车联网农机实际作业工况下柴...机冷却液温度分布大数据分析_吴连成.pdf

引用本文格式吴连成，李庆磊，袁东阁，等车联网农机实际作业工况下柴油机冷却液温度分布大数据分析 J农业工程，2023，13（1）：102-107 DOI：10.19998/ki.2095-1795.2023.01.019 WU Liancheng，LI Qinglei，YUAN Dongge，et alBig data analysis of diesel engine coolant temperature distribution underactual operating conditions of agricultural machinery with internet of vehiclesJAgricultural Engineering，2023，13（1）：102-107车联网农机实际作业工况下柴油机冷却液温度分布大数据分析吴连成，李庆磊，袁东阁，杨拴宝，孙立麟（潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司，山东 潍坊 261200）摘要：在农机上安装了远程数据终端，在农机实际作业工况下对柴油机运行参数进行了采集，并形成了大数据。柴油机冷却液温度范围被划分为 4 个区间，即柴油机暖机冷却液温度区间、柴油机低温运行冷却液温度区间、柴油机中温运行冷却液温度区间及柴油机过热状态冷却液温度区间。统计分析了柴油机冷却液温度在各温度区间的分布情况及冷却液节温器开启温度对冷却液温度分布的影响，提出了优化冷却液温度分布的措施。关键词：柴油机；冷却液；温度分布；节温器；农业机械；车联网；大数据中图分类号：S21文献标识码：A文章编号：2095-1795（2023）01-0102-06DOI：10.19998/ki.2095-1795.2023.01.019Big Data Analysis of Diesel Engine Coolant Temperature Distribution under ActualOperating Conditions of Agricultural Machinery with Internet of VehiclesWU Liancheng，LI Qinglei，YUAN Dongge，YANG Shuanbao，SUN Lilin（Weichai Lovol Intelligent Agricultural Technology Co.，Ltd.，Weifang Shandong 261200，China）Abstract：Remote data terminal was installed on agricultural machinery，and operating parameters of diesel engine were collected underactual working conditions of agricultural machinery，forming big dataTemperature range of diesel engine coolant was divided into fourintervals，namely diesel engine warm-up coolant temperature range，diesel engine low-temperature operating coolant temperature range，diesel engine medium temperature operating coolant temperature range，and diesel engine overheating coolant temperaturerange Distribution of diesel engine coolant temperature in each temperature range and influence of coolant thermostat openingtemperature on coolant temperature distribution were statistically analyzed，and measures to optimize coolant temperature distributionwere proposedKeywords：diesel engine，cooling liquid，temperature distribution，thermostat，agricultural machinery，internet of vehicles，big data0引言柴油机工作时冷却液的温度应保持在中高温度（8090 C），此温度下有较高的充气效率，润滑油温度较适宜，柴油机润滑效果较好，柴油机能够获得较高的输出功率和较低的燃油消耗1-8。当冷却液温度过低时，润滑油温度也较低，润滑油黏度增大，零件摩擦机械损失增加，零件磨损增加1-4。冷却液温度过高会使润滑油温度高，机油油膜被破坏导致零件的摩擦和磨损增加1-4。另外，冷却液温度过高也会导致零件材料机械性能降低和产生较高的热应力1-6。随着柴油机耐磨、耐高温材料的使用，柴油机冷却液的最高许用温度有逐步提高的趋势。国内已有柴油机生产厂家将柴油机冷却液的最高许用温度提高至 105110 C。农业机械中的拖拉机、收获机械作业环境比较恶劣，工作时周围环境中漂浮较多作物碎屑、秸秆及尘土，实际作业时散热系统进风网罩表面容易覆盖作物碎屑、尘土等杂物，导致通过散热系统的风量减少，继而降低了散热系统的冷却性能。为了确保散热系统进风网罩部分面积被杂物覆盖后，依然能满足柴油机冷却液散热量的要求，农业机械在匹配散热系统时需要留有较大的余量。文中所涉收稿日期：2022-09-25修回日期：2022-11-22作者简介：吴连成，主要从事动力机械及工程研究E-mail：第 13 卷 第 1 期农业工程Vol.13No.12023 年 1 月AGRICULTURAL ENGINEERINGJan.2023及的拖拉机均满足 45 C 环境温度下，满负荷工作冷却液温度低于 102 C 的要求；玉米收获机满足 40 C 环境温度下，部分散热系统进风网罩被遮挡时，满负荷工作冷却液温度低于 102 C 的要求；小麦收获机和履带式收获机械满足 45 C 环境温度下，部分散热系统进风网罩被遮挡时，满负荷工作冷却液温度低于 102 C的要求。1研究对象3 种型号拖拉机匹配的柴油机及其蜡式冷却液节温器参数如表 1 所示，5 种型号履带式收获机匹配的柴油机及其蜡式冷却液节温器参数如表 2 所示，4 种小麦收获机匹配的柴油机及其冷却液节温器参数如表 3 所示，6 种型号玉米收获机匹配的柴油机及其蜡式冷却液节温器参数如表 4 所示。2柴油机冷却液温度大数据分析及散热系统评价2.1柴油机冷却液状态定义依据柴油机运行时冷却液温度范围，对柴油机冷却液状态进行划分。定义柴油机暖机状态对应的冷却液温度区间为（40，70）C；柴油机低温运行状态对应的冷却液温度区间为 70，80）C；柴油机中温运行状态对应的冷却液温度区间为 80，102）C；柴油机过热状态对应的冷却液温度区间为 102，130 C，柴油机冷却液温度传感器异常状态对应的冷却液温度区间为40 C 或130 C。为了保证柴油机安全可靠工作，并且保证功率输出稳定、燃油消耗较低，需要尽量提高柴油机中高温运行状态的运行时间比例。2.2拖拉机匹配的柴油机冷却液分布及散热系统评价国内拖拉机作业时间分布一般为每年 312 月。在某些扬尘较多的作业工况下，散热系统进风网罩容易被堵塞，对于没有自动清理进风网罩功能的拖拉机，匹配的散热系统须满足 45 C 环境温度下，满负荷工作冷却液温度低于 102 C 的要求，以确保在恶劣环境下仍满足冷却液散热需求。3 种型号拖拉机在 1 年的作业周期内柴油机冷却液温度分布情况如图 1 所示。2004 型拖拉机匹配的 6J-表 1拖拉机匹配的柴油机及其蜡式冷却液节温器参数Tab.1 Parameters of diesel engine and thermostat for tested tractors拖拉机型号柴油机型号柴油机标定功率/kW节温器初开温度/C节温器全开温度/C试验车辆数量/台20046J-2001477080 5414044A-140107708055122047H-2201628295162表 2履带式收获机匹配的柴油机及其蜡式冷却液节温器参数Tab.2 Parameters of diesel engine and thermostat for tested crawler harvesters履带式收获机械型号柴油机型号柴油机标定功率/kW节温器初开温度/C节温器全开温度/C试验车辆数量/台RG504C6-10073.57284130RG504DK-10073.57080134RG554C6-11081.07284 99RG554DK-11081.07080 37RG604DK-12592.07080 97表 3小麦收获机匹配的柴油机及其蜡式冷却液节温器参数Tab.3 Parameters of diesel engine and thermostat for tested wheat harvesters小麦收获机械型号柴油机型号柴油机标定功率/kW节温器初开温度/C节温器全开温度/C试验车辆数量/台GE4A-17512970801 252GE4D3-1751297085 158GK6A-2201627080 24GM4A-1751297080 306表 4玉米收获机匹配的柴油机及其蜡式冷却液节温器参数Tab.4 Parameters of diesel engine and thermostat for tested corn harvesters玉米收获机械型号柴油机型号柴油机标定功率/kW节温器初开温度/C节温器全开温度/C试验车辆数量/台CB6J-1901407080380CB6D3-1901407688169CC4A-1901407080592CC4D3-1901407688 69CD4A-1751297080263CD4D3-1751297688 11吴连成等：车联网农机实际作业工况下柴油机冷却液温度分布大数据分析 103 200 型柴油机标定功率均为 147 kW，1404 型拖拉机匹配的 4A-140 型柴油机标定功率均为 107 kW，2204 型拖拉机匹配的 7H-220 型柴油机标定功率均为 162 kW。图 1图 4 中每个系列的堆积柱形图由下往上依次为以下冷却液温度区间的运行时间占比：（40，70）C、70，80）C、80，102）C、102，130 C 及40 C或130 C；对于某个冷却液温度区间，如果运行时间占比小于 1%，则图中不显示其数据标签。图 1拖拉机 1 年作业周期内柴油机冷却液温度区间运行时间分布Fig.1 Diesel engine coolant temperature distribution of tested tractors2004 型和 1404 型拖拉机匹配的柴油机节温器初开温度均为 70 C，柴油机暖机状态冷却液温度区间（40，70）C 的运行时间占比基本一致，为 70.90%和 69.67%；柴油机低温运行状态冷却液温度区间 70，80）C 的运行时间占比也基本一致，为 26.8%和28.75%；柴油机中温运行状态冷却液温度区间 80，102）C 的运行时间占比小，为 2.26%和 1.55%。以上数据表明，2 种拖拉机匹配的散热系统有较大余量，在 1 年内 70%以上的作业时间内将柴油机冷却液温度维持在节温器初开的温度水平上（即 70 C 左右）。但仍不能避免柴油机冷却液过热运行，冷却液温度区间102，130 C 最高的运行时间占比为 0.045 7%。2204 型拖拉机匹配的柴油机节温器初开温度为82 C