发动机风扇对采棉机散热器冷却效果的研究

梁定义，蔡永晖，刘钧天，薛玉景，章 燕，赵 倩，摆瑾焱

（新疆钵施然智能农机股份有限公司，新疆 乌苏 833300）

0 引言

采棉机又分为棉花选收机和棉花统收机两种，市场上目前使用的主要是棉花选收机。根据棉花采摘原理以及采摘头的结构不同棉花选收机又分为自走式水平摘锭采棉机和自走式垂直摘锭采棉机[1]。由于水平摘锭式采棉机作业效率较高、采净率较高（约96%）、含杂率较低（约为10%左右），目前在市场上占据主导地位[2]。另外按采收棉花的预处理不同，分为箱式采棉机和打包采棉机，箱式机是直接采收后的棉花在棉箱里面暂时储存不做处理，到指定地点卸下采收的棉花，打包采棉机是采收后在棉箱内暂存，再经过排棉系统输棉、打包系统压实棉花及包装包裹膜后到指定地点卸下圆捆棉包的形式。由于棉花采收作业环境恶劣，粉尘与棉絮容易堵塞散热器表面，造成高温影响采棉机的整机性能稳定性[3]。为解决散热器散热不良的问题，开展以下测试分析。

1 测试试验研究

1.1 设备介绍

测试样机为三行自走式圆捆棉花打包机；发动机布置采用横置式，即发动机曲轴与设备轴向垂直；发动机前端轮系直接驱动液压换向风扇冷却并清洁散热器；液压换向风扇工作时空气流动轨迹：（1）吸风散热模式：外界自然风→散热器前端风口→散热器→风扇→发动机机舱四周→外界；（2）吹风除尘模式：外界自然风→机舱四周风口→发动机机舱→风扇→散热器→散热器前端风口→外界。

1.2 测试方法介绍

采用两种测试方法，第一种在整机右侧散热器表面用吹纸板方式视觉判断风力大小，第二种采用测风仪器读取风力数据。

1.3 分析影响换向风扇风力大小的因素

通过分析可能失效的原因得出如下影响因素。

图1 影响换向风扇风力大小的因素

1.3.1 发动机风扇驱动测试（实验室测试）

试验目的：为了验证发动机匹配不同空调压缩机对正向风扇以及反向风扇转速的影响。实验设备：襄阳发动机试验台架、附带Cummins空调压缩机的L9发动机、Boshiran自备空调压缩机及其轮系、750 mm直径换向风扇-正向锁定吸风风扇、750 mm直径换向风扇-反向锁定吹风风扇。试验条件：匹配两种不同空调压缩机时，应保证两种状态下的发动机转速相同、风扇的型号和安装方式相同、风扇垫块相同以及风扇的速比相同。试验数据如表1。

表1 发动机匹配不同空调压缩机对正向风扇以及反向风扇转速的影响

试验结论：通过更换不同的空调压缩机测得四种转速下的数据，可以得出相同条件下发动机匹配不同空调压缩机时在容许公差范围内对风扇转速的转速无影响。

1.3.2 风扇总成问题测试

试验目的：为了测试换向风扇角度对吹风风向的影响及测试风扇与散热器的距离对吹风风量的影响。试验设备：25°换向风扇、30°换向风扇；厚度分别为30.5 mm、36.5 mm、41.5 mm、44.5 mm、46.5 mm 的风扇垫块；散热器、Cummins L9发动机、纸板、测风仪器等。为确保试验的准确性，在验证换向风扇角度对吹风风向的影响时应保证风扇的垫块厚度相同以及发动机的转速相同；同理验证换向风扇距散热器的距离对吹风风量的影响时应保证换向风扇的角度一致；并且风扇液压系统工作压力必须在3.5～6 MPa范围内。经过测试记录试验风扇吹起纸片的高度数据（表2）。

表2 视觉观察纸板吹起高度来判断不同情况下对风向的影响

为了验证纸片高度视觉数据的准确性，现将散热器表面均匀划分为72点格，即竖向9格，横向8格，使用测风仪器分别测量72点格的风量、风速，通过对比数据验证1.3.2的测评结果是否准确（表3）。

表3 吸风风速风量对比

通过观察不同角度的换向风扇吹起纸板的高度，以及通过测风仪器测量出的数据可以得出反吹风扇角度越大时，吹风的风量越大，风速也越快；同理，在相同风扇角度下，通过增加垫块改变反吹风扇与散热器的距离，来改变反吹风扇的吹风风量、风速，在垫块加厚10 mm时吹风能力提升较大，可以得出风扇越靠近散热器风量越大、风速越快。因此得出的结论为反吹时风扇越靠近散热器风量越大，反吹风扇角度越大，风量也越大。

1.3.3 验证散热器总成及外围料件的影响分析

试验目的：为了验证散热器外部除尘装置以及散热器散热片密度对反吹风扇的吹风风量的影响。试验设备：2台带有不同除尘装置的散热器、测风仪器、三行自走式圆捆棉花打包机。为了试验的准确性，应保证散热器总成翅片密度几何尺寸、发动机转速以及反吹风扇距离散热器的距离一致。试验时通过更换不同的散热器总成外部除尘装置，使用的散热器散热片距离分别是5 mm和2.5 mm，对两台散热器分别进行测试，通过观察吹纸板的运动状态判断散热器外侧风量变化。

试验结果表明，在风量足够且散热器厚度相同的情况下散热器翅片的距离对散热器通风的影响不显著。

1.3.4 机舱风道的影响

试验目的：通过改变散热器内部的阻挡面积和外部阻挡面积来验证机舱风道对换向风扇的吹风能力。试验设备：不同配置的三行自走式圆捆棉花打包机、纸板。试验时应保证发动机的转速一致。通过增加发动机舱遮挡物来使阻挡散热器散热面积上的投影面积由0增加到1/4时，将风量进行对比。在散热器外侧吹风时纸板由吹起20 cm变为5 cm，说明遮挡内部散热器表面对反吹风有影响，遮挡的面积越大，风力越小。当使用相同投影面积1/4的遮挡物距离散热器由500 mm到2 000 mm时，发现在散热器外侧吹风时纸板由吹起5 cm变为20 cm，说明距离散热器越远的遮挡物对散热器的通风量影响越小，反之距离越近，影响越大。

2 结果与分析

通过以上试验研究，证明在采棉机上使用可换向的反风风扇时，风扇角度越大，反吹时风量越大，散热越好；并且风扇叶面距离散热器越近，反吹风量也会越大，在使用换向风扇时，散热器内侧空旷没有阻挡物，有足够的进气量，会对风扇散热风量有增大作用，换向风扇使用效果更好。