第 1 章 緒論

熱管理技術(shù)對(duì)提高整車性能潛力巨大，直接影響著汽車動(dòng)力系統(tǒng)的整體工作性能，是車輛未來智能化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念研究高效可靠的熱管理系統(tǒng)，是目前提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率密度和改善經(jīng)濟(jì)性的重要技術(shù)手段之一，因此，對(duì)車輛熱管理系統(tǒng)進(jìn)行深入研究很有必要。裝載機(jī)作為非道路用工程車輛，工作環(huán)境非常惡劣，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量、液壓系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量也隨之增加，從而使整車熱負(fù)荷越來越大，整車熱平衡溫度過高會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率降低引起功率下降；液壓系統(tǒng)溫度過高會(huì)使液壓油粘度降低，影響其熱穩(wěn)定性從而增加了泄露，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作無力、動(dòng)作緩慢，液壓系統(tǒng)的可靠性降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生重大安全事故。與此同時(shí)，2015 年 10 月 1 日國家對(duì)非道路工程機(jī)械產(chǎn)品強(qiáng)制執(zhí)行國三排放標(biāo)準(zhǔn)，裝載機(jī)要維持正常的工作狀態(tài)以及達(dá)到新的排放法規(guī)要求，就需要對(duì)更多的熱源進(jìn)行更合理的散熱，因此，對(duì)裝載機(jī)整車熱管理系統(tǒng)進(jìn)行研究很有實(shí)際意義。

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第 2 章 工程車輛用散熱器強(qiáng)化傳熱分析

2.1 板翅式散熱器換熱機(jī)理

板翅式散熱器的換熱原理及換熱表面溫度分布如圖 2.2 所示，在一次換熱面和二次換熱面同時(shí)進(jìn)行著熱交換。因?yàn)檠亓鲃?dòng)方向的翅片長度遠(yuǎn)比翅片厚度大，因此翅片的導(dǎo)熱可以作為一維導(dǎo)熱計(jì)算。隨著翅片與流體的對(duì)流換熱，靠近翅片中心處溫度逐漸降低，中部溫度趨于流體溫度。其中，T 為流體的溫度，tw為隔板表面溫度。

2.2 基于遺傳算法的散熱器性能多目標(biāo)優(yōu)化

多目標(biāo)優(yōu)化的目的使相互矛盾的目標(biāo)值在允許的約束范圍內(nèi)得到相對(duì)最優(yōu)的數(shù)值。散熱器優(yōu)化的目標(biāo)是在滿足工作需要的換熱量的同時(shí)，又要盡可能的減小沿程阻力損失，以減小不必要的能量消耗。作為冷卻系統(tǒng)的重要組成部分，散熱器的功能是實(shí)現(xiàn)冷、熱流體間的熱量交換，因此散熱器的散熱功率為最重要的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)，為了降低泵的功率以降低油耗，通過散熱器的流體壓力損失應(yīng)在保證散熱功率的前提下盡可能小。因此，將散熱器散熱量和冷、熱流體側(cè)壓力損失作為設(shè)計(jì)時(shí)的主要目標(biāo)。采用 MATLAB 遺傳算法工具箱中的 NSGA-Ⅱ多目標(biāo)優(yōu)化算法，優(yōu)化求解計(jì)算過程如圖 2.3 所示，計(jì)算過程參數(shù)設(shè)置如表 2.2 所示，遺傳算法優(yōu)化程序的初始條件如表 2.3 所示。

第 3 章 動(dòng)力艙熱環(huán)境預(yù)測(cè)及冷卻系統(tǒng)性能分析................37

3.1 動(dòng)力艙內(nèi)部換熱機(jī)理分析.............37
 3.2 CFD 數(shù)值仿真 ............39
 3.3 空氣流量分布不均勻性分析...........49
 第 4 章 裝載機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)熱特性研究................ 61
4.1 虛擬樣機(jī)模型 ............. 61
 4.2 熱液壓系統(tǒng)建模 ............... 63
 4.3 熱液壓系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 ............... 67
 第 5 章 溫控獨(dú)立冷卻系統(tǒng)性能研究 ............. 75
5.1 溫控獨(dú)立冷卻系統(tǒng)介紹 ........ 75
5.2 冷卻系統(tǒng)仿真模型 .......... 76
 5.3 獨(dú)立冷卻系統(tǒng)仿真...............82

第 6 章 裝載機(jī)整車熱平衡試驗(yàn)

6.1 整機(jī)性能試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模簽榱苏莆?50 裝載機(jī)雙泵合流液壓系統(tǒng)的工作性能，了解動(dòng)力艙內(nèi)部熱環(huán)境以及整機(jī)熱平衡狀態(tài)，為研究裝載機(jī)對(duì)惡劣工況的適應(yīng)狀態(tài)提供參考數(shù)據(jù)，對(duì)典型工況下的裝載機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。內(nèi)容：對(duì) 50 裝載機(jī)在不同工況下的整車熱平衡狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，評(píng)價(jià)裝載機(jī)散熱系統(tǒng)工作性能。試驗(yàn)樣機(jī)為某廠家生產(chǎn)的 50 國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)輪式裝載機(jī)，為了提高裝載機(jī)的作效率，該機(jī)采用雙泵合流工作液壓系統(tǒng)和全液壓負(fù)荷傳感轉(zhuǎn)向系統(tǒng)大幅度降低油耗。當(dāng)裝載機(jī)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向泵優(yōu)先給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)供油，多余的油液提供給工作系統(tǒng)。不轉(zhuǎn)向時(shí)，當(dāng)工作裝置系統(tǒng)壓力達(dá)到卸荷閥調(diào)定的壓力 12MPa 時(shí)，轉(zhuǎn)向泵提供給工作裝置的油液經(jīng)卸荷閥流回油箱，從而提高整機(jī)的作業(yè)效率。試驗(yàn)樣機(jī)主要參數(shù)如表 6.1 所示。

6.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖 6.5 為 V 型鏟裝作業(yè)過程中裝載機(jī)液壓系統(tǒng)壓力變化曲線，從圖中我們可以看到：由于液壓系統(tǒng)具有負(fù)荷傳感控制轉(zhuǎn)向的定量液壓系統(tǒng)，并具有雙泵合流功能，但是在實(shí)際施工操作中，裝載機(jī)工作裝置負(fù)載變化頻繁且變化范圍較大，而兩個(gè)定量泵的輸出流量始終保持不變，在鏟掘和動(dòng)臂滿載舉升過程中產(chǎn)生較大的溢流損失，不但造成了功率的浪費(fèi)，而且會(huì)使液壓系統(tǒng)溫度升高。此外，轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)向時(shí)的壓力波動(dòng)較大，壓力損失較大，會(huì)產(chǎn)生較多的熱量�？蛰d試驗(yàn)是在工作裝置無負(fù)載的情況下行的，表征整車工作系統(tǒng)在無負(fù)載干擾下自身的性能，通過對(duì)該工況的測(cè)試，可以了解整機(jī)液壓系統(tǒng)的原始特性，高速跑作業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)地如圖 6.8 所示。
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第 7 章 結(jié)論與展望

本文以提高輪式裝載機(jī)整車?yán)鋮s系統(tǒng)散熱效率和節(jié)能環(huán)保為目的，結(jié)合“十二五”國家科技支撐計(jì)劃課題“面向節(jié)能與安全的集成智能化工程機(jī)械裝備研發(fā)”，采用理論推導(dǎo)、數(shù)值仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，對(duì)工程車輛整車?yán)鋮s系統(tǒng)匹配和控制策略等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，，主要工作如下：(1) 分析了板翅式散熱器的換熱機(jī)理，對(duì)裝載機(jī)用液冷型散熱器進(jìn)行了參數(shù)匹配研究。采用 MATLAB 遺傳算法對(duì)液冷型板翅式油散熱器和中冷器進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，選出了合適的參數(shù)匹配模型，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了仿真流程的準(zhǔn)確性，有效縮短了設(shè)計(jì)周期。對(duì)散熱器的強(qiáng)化傳熱進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究，對(duì)帶三角擾流翼的波紋翅片的強(qiáng)化傳熱特性進(jìn)行了三維 CFD 仿真，并對(duì)長度、高度和傾斜角的影響進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。(2) 在 UG 軟件中建立了裝載機(jī)動(dòng)力艙三維仿真模型，采用 CFD 方法分析了高溫?zé)嵩磳?duì)動(dòng)力艙內(nèi)熱環(huán)境的影響；基于多孔介質(zhì)模型和傳熱學(xué)基本理論推導(dǎo)了散熱器表面空氣速度分布不均勻時(shí)散熱器空氣側(cè)的阻力模型和換熱模型，并與均勻分布時(shí)的特性進(jìn)行了比較，為進(jìn)行一維和三維耦合仿真提供了指導(dǎo)。在 AMESim 軟件中搭建了整車?yán)鋮s系統(tǒng)一維仿真模型，采用一維和三維耦合仿真的方法分析了現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)在典型作業(yè)工況下的工作性能，分析了單流程和雙流程結(jié)構(gòu)散熱器的散熱性能，仿真模型的開發(fā)為新型冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了必要的仿真平臺(tái)。

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參考文獻(xiàn)（略） 

本文編號(hào)：148760