叉车风扇的选型设计

文/ 李克忠 毛景松 李元松 郑云华

一、机型、工况

本文选用杭叉5吨平衡重式叉车为案列机型，本机型配美国通用GM4.3液化石油气及汽油双燃料发动机，设定工况为连续满负荷作业，允许的环境温度最高为50℃，冷却液超过110℃将开锅，发动机功率P1=70kW，最大扭矩时功率P2=60kW，燃油消耗率b=340g/（kW·h）；LPG热值H=46.13MJ/kg；发动机传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比η=0.25；冷却系统额定功率需散热量Q1与最大扭矩处散热量Q2为：

二、冷却系统结构及风扇型式选择

叉车风扇布置于整车后方，整车往前方行驶，为了有利于迎面风的利用，冷却风扇一般选择结构简单、安装方便的轴流式吹风扇，如下图。综合考虑散热量及噪声因素，叉车风扇叶片建议使用低噪声大风量的镰刀形叶片。

风扇与护风圈的径向间隙控制在10mm～15mm，最大不宜超过3%，否则将大大降低风扇效率。风扇与护风圈轴向关系上吹风扇在护风圈内的宽度为1/3风扇叶片宽度为宜，吸风扇为在护风圈内宽度为2/3风扇叶片宽度。

风扇端面离散热器芯子太近或者太远，会出现无风区或者发生回流现象，一般要求风扇端面至散热器芯子端面为风扇直径的10%～15%。

三、风扇参数

1.风扇的外径

根据空气动力学的原理，风扇的流量与转速成正比，消耗功率与转速成三次方关系，风扇的噪声与转速成对数关系，因此，从燃油经济性和降低噪声考虑，应增大风扇的直径，降低风扇的转速，一般情况推荐风扇叶尖的圆周线速度在60m/s～76.2m/s之间。发动机转速、风扇传动比及散热器芯子的宽度和高度确定后，可以用上述推荐值来确定风扇外径，也可以通过调整风扇传动比来匹配风扇的外径。

杭叉5吨平衡重式叉车：发动机额定转速w=2300r/min、曲轴与风扇转速比η=1.05，水箱高度a=518mm，宽度b=528mm，叶顶间隙m=10mm，即可选择风扇直径d：

得到风扇直径范围为476mm≤d≤508mm。

2.风扇的散热量

叉车用发动机的负荷率一般在70%左右，满载加速行走时可达100%，并且常在最大扭矩点附近转速工作，发热量较大。因此选择风扇散热量应该把发动机最大扭矩点与最大功率点两个工况点都要考虑分析，散热量数值需要通过风扇的性能数据与散热器的性能数据，通过匹配计算才能确定，具体方法如图1。

风扇的性能数据来源于风扇的型式实验，目前专业风扇厂家均可提供，将风扇的性能数据与散热器的性能数据绘制成曲线，如图2。

图1 叉车冷却系统结构图

图2

图2中，6条曲线分别为3个备用风扇在发动机扭矩点转速时与功率点转速时的性能曲线，6条风扇性能曲线与水箱风阻-风量曲线的交点为实际工作中的状态。

散热器的性能数据通过专门的风洞测试获取，以下为杭叉5吨平衡重式叉车散热器数据（冷却液与环境温差60℃，水流量为120L/min）。

结合水箱性能数据，可得到每款风扇的实际散热量，如表2。

表1 散热器数据

表2 风扇实际使用散热量

根据散热要求，表2中风扇1扭矩点风量不足，散热量未能满足散热要求，风扇2，风扇3基本符合要求。

表3 风扇能耗与噪声表

四、风扇的耗能

风扇的耗能与风扇的风速和静压成正比，因此保证换热效率的条件下，尽量选择风扇的能耗更小的，根据上文提到风扇2、风扇3来比较，其相关参数如表3。

根据低能耗原则，选择风扇3。

五、结语

冷却风扇的选型设计恰当与否，直接影响叉车的噪声和散热。本文通过对风扇特征、参数、耗能以及与相关部件的配合等方面的分析，对叉车风扇的选型设计提供了依据。

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