履带式推土机油冷器设计及兼容性研究

褚涛 万光前 谭东东 于德泽 张超 林腾

摘要：本文介绍了履带式推土机相关系统液压油的作用及工作温度范围，分析了不同油冷器的应用效果，结合履带式推土机整机冷却系统对油冷器设计的兼容性给出指导建议。

关键词：推土机;油冷器;设计;兼容性

中图分类号：TU623.5                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）08-0005-02

0  引言

履带式推土机是一种复杂的机械设备，主要由动力系统、传动系统、液压系统、冷却系统等系统构成。这些系统的运行情况，直接影响履带式推土机的动力性能、可靠性以及操作舒适性等性能指标。

液压油是履带式推土机的重要工作介质，设备运行时各系统中的液压油能否保持在适合的温度范围，直接关系到设备的性能，因此必须采取适当的油冷器对液压油进行冷却。同时，设计时还必须统筹考虑其它冷却单元（如水散热器、中冷器等），提升油冷器在整个热管理系统中的兼容性。

1  履带式推土机液压油应用介绍

液压油时履带式推土机的重要工作介质，是实现动力传递、工作装置运动等的关键因素，同时其还具有一定的冷却润滑作用。行业内一般根据其所在系统的功能不同，将应用于履带式推土机的液压油粗略地划分为传动油和工作油。传动油和工作油采用不同类型的液压油，其最佳工作温度范围也有区别。

1.1 液压油作用

液压油对各类履带式推土机的功能实现具有不可替代的作用。以液力机械推土机为例，后桥箱内的液压油冷却润滑各个传动齿轮，同时还可以实现推土机的变速及转向功能;变扭器中的液压油实现动力柔性传递，提高了推土机适应外界负荷突变的能力;工作系统中的液压油作为动力传递介质，可以使各工作装置实现目标动作，比如铲刀提升、倾斜，松土器提升下落，甚至是绞车卷扬;在最新的温控液驱风扇系统中，风扇泵及马达通过液压油实现了风扇驱动。在静压传动推土机系统中，液压油有着更为直接的关键作用，整车通过液压泵与液压马达实现行走、转向、工作装置动作以及风扇驱动。

1.2 液压油种类及温度控制

履带式推土机传动油一般为CF-4及其以上级别的柴油机油，工作油则为46#抗磨液压油。两种油的分布有所不同，在液力机械推土机中，传动油分布在后桥箱、变扭器等传动部件中，而工作油则分布在诸如铲刀提升系统等工作液压系统中，并且有单独的油箱。在静压传动推土机中，整车用到的都是工作油。为保证液压油保持适当的粘度，除了根据季节变化添加适合牌号的液压油外，还需采取必要的冷却手段将其控制在适当的工作温度范围内。一般传动油工作温度应控制在90～110℃的范围内，工作油温度应控制在55～70℃的范围内。

2  不同油冷器的应用及效果

2.1 工作油冷器

由于工作油温需控制在55～70℃的范围内，因此行业内普遍采用风冷的冷却方式。如果采用水冷方式，工作油冷器就需要借助发动机冷却液作为冷却介质，而发动机冷却液温度一般在75～95℃的范围内。水冷不但不能达到冷却工作油的目的，反而有比较明显的加热作用。风冷的工作油冷器一般为铝质板翅式结构，芯体厚度一般在89mm以下。风冷式工作油冷器结构如图1所示。

2.2 传动油冷器

由于传动油工作温度应控制在90～110℃的范围内，行业内采用水冷及风冷两种冷却方式进行冷却，水冷式油冷器的应用比例更高。

①水冷式传动油冷器。设计合理的水冷式油冷器，能使油水（发动机冷却液）温差控制在15～20℃范围内。由于发动机有节温器等原件，可以使发动机冷却液温度控制在适当的温度范围内，且不受环境温度影响。因此水冷式传动油冷器也可以不受环境温度的影响，将传动油温始终控制在合适的温度范围内。水冷式传动油冷器芯体为钎焊板式散热器，其结构如图2所示。水冷式传动油冷器有的集成在发动机上，如图3（a）阴影部分所示;有的集成于水散热器的下水室内，如图3（b）阴影部分所示。

②风冷式传动油冷器。风冷式传动油冷器结构及冷却原理与工作油冷器一致，区别在于传动油冷器的芯体厚度一般大于89mm。风冷式传动油冷器较水冷式更为高效，但是受环境温度影响较大，尤其是采用不可变速冷却风扇的情况下。表1是某款推土机风冷式传动油冷器在不同环境温度下的散热参数计算模拟值（风扇转速不可变条件下）。

由表1数据可见，当环境温度低于-5℃时，油冷器的出口油温已经低于75℃，处于过冷的状态。因此，采用风冷式传动油冷器时必须配套使用电子风扇、温控液压驱风扇等可变速冷却风扇，以避免环境温度低时出现传动油温过低的情况。

3  油冷器设计的兼容性研究

在明确履带式推土机油冷器的设计规则后，还需要着重讨论各种油冷器与整机冷却系统的兼容性，此处兼容性主要指油冷器的布置位置。确保油冷器有适合的布置位置，使油冷器发挥最佳效果。

3.1 工作油冷器布置

實验表明，冷却气流经过水散热器之后，温升为20℃左右，而经过中冷器之后温升则高达40℃左右。以环境温度为46℃为例，不考虑发动机舱的温升，冷风经过水散之后温度会达到66℃左右，经过中冷器之后温度可达到86℃以上，因此热风端气流的温度一般会达到80℃以上。而工作油适宜的温度范围是55～70℃，因此工作油冷器必须布置于整个冷却系统的冷风端。有两种推荐的布置形式：与其它散热器处于同一排，并联布置;与其它散热器分两排布置，但是必须置于冷风端。

3.2 传动油冷器布置

履带式推土机推荐采用水冷式传动油冷器。根据传动油冷器在冷却液循环通路中与发动机的位置关系，可以将传动油冷器分为串联式油冷器（如图3（b））及并联式油冷器（如图3（a））。串联布置时，发动机小循环时传动油冷器无水流经，在低温环境下，如果发动机一直处于小循环状态，则传动油会有过热的隐患。并联布置时，传动油冷器中始终都有冷却液流过，传动油冷器冷却效果可以保证。从冷却机理上来分析，必须得采用并联式油冷器。但汇总分析各功率段履带式推土机的运行数据可知，净功率180HP以下履带式推土机传动系统发热量较小，采用串联布置形式也可以满足要求。

4  结语

本文对履带式推土机油冷器设计及兼容性进行了研究分析，并给出以下建议：①工作油冷器必须风冷，必须置于整机冷却系统的冷风端。②传动油冷器优先采用水冷，且应与发动机并联布置，净功率小于180HP时可以采用串联布置。③采用速度可变冷却风扇时，可以采用风冷式传动油冷器。

参考文献：

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