摘要：玉米收割機作業環境惡劣，不僅需要在高溫環境下作業，而且工作環境惡劣，工作塵土較大、雜物碎屑多，極容易對散熱器造成堵塞，導致柴油機高溫。本文介紹了玉米收割機散熱系統的組成部分，散熱器總成、風扇及導風罩各部分的功用及設計要點。還介紹了散熱效果不良會造成的后果，整車熱平衡試驗的重要性及試驗考核要求。

　　關鍵詞：玉米收割機；散熱系統；板翅式散熱器；空空中冷器；熱平衡試驗

　　0引言

　　玉米作為我國三大糧食作物之一，種植面積大，但機收率最低，較低的機收率決定了玉米收割機較高的發展空間，再加上政府政策的支持，推動了玉米收割機產品的快速發展。在，玉米大約在十月份開始成熟收割，空氣溫度最高可達到35度左右，再加上發動機工作散熱，發動機工作的環境溫度甚至可以達到45度。發動機常安裝在玉米收割機的中心部位，由于周圍其他工作部件的遮擋，形如一座座擋風墻，使發動機的工作環境相對封閉。

　　另外，玉米收割機工作環境惡劣，現有的收割機都帶有還田機功能，還田機打碎秸稈的同時，會有部分塵土以及秸稈的碎屑進入散熱器，將散熱器堵塞，散熱效果降低，最終導致冷卻水溫度過高，引發一系列后果[1]。因此，考慮到玉米收割機比較惡劣的工作環境，對玉米機進行冷卻系統匹配時，在滿足發動機基本散熱需求的同時，還應對冷卻系統增加大約20%~30%的散熱余量。即使發生散熱器在工作過程中發生部分堵塞，或者因長時間使用引起的散熱器自身散熱能力衰減等情況，也能滿足發動機的基本散熱需求，不會導致因發動機過熱，而對發動機造成損害。

　　1散熱系統組成

　　玉米收割機散熱系統主要由散熱器總成、風扇、導風罩、防塵結構及管路組成。散熱器主要有管片式散熱器、管帶式散熱器和板翅式散熱器。在玉米收割機上應用的散熱器材質主要為鋁材。鋁質板翅式散熱器因可靠性能好，適用性強，散熱效率高，可有效減小散熱器體積，較小的空間需求使其在整車布置上更加靈活。現已成為玉米機冷卻系統的重要發展趨勢。我公司某一玉米收割機散熱系統主要組成部分如圖1所示。

　　1.1散熱器總成

　　鋁質板翅式散熱器主要由隔板、內翅片、封條、外翅片、水（氣）室組成。在相鄰兩隔板間放置內翅片及封條組成一夾層，稱為冷卻介質通道，通道與通道之間疊放外翅片和短封條形成外界空氣流通通道。這樣的通道根據散熱需求相互疊加一定的數量就組成散熱器的芯體部分，再配以必要的封頭、水（氣）室，經過真空釬焊后便完成板翅式散熱器的制造。芯體是散熱器的核心部件，不同的翅片結構和封條規格對散熱器散熱性能影響較大。因此應根據散熱器的散熱需求和實際使用工況選擇合適的翅片形式。應用在玉米收割機上的散熱器要求具有良好的通透性，在進行芯體翅片選擇時，一般要求外翅片帶高在9.5mm以上，波距在9mm以上。以降低收割機工作時秸稈碎屑、塵土等對散熱器堵塞的可能性，保證散熱性能。另外，針對工況惡劣、雜物較多的工作環境，在散熱器外側增加防塵結構，也可有效降低散熱器堵塞的概率。散熱器匹配設計時根據發動機在額定點以及最大扭矩點的發熱量、風扇轉速、發動機冷卻風扇的特性曲線、水流量、環境溫度等參數來進行設計計算。實施國三排放標準以后，很多柴油發動機冷卻系統在原先單一水散熱器的基礎上又增加了空空中冷器。在散熱器總成中增加空空中冷功能是因為發動機的進氣溫度對柴油機的燃燒過程及排放性能有著顯著的影響，通常采用空空中冷器來保證發動機的進氣溫度。空空中冷器的作用是用空氣作熱交換介質，利用發動機的風扇帶走熱量，通過空空中冷器把增壓以后的高溫進氣冷卻至合適的溫度，以滿足排放法規的要求，同時提高發動機動力性能和經濟性。水散熱器、中冷器布置方式有傳統的前后串聯式結構，該方式連接簡單，需求空間小，但存在風阻大、通透性較差、兩個散熱器容易相互影響等缺陷；還有一種現在常用的左右或上下并聯布置，該方式通透性好，兩個相鄰散熱器相互影響較小，散熱效果好，但總的外形尺寸一般比串聯結構大。并聯布置中，水散與中冷器分為上下并排布置（橫流式）和左右并排布置（豎流式）。豎流式結構冷卻介質流向為上下走向，冷卻介質在循環過程中不易產生紊流。橫流式結構冷卻介質流向為左右流向，該方式外翅片的結構特點，通透性更好，芯體不易堵塞和積塵。在實際應用中可根據具體使用工況選擇合適的布置方式。我公司玉米收割機冷卻系統多采用左右并列排布結構，小麥收割機多采用上下并列排布的結構形式。

　　1.2風扇及導風罩

　　柴油發動機在玉米收割機車架上呈橫向布置，冷卻風扇、導風罩、散熱器沿發動機軸向布置。玉米收割機發動機多采用低轉速、大風量、高效率的軸流式吸風風扇，且風扇葉尖線速度一般不大于4800~5000m/s。發動機工作時，風扇會在在芯體一側旋轉，通過吸風作用，使芯體另一側的環境空氣穿過散熱器芯體，空氣與芯體通道內的高溫流體進行熱交換，將熱量帶走，從而起到散熱作用，加快冷卻液及空氣的冷卻速度。散熱器的散熱性能與芯體結構、風量、單位面積散熱性能、環境溫度、冷卻液流速有關外，還與風扇與散熱器芯體的軸向安裝距離、風扇中心與散熱器芯體中心的垂直距離、有無導風罩等因素有關，在布置條件允許的情況下應盡可能安裝導風罩。導風罩、風扇以及散熱器在布置時一般遵循以下的原則：風扇露出導風罩的距離約為風扇寬度的1/3，風扇距散熱器芯體的軸向距離至少為50mm，風扇葉尖距導風罩的單邊間隙應在風扇直徑的1.5%~2.5％之間，風扇中心盡量布置在散熱器芯體的中心位置。

　　2散熱效果不良的后果

　　發動機冷卻水溫過高或過低，都屬于散熱效果不良。冷卻水溫過低，機油易被燃油稀釋，柴油機工作粗暴，散熱損失和摩擦損失增加，零部件之間的磨損加劇。而冷卻水溫度過高，將導致發動機過熱，充氣效率下降，燃燒不正常，功率下降；各運動零件由于高溫作用而過度膨脹，使原來的配合間隙發生變化，致使軸承的工作能力大大降低，破壞正常的工作狀況；水溫過高也會造成機油粘度降低，加速零部件磨損，嚴重時造成燒瓦、拉缸等故障，發動機動力性、經濟性、可靠性和耐久性全面下降。因此，為了提高發動機各方面性能，在整車設計時，一定要注意散熱系統的匹配設計，不可造成冷卻水溫度過低，也不可造成冷卻水溫度過高。然而，散熱系統的散熱能力最終還需要通過整車熱平衡試驗來驗證。

　　3整車熱平衡試驗

　　整車熱平衡試驗是考核發動機在額定點以及最大扭矩點的機油溫度、冷卻液溫度以及中冷后的進氣溫度是否滿足設計要求。本公司在做玉米收割機整車熱平衡試驗時，主要做兩種狀態下的熱平衡：一種是原設計狀態；另一種是模擬玉米收割機實際作業時塵土或秸稈碎屑堵塞狀態，遮擋部分散熱器芯體進行熱平衡試驗。試驗考核是否通過需滿足：原設計狀態冷卻液溫度低于97℃，機油溫度低于126℃；散熱器總成部分遮擋時，冷卻液溫度不高于101℃，機油溫度低于126℃；中冷后的進氣溫度低于70℃。

　　4水溫過高故障分析

　　玉米收割機在實際工作時易發生冷卻水溫過高現象，發生故障時一定要及時發現并分析原因，排除故障。排除發動機自身冷卻系統的故障外，水溫過高的直接原因是整車散熱系統的散熱效果降低。可以考慮是以下幾點原因造成的：一是冷卻液量減少，二是散熱器堵塞，三是長期使用，風扇皮帶老化、打滑造成發動機風扇轉速降低，風量減少。在每天結束作業時，要定期檢查并及時增加冷卻液量，定期清理散熱器沉積的灰塵及碎屑。

　　5結束語

　　對玉米收割機而言，發動機是整車的心臟，而整車散熱系統性能的好壞又直接影響著發動機的工作效率，甚至影響發動機的使用壽命。因此，散熱系統的匹配設計極為重要，而散熱器的實際使用效果還需要通過熱平衡試驗和現場試驗來進行驗證。

　　參考文獻

　　[1]蔣小平.聯合收割機發動機冷卻水溫過高的原因分析及解決此問題的改裝措施[J].農業機械，2000（12）.

　　商春輝，李玉杰