董明军（机械科学研究院军用改装车试验场，北京 102100）

浅谈内燃叉车冷却系统匹配设计

董明军
（机械科学研究院军用改装车试验场，北京 102100）

本文介绍了内燃叉车冷却系统的匹配设计要点，为技术人员设计冷却系统提供合理化建议和参考。关键词：内燃叉车；冷却系统；散热器；风扇

内燃叉车的冷却系统是整车平稳安全工作的基本保障系统，冷却系统的匹配设计是一个系统工程，目前行业中仍有部分设计人员对冷却系统设计不太重视，在夏季或叉车的工作环境恶劣时，其设计的叉车极易发生“开锅”现象，轻则停车影响工作进度，重则引起车辆人员损伤，所以相关设计人员必须给予足够的重视。良好的冷却系统设计应满足以下要求：（1）散热能力满足发动机在各种工况下运转需要，当工况环境变化时，仍能保证发动机可靠工作，维持发动机最佳工作温度。（2）噪声在可接受范围内。（3）燃油消耗率较低。（4）密封好，不漏冷却液，漏润滑油。（5）使用可靠，寿命长，制造成本低。（6）维修方便。冷却系统的设计要统筹考虑散热器、风扇、护风罩、管路、水泵以及出风口的设计选型及布置等。

1 散热器的设计选型及布置

散热器是冷却系统的核心部件，散热器的选定尤为重要。首先初步选定散热面积，根据发动机的额定功率用计算叉车发动机所需散热面积，

式中：P——发动机额定功率，kW；

可用计算结果从供货商中初步选定散热面积，然后初步选定散热器正面积，即芯子的宽×高。

可知，在散热器总散热面积不变的情况下，增加正面积，既可减少厚度，使通风阻力下降，提高散热效率又可防止堵塞，清洁方便。因此在空间允许的条件下应尽可能增大散热器的正面积，减少芯子厚度。由经验推荐，发动机额定功率每100 kW的散热器芯子正面积（即正面积系数）应在0.38~0.50 m2之间，所以安装空间根据客户使用的环境（如热带、沙漠环境等）在这范围内选定或协调，来计算散热器的正面积。散热器正面积计算完成后选择散热器的结构，市场上主要分为两种：管带式和管片式，结构如图1所示。

图1 散热器结构

管片式的芯子结构强度好，刚度强，广泛应用于工程机械上。管带式的结构刚度虽不如管片式，但制造简单，同等正面积时散热效果好。散热器从材料上主要有两种：铜质和铝质。铜质散热器成本高但强度高，散热性好，便于维修。铝质散热器成本低，重量轻，制作工艺不断革新。一般，铝制散热器都是管带式，铜制散热器主要是管片式。综合叉车工作场所的特点，和重量轻、结构强度高，散热性能好等实际要求，叉车行业70%以上选择管带式散热器，建议选择铝制管带式散热器。散热器的芯子多为2~5排管子，建议选用3~4排，既保证了总散热面积，又能减少风阻。选好散热器的结构后应考虑散热器的布置。

一般中小吨位叉车油散热器建议在水室内置，而随着增压中冷发动机的选用越来越多，大吨位、重装叉车油散热器建议与水散热器并联，以解决串联散热器风阻大，容易堵塞，不易清洁保养的弊病，提升散热能力。叉车散热器多选择四点悬置，应尽量将所有悬置点布置在同一部件总成上，之间以胶垫或胶套等非金属材料过渡，以改善散热器受力情况，减少振动强度。

2 风扇及护风罩的选择与布置

由于同等功耗情况下，低转速，大直径的风扇的冷却效果明显优于高转速，小直径的风扇，还可降低噪音，所以应尽量选择大直径的风扇(风扇叶尖的线速度不能超4 200~5 000 m/min，否则会增加噪声，降低叶片寿命)或选用环形风扇，可适当降低风扇高速旋转时的噪音。必要时可采用增加叶片数目、增加叶片安装角、增大叶片弦的宽度、使用凸面叶片等措施，增大通风量，提高散热性能。护风罩是风扇与散热器之间的衔接部分，护风罩与散热器之间进行良好的密封，避免了气流回流或涡流损失。常见的护风罩有三种：文杜里式，环式、箱式，如图2所示。护风罩要过渡圆滑，叉车使用的大多为箱式。

图2 护风罩的种类及风扇的布置

选择完风扇和护风罩，就要考虑散热器、风扇、护风罩三者的布置了。

首先要合理确定风扇叶片和散热器的芯子距离，距离过小，风扇产生的气流还没有散开、风流不均；距离过远气流散开过大，风流不集中，效率不高。试验证明当风扇直径小于500 mm时，合理距离在80~100 mm；当风扇直径大于500 mm时，合理距离在100~120 mm。

然后要合理确定风扇叶端和护风罩之间的径向间隙，理论上间隙越小风扇叶端气流回流越小，但是二者分别安装在散热器和发动机上，在车辆工作时相对运动不可避免，二者间隙一般取风扇直径的1.5%~2.5%之间。而轴向位置关系选取按图中所示叶片投影宽度（P.W.）的1/3~1/2，此时进风量最大。风扇中心与散热器芯部中心的相对位置也非常重要，从正面看，散热器芯部未被风扇叶片扫过的面积最小时，风扇的效率最高，因此最佳方案是选择正方形或近似正方形的散热器芯，风扇中心与散热器中心重合，并尽量使风扇直径与散热器短边相等，这样通过散热器的气流分布最为均匀，散热效果最好。

3 管路布置

管路应沿水流方向适当上翘以去除系统中的空气和蒸汽，尽量避免水平布置和呈凸形的管路，管路的弯角处或直径变化处必须圆滑过渡。管路布置应考虑各元件之间的相互运动，避免干涉磨损。长度在150 mm以下的胶管可直接安装，而长度超过450 mm的胶管应考虑支撑问题。对于中冷系统而言，管路越直越好，减少弯头的处数。软管部分不要安装于气流拐弯处以免脱落，弯折处应用硬管。

4 出风口布置

如果叉车配重出风口太小，热风不能及时排出而产生回流，会对叉车二次加热，使冷却系统过热。所以尽量增大出风口。考虑到空气流动阻力，应将出风口设计为圆滑过渡，配重加强筋由横置改为纵置。车架设计时也应减少对气流的阻挡。

5 水泵设计

如果水泵转速过快则会缩短水泵使用寿命，所以在保证水泵进水管中的水流速不超过3 m/s的条件下，可以适当加大皮带轮的直径，这样可以增加水泵排量。

6 除气能力

内燃叉车冷却系统为闭式循环冷却，水路中出现的气体(空气、蒸气和漏入的燃气)会对机件氧化腐蚀，对冷却系统危害很大。大吨位叉车和非经济型高配叉车都设置有副水箱。根据经验，副水箱的体积应为冷却水总量的5%~8%，副水箱加水后应留出副水箱体积的1/3~1/2做为膨胀空间。安装时副水箱与散热器的顶部高低差应小于150 mm。

实例验证：某厂生产的普通型10T液力内燃平衡重式叉车选用玉柴Y C6B125-T20型发动机，额定功率92 kW,Eρ取0.25，Eε取0.95，由式1计算得到所需的散热总面积29.7 m2,考虑到成本及整车空间布局初选铝制管带式30 m2散热器，正面积系数选择0.38，计算得0.35 m2，选择近似正方形的598.5 mm×608 mm×90 mm的散热器，风扇为发动机自带风扇，护风罩选择箱式，经过合理设计布置管路及出风口等，反复调试后，销售给用户，用户反映良好。

综上所述，散热器，风扇，护风罩，管路等的选择与布置对冷却系统发挥最大效能有着很大的影响，本文只提出合理化建议，设计人员遇到特殊订单还需具体分析。内燃叉车的冷却系统匹配设计需要设计人员既从整体着眼，又从局部精确细化，整车设计完成后还需进行试制调试，不合理处及时整改，在不断改进中设计出效果良好的冷却系统，一个新型号车辆才能完全定型。

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1671-0711（2016）07（下）-0065-02