内燃机车冷却系统论文

下面是小编为大家整理的《内燃机车冷却系统论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！0引言由于提升整车动力性等原因，发动机功率逐渐加大，加上排放法规的升级，特别是国六排放的实施，发动机散热量越来越大，原有常规的横置散热器冷却形式无法满足大功率发动机的散热需求。客车大功率发动机散热器的传动较多采用角传动电磁离合器方式，原有角传动轴布置方案为角传动安装在底盘车架，采用钢丝减振垫连接。

第一篇：内燃机车冷却系统论文

内燃机车冷却水系统流阻匹配分析

摘要：为满足新型低油耗低排放大功率柴油机的冷却、降低机车辅助功率、缩小冷却装置空间、减少辅助系统重量的要求，公司研发了新型冷却水循环系统，该系统成败的重要因素之一就是各大部件流阻匹配是否合理。本文针对此项关键技术，对某型内燃机车冷却系统进行三维流体仿真分析，获得系统流阻匹配性能，根据分析结果对原系统性能进行优化，使得系统流阻匹配性能良好，并与试验数据进行对比，结果较为吻合，为新型冷却系统的研发提供有力支撑。

关键词：冷却系统;流阻匹配;仿真分析;优化设计

1 问题的提出

大功率节能减排柴油机的研发，对传统的冷却模式[1]提出了新的要求，机油冷却能力是设计的瓶颈。考虑到机车空间及整车重量限制，公司研发了一套新型冷却系统[2]。

新的冷却系统，除了满足系统的冷却要求，还应考虑到散热器的寿命及运用可靠性。该机车冷却系统分为高温系统和低温系统。低温系统采用中冷器和机油热交换器并列布置，由于二者散热要求及冷却性能不同，所需的流量也不同，水泵确定的前提下，中冷器、机油热交换器、散热器三者的流量分配是低温系统设计成败的关键。高温系统在水泵确定的前提下，柴油机散热需求和散热器散热性能及寿命是否同时满足是高温系统设计成败的关键。

由于该系统是全新设计的，缺乏试验数据，为缩短研发周期、节约开发成本并提高设计的准确度，在大部件选型及管路设计过程中，用三维仿真软件进行流场分析，较系统地计算各部件、管路的流量分配。

2 边界条件及求解方法

本文系统大部件设计流量见表1。

本文分析对象为不可压缩流体，对连续方程及N-S方程进行求解，选择Realizable k-ε湍流模型，标准壁面函数。数值通量用二阶迎风格式，守恒变量用隐式方法计算。

3 高温系统大部件分析

3.1 高温水泵

水泵为冷却系统介质循环流动的动力源，其性能曲线对发动机冷却系统散热性能起到非常关键的作用。

通过CFD仿真技术，对该离心水泵进行数值仿真分析建模、求解、后处理等过程获得该水泵在额定工况下的性能参数。水泵几何模型、网格、压力及速度分布如图1(a)-(d)所示。高温水泵扬程曲线如图1(e)所示。

3.2 柴油机水套

为保证柴油机能够经济稳定的工作，各部件要维持一定的温度。冷却水套是柴油机散热的关键部件，其流动阻力及各缸的冷却水分配性能是柴油机冷却系统设计的关键技术问题。水套分析过程如图2所示。

3.3 高温散热器

热交换设备的性能是冷却系统的核心，高温系统承担热交换的部件为高温散热器，散热器几何模型、网格、压力及速度分布如图3所示。分析结果表明，散热器内部流体分布均匀。

低温系统大部件计算过程同高温系统，这里不再赘述。

4 系统流阻匹配优化分析与试验对比

根据对水泵性能及系统的整体分析发现，由于该系统阻力偏小，使得水泵工作点偏离额定工况，需对系统作优化。

综合考虑系统冷却性能及各大部件运用情况，决定不改变大部件，仅优化管路。优化有两种方案：

第一，在管路中设置节流阀;

第二，在管路合适位置增加节流孔板。

上述兩种方案效果类似，但在成本上，后者占有明显的优势，所以选择后者。

优化前后管路流线如图4所示。

优化前后系统仿真结果与试验结果见表2，由表中数据可知，仿真与试验结果吻合较好。装有新型冷却系统的内燃机车在新疆鄯善进行了铁道科学院组织的高温冷却能力试验，并顺利通过了试验考核，为该型机车的鉴定及早日批产打下了坚实的基础。

5 技术展望

本文对某机车冷却系统重要部件及系统管路进行了三维仿真分析，与以往的经验设计相结合，为大部件选型及冷却系统的优化设计提供充分依据。

随着计算机的发展，可将整个系统作为一个研究对象，将流阻及散热进行全三维仿真，进一步提高设计准确度和精度，为成功研发出高效、节能、环保的内燃机车作贡献。

参考文献：

[1]戚墅堰机车车辆厂.东风8B型内燃机车[M].北京：中国铁道出版社，1997.

[2]张少元.内燃机车新型冷却模式的研究与实践[J].铁道机车与动车，2014.

作者：杨帆 谢经广 高科伟 张洪磊

第二篇：客车冷却角传动系统设计方案

0引言

由于提升整车动力性等原因，发动机功率逐渐加大，加上排放法规的升级，特别是国六排放的实施，发动机散热量越来越大，原有常规的横置散热器冷却形式无法满足大功率发动机的散热需求。客车大功率发动机散热器的传动较多采用角传动电磁离合器方式，原有角传动轴布置方案为角传动安装在底盘车架，采用钢丝减振垫连接。根据市场反馈，该安装结构不牢靠，常由于钢丝减振垫开裂、支架松动等造成角传动器损坏，需开发新的安装结构解决问题。

1角传动结构市场问题反馈

某市场上运行的一批公交车，在车辆运行一段时间后，原车冷却系统采用的角传动电磁离合器安装有松动现象。用于角传动器安装的减振垫损坏，导致角传动器失衡，损坏风扇叶及散热器总成(图1)。

经过分析，原有结构中风扇角传动器采用钢丝减振垫安装在底座，底座又被固定于底盘车架上。钢丝减振垫本身为缠绕型，压缩及扭转后容易脱落或损坏;而角传动器安装底座直接安装于车架上，也容易受到发动机振动影响;另外再有风扇运转时的振动影响，最终导致角传动器高速运转时晃动严重，风扇叶就会与护风罩干涉而断裂。

2优化设计结构

2.1优化角传动与电磁离合器结构形式

常见的角传动电磁离合器有2种：一种为角传动器与电磁离合器一体式结构，为独立的2个部件;另一种为角传动器与电磁离合器分体结构。该车采用的是角传动器与电磁离合器一体式结构(图2)，角传动器与电磁离合器集成于一体，电磁离合器布置在角传动器的输入端。这种一体式结构的质量较大，对安装支架的结构要求较为严格，对安装减振垫的刚度及硬度要求匹配也比较严格。

为了避免大质量角传动器的安装影响，重新优化角传动布置结构，调整为角传动器与电磁离合器分体结构(图3)。电磁离合器与角传动器分离，为2个独立的安装部件。电磁离合器与中间过渡皮带轮集成在一起，可将传动力提前切断。

发动机起动时，离合器是处于分离状态，传动到角传动器部分是永磁铁力作用下的低速转动，因此受力很小、较柔和，对齿轮箱的冲击振动较小，大大提高角传动器和传动轴的运行寿命，而减少了冲击振动的风扇运行也较为平稳。

2.2角传动器整车安装结构优化

根据现有车型的市场反馈故障分析，导致风扇断裂甚至散热器损坏的原因是钢丝减振垫缠绕结构不可靠，减振性能也没有橡胶垫隔振效果好。由于實车散热器结构及强度的影响，无法把角传动器集成于散热器一体式安装，该情况下，角传动器只能维持单独安装于底盘车架上。

另外受风扇启停及运行的扭矩影响，应避免角传动器产生的振动传导于整车上，也避免发动机振动直接传递给角传动器，角传动器安装支架需要安装减振垫。同时，针对车辆的售后，为了便于维护人员操作，需要重新开发新的橡胶减振垫替代钢丝垫进行安装，结构形式如图4所示。

减振垫的选用及安装要求较为严格，其安装间距也不宜太小，根据角传动器厂家安装推荐，角传动器输出轴向减振垫安装间距不应小于125mm，空间允许的情况下可适当加大安装间距，保证角传动器运行平稳。该车方案为更换橡胶减振垫的同时，优化了底座安装支架，实车更改后暂无异常问题反馈。

2.3集成于散热器一体式结构推荐

针对市场反馈的问题，逐一排查我司其他车型安装，后续优化为角传动电磁离合器安装于散热器本体上，组合一个散热总成。然后整个散热总成安装于整车上，可以有效利用散热器本身的减振垫进行减振(图5)。对角传动器来说，减少减振垫的安装，可避免性能不佳或者减振垫老化影响角传动器本体的运行，避免造成风扇磨框、风扇损坏或护风罩损坏等现象。即优先推荐采用该种布置结构。

3结论

后置客车大功率发动机进行布置时，由于整车发动机舱的空间限制，散热总成只能采用纵向布置，此时风扇的传动装置需采用角传动冷却形式。通过市场的反馈，角传动器集成于散热器一体式布置结构较为优化，运行可靠平稳，为后续新设计车型提供参考。

作者简介：

陈瑞林，本科，工程师，研究方向为客车设计。

作者：陈瑞林

第三篇：现代冷加工设备冷却的系统改造研究

摘要：冷加工是当前较为普遍应用的加工技术，在长时间的运用操作中，对冷加工设备中的冷却系统进行改造，从而解决在加工过程中容易出现的摩擦和粘连的问题，减少对设备和加工材料的磨损，保证加工质量。主要是将冷却液的供给方式进行改装，达到理想的冷却效果。经过反复的实验分析，此种方法确实能够在生产加工中起到较为明显的效果，对加工质量有所改善。本文中，就对现代冷加工设备冷却系统的改造进行详细的研究，并且对改造后对冷加工生产的影响进行探讨。

关键词：冷加工机床;冷却系统;改造方法

现如今由于科技的不断进步，在加工行业中对加工零件的质量的标准也是越来越高，并且对加工工艺技术的要求也是越来越严格。冷加工设备在进行加工操作时，常常会因为温度难以控制，对加工零件的质量造成一定程度的影响。因此，冷加工设备中的冷卻系统的正常运行是控制加工温度的有效手段。通过实践证实可知，此种方法不仅可以提高产品的质量，还能够减少在加工过程中对刀具的磨损，节约生产成本，提高总体的生产效率。

一、定义与机理

冷加工是指在低于结晶温度下，使金属能够像塑料变形一般的加工工艺，与此同时，可以对金属进行冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等工艺操作，在加工的同时，还会提高金属的硬度和强度。这种冷加工方法，突破了传统的冷加工原理，主要是利用低温或是超低温状态下而发生的特殊形变性能进行的加工工艺。将原有的金属在超低温液流体状态下进行加工，更加容易，会降低机械加工的难度，使加工过程更加轻松、便捷。

虽是在超低温状态下进行加工操作，但是在切削加工的过程中由于机械强度大，会产生大量的热能，同时增加了切削刀具的磨损程度，如操作时稍有疏忽，就很难对材料加工的精度以及质量进行控制，并且造成不必要的能耗，提升生产成本。为解决这一问题，就要在切削加工工艺的操作过程中注意对机械设备的合理降温，将参与操作的刀具进行低温冷却处理后进行切削加工，这样既可以有效的降低在加工过程中所产生的热量，也增加了刀具的硬度，减少了生产中的设备损耗，并且在很大程度上提高了生产效率，节省生产成本。

二、设备改造

在现代冷加工工艺环节中，起冷却作用的冷却液通常使用液氮或液态二氧化碳。常见的现代冷加工设备如图1所示，基本上采用通过从机床外部用管道将超冷却液引导到机加工的刀具或工件上面。这种方法虽然可以起到快速冷却切削热的效果，但是面对难以加工且加工精度要求高的金属零件时，一般需要以适当降低机床切削加工速度为代价来满足加工的最终需求，如果机床设备经常以低速进行加工，用于切削加工的刀具寿命必将缩短，零件加工质量也会受到影响。因此，为提高现代冷加工设备在加工难切削的金属材料时的切削速度、刀具耐用度、加工质量等，需要冷加工设备在切削时能得到更好的快速冷却效果，只有将切削加工过程中产生的切削热快速分解掉才能有效降低切削中刀具和工件间由产生的摩擦力及切削热，从而提高加工效率。这就需要对现有冷加工设备的冷却系统进行必要的改造。

图 1 改造前现代冷加工设备冷却系统图

为快速降低现代冷加工设备切削加工中产生的切削力和切削热，在对现有冷加工设备冷却系统进行全面分析后发现，冷却液温度的高低以及工作时的喷射速度、流量等因素对切削力和切削热有较大的影响，因此在对原冷加工设备的冷却系统进行改造时，着重从如何有效控制冷却液的温度和工作时的喷射速度及流量两方面入手进行改造。

首先，在控制冷却液温度方面。为防止冷却液在传输过程中产生的温度损失，将原有设备从外部提供冷却液的方式改为从机床主轴、刀具内部提供冷却液。如图2所示，以常见的冷加工车削机床为例，将原有机床外部提供冷却液改造为从刀具底座-刀具内部-刀具切削刃附近-切削加工区喷射的方式，在该机加工冷却系统中，先在机床的刀具底座内部加工出一定直径的孔，然后在孔径内置入真空管来对外界进行绝热。在刀具柄部和刀体内部(包含刀具的安装刀座)的中空管道中，同样采用一种向外导热效率极低的材料。当冷却液将要到达刀具切削刃的切削点时，机床最初被注入的液态氮气还有近约一半的液

体保持为液体状态。当机床进行切削加工时，从刀具或被加工工件表面产生的切削热被注入的液态氮气迅速带走，原来存在于刀具切削点通道内的液态氮气绝大部分将变为气体散入到切削区域内的空气中。其次，在控制冷却液喷射速度方面，主要采用更为先进、灵敏的传感器控制系统，通过在加工区域内安装高灵敏温度传感器和在机床主轴上安装高效率功率传感器，在实时监测加工区域内的温度值的同时还可监测加工工程中机床输出功率的变化，将监测出的参数值输送给冷却液流量控制系统，该系统通过及时调节供冷系统调节阀实现最终对喷射速度和流量的控制，以达到最佳冷却效果。

在这里需要注意的是，据机床加工统计资料显示，现代冷加工机床在进行铣削或镗削时，刀具的每个切削刃在一分钟内大约要消耗掉0.04L的液态氮冷却液;而当钻削或攻丝等机加工时，由于在加工状态下用于切削的刀具基本上被所加工的零件包围在内，故其液态氮冷却液每分钟的消耗量就会相对少一些。即使如此，如果机床切削时间较长，散在加工周围空气中的氮气浓度就会不断增高，当氮气浓度过高时，空气中的氧含量就会减少，为提高加工的安全性，保障加工区域空气质量，应在机床加工区域周围安装多个传感器，用于实时监测空气中的氮气含量，一旦发现氮气含量过高或空气质量不安全时，需暂时关闭机床的液态氮冷却液的供应，以保证加工安全。

改造后的冷加工设备还可以结合润滑技术，以进一步解决机床再冷加工作业状态下的摩擦和粘连问题。这是因为液态氮景观能够起到降低温度的作用，但是不能够起到减少摩擦以及粘连的效果，所以要使用一定量的润滑液，以有效减少摩擦，增加机械的使用寿命。

图 2 现代冷加工设备改造后示意图

三、小结

综上所述，对现代冷加工设备的冷却系统进行改造，主要是为了解决在加工生产中的两大问题，分别是冷却液的冷却效果和加工中设备与加工材料之间的摩擦与粘连问题。这两大问题的攻克，说明了冷加工设备冷却系统改造的必要性。并且对冷却系统改造后的工作要点的转变进行了分析和展示，更加体现了冷却系统在冷加工设备中的重要地位。

参考文献：

[1]代续续，刘奇，宋昊明.变频器冷却系统改造[J].机械研究与应用，2013(1)

[2]郭志业.冷加工设备最优化维修法[J].设备管理与维修，2015(5)

作者：杨亮