fā)動機(jī)廠商這些技術(shù)的應(yīng)用,需要推土機(jī)制造商有高性能散熱器來支撐發(fā)動機(jī)正常工作;同時,技術(shù)的進(jìn)步也驅(qū)動著散熱器向模塊化、高性能化發(fā)展。
銅質(zhì)、鋁質(zhì)散熱器材料、布置上特點
銅質(zhì)散熱器結(jié)構(gòu)大致可以分為管帶式及管片式;管帶式是由銅合金波狀管帶與銅合金冷卻管焊接而成;管片式是由很多銅合金冷卻管先插入多層薄銅合金片后焊接而成。焊接銅質(zhì)散熱器是需要使用錫鉛焊料,由于錫鉛焊料的傳熱系數(shù)低,所以銅質(zhì)散熱器芯部體積一般都較大。如果,將中冷器、柴油散等集成到銅質(zhì)散熱器上,其散熱器體積會增大,給整車布置帶來困難。
鋁質(zhì)散熱器結(jié)構(gòu)目前主流為板翅式,其是由鋁合金波狀管帶與鋁合金板采用高頻釬焊爐整體焊接而成,其使用的焊料為鋁材與芯體傳熱系數(shù)基本相同。同時,為提高鋁制散熱器的性能,目前廠家一般會在鋁合金板中增加內(nèi)翅片。
綜上,雖然在金屬導(dǎo)熱性上,銅合金優(yōu)于鋁合金,但是由于銅質(zhì)散熱器焊接方式及鋁質(zhì)散熱器內(nèi)翅片的設(shè)計,反而使得鋁質(zhì)散熱器性能高于銅質(zhì)散熱器。
推土機(jī)由于整機(jī)結(jié)構(gòu)限制,留給散熱器布置的空間較小,為了滿足中冷器等模塊的布置需求,需要將所有能利用的空間全部利用。如若使用銅質(zhì)散熱器,本來其芯體較厚所需散熱面積大,再增加中冷器等模塊,只能采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)布置,會導(dǎo)致散熱器風(fēng)阻加大,散熱效率大幅度較低;如采用鋁質(zhì)散熱器,其芯體厚度較小,整機(jī)空間還有剩余,可以方便串聯(lián)或者并聯(lián)其他冷卻模塊,來滿足在有限空間內(nèi)的布置及性能要求。
鋁質(zhì)散熱器在推土機(jī)上的應(yīng)用
推土機(jī)上的發(fā)動機(jī)一般都處于重載荷狀態(tài),也就是說發(fā)動機(jī)長時間工作在最大扭矩點與額定功率點之間,在這種工作狀態(tài)下,需要有高性能的散熱器與整機(jī)匹配,從而使推土機(jī)可以高效的工作。
從整體的散熱效果來說,匹配同一車型,同樣的迎風(fēng)面積,采用鋁質(zhì)散熱器性能優(yōu)于銅質(zhì)散熱,并且可以節(jié)省發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的空間。如果采用銅質(zhì)散熱器就需要增加芯體厚度來滿足整機(jī)散熱,但是這種設(shè)計會帶來增加風(fēng)阻、易堵塞等問題。
由于推土機(jī)是履帶式工程機(jī)械,并且其作業(yè)環(huán)境一般都很惡劣,導(dǎo)致推土機(jī)相比其它工程機(jī)械所承受的振動沖擊更加劇烈,對散熱器的強(qiáng)度要求也更高。
用來加工鋁質(zhì)散熱器的鋁合金材料一般都比銅質(zhì)散熱器的材料厚度更厚;同時,鋁質(zhì)散熱器采用的板翅式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也要由于銅管帶式,所以鋁質(zhì)散熱器內(nèi)部抗壓變形能力比銅質(zhì)散熱器強(qiáng)。另外,銅質(zhì)散熱器在焊接上使用軟釬焊,焊接溫度低于450℃;而鋁質(zhì)散熱器采用的是硬釬焊,焊接溫度高于500℃,不同的焊接溫度使鋁質(zhì)散熱器的抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度優(yōu)于前者。
鋁質(zhì)散熱器優(yōu)缺點
鋁質(zhì)散熱器具有總成質(zhì)量輕、原料成本低、散熱性好、布置靈活的優(yōu)點,并且隨著現(xiàn)在使用釬焊制造鋁質(zhì)散熱器的工藝進(jìn)步,鋁質(zhì)散熱器將可以成規(guī)模的應(yīng)用在推土機(jī)上。但是,鋁制散熱器的缺點主要由于腐蝕導(dǎo)致產(chǎn)品滲漏,腐蝕主要源于大氣腐蝕及水腐蝕,鋁合金板銹穿是常見現(xiàn)象。銅合金在大氣中腐蝕后形成銅綠,銅綠組織致密,可以防止銅合金進(jìn)一步的腐蝕氧化。
鋁是化學(xué)活性較大的一種金屬,在大氣中會迅速氧化形成一層極薄的氧化膜,疏松多孔,容易滲透。但在破壞后又迅速氧化形成新的氧化層。為了提高鋁在使用中的耐腐蝕性能,一般會在散熱器與液體接觸面涂防腐層,同時盡量使用冷卻液而不是水來做為冷卻介質(zhì);在與空氣的接觸的部位一般采用犧牲翅片來保護(hù)散熱器的鋁合金隔板。按照現(xiàn)有的鋁質(zhì)散熱器防腐工藝,鋁質(zhì)散熱器可以使用在大多數(shù)地區(qū)。如果在一些特殊的工況下,銅質(zhì)散熱器又無法滿足整機(jī)布置及熱平衡,可以考慮鋁質(zhì)散熱器整體電泳來滿足使用要求。
散熱器需要在有限的空間內(nèi)有足夠的散熱性能和較高的無故障工作時間,所以目前國內(nèi)外工程機(jī)械制造商普遍使用鋁制散熱器來解決空間與性能的矛盾。鋁制散熱器在性能、成本、布置方式上的優(yōu)勢,以及發(fā)動機(jī)制造商為應(yīng)對排放法規(guī)對散熱器模塊化的需求,推土機(jī)使用鋁質(zhì)散熱器將成為主流。