某型装甲车液驱风扇系统实验测试分析

    李华莹 陈绍山 王飞等1

    摘 要：针对某型装甲车液驱风扇系统的风扇与水泵控制性能不佳和能量浪费大的问题，通过分析液驱风扇系统的工作原理，设计了系统动态参数采集方案，并对不同工况下系统性能进行了分析，分析结果可为液驱风扇系统的改进优化提供数据支撑。

    关键词：风扇;动态特性;影响因素

    装甲车的动力源通常为柴油机，而通常只有30%左右的系统能量是有效能量，另外70%则基本转化为热能被耗散了，在这一部分能量中约有50-60%左右的能量是通过冷却循环系统给耗散的，这一过程又给柴油机带来了极大负担[1-3]。因此，提高冷却散热的性能对保证动力系统可靠运行具有重要的意义。装甲车散热的冷却方式通常采用闭式强制循环冷却系统。该系统主要是采用冷却液循环流动，在高温区通过冷却液带走大量热能，然后经过冷却风扇旋转将冷却液的热量通过散热器散失到流动的空气中，其工作方式可靠，能较好地满足发动机的冷却强度要求。但以往较老装甲车冷却系统其冷却风扇的动力来源一般都是通过简单的带传动等装置直接与发动机曲轴相连的，两者是定传动比关系[4-5]。此种驱动形式的冷却系统其冷却能力是按照发动机最大热负荷工况设计而成的，而且随着发动机转速变化影响很大，无法实现跟随外部环境与发动机具体工作状况而进行有效精确的调节[6-7]。因此，现有装甲车的液驱风扇系统通常存在风扇与水泵控制性能较差和风扇冷却能力与发动机散热需求不匹配等问题，使得整个液驱风扇系统的能量浪费较大，且系统的效率也相对较低。为充分掌握液驱风扇系统的动態性能，需要对其进行实车实验测试，以获取温度和压力等参数，从而挖掘分析现有冷却系统的不足，为系统的优化设计提供数据支撑。

    1 装甲车液驱风扇系统分析

    液驱风扇系统由斜盘式轴向柱塞变量泵、斜轴式柱塞定量马达、温控阀、滤油器、压力表、油箱总成、管路等组成，定量马达驱动轴流风扇转动，实现发动机动力系统的冷却，其工作原理如图1所示。液驱风扇系统的工作原理是通过控制轴流风扇的转动，实现对发动机冷却系统温度的控制，由温控阀感知发动机水温，温度感应范围为75℃～85℃，当冷却液温度低于75℃时，受温度控制的变量泵油压等于零，风扇不转动;当温度升高，风扇转速逐步增加，当冷却液温度达到85℃时，受温度控制的变量泵油压达到最大值28，其风扇转速也将达到最高，实现发动机的快速冷却。

    系统主要元件的性能参数如表1和表2所示。

    2 液驱风扇系统实车实验

    通过对某新型装甲车液驱风扇系统进行实车实验，然后对发动机冷却液温度、液压系统的压力和风扇转速等信息进行分析，以进一步掌握液压风扇系统在实装上运行的动态效果，从而为液压驱动风扇转速控制系统的改进优化提供数据支撑。

    2.1 实验系统方案设计

    根据液驱风扇系统的工作特点以及实验设备条件，通过将相应的传感器安装在装甲车冷却系统上，利用手持式动态数据仪对风扇系统实际工作时的相关物理量信号进行采集记录，并运用相应的软件进行分析处理。

    该实验系统主要由CoCo90数据记录与动态信号分析仪、计算机数据处理终端、JWB/M1/V型环境温度变送器、JYB型压力液位变送器与JK-5002C型转速传感器组成。为了准确地掌握装甲车正常行驶时具体的散热工况，结合液驱风扇系统的工作特性，需要在发动机进出水口和风扇马达进出油口等位置合理的安装温度、压力和转速传感器，其具体布点如图2和图3所示。

    2.2 实验与结果分析

    当实验系统完成安装、参数设定与试运行之后，使车辆在平坦道路、陡坡与复杂综合路况下进行跑车实验，要求各种情形的行驶时间不得少于5分钟。为了能便于分析实验数据，减小测试量，此次实验采取控制发动机转速与区分路况相结合的实验条件，具体主要区分以下几种工况进行实验。

    由于实验环境条件较好，冷却温度不是很高，但为了得到液压风扇系统在整个工作温度范围和高温时的工作状态，在2000稳定转速实验时区分关闭百叶窗与正常开启两种工况。其实车采集所得的数据如图4和图5所示。

    综合路况条件下稳定转速在1800，其实车采集所得的数据如图6。

    由图4，图5，图6的压差图（b）和风扇转速图（c）两者之间对比可知，马达进出口压差与风扇转速变化规律相同，说明此液驱风扇系统风扇转速是由马达进出口压差大小所决定的;由图4，图5，图6的温度图（a）和压差图（b）两者之间对比可知，马达进出口压差其变化趋势与发动机出水口温度变化相一致，这主要受系统中温控阀的作用所决定的。但变化规律不完全一致，图4，图5，图6中的压差图（b）存在多次的突变。结合实验实际并综合分析压差变化影响因素可知，其多次突变主要原因是由于发动机转速变化所引起的。因为驾驶场地大小所限，相同路况的实验距离达不到要求，只能通过来回行驶来模拟，因此在转弯时发动机转速的要求是无法保证的，而通过观察压差突变时刻与实验行驶记录发现两者正好吻合，而且理论分析可知发动机转速变化对液压系统压力存在较大的影响。

    3 结论

    虽然某新型装甲车液驱风扇系统实现风扇的无级调速，能在一定的温度范围内实现较好的控制，但其冷却风扇仍受发动机转速影响波动较大，而且当装甲车在山地丘陵等复杂陡峭路况下行驶时，发动机工作在低速重载工况下，其对散热需求很大，极有可能冷却不足。随着技术水平的提高与能源危机问题，装甲车液压驱动风扇冷却系统对那种具有较大冷却能力，能实现“按需冷却”要求越来越迫切。因此实现液压驱动风扇转速的精确控制越来越重要。

    参考文献：

    [1]周龙刚，孟祥龙，李伟等.发动机冷却风扇驱动方式对比[J].内燃机与动力装置，2013（01）：55-57.

    [2]牛晓冬，倪计民，徐向阳等.发动机冷却系统风扇不同驱动控制策略的仿真研究[J].汽车科技，2013（02）：5-11.

    [3]He X，Wag XC，Hu JB，et al.Research on the Cooling Fan Speed Control Scheme of the Large Power Vehicular Diesel Egine in Altitude Eviroment[J].Applied Mechanics and Materials，2014， 2948（496）：1226-1230.

    [4]骆清国，桂勇.装甲车辆发动机智能化控制冷却系统发展[J]. 装甲兵工程学院学报，2011（04）：25-29.

    [5]毛飞鸿，张立群，杜明刚.坦克装甲车辆液黏驱动冷却风扇调速控制策略研究[J].机械制造，2014（03）：53-56.

    [6]吕永标.履带式摊铺机液压驱动系统仿真研究[D].中南林业科技大学，2009.

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