挖掘機作業環境惡劣，尤其在夏天高溫環境作業，加上發動機和液壓系統發熱，造成挖掘機駕駛室内溫度更高。為改善駕駛員的作業條件，目前挖掘機普遍配置了空調系統。小型挖掘機空調系統受發動機功率限制，其功率配置較小，制冷效果受到影響。本文以某小型挖掘機為例，講述其如何通過改變冷凝器安裝位置、優化蒸發箱風道和隔熱層結構，提高制冷效果。

1.空調系統制冷原理

空調系統主要由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、幹燥瓶和蒸發器等組成，如圖1所示。

發動機通過膠帶驅動壓縮機旋轉，旋轉的壓縮機從低壓端吸入氟利昂氣體，壓縮成高溫高壓氣态氟利昂後，通過管道輸入冷凝器内并在其内流動。冷凝器設有風扇，由風扇吹動空氣使冷凝器内高溫高壓氣态氟利昂冷凝後成為中溫高壓液态氟利昂，經過幹燥瓶幹燥、過濾後流入膨脹閥，經過膨脹閥内節流孔節流後迅速膨脹，轉變成低溫、低壓的霧狀氟利昂進入蒸發器。

蒸發器安裝在蒸發箱内，蒸發器設有鼓風機，駕駛室内空氣經過鼓風機強制通過蒸發箱進行循環，駕駛室内的熱量就被吸收，使駕駛室溫度降低。吸熱後氟利昂變成低壓氣态，通過管道到達壓縮機并再次被吸入，經壓縮機壓縮後進入下一個工作循環。如此反複，蒸發器不斷吸收駕駛室内的熱量，達到制冷效果。

2.改進方法

我們針對該小型挖掘機投入使用後存在駕駛室内溫度過高的問題進行分析，發現空調系統内制冷劑壓力偏高、駕駛室内排風口風速偏慢現象。因此，提出對冷凝器和蒸發箱結構進行改進的方案，以此提高空調制冷效果。

(1)冷凝器

存在問題一般空調系統的冷凝器安裝在發動機散熱器的前面，由發動機風扇吹動空氣進行冷卻。為了不妨礙發動機散熱，該小型挖掘機将冷凝器水平安裝在駕駛室右外側的蓋闆上，如圖2所示。經過試驗，發現存在以下3個問題:一是飄落下來的柳棉或其他雜物，容易吸附在冷凝器散熱片上，造成散熱不良;二是冷凝器的熱氣不能順暢排出，排出的熱氣易被風扇回吸，造成散熱不良，導緻壓縮機内部壓力偏高;三是由于壓縮機内部壓力偏高，造成壓縮機故障率較高。

改進方法根據冷凝器存在的上述問題，我們采取了以下改進措施，即将冷凝器改為立式安裝，冷凝器的迎風面與挖掘機行駛面同向，不僅使散熱過程中風的流動非常順暢，而且冷凝器散熱片之間也不易被雜物堵塞。冷凝器立式安裝效果如圖3所示。

改進後我們對壓縮機進、出口壓力進行了測試，測試時環境溫度為37.1~38.6°C，發動機轉速為1823~1839r/min，空調鼓風機開至最高擋。改進前冷凝器水平安裝，壓縮機進口壓力為0.20~0.30MPa、出口壓力為1.30~1.50MPa;改進後采用立式安裝，壓縮機進口壓力降低為0.16~0.18MPa，壓縮機出口壓力降低為1.05~1.20MPa。可以看出，采用立式安裝冷凝器後冷卻效果明顯改善，壓縮機進、出口壓力均有所降低，提升了制冷性能。

(2)蒸發箱

存在問題改進前，該小型挖掘機制冷系統蒸發器安裝在蒸發箱内，蒸發箱内設有串聯的雙鼓風機、膨脹閥和感溫探頭等元件，如圖4a所示。受挖掘機駕駛室空間限制，蒸發箱安裝在駕駛員座椅底下，鼓風機從座椅前下部吸入駕駛室内熱空氣，如圖4b所示。熱空氣經蒸發器換熱之後，冷空氣從安裝在蒸發箱後部右側面的上、下2支出風管排出，如圖4c所示。下出風口送往駕駛室主出風口和前出風口，上出風口送往駕駛室右後左、左後出風口，如圖4d所示。

經試驗，我們發現該蒸發箱存在以下3個問題:一是膨脹閥表面容易結霜;二是駕駛室的前風出口和後側左、右風口出風量小。三是制冷效果差，駕駛室内溫度高。

我們對蒸發箱進、出風口風速進行測試。測試時發動機轉速為1800r/min，鼓風機開至最高擋，測試結果如表1所示。從測試結果可以看出，蒸發箱下出風口至主出風口、前出風口風速損失為58.7%和97.6%，蒸發箱上出風口至右後和左後出風口風速損失為50.0%和69.8%，由此可見，蒸發箱各出風口風速損失非常大，究其原因是由于出風管道結構不合理，冷氣吹不出來造成。這與蒸發箱結構及風道設計的不合理密切關聯。

第一次改進分析蒸發箱出風管道出風口風量損失較大的原因，是蒸發箱布局不合理，為此我們決定采用以下3項改進措施:一是将蒸發箱雙鼓風機出風口由2個改為5個，即将出風口分離，分别從蒸發箱的後上部、後下部和右側邊出風，分别連接主出風口、前側出風口、後側左、右出風口，如圖5a所示;二是重新設計駕駛室内部風道，以減少風阻，如圖5b所示;三是新增1個吹向駕駛員臉部的出風口，以提升人體舒适度，如圖5b紅線部位所示。按照以上措施制定了蒸發箱出風管風速改進目标，如表1所示。

經過第一次改進後，我們進行了測試，測試時環境溫度為35°C，鼓風機為最高擋，當發動機轉速為1735r/min時，主出風口溫度為17.5~20°C，後部左、右出風口溫度分别為16~18.5°C和18~21.5°C，腳部溫度為12.5~15°C，駕駛室内溫度為28°C。

将發動機轉速提高到2550r/min時，主出風口溫度為降低為16.5°C，後部左、右出風口溫度分别降低為14.5~15°C和17.5~18°C，腳部溫度降低為11~11.5°C，駕駛室内溫度為28°C。以上數據表明，即使提高了發動機轉速，駕駛室内溫度依然偏高。為此我們測試了鼓風機吸風口溫度，發現吸風口溫度偏高，達到28~32°C，由此可見吸風口溫度偏高是造成駕駛室溫度高的另一要因。

在測試時我們發現鼓風機有異響，拆檢鼓風機後發現，灰塵進入鼓風機軸承，造成其滾珠磨損，如圖6a所示。還發現鼓風機葉輪沾灰塵凝結，破壞動平衡，如圖6b所示。

第二次改進根據以上檢測情況，我們決定進行第二次改進。主要采取以下3項改進措施:一是在鼓風機支架上增加防振墊，以減小鼓風機振動，如圖7a所示;二是将蒸發箱安裝位置擡高，在蒸發箱吸風口增配過濾網，以減少灰塵吸入，如圖7b所示;三是在駕駛室内底闆和駕駛室後部增加隔熱棉，以隔絕減小發動機及液壓系統對駕駛室的熱傳遞，如圖7c所示。按照以上措施我們制定了改進目标，如表2及表3所示。

3.改進效果

實施第2次改進後我們再次進行測試，測試時的環境溫度為31.5°C，駕駛室内溫度為19.5°C，環境與駕駛室溫差達到12°C。測試主出風口風速為16.2m/s，臉部出風口風速為14.3m/s，後部左、右出風口風速分别為12.6m/s和12.3m/s，腳步風速為4.5m/s，除霜出風口風速為9.1m/s。均達到合格水平。測試結果如表2、表3所示。從以上測試數據可以看出，空調制冷性能顯著提升，各出風口的風損問題不但得到了解決，而且室内的制冷效果也非常好，其他各項指标也都符合改進目标值。我們對該小型挖掘機冷凝器和蒸發箱結構改進後，經統計，其壓縮機故障率由原來的5.1%下降到0.5%，大大降低了壓縮機的故障率，同時也降低了産品的售後成本。市場用戶普遍認為，該小型挖掘機空調制冷系統改進後，已經達到了滿意的制冷效果。這就進一步證實了本改進方案的有效性和可行性。我們已将改進成果應用到新産品、量産中。

從本次改進可以看出，提升小型挖掘機的空調制冷性能，從冷凝器的安裝位置以及蒸發箱的優化等方面進行設計，在不增加空調制冷功率和不增大占用空間的前提下，可以提升制冷效果，該改進成果為今後其他車型空調系統的優化設計提供了有價值的參考。

本文選自《工程機械與維修》雜志2017年第8期

作者：黃開機

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