Hệ thống làm mát ngoài đường cao tốc: Hướng dẫn xây dựng, khai thác mỏ, nông nghiệp

Hệ thống làm mát ngoài đường cao tốc là gì?

Một chiếc máy ủi duy nhất đẩy khối lượng quá tải trong mỏ đồng có thể thải ra hơn 500 kW nhiệt thải trong một giờ. Năng lượng đó phải được thải vào khí quyển và hệ thống làm mát là con đường quan trọng. Thiết bị trên đường cao tốc—máy được thiết kế cho bề mặt không trải nhựa và khối lượng công việc cực lớn—yêu cầu quản lý nhiệt vượt xa những gì bộ tản nhiệt xe tải đường cao tốc nhìn thấy.

Các hệ thống này phục vụ ba mạch riêng biệt bên trong một máy: làm mát động cơ, làm mát dầu thủy lực và kiểm soát khí hậu trong cabin. Trong máy đào khung lớn hoặc xe tải tự đổ có khớp nối điển hình, động cơ tạo ra khoảng 60% tổng tải nhiệt, hệ thống thủy lực tăng thêm 25% và vòng lặp cabin chiếm khoảng 15%. Các công trường xây dựng, mỏ lộ thiên, đường khai thác gỗ và cánh đồng nông nghiệp đều đẩy các bộ phận làm mát đến giới hạn của chúng với lượng bụi xung quanh cao, hoạt động liên tục ở tốc độ thấp và mô-men xoắn cực đại thường xuyên.

Các máy địa hình phổ biến bao gồm máy xúc bánh lốp, máy ủi, máy xúc thủy lực, máy san đất, máy cạp, máy gặt đập liên hợp, máy gặt thức ăn gia súc, xe tải khai thác mỏ và giàn khoan. Mỗi loại có một cấu hình loại bỏ nhiệt riêng, nhưng tất cả đều có chung nhu cầu về các bộ phận làm mát có thể chịu được rung động, tải sốc và các mảnh vụn ăn mòn. Thiết kế bắt đầu với một quy tắc duy nhất: giả sử giờ hoạt động tồi tệ nhất trong ngày tồi tệ nhất sẽ lặp lại sau mỗi ca làm việc.

Các thành phần chính của hệ thống làm mát ngoài đường cao tốc

Hệ thống làm mát không phải là một bộ tản nhiệt. Đó là một bộ tích hợp các bộ trao đổi nhiệt, máy bơm, quạt và van điều khiển, thường được xếp chồng lên nhau như một mô-đun làm mát. Hầu hết các máy địa hình đều chạy quạt truyền động bằng dây đai hoặc thủy lực để kéo không khí qua nhiều lõi: bộ làm mát không khí nạp, bộ tản nhiệt, bộ làm mát dầu thủy lực và bình ngưng. Bộ truyền động quạt điện đang chiếm ưu thế trong các máy hybrid hoặc máy điện-ắc quy, nhưng bộ truyền động quạt thủy lực vẫn chiếm ưu thế trong thiết bị diesel vì khả năng điều khiển của chúng.

Bảng dưới đây trình bày chi tiết ba vòng làm mát chính và các thông số điển hình của chúng trong máy xúc lật chạy bằng dầu diesel 250 kW.

Việc làm mát động cơ vẫn chiếm phần lớn ngân sách thiết kế tản nhiệt. Tuy nhiên, hệ thống thủy lực trong các máy hiện đại tạo ra nhiều nhiệt hơn do áp suất hệ thống cao hơn và máy bơm cảm biến tải giúp chất lỏng chuyển động ngay cả khi mạch không hoạt động. Điều này làm cho bộ làm mát dầu thủy lực trở thành một cổng có độ tin cậy chính: nếu nó bị bụi bám vào, máy sẽ giảm tốc độ trong vòng chưa đầy 15 phút. Cấu trúc ống và vây, với khoảng cách vây rộng hơn, thường đối phó tốt hơn với các mảnh vụn trong không khí so với lõi tấm thanh có mái che dày đặc. Vì lý do đó, nhiều OEM chỉ định một bộ tản nhiệt máy phát điện dạng ống và vây thiết kế cho các bộ nguồn phụ nằm trong cùng một đám mây bụi.

Nhà sản xuất, nhà cung cấp, nhà máy sản xuất bộ tản nhiệt máy phát điện dạng ống và vây

Với tư cách là Nhà sản xuất bộ tản nhiệt máy phát điện ống và vây OEM, Nhà cung cấp và nhà máy sản xuất bộ tản nhiệt máy phát điện ống và vây ở Trung Quốc, Weichuang cung cấp Bộ tản nhiệt máy phát điện ống và vây tùy chỉnh để bán.

Xem sản phẩm →

Làm mát bằng động cơ diesel và điện trên đường cao tốc: Có gì khác biệt?

Máy đào chạy pin-điện không chỉ đơn giản đổi động cơ diesel lấy động cơ và giữ nguyên gói làm mát. Kiến trúc nhiệt đảo ngược hoàn toàn. Xe điện chạy pin (BEV) yêu cầu nhiều vòng làm mát riêng biệt, mỗi vòng có cửa sổ nhiệt độ, chiến lược bơm và hóa chất làm mát riêng. Hệ thống làm mát động cơ diesel thường quản lý một dải nhiệt độ mục tiêu gần 95°C. Máy điện phải quản lý vòng biến tần động cơ ở 65–75 ° C, vòng pin ở 25–40 ° C và đôi khi là mạch bơm nhiệt cabin riêng biệt.

Dưới đây là năm điểm khác biệt cụ thể làm thay đổi kỹ thuật của mô-đun làm mát trên đường cao tốc khi chuyển từ động cơ diesel sang điện.

• Mục tiêu nhiệt độ nước làm mát giảm 20–30 °C – Trong khi bộ tản nhiệt diesel có nhiệt độ đầu vào là 95 °C thì chất làm mát truyền động động cơ điện hiếm khi vượt quá 70 °C. Nhiệt độ tiếp cận môi trường xung quanh thấp hơn này đòi hỏi diện tích bề mặt bộ tản nhiệt lớn hơn hoặc luồng không khí cao hơn để có cùng mức thải nhiệt.
• Số vòng làm mát tăng từ 1–2 lên 3–4 – Máy địa hình BEV thường tách động cơ, pin, thiết bị điện tử công suất và HVAC của cabin thành các mạch độc lập. Sự lây nhiễm chéo của các dải nhiệt độ sẽ làm giảm tuổi thọ của pin.
• Công suất bơm chuyển từ cơ sang điện – Bơm làm mát diesel được truyền động bằng dây đai và ký sinh theo vòng tua động cơ. Bộ truyền động điện sử dụng máy bơm nước điện có tốc độ thay đổi, mỗi máy tiêu thụ tới 600 W nhưng có thể được điều chỉnh chính xác.
• Điều khiển quạt trở thành thuật toán thay vì điều chỉnh nhiệt độ – Máy điện dựa vào bộ điều khiển xe (VCU) để dự đoán sự tích tụ nhiệt từ các chu kỳ làm việc sắp tới, thay vì chỉ phản ứng với van điều nhiệt bằng sáp.
• Hóa chất làm mát thích ứng với chất lỏng có độ dẫn điện thấp – Vòng làm mát pin không thể sử dụng hỗn hợp ethylene glycol tiêu chuẩn có chứa chất gây ô nhiễm ion. Chất làm mát có độ dẫn điện thấp có đặc tính điện môi là bắt buộc để ngăn ngừa đoản mạch tế bào.

Sự thay đổi cũng tác động đến khoảng thời gian dịch vụ. Các vòng chất làm mát bằng điện vẫn được bịt kín lâu hơn, nhưng bất kỳ vi phạm nào trong hệ thống có độ dẫn điện thấp đều cần phải xả toàn bộ chất lỏng và quy trình nạp lại kín mà hầu hết các thợ cơ khí hiện trường mới bắt đầu tìm hiểu.

Cách chọn hệ thống làm mát cho môi trường khắc nghiệt

Bộ tản nhiệt trong danh mục tiêu chuẩn nhanh chóng hỏng hóc ở các mỏ sa mạc, trại khai thác gỗ ở Bắc Cực hoặc các công trường xây dựng trên cao. Độ cao làm loãng không khí, làm giảm lưu lượng khối của quạt khoảng 1% cho mỗi 100 m trên 1.000 m. Nhiệt độ môi trường xung quanh trên 45 °C sẽ đẩy nhiệt độ tiếp cận đến mức mà bộ tản nhiệt cần diện tích lõi lớn hơn 15–20% cho mỗi lần tăng thêm 10 °C. Ở một mỏ đồng ở độ cao 2.500 m với nhiệt độ cao nhất vào ban ngày là 43°C, hệ thống làm mát phải có kích thước phù hợp đồng thời cho cả không khí loãng và nhiệt độ môi trường cao.

Một khung lựa chọn thực tế bắt đầu với ba điều chỉnh.

1. Tăng diện tích khuôn mặt cốt lõi – Cứ mỗi 10°C nhiệt độ môi trường tăng vượt quá 38°C, hãy tăng thêm 15–20% diện tích lõi. Ở 50°C, một máy ban đầu được thiết kế cho lõi 0,9 m2 có thể cần 1,3 m2.
2. Chọn hình dạng vây phù hợp – Các cánh thẳng có khoảng cách 3,0–4,0 mm chống tắc nghẽn tốt hơn nhiều so với các cánh có rãnh ở 2,0 mm. Trong môi trường cát, lõi ống và vây có khoảng cách vây rộng làm giảm độ giảm áp suất phía không khí và dễ dàng thổi ra bằng khí nén hơn.
3. Chuyển sang kết cấu hàn hoàn toàn bằng nhôm – Bộ tản nhiệt hoàn toàn bằng nhôm với các đầu được hàn hoặc hàn đồng có khả năng chịu uốn xoắn của khung gầm địa hình tốt hơn nhiều so với thiết kế thùng nhựa. Khi khởi động ở nhiệt độ -40 °C, độ dẻo của nhôm ngăn ngừa hiện tượng nứt đầu phun nhựa.

Nhà sản xuất, nhà cung cấp, nhà máy tản nhiệt hoàn toàn bằng nhôm

Là nhà sản xuất bộ tản nhiệt hoàn toàn bằng nhôm OEM, nhà cung cấp và nhà máy sản xuất bộ tản nhiệt hoàn toàn bằng nhôm ở Trung Quốc, Weichuang cung cấp bộ tản nhiệt hoàn toàn bằng nhôm tùy chỉnh để bán.

Xem sản phẩm →

Đối với các hoạt động ở Bắc Cực, thiết kế hệ thống truyền động bảo vệ chống đóng băng chất làm mát. Hỗn hợp ethylene glycol-nước 60/40 làm giảm điểm đóng băng xuống -52 °C, nhưng cũng làm giảm khả năng truyền nhiệt khoảng 8% so với hỗn hợp 50/50. Việc bổ sung một vòng tuần hoàn được kiểm soát bằng nhiệt đi qua bộ tản nhiệt cho đến khi động cơ nóng lên là cần thiết để ngăn chặn sự hình thành bùn trong lõi.

Làm mát cabin khi tắt động cơ: Tùy chọn và phân tích chi phí

Trong nhiều chu kỳ hoạt động ngoài đường cao tốc, động cơ chạy không tải trong thời gian dài chỉ để giữ cho người vận hành mát mẻ. Chạy không tải tiêu thụ 1–2 lít dầu diesel mỗi giờ, làm tăng số giờ hoạt động của động cơ và đẩy nhanh quá trình xuống cấp dầu. Các giải pháp làm mát khi tắt động cơ trực tiếp xử lý sự lãng phí này, nhưng công nghệ phù hợp còn phụ thuộc vào thời gian và ngân sách làm mát cần thiết.

Bảng dưới đây so sánh ba cách tiếp cận phổ biến.

Dữ liệu từ các nghiên cứu thực địa của Webasto xác nhận rằng khoảng thời gian làm mát từ 5 đến 90 phút chiếm hơn 90% thời gian ngừng hoạt động của thiết bị ngoài đường cao tốc. Đối với một chiếc xe tải khai thác phải đợi 12 phút bên xẻng bảy lần một ngày, bộ phận A/C chạy bằng pin sẽ tự trả tiền bằng việc tiết kiệm dầu diesel trong vòng 18 tháng, đồng thời cắt giảm số giờ chạy không tải của động cơ xuống 500–700 mỗi năm.

Các phương pháp bảo trì tốt nhất cho hệ thống làm mát ngoài đường cao tốc

Bỏ bê hệ thống làm mát là con đường nhanh nhất dẫn đến hỏng động cơ đột xuất. Thiết bị địa hình chạy trong một vỏ bọc nơi các cánh tản nhiệt vô tình trở thành bộ lọc không khí. Một lớp bụi nhìn thấy được trên bề mặt lõi làm giảm luồng không khí từ 20–30% trước khi người vận hành nhìn thấy đèn cảnh báo.

Lịch trình bảo trì kỷ luật gắn liền với giờ hoạt động sẽ duy trì công suất làm mát và ngăn chặn tình trạng giảm tốc độ gây tốn kém.

• Cứ sau 500 giờ – Kiểm tra tình trạng cánh tản nhiệt trên tất cả các bộ trao đổi nhiệt. Thổi sạch các mảnh vụn bằng khí nén từ phía động cơ ra ngoài, không bao giờ thổi từ phía môi trường xung quanh vào trong. Kiểm tra độ căng đai quạt và đường rò rỉ động cơ quạt thủy lực.
• Cứ sau 1.000 giờ - Xả và thay nước làm mát động cơ. Rửa sạch hệ thống bằng nước khử ion trước khi đổ đầy lại. Kiểm tra ống mềm xem có bị phồng hoặc nứt gần kẹp không. Kiểm tra nắp áp suất.
• Cứ sau 2.000 giờ – Kiểm tra áp suất lõi tản nhiệt và mạch làm mát dầu. Đo độ hở đầu cánh quạt và cân bằng lại nếu cần. Thay thế bộ lọc chất làm mát và kiểm tra độ dẫn điện của chất làm mát có độ dẫn điện thấp trong máy điện.

Một chỉ số bị bỏ qua là chênh lệch nhiệt độ trên bộ tản nhiệt. Chênh lệch nhỏ hơn 5°C giữa đầu vào và đầu ra khi chịu tải thường có nghĩa là cặn bên trong đang cách điện cho các ống chứ không phải tắc nghẽn bên ngoài. Việc xả hóa chất có thể khôi phục lại hiệu quả nếu được xử lý trước khi ống bị hỏng.

Nghiên cứu điển hình: Thiết kế hệ thống làm mát cho máy xúc khai thác mỏ

Xét một máy xúc có bánh xích nặng 70 tấn làm việc ở độ cao 2.200 m trong một mỏ lộ thiên với nhiệt độ xung quanh đạt tới 46°C vào tháng 7. Máy sử dụng một Bộ tản nhiệt máy phát điện Cummins -mô-đun động cơ kiểu này, nhưng toàn bộ hệ thống phải được thiết kế từ những nguyên tắc đầu tiên.

Thích hợp cho các nhà sản xuất, nhà cung cấp, nhà máy sản xuất bộ tản nhiệt máy phát điện Cummins

Là OEM Thích hợp cho các nhà sản xuất bộ tản nhiệt máy phát điện Cummins, Thích hợp cho các nhà cung cấp và nhà máy sản xuất bộ tản nhiệt máy phát điện Cummins tại Trung Quốc, Weichuang cung cấp Tùy chỉnh phù hợp cho bộ tản nhiệt máy phát điện Cummins f

Xem sản phẩm →

Động cơ loại bỏ 180 kW tới chất làm mát ở công suất định mức. Hệ thống thủy lực bổ sung thêm 65 kW thông qua bộ làm mát dầu. Bộ ngưng tụ cho A/C cabin tăng thêm 15 kW. Tổng yêu cầu thải nhiệt: 260 kW. Ở nhiệt độ môi trường xung quanh 46°C, bộ tản nhiệt dạng thanh nhôm có diện tích mặt lõi là 1,6 m2 và lưu lượng không khí 6,2 kg/s có thể xử lý công suất 215 kW với nhiệt độ nước làm mát đầu vào là 98°C. Nhưng các tải khác yêu cầu lõi riêng biệt.

Giải pháp là mô-đun làm mát mạch kép: mạch sơ cấp làm mát động cơ bằng bộ tản nhiệt công suất cao, trong khi mạch nhiệt độ thấp thứ cấp xử lý dầu thủy lực và làm mát khí nạp bằng bộ làm mát dầu ống và vây chuyên dụng. Quạt hút điều khiển bằng thủy lực với bộ điều khiển tốc độ thay đổi sẽ hút không khí qua cả hai mô-đun. Đường dốc tốc độ quạt dựa trên bản đồ vòng tua động cơ, nhiệt độ dầu và nhiệt độ đường ống nạp. Để tồn tại khi khởi động ở nhiệt độ lạnh -25 °C, hệ thống bao gồm một đường dẫn nhiệt ổn định giúp giữ chất làm mát ra khỏi bộ tản nhiệt cho đến khi động cơ đạt 75 °C.

Dữ liệu hiện trường sau 3.000 giờ hoạt động cho thấy độ ổn định nhiệt độ chất làm mát trong khoảng ±3 °C so với mục tiêu, không xảy ra hiện tượng quá nhiệt thủy lực và mức giảm áp suất của bộ tản nhiệt chỉ tăng 8%, xác nhận khoảng cách giữa các cánh tản nhiệt đã chọn là phù hợp với tải lượng bụi.

Đưa ra lựa chọn đúng đắn cho đội tàu của bạn

Các quyết định làm mát ngoài đường phụ thuộc vào mức tiêu thụ nhiên liệu, thời gian hoạt động của máy và sự thoải mái của người vận hành. Điểm khởi đầu phù hợp luôn là phân tích chu kỳ hoạt động nhiệt dựa trên các đường cong loại bỏ nhiệt được đo hoặc mô phỏng, chứ không phải dựa trên con số “công suất làm mát tối đa” trong danh mục giả định không khí sạch ở mực nước biển.

Đối với các nhóm hỗn hợp chạy trong nhiều môi trường, các gói làm mát mô-đun với lõi có thể thay thế và bộ truyền động quạt có thể điều chỉnh mang lại sự linh hoạt nhất. Khi bổ sung thiết bị điện khí hóa, hãy lập kế hoạch đào tạo về chất làm mát có độ dẫn điện thấp và quy trình giám sát máy bơm mới. Và trong bất kỳ môi trường bụi hoặc mảnh vụn nghiêm trọng nào, hãy ưu tiên lựa chọn hình dạng cánh tản nhiệt và vật liệu lõi hơn là giá mỗi mét vuông. Sự khác biệt giữa bộ tản nhiệt bị tắc và bộ tản nhiệt sạch thường nằm ở việc bỏ qua một khoảng thời gian bảo trì.