ZL50型装载机水散热器故障分析及改进措施

zl50型装载机的冷却系统主要由发动机水散热器、液压油冷却器、液力传动油冷却器、风扇和各种管路等组成。冷却系统的散热性能与水散热器的结构、材料、散热面积和进排气通道，以及风扇结构等多种因素有关。本文主要分析水散热器故障原因，并提出改进措施。

1.故障现象

我公司对某年度1234台ZL50型装载机配装的3种水散热器质量进行了统计分析，其质量问题主要集中在破裂漏水、支架断裂、热平衡温度高3方面。其中铜质管片式水散热器故障率为3.25%，铜质管带式水散热器故障率为11.32%，铝质管片式水散热器故障率为100%，如表1所示。

2.故障分析

由于这3种水散热器故障率相差很大，我们决定对其进行全面分析，以便采取改进措施降低故障率。

（1）水散热器结构

装载机常用水散热器可分为管片式和管带式2种结构，现分别进行分析。

管片式水散热器 管片式水散热器芯部是由许多细的冷却管和散热片构成，冷却管的截面大多为扁圆形，以减小空气阻力，增加传热面积。管片式水散热器优点是：散热片套在水管上，整体刚性好。其缺点是：制造工装通用性差，不宜使用较薄的散热片，散热片与水管之间的间隙会增大热阻。

管带式水散热器 管带式水散热器芯部是由波纹状散热带和冷却管间隔排列，经焊接而成。管带式水散热器优点是：散热带夹在水管之间，组装灵活，可采用较薄的材料。在同样的条件下，散热面积可以增加12%左右。其缺点是散热带与水管的焊接处易脱落，可靠性较差。

大多数厂家水散热器采用管片式结构，个别厂家采用管带式结构。本公司配套用的水散热器同时存在上述两种结构形式。图1为2种水散热器结构。

（2）水散热器材质

导热散热性能 不同材质水散热器导热散热性能有较大差别，如表2所示。铜的热传导率为401 W/m・K，铝的热传导率为237 W/m・K。由此可知铜质水散热器导热速度比铝质水散热器导热速度快。

铜比热容为0.39×103 J/（kg・℃），铝比热容为0.88×103 J/（kg・℃）。材料比热容数值越大，其所吸收（或放出）的热量越多。因此，散发同样的热量，铝降低的温度要比铜降低的温度的多。但是由于铜的密度是铝的密度的3.3倍，在同样散热面积下，铜质水散热器散热量反而比铝质水散热器散热量多。

维修性能和成本铜的强度高于铝，铜质水散热器的耐用性和可靠性高于铝质水散热器。在野外作业条件下，铜质水散热器修复简便易行（锡焊即可），而铝质水散热器修复比较困难。

由于材料价格和制造工艺差异，铜质水散热器成本高于铝质水散热器，铝质水散热器价格一般是铜质水散热器的2/3。但是铝质水散热器的耐用性、可靠性、可修复性相对较差，维修成本较高。

（3）风扇结构和性能

风扇结构 风扇与导风罩的径向间隙应控制在风扇直径尺寸的2.5%以内，否则将降低风扇效率。吹风式风扇在导风罩内的宽度以风扇叶片宽度的1/3为宜。风扇端面与水散热器芯子过近或过远，均会出现无风区或发生回流现象，推荐风扇端面与散热器芯子的距离为风扇直径的10-15%。

风扇性能风扇的流量与转速成正比，但转速越快消耗功率越大。从燃油经济性和降低噪音的角度考虑，应尽可能选择迎风面积大、宽且高的散热芯子，从而增大风扇的直径、降低风扇的转速。

（4）热平衡试验

冷却液散热试验 在水泥公路上，装载机以30-36km/h的速度连续行驶，直至水散热器出水温度不再上升，再持续行驶15min以上。此时装载机水散热系统已达到热平衡状态。用冷却液沸腾温度（100℃）减去水散热器上水室温度，加上环境温度，等于允许柴油机使用的最高环境温度。以此计算和评定水散热器的散热能力。

液压油散热试验 参照JB/T51026.2-1993《轮胎式装载机产品质量分等》要求，在工厂试验场，装载机以60～70斗/h的频率连续挖沙作业，运距为2n～25m，每隔20min测量一次液压油温度，直至液压油箱内油温度不再上升，并保持15min以上。此时装载机液压油已达热平衡状态。实测液压油箱温度加上40℃，减去环境温度，等于液压油热平衡温度。以此计算和评定液压油散热器的散热能力。装载机散热器热平衡试验指标及试验结果如表3所示。

由散热器热平衡试验结果可知，使用铜质散热器时，发动机冷却液和液力变矩器油的热平衡温度比使用铝质散热器的热平衡温度低3℃，液压油热平衡温度比使用铝质散热器的热平衡温度低2℃，但其热平衡温度均在温度指标范围之内。

3.改进措施

根据以上分析，可知水散热器在同样的散热面积下，铜质管片式水散热器配合足够大的风量，就会取得比铝质管片式水散热器更好的散热效果，且耐用性、可靠性、可焊性较好，性价比更高。为解决水散热器存在的故障，我们决定采取以下4项改进措施：

一是增加铜质管片式水散热器生产厂家的配套数量，并与这些生产厂家商讨可靠性提升计划。

二是减少铜质管带式水散热器的配套数量，促进生产厂家解决铜质管带式水散热器散热带与水管焊接处破裂率高、可靠性差的问题。

三是暂停铝质管片式水散热器的配套供应，流入市场的铝质管片式水散热器实施召回，以促进生产厂家提高铝质管片式水散热器的耐用性和可靠性。

四是水散热器产品配套必须严格执行小批量试用、可靠性试验、市场确认3个程序，适时调整不同材质水散热器配套比例，确保水散热器的散热性能、耐用性和可靠性。

（作者地址：福建省泉州台商投资区通港路惠南工业园区建德（泉州）工程机械制造有限公司362122）