大马力拖拉机热平衡仿真与试验验证.pdf

第5 5 卷第8 期 农业装备与车辆工程 2 0 1 7 年8 月 型 翌 垒堡塞 鱼坚丝望里垒兰竺望些 丝兰墼 壑兰兰坚 曼堡垒墼鱼 些兰兰垒 墼垒垒 些竺 d o i 1 0 3 9 6 9 6 is s n 1 6 7 3 31 4 2 2 0 1 7 0 8 0 2 1 大马力拖拉机热平衡仿真与试验验证 张鹏 冷峻 孙祥鸣 高晖 2 6 1 2 0 0 山东省潍坊市雷沃重工股份有限公司 摘要 大马力拖拉机由于配置中冷器和外置油冷器 对冷却系统的能力要求更高 为提高大马力拖拉机 的热平衡性能 利用3 D 和l D 流体力学软件联合仿真的方法对其在标定点和最大扭矩点工况进行研究 并结合试验验证 验证了分析方法和分析结果的准确性 由于该机型冷却系统余量较大 需对冷却系统进 行优化 基于此方法得出 进入散热器风量为1 5 5k g s 时 大马力拖拉机的冷却系统匹配最佳 关键词 大马力拖拉机 热平衡 仿真 中图分类号 2 1 9 0 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 3 1 4 2 2 0 1 7 0 8 0 0 8 8 0 3 T h eH e a tB a l a n c eS im u l a t io na n dT e s to fG r e a tP o w e rT r a c t o r Z h a n gP e n g L e n gJ u n S u nX ia n g m in g G a oH u i L o v o lH e a v yI n d u s t r yC o L t d W e if a n gC it y S h a n d o n gP r o v in c e2 612 0 0 C h in a A b s t r a c t L a r g ep o w e rt r a c t o r sr e q u ir eh ig h e rc o o l in gc a p a c it yb e c a u s eo ft h ec o n f ig u r a t io no fin t e r c o o l e ra n de x t e r n a lo ilc o o l e r I n o r d e rt oim p r o v eh e a tb a l a n c ea b il it yo fl a r g ep o w e rt r a c t o r s h e a tb a l a n c es im u l a t io no ft r a c t o rw a ss t u d ie db ys o f t w a r eo f3 Da n d1 D ins t a n d a r da n dm a x im u mt o r s io nc o n d it io n B yt e s t s t h em e t h o da n dr e s u l tw e r et r u s t e dinh e a tb a l a n c es im u l a t io no fl a r g ep o w e r t r a c t o r s H o w e v e r t h em a r g ino fc o o l in gs y s t e mw a sr e m a in e dl a r g e r a n ditisn e c e s s a r yt oo p t im iz et h ec o o l in gs y s t e m B a s e do n t h ism e t h o d t h em a t c h in go ft h ec o o l in gs y s t e m sisb e s tint h eG r e a tP o w e rT r a c t o rw h e nt h ea irv o l u m eo ft h er a d ia t o ris1 5 5 k g s K e yw o r d s l a r g ep o w e rt r a c t o r h e a tb a l a n c e s im u l a t io n 0 引言 随着农业装备现代化的高速发展 国内大马 力拖拉机的市场保有量逐渐加大 其作业环境越 来越复杂 热平衡问题日益突出 l 近几年对拖 拉机热平衡的研究越来越多 王玉荣等 对中间 马力段拖拉机热平衡进行了研究 研究方法实用 性强 但是没有研究大马力拖拉机的热平衡问题 徐书雷对拖拉机热平衡试验进行了系统的研究 但仅限于热平衡试验方面口 本文以某型号大马力拖拉机冷却系统各部件 的数学模型为基础 通过l D 软件和3 D 流体力学 软件建立仿真模型 对热平衡试验结果与仿真结 果进行对比 验证了分析方法和分析结果的准确 性 最后对其热平衡性能进行了优化 明确了后 期改进的措施 避免了反复摸索试验的代价 大 大降低了大马力拖拉机的研发成本 缩短研发周 期 3 5 1 1 仿真模型的创建及参数设置 收稿日期 2 0 1 7 0 5 1 0修回日期 2 0 1 7 0 6 1 3 基于大马力拖拉机创建3 D 流体力学模型 通过3 D 流体力学计算得到散热器和中冷器的风 量 并作为1 D 流体分析的边界输入条件 进行 1 D 流场仿真 1 D 和3 D 的相互关系如图l 所示 图11 D 和3 D 仿真关系图 F ig 1T h ec o n t a c t sw it h1D a n d3 D 1 13 D 流体力学模型的创建 将拖拉机模型导人H y p e r m e s h 中 搭建有限 元模型 模型如图2 所示 1 21 D 流体模型的创建 大马力拖拉机冷却系统一般由发动机冷却水 套 水泵 散热器 节温器 油冷器以及管路组成 冷却液从发动机吸收热量后通过装配在托架上的 第5 5 卷第8 期张鹏等 大马力拖拉机热平衡仿真与试验验证 散热器将热量传到大气中 冷却系统原理图如图 3 所示 图2 大马力拖拉机有限元模型 F ig 2T h ef in it ee l e m e n tm o d e lo fG r e a tP o w e rT r a c t o r 图3 1 D 冷却系统原理图 F ig 3T h ep r in c ip l eo f1Dc o o l in gs y s t e m 根据冷却系统原理图创建的1 D 流体模型 分析的工况按 G B T12 5 4 2 2 0 0 9 汽车热平衡能力 道路试验方法 常见使用工况要求进行计算分析 详细工况参数见表1 表1T B 8 0 4 拖拉机常见使用工况 T a b 1T h ec o m m o nc o n d it io no fT 8 8 0 4 4 1 1 1 1 il 0 I 囊一 二 I t 一 一 2 计算输入参数 对拖拉机进行热平衡仿真需要部件的台架试 验数据 图5 为大马力拖拉机热平衡试验台架 表2 为发动机参数 图5 发动机热平衡试验台 F ig 5H e a tb a l a n c eb e n c ho fe n g in e 表2 发动机参数 T a b 2T h ep a r a m e t e r so fe n g in e 3 计算结果 3 1 风速迹线图 图6 给出了整机的空气流动的迹线图 从图 中可看出空气由机罩的网眼板和托架通风口流入 机舱 然后大部分气体在拖拉机机罩两侧流出 图6 风速迹线图 F ig 6T h ev e c t o rc u r v eo fw in d 3 2 散热器的风量 散热器是冷却系统中最主要的散热元件 进 入水箱的风量直接影响到水箱的散热性能 计算 的通过水箱的风量见表3 衰3 通过水箱的B ii k g m 3 T a b 3B l o w in gr a t eo fr a d ia t o r 3 3 一维计算结果 图7 为1 D 计算结果 通过结果可以看到 刚开始启动发动机有个暖机过程 随着时间的推 p 魁 赐 雩 一 l 毳 一一 j 扛 豢 5 lm0吣IS I l10 0 015 c l1 fI 舯4 f 时间 s 图7 发动机出水口温度随时问变化曲线 最大扭矩点 F ig 7O u t l e tt e m p e r a t u r eo fe n g in e m a x im u mt o r s io n 表4 发动机试验出水口温度结果 T a b 4O u t l e tt e m p e r a t u r eo fe n g in ef o rt r a c t o ra n db e n c h 农业装备与车辆工程 2 0 1 7 链 移 发动机出水口温度趋于稳定 通过试验状态与仿真结果进行对比 标定 工况 发动机出水口温度分析结果和试验结果相 差一0 7 4 误差接近0 最大扭矩点工况 发动 机出水口温度分析结果和试验结果相差一1 1 9 误差为1 4 7 因此利用1 D 和3 D 流体力学软件 进行拖拉机热平衡分析可靠性较高 同时得出该 机型冷却余量较大 导致发动机燃烧效率降低 因此需降低冷却系统的冷却能力 增大发动机出 口的温度 3 4 热平衡改进措施 对大马力拖拉机热平衡改进主要是通过降低 进入散热器的风量进行优化 进入散热器的风量在拖拉机热平衡中是较容 易调整的 常见的调整方式为 调整网眼板 调 整机罩的通风口 调整发动机两侧的侧板 图8 为发动机出水口温度曲线 驴 魁 溪 墨 苗 弓薹 臻 霉 魁 遴入散热器聪缴锺k 黔 圈8 发动机出水口温度随风量变化曲线 F ig 8E n g in eo u t l e tt e m p e r a t u r ec u r v eV S f l o w 通过改变进入水箱的风量得出 随着风量的 减小 发动机出水口温度相应地增大 当进入散热 器风量为1 5 5k g s 发动机出水口温度为8 8 1 0 8 8 出水口温度 9 9 冷却系统匹配最佳 4 总结 通过对大马力拖拉机热平衡仿真分析验证 了分析方法和分析结果的准确性 在标定点工 况仿真结果和试验结果几乎一致 最大扭矩点 下温差为一1 1 9 误差为1 4 7 最后利用该 方法对该大马力拖拉机热平衡进行优化设计 通过改变进入水箱的风量 得出随着风量的减 小 发动机出水口温度相应地增大 当进入散 热器风量为1 5 5k g s 大马力拖拉机的冷却匹配 最佳 参考文献 f 1 1 王玉荣 冷峻 孙祥鸣 李洪江等 拖拉机热平衡仿真与试验 验证 J 科技经济导刊 2 0 1 7 1 3 8 3 8 6 2 徐书雷 拖拉机整机热平衡试验分析 D 江苏大学 2 0 1 2 3 李波 王升升 张中亚 拖拉机整机热平衡试验研究U 拖拉 机与运输车 2 0 1 4 4 1 4 4 4 5 4 王兴伟 贾方 杨婉丽 拖拉机散热系统性能改进 J 拖拉机 与农用运输车 2 0 1 0 3 7 3 8 9 9 0 5 张杰 简述发动机冷却系统设计及散热量的计算 J 装备制造 技术 2 0 0 4 2 2 2 2 4 作者简介张鹏 男 副高级工程师 主要从事农用机械方面的研究 E m a il f t z h a n g p e n g 1 6 3 c o r n 日本研发高强度镁合金件或将用于车身件 日本国立物质材料研究所 N a t io n a lI n s t it u t ef o r M a t e r ia l sS c ie n c e N I M S 的研究团队与国立长冈技 术科学大学 N a g a o k aU n iv e r s it yo fT e c h n o l o g y 共 同研发了新款高强度镁合金板 M g 一1 1 A 1 0 3 C a 一 0 2 M n 一0 3 Z n 相较于某些车企当前车身钣金件所采用的铝金 属薄板 a l u m in u ms h e e tm e t a l 其常温下的成型 性能相当出色 经热处理后 该款镁合金的强度比 铝合金高 其仅用到常见的金属材料 未来或将成 为一款低成本的轻量化车用薄板 最近的研究表明 稀释M g A l C a M n A X M 系统的配比后 或将制成工业级锻造合金 w r o u g h t a l l o y s 使其拥有非凡的高速挤出性 h ig h s p e e d e x t r u d a b il it y 其时效硬化感受性 a g e h a r d e n in g r e s p o n s e 也极快 若能将其应用到板状合金 预 计将对汽车行业产生巨大的影响 新研发的合金被