浅谈叉车冷却系统的布置

文/朱军伟



浅谈叉车冷却系统的布置

文/朱军伟

摘 要：随着国家对发动机排放要求的逐步提高，叉车选用增压、增压中冷发动机越来越普遍，对其冷却性能要求也越来越高。冷却系统的正确设计和安装，对于获得满意的发动机寿命和整车性能指标值是极其重要的。本文就根据在叉车冷却系统的实践设计与安装经验作为推荐与用户作简单交流。

关键词：叉车冷却系统；散热器；风扇

随着国家对发动机排放要求的逐步提高，叉车选用增压、增压中冷发动机越来越普遍，对其冷却性能要求也越来越高。冷却系统的正确设计和安装对于获得满意的发动机寿命和整车性能指标值是极其重要的。叉车的冷却系统一般包括散热器和风扇两大部分。本文则根据叉车冷却系统的实践设计与安装经验，形成论述推荐给用户并做简单交流。

一、散热器的选择

散热器从结构形式上可以分成：1.管片式散热器：其特点是芯子结构强度好，刚性强。缺点是在同样芯子正面面积下，散热面积小，散热效果较差。2.管带式散热器：在同样的芯子正面面积下，管带式散热能力可以比管片式提高10%左右，而芯子重量约下降30%，成本可以下降15%左右。因而管带式散热器结构在汽车行业中得到广泛的应用。3.在上述两种类型的基础上，延伸在散热片或散热带上开窗或冲出凸筋的散热器，在同样条件下散热效率可以进一步提高，但也需注意散热片开窗会带来易堵塞的副作用。因此在选择结构时必须从使用要求、性能要求等方面权衡考虑。

散热器从材料上可以分成：铜质散热器和铝质散热器。铜质散热器强度高，散热性好，便于修补，但成本较高。铝质散热器重量轻，在相同的散热性能条件下，重量可以减小25～40%，随着其制作工艺不断成熟，加之国际铜价不断上涨，铝质散热器的发展更展现出广阔的前景。

虽然也可以通过冷却能力的计算来设计冷却系统的散热器，但在实际的运用中更多的是采用根据发动机要求冷却参数结合经验值类比的方法，来初步确定散热器的容量。影响散热器选择的因素有：空间、空气流动阻力、冷却液流量、功率消耗、噪音和成本。

1.在空间允许的情况下，应选择正面面积大、厚度薄、正方形的散热芯。因为散热器芯正面面积大可以匹配直径大、转速低的风扇，从而可以降低风扇的功率消耗和噪音。散热器芯越厚则风阻越大，越容易被灰尘、碎片、昆虫等堵塞。正方形的面积可以保证风扇扫过的面积最大。

2.散热片的最普遍采用的片距是2.7～3.5mm，散热带的波峰距一般在4.1～5mm。太疏会导致散热能力不足，过密则阻力越大，越容易被堵塞。选用一个较小片距的小型散热器和在较大阻力时也能提供所需空气流量的风扇，虽可以降低初始成本，但这种方式将造成整个寿命周期内蒙受大的风扇功率损耗。

3.建议选用不带开窗的散热片或散热带，便于清洗，防止窗口堵塞以降低冷却效果。

4.散热芯的正面面积可以通过下述式子估算：正面面积=0.31～0.37平方米/100kW。

5.散热器应该通过橡胶缓冲垫固定在车架上，防止散热器受到剧烈振动，也可以避免热胀冷缩时应力过大。

6.当多个散热器并联或串联时，应考虑便于清理散热器之间的堵塞杂物。

7.为防止空气流动再循环降低冷却效果，建议要在散热器周边安装挡风隔板。

二、风扇的选择

由于叉车发动机的安装位置所决定，一般采用吹风扇结构，但散热效果不如吸风扇好，其主要原因是引入散热器的空气温度要高于吸风扇。

1.风扇转速与直径：在消耗相同功率的情况下，低转速、大直径风扇的冷却效果要明显优于高转速、小直径风扇。最佳匹配为风扇的直径等于或略小于散热器芯的最小尺寸。当风扇直径大于散热器芯最小尺寸时，由于水室遮挡了气流，风扇效果将明显下降。

2.受噪音限制，一般选择风扇时，要注意风扇叶尖的线速度不能超过4200～5000m/min。或者选用外圈带环形的风扇，可适当降低高速旋转时的噪音。

3.风扇外端面到散热器芯的距离应尽量远，但受叉车整体布局的限制，一般控制在70～120mm之间。

4.风扇到发动机体的距离：在风扇支撑弯矩许可的情况下应尽量远。但风扇垫块厚度一般也不超过75mm。

5.安装风扇时禁止使用弹簧垫圈，防止因弹垫切口导致风扇法兰应力集中。

风扇传动一般有两种形式，即刚性传动和粘性传动（硅油离合器传动）。粘性传动是一种通过双金属感温元件实现温度控制风扇工作，此时风扇功率消耗可节约50%左右，所以不仅节能，而且保证了柴油机有良好的热状态，对柴油机的运行和使用寿命都有明显的优点。因此目前在柴油机上硅油离合器传动风扇使用越来越多。

三、风扇与散热器的相对位置布置

在散热器与风扇之间，需要配置导风罩。常见的吹风式导风罩的结构有三种，如下图：

为减少风量的侧漏，导风罩与散热器之间的安装要尽量密封，风扇叶尖与导风罩之间的间隙也应尽量地小，一般取风扇直径的1.5～2.5%。风扇在导风罩里的轴向位置，一般取1/3在里面，如上图。

越来越多的叉车选用增压中冷的发动机，其冷却器数量也是越来越多，包括水冷却器、变矩器油冷却器、液压油冷却器、中冷器等，传统的散热系统布置是将各类散热器前后串联布置，其优点是成本低，但其缺点也比较明显：风阻大，容易堵塞，后面几个散热器由于引入的是热风，效果明显变差，容易过热。因此，当散热器数量超过3个时，一般不使用串联的方式，更推荐采用散热器并联的方式（左右、上下布置），这样流入每一个散热器的都是未被加热的冷空气，以提高其散热效果。并且气流的阻力也小，便于保养和清理。

在某些位置受限制的场合，还可以采用独立外置式的散热系统布置。其方式是将一部分或者全部的散热器布置到一个不受发动机影响的地方，风扇由液压马达驱动。其优点是：1.布置灵活；2.可以远离发动机的热辐射；3.可以根据水温控制风扇转速，降低功率损耗；4.保养维护相对方便。

四、其它方面

防冻液具有防冻和防沸的双重特性，同时还具有防腐蚀等功能。因此，要求用户必须使用防冻液。

膨胀水箱的使用是消除冷却系统低压部分蒸汽，不致产生气阻及可以补充冷却水。因此可以作为散热器的一个补充容积。一般膨胀水箱的容积为冷却系统总容积的15%左右。安装膨胀水箱后，可以改善冷却系统的工作条件。但安装时应注意位置必须高于散热器，一般应高400mm左右，使膨胀水箱液柱的压力值大于进气阀压力值（1～12KPa），否则不起作用。

上述内容仅在叉车冷却系统的设计与安装时提供参考。具体到某一个车型时，除了要满足整车性能要求以外，必须兼顾成本、空间、噪音和可维修性等因素。最终冷却系统的性能是否合格，还需通过做整车热平衡试验来验证。

（作者单位：杭叉集团股份有限公司）