文/李克忠 毛景松 李元松 鄭云華

一、機型與工況

本文選用杭叉5噸平衡重式叉車為案例機型，該機型配美國通用GM4.3液化石油氣及汽油雙燃料發(fā)動機，設定工況為連續(xù)滿負荷作業(yè)，允許的環(huán)境溫度最高為50℃，冷卻液超過110℃將開鍋，發(fā)動機功率P1=70kW，最大扭矩時功率P2=60kW，燃油消耗率b =340g/（kW.h）；LPG熱值H=46.13 MJ/kg ；發(fā)動機傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比η=0.25；冷卻系統(tǒng)額定功率需散熱量Q1與最大扭矩處散熱量Q2為：

二、冷卻系統(tǒng)結構及風扇型式選擇

叉車風扇布置于整車后方，整車往前方行駛，為了有利于迎面風的利用，冷卻風扇一般選擇結構簡單、安裝方便的軸流式吹風扇，如圖1。綜合考慮散熱量及噪聲因素，叉車風扇葉片建議使用低噪聲大風量的鐮刀形葉片。

風扇與護風圈的徑向間隙控制在10mm～15mm，最大不宜超過3%，否則將大大降低風扇效率。風扇與護風圈軸向關系上，吹風扇在護風圈內(nèi)的寬度為1/3風扇葉片寬度為宜，吸風扇在護風圈內(nèi)的寬度為2/3風扇葉片寬度。

表1：散熱器數(shù)據(jù)

表2：風扇實際使用散熱量

圖1：叉車冷卻系統(tǒng)結構圖

表3：風扇能耗與噪聲表

圖2：風扇性能曲線對比

風扇端面離散熱器芯子太近或者太遠，會出現(xiàn)無風區(qū)或者發(fā)生回流現(xiàn)象，一般要求風扇端面至散熱器芯子端面為風扇直徑的10%～15%。

三、風扇參數(shù)

1.風扇的外徑

根據(jù)空氣動力學的原理，風扇的流量與轉速成正比，消耗功率與轉速成三次方關系，風扇的噪聲與轉速成對數(shù)關系，因此從燃油經(jīng)濟性和降低噪聲考慮，應增大風扇的直徑，降低風扇的轉速，一般情況推薦風扇葉尖的圓周線速度在60m/s～76.2m/s之間。發(fā)動機轉速、風扇傳動比及散熱器芯子的寬度和高度確定后，可以用上述推薦值來確定風扇外徑，也可以通過調(diào)整風扇傳動比來匹配風扇的外徑。

杭叉5噸平衡重式叉車，其發(fā)動機額定轉速w=2300r/min，曲軸與風扇轉速比η=1.05，水箱高度a=518mm，寬度b=528mm，葉頂間隙m=10mm，即可選擇風扇直徑d為：

得到風扇直徑范圍為：476mm≤d≤508mm。

2.風扇的散熱量

叉車用發(fā)動機的負荷率一般在70%左右，滿載加速行走時可達100%，并且常在最大扭矩點附近轉速工作，發(fā)熱量較大。因此,選擇風扇散熱量應該把發(fā)動機最大扭矩點與最大功率點兩個工況點都要考慮分析，散熱量數(shù)值需要通過風扇的性能數(shù)據(jù)與散熱器的性能數(shù)據(jù)，通過匹配計算才能確定，具體方法如下：

風扇的性能數(shù)據(jù)來源于風扇的型式實驗，目前專業(yè)風扇廠家均可提供，將風扇的性能數(shù)據(jù)與散熱器的性能數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖2。

圖2 圖2中，6條曲線分別為3個備用風扇在發(fā)動機扭矩點轉速時與功率點轉速時的性能曲線，6條風扇性能曲線與水箱風阻-風量曲線的交點為實際工作中的狀態(tài)。

散熱器的性能數(shù)據(jù)通過專門的風洞測試獲取，表1為杭叉5噸平衡重式叉車散熱器數(shù)據(jù)（冷卻液與環(huán)境溫差60℃，水流量為120L/min）。

結合水箱性能數(shù)據(jù)，可得到每款風扇的實際散熱量，如表2。

根據(jù)散熱要求，表2中風扇1扭矩點風量不足，散熱量未能滿足散熱要求，風扇2和風扇3基本符合要求。

冷卻風扇的選型設計恰當與否，直接影響叉車的噪聲和散熱。通過對風扇特征、參數(shù)、耗能以及與相關部件的配合等方面的分析，對叉車風扇的選型設計提供了依據(jù)。

四、風扇的耗能

風扇的耗能與風扇的風速和靜壓成正比，因此保證換熱效率的條件下，盡量選擇風扇的能耗的更小的，根據(jù)上文提到風扇2、風扇3來比較，其相關參數(shù)如表3。

根據(jù)低能耗原則，選擇風扇3。

五、結語

冷卻風扇的選型設計恰當與否，直接影響叉車的噪聲和散熱。通過對風扇特征、參數(shù)、耗能以及與相關部件的配合等方面的分析，對叉車風扇的選型設計提供了依據(jù)。