某挖掘機空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計摘要：近年來，挖掘機工業(yè)的不斷發(fā)展和人民生活水平的大幅度提高，對挖掘機的舒適性和安全性提出了越來越高的要求。挖掘機空調(diào)系統(tǒng)提供了制冷、供暖、除霜、除霧、濕度控制和空氣過濾功能。因此，挖掘機空調(diào)的研究和應(yīng)用尤為重要。本文通過實例分析闡述了目前挖掘機空調(diào)的主要制冷功能、原理、結(jié)構(gòu)以及性能特點，并針對基于挖掘機，計算分析得出夏天挖掘機使用時所可能需要的空調(diào)制冷量，據(jù)此我們可以精確計算到挖掘機空氣壓縮機的總排量和轉(zhuǎn)動軸功率、冷凝器與空氣蒸發(fā)器的空氣傳熱面積和空氣膨脹閥的熱功率，并根據(jù)挖掘機設(shè)計者的要求應(yīng)用來自行選擇一套配備相應(yīng)的制冷裝置。關(guān)鍵詞：挖掘機空調(diào)系統(tǒng)；壓縮機；冷凝器；蒸發(fā)器；膨脹閥DesignofairconditioningsystemforanexcavatorAbstract:Inrecentyears,thecontinuousdevelopmentoftheexcavatorindustryandthesignificantimprovementofpeople'slivingstandardshaveputforwardhigherrequirementsforthecomfortandsafetyofexcavators.Theexcavatorairconditioningsystemprovidescooling,heating,defrosting,defogging,humiditycontrol,andairfiltrationfunctions.Therefore,theresearchandapplicationofexcavatorairconditioningareparticularlyimportant.Thisarticleanalyzesandelaboratesonthemainrefrigerationfunctions,principles,structures,andperformancecharacteristicsofexcavatorairconditionersthroughexamples.BasedontheNissanSylphyexcavator,thepossiblecoolingcapacityoftheairconditionerrequiredforsummerexcavatoruseiscalculatedandanalyzed.Basedonthis,wecanaccuratelycalculatethetotaldisplacementandrotationalshaftpoweroftheexcavatoraircompressor,theairheattransferareaofthecondenserandairevaporator,andthethermalpoweroftheairexpansionvalve.Accordingtotherequirementsoftheexcavatordesigner,asetofcorrespondingrefrigerationdevicescanbeselectedandequipped.Keywords:excavatorairconditioningsystem;Compressor;Condenser;Evaporator;Expansionvalve目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章引言 頁共44頁第一章引言 1.1挖掘機空調(diào)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢當今世界挖掘機工業(yè)正以前所未有的速度快速發(fā)展，尤其是在中國，挖掘機的數(shù)量和增量處在世界的前列。因此，挖掘機空調(diào)也隨其迅速發(fā)展。1.1.1挖掘機空調(diào)技術(shù)的發(fā)展階段挖掘機空調(diào)的發(fā)展歷程通常習(xí)慣分成5個階段。（1）單一暖風(fēng)系統(tǒng)階段首先出現(xiàn)在20世紀20年代的日本和美國，它主要是利用燃油挖掘機中冷卻水產(chǎn)生的熱量，通過一臺風(fēng)機帶入車內(nèi)以便進行高溫加熱或者取暖。緊接著又發(fā)展成包含了有加熱器、風(fēng)機及空氣濾清器等零部件，形成了較為完整的供暖體系。事實上，這樣的加熱裝置也就只能簡單地叫做“加熱器”，并且也沒有可以說算是真正意義上的挖掘機空調(diào)，僅僅只是為一輛挖掘機提供了足夠的熱量。（2）單一制冷系統(tǒng)階段美國人帕爾德在20世紀30年代末，利用家庭電冰箱"冷氣"的工作原理，發(fā)明了的家用挖掘機空調(diào)就能夠?qū)崿F(xiàn)制冷。之后，將經(jīng)過改進的冷氣機直接安裝到福特挖掘機等各種小型豪華轎車中，取得了不錯的實際應(yīng)用。與此同時，美國的通用挖掘機第一次把機械化和制冷應(yīng)用到了挖掘機空調(diào)上，為我國乃至全球的挖掘機空調(diào)行業(yè)開辟了非常重要的市場發(fā)展之路。（3）冷暖一體化系統(tǒng)階段到了20世紀50年代，美國的挖掘機企業(yè)第一次在小型豪華轎車上設(shè)計和安裝了冷暖結(jié)合一體化的燃油型挖掘機空調(diào)系統(tǒng)，此時挖掘機空調(diào)才開始具有了自動調(diào)節(jié)和控制挖掘機內(nèi)部的溫度與濕度。隨著新一代挖掘機空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和改進，在挖掘機上裝有的冷熱結(jié)合一體式空調(diào)擴大了車室內(nèi)通風(fēng)、空氣過濾、除霜等作用。所以這種方式在大多數(shù)經(jīng)濟型挖掘機上都被廣泛使用，同時它也是目前市場上使用最多的方式。（4）自動控制系統(tǒng)階段由于冷暖結(jié)合一體化的空調(diào)系統(tǒng)仍然需要有專業(yè)的技術(shù)人去進行操作，影響到駕駛員的正常駕駛和工作，而且其控制的效果并非很理想。所以，自動控制的空調(diào)設(shè)備就誕生了。在20世紀60年代，美國的挖掘機公司開發(fā)了一種由挖掘機中央空調(diào)進行自動控制的系統(tǒng)，并將其安裝在轎車上。此裝置在檢測車外環(huán)境中需要預(yù)先設(shè)置溫度，系統(tǒng)根據(jù)傳感器檢測得到的挖掘機內(nèi)外環(huán)境溫度等相關(guān)信息進行自動控制空調(diào)系統(tǒng)中的各部件工作,調(diào)控車內(nèi)溫度，使駕駛員可以專心駕駛。（5）微機控制階段直到20世紀70年代，日本和美國的多家挖掘機企業(yè)共同設(shè)計開發(fā)和生產(chǎn)制造了由微型電腦和計算機進行控制的新型挖掘機空調(diào)系統(tǒng)，并將其設(shè)計和安裝在各自的燃油挖掘機上。采用微電腦操作和控制的新型挖掘機中央空調(diào)系統(tǒng)，實現(xiàn)了按照挖掘機內(nèi)外部環(huán)境要求進行微調(diào)。這個系統(tǒng)包含了數(shù)據(jù)流傳送、數(shù)字顯示和自診斷等一系列的功能。通過對微機的控制，使得挖掘機的運行和空調(diào)的運行得到相互統(tǒng)一，既能夠改善挖掘機的制冷性能，又可以節(jié)約燃油，從而改善挖掘機的燃油經(jīng)濟性。1.1.2我國挖掘機空調(diào)技術(shù)的發(fā)展歷程由于目前我國挖掘機制造工業(yè)的起步較晚，上世紀六七十年代，我國挖掘機空調(diào)的技術(shù)發(fā)展基本上已經(jīng)處于一個短板空白，僅僅只能通過利用從挖掘機燃油發(fā)動機中排出的廢氣或者從冷卻水中產(chǎn)生的熱量而直接供給挖掘機提供熱量。直到20世紀80年代，中國才有意識地開始從日本市場上購買一些豪華挖掘機和空調(diào)器，裝配在小轎車和豪華巴士上。后來又從德國、日本等國家引進先進的空調(diào)制造線和現(xiàn)代化的空調(diào)制造工藝技術(shù)，生產(chǎn)各種大中型小轎車、輕型機動車、轎車等空調(diào)裝置。從20世紀90年代到現(xiàn)在，我國一批較早地形成了生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模的大型挖掘機空調(diào)設(shè)備制造公司和企業(yè)已經(jīng)從國外引入并采用較先進的壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器等新型生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)和自動化生產(chǎn)線。同時，根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)政策和標準，完成了新能源挖掘機空調(diào)的制冷系統(tǒng)產(chǎn)品工質(zhì)由R12向R134a的轉(zhuǎn)變。如今,我國的新能源挖掘機空調(diào)設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)達到了接近全球先進的水平。1.1.3挖掘機空調(diào)的發(fā)展趨勢今后，挖掘機空調(diào)的發(fā)展方向主要有以下幾個方面：（1）舒適性的提高目前絕大部分的挖掘機空調(diào)都是采用供暖和制冷互相分開的獨立的系統(tǒng)，在其控制上也未必能夠達到準確的測定量化標準，只能在冬天啟動采暖，夏天啟動制冷，溫度差不多就行了。在車室內(nèi)濕度較大的寒冷天氣里開放暖氣不僅可能會導(dǎo)致人的感覺整個渾身都很潮濕，而且還可能會悶得慌，這時候就需要先開制冷器才能達到通風(fēng)除濕的主要目的。隨著現(xiàn)代人們的生活水平日益改善和提高，同時人們也會相應(yīng)地對舒適性會提出更高品質(zhì)的服務(wù)和要求，所以今后我們的空調(diào)必然會做得是更舒適、完全功能、自動調(diào)整，使得溫度、濕度及空氣的新鮮度都可以同時滿足。（2）更加趨于自動化最初的挖掘機空調(diào)系統(tǒng)主要由加熱器、通風(fēng)系統(tǒng)和一個的空氣過濾器三部分構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)也可以說是極其簡單的，需要人們手動操作控制，全憑自己的感受來進行調(diào)整和啟動。所以對于溫度、濕度和風(fēng)量都不容易做到自己的調(diào)整，很難有效地進行控制。隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的日益發(fā)展，使得挖掘機空調(diào)的自動化控制功能和效果越來越好,性能被充分地發(fā)揮了出來。它可以利用多個傳感設(shè)備來檢測車內(nèi)外環(huán)境的變化，并將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街醒胄酒?，再對其進行處理計算獲取出該系統(tǒng)的最佳運作模式，然后對其運行情況進行監(jiān)測控制。使得不管在何樣的天氣，車內(nèi)都會始終維護著最好的舒適環(huán)境。（3）更注重環(huán)保早期西方國家的挖掘機空調(diào)使用制冷劑的工質(zhì)主要原料是用R12，是氟利昂的一種,屬于有機鹵代烴，分子中會包括氟和氯氣等元素，氟利昂在高空中會被認為受到由于紫外線的強烈照射而被陽光催化分離出來氯原子，這種氯原子就可能會與臭氧發(fā)生反應(yīng)，并且一個氯原子可以和大量臭氧反應(yīng)，極大破壞了臭氧層。近些年來，人們已經(jīng)清楚地發(fā)現(xiàn)了大氣層中可能存在著較多的臭氧層和空洞，這與世界上的空調(diào)行業(yè)廣為使用氟利昂有著密不可分的關(guān)系。目前，一致承認的氟利昂首選替代物之一就是對于臭氧幾乎沒有任何破壞性效果的R134a。（4）小型節(jié)能挖掘機上的空間是有限的，空調(diào)設(shè)備占用的空間越多則個人的實用空間也就越多。因此，空調(diào)設(shè)備和裝置將會不斷地在保證其效能穩(wěn)定性不減弱的情況下對其設(shè)計和制造工藝進行改良，以致于其體積縮小。而目前我國在冷凝器和蒸發(fā)器領(lǐng)域，較舊的管片式換熱器正逐步被高效率的管帶和平行水流式換熱器所取代。并且隨著新型空氣壓縮機的引入，也讓空調(diào)變得更高效和節(jié)能。1.2本課題研究內(nèi)容1.詳細闡述挖掘機空調(diào)的功能、原理、結(jié)構(gòu)以及特點；2.針對挖掘機進行熱負荷的計算；3.設(shè)計選擇合適的壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器；4.對壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器進行布置設(shè)計。

第二章挖掘機空調(diào)概述空氣調(diào)節(jié)指的是在某特定空間里對其內(nèi)部空氣的溫度、濕度、清潔程度和空氣流速等方面進行調(diào)控，達到并且始終保持滿足對人體舒適或者制造工藝流程的需要，簡稱之為空調(diào)?？諝庹{(diào)整按照使用范圍大小可以劃分為兩類，即制造工藝化的空調(diào)及舒適型的空調(diào)。挖掘機空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代化空氣調(diào)控工程中較為重要的一個子系統(tǒng)，屬于舒適度高的空調(diào)，它主要是為了促使挖掘機的機器人房室內(nèi)或者駕駛室內(nèi)部的空氣質(zhì)量和物品數(shù)量都能夠得以達到完全滿足人們所需的舒適度標準從而開始進行調(diào)控的一種設(shè)備。2.1挖掘機空調(diào)的功能2.1.1調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)挖掘機內(nèi)部的溫度控制是燃油挖掘機中空調(diào)最基本的作用，如今燃油挖掘機中的空調(diào)己經(jīng)發(fā)展形成了一套冷暖結(jié)合的裝置，不但夏季可以進行制冷，而且也可以冬季進行制熱與送溫風(fēng)相結(jié)合。其中的供熱源大致分為燃油發(fā)動機的余熱和單獨的熱源；按照對空氣流量的循環(huán)形式大致可以劃分為：內(nèi)循環(huán)式、外循環(huán)型和內(nèi)、外混合循環(huán)式三種；按照負荷載熱體也可以劃分為水暖型和氣暖式。2.1.2調(diào)節(jié)車內(nèi)濕度普通品牌挖掘機空調(diào)大多數(shù)都不會這樣具備這種較為高級的空調(diào)功能，只有高級的豪華品牌車型才會有可能會這樣選擇空調(diào)采用具有冷熱空調(diào)一體化的空調(diào)系統(tǒng)來對車內(nèi)的氣溫濕度變化情況加以進行適當?shù)刈詣诱{(diào)整。目前，在現(xiàn)代的挖掘機上還沒有完全配備自動加濕器等自動控制加濕裝置，只有通過一種自動化的遙控車門和自動駕駛室系統(tǒng)依靠自己的車外空氣新風(fēng)控制機構(gòu)系統(tǒng)來自動進行濕度調(diào)節(jié)。2.1.3調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣流速車內(nèi)空氣流速的多少和方位是非常重要的，對身體的舒適程度影響比較重要。夏季天氣中的氣流幅值略大一些，有利于幫助人體散熱和減少降溫；但是過大的風(fēng)速直接吹到人體上會導(dǎo)致人們覺得非常不適應(yīng)。經(jīng)過試驗表明，較為舒適的空氣運行速度在0.25m/s左右。冬季若是風(fēng)速較大則可能會嚴重影響室內(nèi)和人體的保溫，所以冬季一般在0.15m/s到0.20m/s。2.1.4過濾凈化車內(nèi)空氣由于挖掘機內(nèi)部的空間相對較小、乘員的密度相對較大，車內(nèi)非常容易產(chǎn)生二氧化碳含量濃度太高和嚴重缺氧等情況，并且挖掘機廢氣中的一氧化碳氣體以及行駛在道路上的灰塵以及其他有毒花粉也很容易直接進入挖掘機內(nèi)，造成了車內(nèi)的空氣非常污濁，這會嚴重影響駕駛者到乘員的身體健康，所以必須要設(shè)置排風(fēng)口、空氣凈化器裝置以及凈化空氣設(shè)備。2.2挖掘機空調(diào)的特點2.2.1防震能力強由于挖掘機空調(diào)在正常運行過程中很有可能需要承受叫劇烈頻繁的外力沖擊和振動，所以一般來說挖掘機空調(diào)的每一個零配件都是需要具備足夠的高強度和抵御振動的能力，并且每一個接頭都要牢固還需做好防滲漏。挖掘機空調(diào)的制冷系統(tǒng)極易引起制冷劑泄露，其中的一些泄漏不但可能會對環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染，而且還很有可能會損害整個空調(diào)系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)以及制冷系統(tǒng)的各個組成部分，甚至在使用中遇到明火時就會發(fā)生燃燒等嚴重的安全事故。因此，各種機械部件之間的連接都需要做得非常牢固而且還需要大量地采用一些軟管的接頭方式來實現(xiàn)這種軟連接，同時，還要定期地檢查制冷系統(tǒng)內(nèi)部制冷劑的存儲量量等情況。2.2.2動力源多樣對于像是轎車、輕型挖掘機及中小型旅游客車的空調(diào)來說，所有需要的各種動力源和各種驅(qū)動挖掘機的各種動力源都是從同一個引擎，這樣的空調(diào)系統(tǒng)就被稱為非獨立的空調(diào)系統(tǒng)；由于大型旅客以及奢侈型大中旅客所使用需要的空氣制冷量和供給熱量比較大，因此一般采用獨立的專用引擎發(fā)動機作為驅(qū)動式空調(diào)的壓縮機并且與發(fā)動機之間設(shè)置了相互獨立的采暖裝置，所以我們稱其為獨立式的空調(diào)系統(tǒng)。很顯然，非獨立式的空調(diào)系統(tǒng)可以說在一定的程度上會直接影響到挖掘機的動力特性，但是遠遠的比獨立式空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)備費用和運營成本方面更加經(jīng)濟許多。2.2.3結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小由于挖掘機自身結(jié)構(gòu)特點，要求挖掘機空調(diào)的結(jié)構(gòu)也必須要緊湊，可以在有限的空間內(nèi)對它們進行安裝，并且可以在我們自己的車輛上加裝一個空調(diào)以后，不至于讓挖掘機自身增加太多重量，而直接影響到其它的性能。如今我國挖掘機空調(diào)產(chǎn)品的總質(zhì)量雖然要相當于20世紀60年代大幅度下降50%左右，但是制冷功率和供暖能力卻更是要相當于同期提高50%以上。2.2.4安全性和舒適性控制難度大挖掘機發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和頻率變化影響范圍非常廣，行駛在道路上的情況多樣，空調(diào)在安全和控制方面有一定的困難；同時,由于挖掘機在高速行駛中所處的運行條件和環(huán)境都比較惡劣，使得它們對其舒適度進行控制的難度也比較大。2.3挖掘機空調(diào)的組成及作用在挖掘機上使用空調(diào)系統(tǒng)的原因就是為了通過調(diào)節(jié)車內(nèi)空氣中的溫度與濕度來改善挖掘機內(nèi)部空氣中的流動狀況，并且有效地提高其空氣中的清潔性。所以，挖掘機空調(diào)系統(tǒng)主要有以下幾個方面構(gòu)成。2.3.1制冷系統(tǒng)對于進入挖掘機內(nèi)部的新鮮空氣或者說是由外部直接空氣進入對于挖掘機內(nèi)部的其他各種新鮮空氣都是需要及時進行降溫冷卻或者是降溫除濕，使得得人們在使用挖掘機內(nèi)部隨時會覺到感覺較為涼爽、舒適。2.3.2暖風(fēng)系統(tǒng)暖風(fēng)主要是用于采暖，對挖掘機內(nèi)部的新鮮空氣或由外部直接進入挖掘機內(nèi)部的其他新鮮空氣而進行加熱，使其到達適合人們活動的溫度，從而使挖掘機達到采暖、除濕的主要目的。2.3.3通風(fēng)系統(tǒng)把來自挖掘機外部的各種新鮮空氣直接全部吸入到了挖掘機內(nèi)部，起到了挖掘機通風(fēng)、換氣等多種保護性的作用。此外，通風(fēng)還可以能有效地保護防止風(fēng)窗玻璃起霧。2.3.4空氣凈化系統(tǒng)用于消滅和減少挖掘機內(nèi)部空氣中煙、異味、灰塵及其他有毒氣體，使得挖掘機內(nèi)部的空氣更加清潔、新鮮和干凈。2.3.5電路及其控制系統(tǒng)對空調(diào)系統(tǒng)各個組成單元都進行了控制，從而讓空調(diào)系統(tǒng)能夠做到制冷、取暖、通風(fēng)。2.4挖掘機空調(diào)的分類挖掘機空調(diào)根據(jù)其驅(qū)動方式進行了分類，劃出為非獨立型的挖掘機空調(diào)機控制系統(tǒng)與獨立型的挖掘機空調(diào)機系統(tǒng)。（1）非獨立式挖掘機空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)制冷壓縮機主要是由挖掘機自身的空調(diào)引擎所驅(qū)動，二者是由離合器進行連接，因此整個挖掘機空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能會受到發(fā)動機實際運行情況的影響比較大并且運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性也比較差。特別是在低速行駛時會容易出現(xiàn)制冷力供給不足，而在高速行駛時則容易出現(xiàn)制冷力供給過剩等現(xiàn)象，并且所需要消耗的功率比較大，會嚴重影響到挖掘機行駛的動力特性。（2）獨立式挖掘機空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)制冷所需要應(yīng)用的壓縮機是由其專用空調(diào)引擎來驅(qū)動的，所以整個挖掘機空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能并沒有直接受到整個挖掘機空調(diào)發(fā)動機實際運行情況的影響，運行比較穩(wěn)定，制冷量大。但是因為我們在加裝了一臺引擎，不但費用有相應(yīng)地提高，而且其體積和質(zhì)量都會隨之增加。所以此種類型的小、重載挖掘機空調(diào)系統(tǒng)通常被廣泛應(yīng)用于大、中型旅行客車。圖2.1挖掘機空調(diào)系統(tǒng)1-雙聯(lián)齒輪泵2-

液壓油箱3

-相濾器4-

細濾器5-

多管接頭6-中央接頭7-

行走液壓馬達8-選擇閥9-截止閥10-液壓油散熱器

11-四聯(lián)方向閥

12-

三聯(lián)方向閥13-

回轉(zhuǎn)馬達14-選擇閥15-動臂油缸16-斗桿油缸17-鏟斗油缸18-

制動閥19-行走制動器操作閥20-減壓閥

21-

單向閥22-制動油缸2.5挖掘機空調(diào)制冷系統(tǒng)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)是由壓縮機、冷凝器、儲液干燥器、膨脹閥、蒸發(fā)器和鼓風(fēng)機等設(shè)備通過銅管或鋁管和高壓橡膠管連接成一個密閉系統(tǒng)。

如圖2.2所示，此空調(diào)制冷系統(tǒng)采用的是單級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，是較為典型的非獨立式汽車空調(diào)系統(tǒng)。圖2.2挖掘機空調(diào)制冷系統(tǒng)的組成2.5.1挖掘機空調(diào)的制冷原理制冷循環(huán)過程一般分為以下四個過程：（1）壓縮過程壓縮機將蒸發(fā)器出口的低溫低壓氣態(tài)制冷劑壓縮，成為高溫高壓的過熱汽，后經(jīng)高壓管路進入冷凝器冷凝。在此過程中，壓縮機吸氣口的溫度和壓力分別為0℃和150kPa左右,出氣口的溫度和壓力分別為80℃和1500kPa左右，制冷劑為高溫高壓氣態(tài)(2)冷凝過程進入冷凝器的高溫高壓氣體經(jīng)過冷卻風(fēng)扇的冷卻，為制冷劑降溫，由氣體變?yōu)橐后w后流向儲液干燥器進行脫水干燥。在這個過程中，制冷劑則由高壓氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏阂后w，高溫高壓的制冷劑通過冷凝器釋放出大量的熱量。（3）節(jié)流過程經(jīng)過脫水干燥后的高壓制冷劑液體進入膨脹閥，由于膨脹閥的進口的空間比較小、出口的空間比較大，所以制冷劑流出膨脹閥后，體積變大、壓力降低、溫度同時也降低。在這個過程中的制冷劑液態(tài)狀態(tài)并沒有改變，(4)蒸發(fā)過程在膨脹閥節(jié)流后進入蒸發(fā)器的液態(tài)霧狀制冷劑，因為其壓力和溫度均已降低，沸點低于蒸發(fā)器的溫度，所以制冷劑將要汽化，由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)，吸收蒸發(fā)器周圍的熱量，因而使得車內(nèi)的溫度降低。在這個過程中，液態(tài)制冷劑經(jīng)蒸發(fā)器吸熱汽化后轉(zhuǎn)化為低壓的體，然后經(jīng)低壓管路流回壓縮機后，再進行下一個制冷循環(huán)。圖2.3制冷理論循環(huán)p-h圖2.5.2挖掘機空調(diào)制冷壓縮機壓縮機是汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的心臟，其作用是維持制冷劑在制冷系統(tǒng)中的循環(huán)流動，吸人來自蒸發(fā)器的低溫、低壓制冷劑蒸氣，壓縮制冷劑蒸氣使其壓力和溫度升高，并將高壓制冷劑蒸氣送往冷凝器。壓縮機和膨脹閥是制冷系統(tǒng)中低壓和高壓與低溫和高溫的分界處。1.翹板式壓縮機(1)工作原理翹板式壓輸機是種軸向活塞式壓縮機，各氣缸以壓縮機主軸為中心布置，活塞運動方向平行于壓縮機的主軸，活塞和翹板用連桿相連，連桿的兩端和活塞及翹板之間用球形萬向節(jié)連接，使翹板的擺動和活塞的移動協(xié)調(diào)而不發(fā)生干涉。翹板中心用鋼球作支承中心并用一對固定的圓錐齒輪來限制翹板的運動，使翹板只能沿壓縮機軸線方向前后移動，但不能繞軸線轉(zhuǎn)動。壓縮機的主軸與傳動板固定在一起，主軸轉(zhuǎn)動時帶動傳動板一起旋轉(zhuǎn)。由于傳動板是楔形的，迫使翹板翹動，翹板的任何一邊向后推動，相對的另一邊就向前移動，就像蹺蹺板。通過鋼球與翹板連接的連桿,活塞就能進行往復(fù)運動，完成對應(yīng)的壓縮一排氣一膨脹-吸氣的過程。圖2.4翹板式壓縮機工作原理1-活塞；2-壓塊；3-鋼球；4-擺盤；5-主軸；6-楔形傳動板；7-連桿主要結(jié)構(gòu)圖2.5SD-5翹板式壓縮機結(jié)構(gòu)圖2.斜盤式壓縮機斜盤式壓縮機是一種軸向往復(fù)活塞式壓縮機。目前它是汽車空調(diào)壓縮機中使用最多，應(yīng)用最為廣泛的一種，(1)工作原理斜板壓縮機的主要零件是主軸和斜板，各氣缸以壓縮機主軸為中心布置，活塞運動方向與壓縮機的主軸平行以便活塞在氣缸體中運動。雙頭活塞的兩活塞各自在相對的缸(-前一后)中滑動，活塞一頭在前缸中壓縮制冷劑蒸汽時，活塞的另一頭就在后缸中吸入制冷劑蒸汽，反向時互相對調(diào)。各缸均裝有高低氣閥，另有一根高壓管，用于連接前后高壓腔。斜板與壓縮機主軸固定在一起，斜板的邊緣裝在活塞中部的槽中，活塞槽與斜板邊緣通過鋼球軸承支承在一起。當主軸旋轉(zhuǎn)時，斜板也隨之旋轉(zhuǎn)，斜板邊緣推動活塞作軸向往復(fù)運動。斜板轉(zhuǎn)動一周，前后兩個活塞各完成壓縮、排氣膨脹、吸氣一個循環(huán)，相當于兩個氣缸作用。如果是軸向6缸壓縮機，缸體截面上均勻分布3個氣缸和3個雙頭活塞，當主軸旋轉(zhuǎn)一周時，相當于6個氣缸在作用。圖2.6斜盤式壓縮機工作原理1-雙頭活塞；2,5-鋼球；3-斜板；4-主軸（2）主要結(jié)構(gòu)圖2.7斜盤式壓縮機結(jié)構(gòu)圖1-主軸；2-活塞；3-旋轉(zhuǎn)斜盤；4-吸氣閥；5-前排氣閥；6-前蓋；7-前缸半部；8-后缸半部；9-油底殼；10-后蓋；11-機油泵齒輪圖2.8渦旋式壓縮機工作原理(a)吸氣結(jié)束；(b)壓縮行程；(c)排出開始之前1-固定圈；2-動圈；3-固定圈渦旋中心；4,5,6,8-制冷劑蒸汽；7-最小壓縮容積；9-排氣口；10-動渦旋中心；11-開始壓縮容積(最大容積);12-回旋半徑3.渦旋式壓縮機渦旋式壓縮機是一種主要適用于汽車空調(diào)的新型壓縮機，它與往復(fù)式壓縮機相比具有效率高、噪聲低、振動小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，被認為是一種較為先進的壓縮機。(1)工作原理渦旋式壓縮機主要由具有渦旋葉片圈的動、定兩渦旋盤所組成，相互錯開180°，在兩個點上相互接觸，相當于嚙合作用。吸氣結(jié)束時,一對渦旋圈形成了兩對月牙形容積，最大的月牙形容積11將開始壓縮，動圈渦旋中心繞定圈渦旋中心繼續(xù)回旋公轉(zhuǎn)，原來最大的月牙形容積已壓縮，動圈被曲軸帶動而再作回旋運動，被壓縮的容積縮小到最小壓縮容積7，這一月牙形容積中的制冷劑蒸氣即將與設(shè)在渦旋圈中心的排氣口相通。在壓縮的同時,動圈與定圈的外周又形成吸氣容積(4、8人口處)，再回旋，再壓縮，如此周而復(fù)始完成吸氣、壓縮、排氣工作過程。

（2）主要結(jié)構(gòu)圖2.9渦旋式空調(diào)壓縮機結(jié)構(gòu)1-球軸承F;2-前蓋；3-軸封；4-主軸；5-帶密封條的球軸承R;6-偏心塊；7-動渦旋盤；8-密封條；9-靜蝸旋盤；10-螺栓；11-排氣閥組件；12-O形密封圈；13-氣缸體；14-運動環(huán)形限位器；15-鋼球；16-固定環(huán)形限位器；17-平衡塊2.5.3挖掘機空調(diào)冷凝器汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)中的冷凝器是一種熱交換器，是由管子與散熱片組合起來的。其作用是將壓縮機排出的高溫、高壓制冷劑蒸汽進行冷卻，使其凝結(jié)為高壓制冷劑液體。冷凝器的管片材料最早是全銅的，現(xiàn)在大部分是全鋁的，只有少量采用銅管鋁片的。1.管片式冷凝器管片式冷凝器是汽車空調(diào)常用的一種冷凝器，它的結(jié)構(gòu)較為簡單，因此制造工藝也比較簡單，即用脹管法將鋁翅片脹緊在紫銅管上，管端部用U形彎頭焊接起來。其中，翅片在增大冷凝器散熱面積的同時，還起到支撐銅管或鋁管的作用。這種冷凝器的散熱效率低且清理焊接氧化比較麻煩。圖2.10管片式冷凝器圓管；2-進口；3-翅片；4-出口2.管帶式冷凝器管帶式冷凝器散熱效果比管片式冷凝器好一些(一般可高10%左右)，它是由多孔扁管與S形散熱帶焊接而成，工藝較為復(fù)雜，焊接難度大且材料要求高，一般用在小型汽車的制冷裝置上。圖2.11管帶式冷凝器盤管；2-散熱片；A-氣態(tài)制冷劑；B-液體制冷劑3.鰭片式冷凝器鰭片式冷凝器是在扁平的多通道表面直接銑出鰭片狀散熱片，然后裝配成冷凝器。由于散熱鰭片與管子為一個整體，不存在接觸熱阻，故傳熱性能較好;另外，管、片之間無需復(fù)雜的焊接工藝，加工性好，節(jié)省材料，而且抗振性也特別好。所以，該類型冷凝器是目前較先進的汽車空調(diào)冷凝器。圖2.12鰭片式冷凝器散熱片形狀；（b）冷凝器外形4.平行流冷凝器平行流式冷凝器是為適應(yīng)R134a制冷劑而研制的，是在管帶式冷凝器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其區(qū)別在于，管帶式冷凝器自始至終只有一條呈蛇形彎曲的扁管，流程長，壓力損失大。又由于進入冷凝器時制冷劑是氣態(tài)，比容大，需要的通徑大;出冷凝器時己完成變?yōu)橐簯B(tài)，比容小，只需要較小的通徑。普通管帶式結(jié)構(gòu)的管徑從頭到尾是相同的，管道空間未被充分利用，不利于熱交換。而平行流式則在兩條集流管間有多條扁管相連，將幾條扁管隔成一組，形成進入處管道多，逐漸減少每組管道數(shù)，實現(xiàn)了冷凝器內(nèi)制冷劑溫度及流量分配均勻，提高了換熱效率。由于管道內(nèi)換熱面積得到充分利用，對于同樣的迎風(fēng)面積，平行流冷凝器的換熱量得到了提高。圖2.13平行流冷凝器1-圓筒集管；2-鋁制內(nèi)肋扁管；3-波形散熱翅片；4-連接管；5-接頭2.5.4挖掘機空調(diào)膨脹閥膨脹閥也稱節(jié)流閥，是組成汽車空調(diào)制冷裝置的主要部件，安裝在蒸發(fā)器人口處，是汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的高壓與低壓的分界點。其功用是:將來自儲液干燥器的高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流減壓;調(diào)節(jié)和控制進入蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑量;同時可防止壓縮機發(fā)生液擊現(xiàn)象和蒸發(fā)器出口蒸汽異常過熱1.F型熱力膨脹閥F型膨脹閥的工作原理如圖17所示。感溫包和蒸發(fā)器出口管接觸，故為外平衡式，蒸發(fā)器出口溫度降低時，感溫包、毛細管和薄膜上腔內(nèi)的液體體積收縮，膨脹閥閥口閉合限制制冷劑進入蒸發(fā)器。相反，如果蒸發(fā)器出口溫度升高，膨脹閥閥口開啟增加制冷劑流量。圖2.14F型熱力膨脹閥的工作原理1-毛細管；2-薄膜；3-進口；4-球閥；5-調(diào)整彈簧；6-出口；7-感溫包；8-閥桿2.H型熱力膨脹閥H形膨脹閥外形呈長方形，因其內(nèi)部通道像H而得名。它有四個接口通往汽車空調(diào)系統(tǒng)，其中兩個接口一個接儲液干燥器，另一個接蒸發(fā)器出口。另外兩個接口，一個接蒸發(fā)器出口，另一個接壓縮機進口。在高壓液體進口和出口之間，有一個球閥控制的節(jié)流孔，節(jié)流孔的開度大小由彈簧和感溫器控制。感溫包內(nèi)部的制冷劑直接感受從蒸發(fā)器出來的蒸汽溫度以控制桿下部球閥的上下運動，并于彈簧一起控制流量的大小。蒸發(fā)器溫度高，則感溫包內(nèi)制冷劑壓力增大，克服彈簧壓力后的球閥開度增大，制冷劑流量增大；蒸發(fā)器溫度低，與之相反。圖2.15H型熱力膨脹閥1-感溫包；2-至壓縮機進口；3-自儲液干燥器；4-彈簧；5-調(diào)整螺栓；6-球閥；7-至蒸發(fā)器進口；8-來自蒸發(fā)器2.5.5挖掘機空調(diào)蒸發(fā)器蒸發(fā)器的作用是將經(jīng)過節(jié)流降壓的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰汽化，吸收蒸發(fā)器表面周圍空氣的熱量而降溫，風(fēng)機再將冷風(fēng)吹到車內(nèi)，達到降溫的目的。1.管片式蒸發(fā)器管片式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與管片式冷凝器基本相同，只是長度更短些，厚度更厚些，尺寸更緊湊。由于管片式蒸發(fā)器存在一些缺點，沒有管帶式換熱效率高，所以在前置式空調(diào)中用得越來越少。但是，脹管與散熱片之間的獨特結(jié)構(gòu)，散熱片垂直排列，構(gòu)成垂直方向的直線水流通道，冷凝水可以順著散熱片往下流，能很好地解決頂置式空調(diào)的排水問題。圖2.16管片式蒸發(fā)器（mm）2.管帶式蒸發(fā)器管帶式蒸發(fā)器由多孔扁管與蛇形散熱鋁帶焊接而成，工藝比管片式復(fù)雜，需采用雙面復(fù)合鋁材及多孔扁管材料。該種蒸發(fā)器換熱效率比管片式可提高10%左右。圖2.17管帶式蒸發(fā)器3.層疊式蒸發(fā)器層疊式蒸發(fā)器由兩片沖壓成復(fù)雜形狀的鋁板疊焊在一起，組成制冷劑通道，每兩片通道之間夾有蛇形散熱帶。層疊式蒸發(fā)器采用薄板沖壓件，可以沖出各種擾流花紋狀制冷劑流道，把傳統(tǒng)單邊室結(jié)構(gòu)改成雙邊室結(jié)構(gòu)，克服了單邊室結(jié)構(gòu)由于U形腔形成的偏流而影響工質(zhì)傳熱性能的特點;上板與下板之間的連接方式由點結(jié)合改變成線結(jié)合，提高了結(jié)合的可靠性;同時增大了與翅片的結(jié)合面積，提高了空氣側(cè)的換熱效率，其換熱效率在目前市面上的蒸發(fā)器中為最高，層疊式的換熱效率可比管帶式提高10%以上;另一方面，由于采用高性能翅片，工質(zhì)通道具有最佳的液力半徑及其合理的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)最為緊湊，使蒸發(fā)器的質(zhì)量減小，單位制冷能力比單邊室提高15%以上。圖2.18層疊式蒸發(fā)器

第三章空調(diào)系統(tǒng)熱負荷的計算3.1參數(shù)確定經(jīng)過綜合考慮，確定計算車內(nèi)外邊界條件如下：空氣流與汽車相對速度:

15m/s;日照強度:

I水平=

1000W/m2

I垂直=

160W/m2

I散=40W/m2車寬:

1.81m車高:

1.45m車長:

4.64m3.2車外綜合溫度計算由于太陽輻射的影響使得車身表面溫度比環(huán)境溫度高許多，為了使得到的熱負荷更加精確，我們必須采取一些措施，因此引入車外綜合溫度的概念來簡化這部分熱負荷計算。其中：車頂綜合溫度：tc頂=ρI頂/(α2+K頂)+t2車側(cè)綜合溫度：tc側(cè)=ρI側(cè)/(α2+K側(cè))+t2式中：p:車外表面吸收系數(shù)，取0.9:I頂：車頂太陽輻射強度，I頂=I水平=1000W/m2:I側(cè)：車側(cè)太陽輻射強度，I側(cè)=(I垂直+I散

)/2=(160+40)/2=

100W/m2

:a2:

車外空氣與車表面的對流換熱系數(shù)，由經(jīng)驗公式:a2=(8.36+34.15v

)/4.2=33.48W/(m2●℃):K:車頂傳熱系數(shù):K:車側(cè)傳熱系數(shù):t2：環(huán)境溫度38°C。壁面?zhèn)鳠峄竟剑篞=KFΔt式中：K:傳熱系數(shù)；F:傳熱面積；△t:溫差。為簡化計算，車身各部分按多層均勻平壁考慮，根據(jù)傳熱學(xué)理論有：K=1/[(1/α1)+∑(δi/λi)+(1/α2)]式中：ɑi:車內(nèi)表面的對流換熱系數(shù)，按自然循環(huán)考慮，其值取15W

/(m2

.C);δi:各層材料的厚度;λi:各層材料的傳熱系數(shù)。車頂和車側(cè)的傳熱系數(shù)計算見表1：表3.1車頂和車側(cè)傳熱系數(shù)車頂車側(cè)結(jié)構(gòu)層構(gòu)成鋼板空氣間隙隔熱硬頂鋼板空氣間隙內(nèi)飾板單一結(jié)構(gòu)層厚度δi（mm）0.71550.7253單一結(jié)構(gòu)層導(dǎo)熱系數(shù)λi（W/(m2·℃)）51.360.1630.0651.630.1630.18∑(δi/λi)（(m2·℃)/W）0.1750.1801/α1（(m2·℃)/W）1/151/151/α2（(m2·℃)/W）1/33.481/33.48傳熱系數(shù)K（W/(m2·℃)）3.683.70由此可得：車頂綜合溫度：tc頂=ρI頂/(α2+K頂)+t2=0.9×1000/(33.48+3.68)+38=62.22℃；車側(cè)綜合溫度：tc側(cè)=ρI側(cè)/(α2+K側(cè))+t2=0.9×100/(33.48+3.75)+38=40.42℃；車地綜合溫度：tc地按41℃計算。3.3熱負荷計算通過車頂傳入熱負荷Q頂：車頂面積為3.7m2，則：Q頂=K頂F頂（tc頂-t1）=3.68×3.7×(62.22-25)=506.79W通過車側(cè)傳入車內(nèi)的熱負荷Q側(cè)：車側(cè)面積為11.2m2，則：Q側(cè)=K側(cè)F側(cè)(tc側(cè)-t1)=3.75×11.2×(40.42-25)=647.64W通過前壁板傳入車內(nèi)的熱負荷Q前：前壁板側(cè)傳熱系數(shù)為：4.63W/(m2·℃)，面積約為1.04m2。經(jīng)測溫度約為75℃，則：Q前=4.63×1.04×(75-25)=240.76W通過地板傳入車內(nèi)的熱負荷Q地：地板面積約為4.95m2，傳熱系數(shù)為：4.02W/(m2·℃)，則：Q地=4.02×4.95×(41-25)=318.38W通過車窗玻璃傳入車內(nèi)的熱負荷Q玻：窗玻璃面積：表3.2車窗玻璃面積（m2）全面積前窗3.460.8其中前窗擋風(fēng)玻璃并非垂直安裝，其垂直方向投影面積約為0.62m2，水平方向投影面積約為0.52m2。玻璃的傳熱系數(shù)為：K玻=11.5W/(m2·℃)則由于車內(nèi)外溫差而形成的熱負荷為：Q玻1=11.5×3.46×(38-25)W=517.27W又太陽總輻射量為：U=I側(cè)(3.46-0.8+0.62)+I水平·0.52=100×3.28+1000×0.52=848W則由于太陽輻射而形成的熱負荷為：Q玻2=(η+ρα1/α2)U·S式中：則Q玻2=(0.84+0.08×15/33.48)×848×1.0=742.71W總熱負荷：Q玻=Q玻1+Q玻2=517.27+742.71=1259.98W乘員熱負荷Q人：乘員全熱：108W司機全熱：175W總熱量Q人=0.9×4×108+175=563.8W挖掘機電機以及照明燈等的熱負荷Q附：暖風(fēng)機電機功率為90W，收放機功率約為50W，照明燈功率約為15W，則：Q附=90+50+15=155W總熱負荷：Q總＝Q頂＋Q側(cè)＋Q前＋Q地＋Q玻＋Q人＋Q附＝506.79+647.64+240.76+318.38+1259.98+563.8+155＝3692.35Ｗ取整：Q總=3700W通過以上計算分析，總熱負荷為3700W。

第四章挖掘機空調(diào)壓縮機的計算與選型4.1確定工況根據(jù)總熱負荷為3700W，再考慮到可能會有其他熱負荷，該空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)具有15%的裕量，因此，則系統(tǒng)制冷量Q=3700×1.15=4255W，此處取4300W。表4.1制冷工況條件系統(tǒng)制冷量Q=4300W蒸發(fā)溫度t0=5℃相應(yīng)蒸發(fā)壓力p0=349.63kPa冷凝溫度tk=60℃相應(yīng)冷凝壓力pk=1681.30kPa壓縮機吸氣過熱度Δtr=10℃膨脹閥前過冷度Δtg=10℃壓縮機計算工作轉(zhuǎn)速n=1800r/min4.2熱力計算由于車型較小，制冷劑管路很短，認為制冷劑的流度阻力及管路的吸熱放熱均可忽略不計。（1）壓縮機吸氣溫度：t1=t0+Δtr=15℃根據(jù)t1、p0查HFC134a過熱蒸汽的熱力性質(zhì)表，得壓縮機吸氣口的制冷劑的狀態(tài)參數(shù)：比焓：h1=410.455kJ/kg比體積：v1=0.079484m3/kg比熵：s=1.79074J/(kg·K)（2）根據(jù)pk、s查HFC134a過熱蒸汽的熱力性質(zhì)表，得壓縮機等比熵壓縮后的制冷劑比焓：h2=447.283kJ/kg（3）在設(shè)定工況條件下壓縮機的指示效率：ηi=(T0/Tk)+b·t0=0.84(b=0.002)（4）在設(shè)定工況條件下壓縮機排氣比焓為：h2s=h1+(h2-h1)/ηi=454.298kJ/kg（5）根據(jù)pk、h2s查HFC134a過熱蒸汽的熱力性質(zhì)表，得設(shè)定工況壓縮機的排氣溫度t2s為83℃。4.3壓縮機排量計算（1）膨脹閥前制冷劑溫度：t3=tk-Δtg=50℃（2）根據(jù)pk、t3查HFC134a過冷液體的熱力性質(zhì)表，得設(shè)定工況膨脹閥入口處制冷劑比焓：h4=275.128kJ/kg（3）本制冷系統(tǒng)的制冷劑單位質(zhì)量流量的制冷量為：q0=h1-h4=410.455-275.128kJ/kg=135.327kJ/kg（4）設(shè)計要求系統(tǒng)制冷量：Q=4300W=4.3kJ/s本次計算中的制冷劑質(zhì)量流量為：qmr=Q/q0=4.3/135.327kg/s=0.0311kg/s本次計算中的制冷劑體積流量為：qv=qmr·v1=0.0311×0.079484×106mL/s=2467mL/s則壓縮機每轉(zhuǎn)實際排氣量為：Vn=qv·(60/n)=2467×60/1800mL/r=82.2mL/r（5）壓縮機的輸氣系數(shù)，取λ=0.7，壓縮機每轉(zhuǎn)名義排氣量為：V=Vn/λ=82.2/0.7mL/r=117mL/r4.4壓縮機軸功率計算根據(jù)pk、s查制冷劑HFC134a過熱蒸汽的熱力性質(zhì)表，可得制冷劑在壓縮機等熵壓縮后的比焓：h2=447.283kJ/kg；制冷劑溫度：t2=83℃此次測試工況壓縮機單位等比熵理論功：w0=h2-h1=447.283-410.455=36.828kJ/kg此次測試工況壓縮機的理論等比熵功率：P0=w0·qm=36.828×0.0311kW=1.15kW此次測試工況壓縮機的指示效率：ηi=0.84此次測試工況壓縮機的指示功率：Pi=P0/ηi=1.15/0.84kW=1.37kW此次測試工況壓縮機的摩擦功率：Pm=1.3089×D2×s×i×n×pm×10-5=1.3089×(35×10-3)×(50×10-3)2×6×1800×0.50×105×10-5kW=0.595kW此次測試工況壓縮機所用軸功率：Ps=Pi+Pm=1.37+0.595kW=1.965kW4.5壓縮機的選型本車為小型乘用車，考慮造價成本及輸氣效率等因素后我們選擇采用的是斜盤式壓縮機。再根據(jù)壓縮機的各個參數(shù)，即轉(zhuǎn)速n的指定值和Q，Ps，qm的計算結(jié)果選擇相應(yīng)的壓縮機的型號，當Q=4.3KW，qm=0.0311Kg/s，壓縮機氣缸工作容積在600cm3左右時，選取壓縮機型號是SE5H14，其結(jié)構(gòu)參數(shù)為：缸徑D=50mm，行程s=35mm，氣缸數(shù)i=6。4.6壓縮機的校核本文所設(shè)計的壓縮機理論排氣量的數(shù)值為qv=138mL/r＞117mL/r，制冷量的數(shù)值Qe=5.74kW＞4.3kW，軸功率的數(shù)值Pe=1.806kW<1.965kW。通過上面所有的數(shù)值，能夠總結(jié)出本文可選用的壓縮機型號為SE5H14型，這個型號的壓縮機可以滿足系統(tǒng)運行要求并且能與所指定的車用空調(diào)系統(tǒng)相匹配。

第五章挖掘機空調(diào)冷凝器的設(shè)計計算5.1冷凝器的設(shè)計符合冷凝器的熱負荷可用公式Qk=mQ0求得，式中：因為挖掘機空調(diào)冷凝器在及其惡劣的環(huán)境下工作，故一般取m=1.5左右。此處取1.6則：Qk=1.6×4300kW=6880W5.2冷凝器的設(shè)計計算本次設(shè)計采用平流式冷凝器，換熱量為Qk=6880W，冷凝液的過冷度為10℃，已知：表5.1制冷工況參數(shù)壓縮機蒸發(fā)溫度t0=5℃壓縮機冷凝溫度tk=60℃壓縮機排氣溫度t2=83℃空氣進風(fēng)溫度ta1=38℃（1）確定制冷劑和空氣流量根據(jù)tk=60℃和排氣溫度t2=83℃，再加上冷凝液有10℃的過冷度。查HFC134a飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)圖表，得出排氣比焓h2=456.5kJ/kg，過冷液體比焓h3=278.7kJ/kg，那么制冷劑的質(zhì)量流量為：qm，r=Qk/（h2-h3）=6880/[(456.5-278.7)×1000]=0.0331kg/s取進出口的空氣溫差ta2-ta1=12℃，則空氣的體積流量為：qv,a=Qk/[ρaca(Ta2-Ta1)]=6880/(1.1378×1.0076×103×12)=0.5m3/s（2）結(jié)構(gòu)初步規(guī)劃多孔扁管截面與百葉窗翅片的結(jié)構(gòu)型式及尺寸見下圖：圖5.2多孔扁管與百葉窗結(jié)構(gòu)示意圖表5.3多孔扁管、翅片與百葉窗尺寸翅片寬度WF=16mm百葉窗角度αL=27°翅片高度HF=8.1mm多孔扁管高度2mm翅片厚度δF=0.135mm多孔扁管寬度3.35mm翅片間距PF=1.4mm扁管外壁面高度WH=3mm百葉窗間距PL=1.1mm扁管外壁面寬度WT=16mm百葉窗長度LL=6.5mm多孔扁管有四個內(nèi)孔，分三個流程，扁管數(shù)目依次為12、8、5。令迎面風(fēng)速為va=6m/s。根據(jù)初步的規(guī)劃，可以計算以下參數(shù)：1）每米管長扁管內(nèi)表面積Ar為：Ar=[2×(2+3.35)×10-3]×4m2/m=4.28×10-2m2/m2）每米管長扁管外表面積Ab，a為：Ab，a=2×(16+3)×10-3m2/m=0.038m2/m3）每米管長翅片表面積Af，a為：Af，a=2×8.1×10-3×16×10-3×1/(1.4×0.001)m2/m=0.1851m2/m4）每米管長總外表面積Aa為：Aa=Ab，a+Af，a=0.038+0.1851m2/m=0.223m2/m5）百葉窗高度HL為：HL=0.5×PL×tanαL=0.5×1.1×tan27°m2/m=0.2802mm6）扁管內(nèi)孔水力直徑Dn，r為：Dn，r=4Ac/P=(4×2×3.35)/[2×(2+3.35)]m2/m=2.5047mm7）翅片通道水力直徑Dh，a為：Dh，a=[(2PF-δF)(HF-δF)]/[(2PF-δF)+(HF-δF)]=[2×(1.4-0.135)×(8.1-0.135)]/[(1.4-0.135)+(8.1-0.135)]m2/m=2.183mm空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αa：最小截面處風(fēng)速va,max為：va,max=[6×1.4×(8.1+3)]/[(1.4-0.2802-0.135)×(8.1-0.135)]11.8m/s=11.8m/s根據(jù)空氣進口和出口溫度的平均值ta=(ta1+ta2)/2=(38+50)/2℃=44℃，查得：表5.4空氣熱力性質(zhì)密度ρ=1.1025kg/m3動力黏度μ=19.2×10-6kg/(m·s)熱導(dǎo)率λ=2.7×10-2W/(m·℃)普朗特數(shù)Pr=0.699計算出雷諾數(shù)Re、努塞爾數(shù)Nu及空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αa：Re=(ρ·va,max·PL)/μ=(1.1025×11.8×1.1×10-3)/(19.2×10-6)=745Nu=cRemPrn(Pr/Prw)k(s1/s2)pcφcz，式中：則Nu=0.71×7450.5×0.6990.36=17αa=Nuλ/PL=17×2.7×10-2/(1.1×10-3)W/(m2·℃)=417W/(m2·℃)（4）制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αr：查tk=60℃時HFC134a飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)圖表和熱物理性質(zhì)圖，有：表5.5制冷劑熱力性質(zhì)液態(tài)制冷劑的密度ρl=1054.2kg/m3氣態(tài)制冷劑的密度ρv=1/(11.46×10-3)=87.26kg/m3液態(tài)制冷劑的動力粘度μl=138.6×10-6kg/(m·s)液態(tài)制冷劑的導(dǎo)熱率λl=65.8×10-3W/(m·℃)液態(tài)制冷劑的普朗特數(shù)Prl=3.3325運動粘度νl=0.128×10-6m2/s熱擴散率al=0.0385×10-6m2/s液態(tài)制冷劑的普朗特數(shù)Prl=νl/al=3.3325由于制冷劑在冷凝器中出口是過冷的，在計算制冷劑當量流量時取平均干度χ=0.5，于是當量制冷劑質(zhì)量流量為：qm=[(1-0.5)+0.5×1054.2/87.26]×0.5×0.056243kg/s=0.1839kg/s1）第一流程的參數(shù)計算單一內(nèi)孔當量制冷劑質(zhì)量流量為：q'm=qm/(4×12)=0.1839/48kg/s=3.831×10-3kg/sRe=4q'm/(πDn,rμl)=4×3.831×10-3/(π2.5047×10-3×135.35×10-6)=14388此處為管內(nèi)強迫對流，Nu=0.023Re0.8Prl0.4=0.023×143880.8×3.33250.4=78.9制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：αr1=Nuλl/Dn,r=(78.9×65.8×10-3)/(2.5047×10-3)W/(m2·℃)=2073W/(m2·℃)2）第二流程的參數(shù)計算，其方法與第一流程一樣。當量制冷劑質(zhì)量流量為：q'm=qm/(4×8)=0.1829/32kg/s=5.747×10-3kg/sRe=4q'm/(πDn,rμl)=(4×5.747×10-3)/(π2.5047×10-3×135.35×10-6)=21584Nu=0.023Re0.8Prl0.4=0.023×215840.8×3.33250.4=109制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：αr2=Nuλl/Dn,r=(109×65.8×10-3)/(2.5047×10-3)W/(m2·℃)=2863W/(m2·℃)3）用同樣的方法可獲得第三流程的參數(shù)。當量制冷劑質(zhì)量流量為：q'm=qm/(4×5)=0.1829/20kg/s=9.145×10-3kg/sRe=4q'm/(πDn,rμl)=(4×9.145×10-3)/(π2.5047×10-3×135.35×10-6)=34346Nu=0.023Re0.8Prl0.4=0.023×343460.8×3.33250.4=158制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：αr3=Nuλl/Dn,r=(158×65.8×10-3)/(2.5047×10-3)W/(m2·℃)=4150W/(m2·℃)4）由于制冷劑側(cè)有三個流程，每個表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱面積也不同，因此必須按面積百分比計算其平均值。則平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：αr=(2073×12+2863×8+4150×5)/(12+8+5)W/(m2·℃)=2732W/(m2·℃)（5）計算扁管長度：根據(jù)經(jīng)驗取得空氣側(cè)的污垢熱阻Ra=0.0003(m2·℃)/W，由傳熱學(xué)公式得傳熱系數(shù)為：K=1/(1/αr·Aa/Ar+Ra+1/αa)=1/[1/2732×0.223/(4.28×10-2)+0.0003+1/417]=299W/(m2·℃)對數(shù)平均溫差為：Δtm=(ta2-ta1)/ln[(tk-ta1)/(tk-ta2)]=12/ln[(60-38)/(60-50)]℃=13℃所以所需傳熱面積（以外表面為基準）為：A0=Qk/KΔtm=6880/(299×13)m2=1.8m2所需扁管長度為：L=A0/（Aa×25）=1.8/(0.223×25)m=0.32m取L=0.35m。（6）校正空氣流量：按迎風(fēng)面積和進風(fēng)面風(fēng)速計算空氣體積流量為：qva=va(3+8.1)×10-3×25L=6×11.1×10-3×25×0.4m3/s=0.583m3/s這與第一步按熱平衡關(guān)系計算出的0.5m3/s相對誤差不大，不再重算。

第六章挖掘機空調(diào)蒸發(fā)器的設(shè)計計算本次設(shè)計為了使傳熱效率更大，采用層疊式蒸發(fā)器。根據(jù)以上負荷計算可以得出在夏季車內(nèi)需要大約4300W的制冷量，同時也得到制冷劑循環(huán)量qm=0.0311kg/s。此時，為了便于計算，我們令蒸發(fā)器出口過熱度為5℃，取蒸發(fā)器進風(fēng)溫度：干球溫度27℃，濕球溫度19.5℃。由上述設(shè)計任務(wù)中的條件，t0=5℃，過熱度為10℃，則蒸發(fā)器出口的制冷劑溫度為t1=15℃，再由進出口參數(shù)查制冷劑的熱力性質(zhì)表，得h1=410.455kJ/kg，h4=275.128kJ/kg。制冷劑的循環(huán)量：qmr=Q/q0=4.3/135.327kg/s=0.0311kg/s初步規(guī)劃散熱板及翅片與百葉窗尺寸示意圖如下圖所示：圖6.1散熱板及翅片與百葉窗尺寸示意圖表6.2散熱板及翅片與百葉窗尺寸翅片寬度WF=65mm百葉窗角度αL=37°翅片高度HF=7.9mm散熱板寬度WT=65mm翅片厚度δF=0.1mm散熱板高度HT=3.0mm翅片間距PF=1.8mm散熱板厚度δT=0.5mm百葉窗間距PL=1.1mm散熱板邊緣寬3.4mm百葉窗長度LL=6.8mm散熱板內(nèi)部隔熱板寬3.7mm由此可計算出內(nèi)部流道尺寸HH，WH分別為：HH=HT-2δT=(3.0-2×0.5)mm=2.0mmWH=WT-2×3.4-3.7=65-2×3.4-3.7mm=54.5mm1）每米散熱板內(nèi)表面積為：Ar=2×(HH+WH)=2×(2+54.5)×10-3m2/m=113×10-3m2/m2）每米散熱板外表面積為：Ab，a=2×(HT+WT)=2×(3+65)×10-3m2/m=136×10-3m2/m3）每米散熱板長迎風(fēng)面積Af為：Af=HT+HF=(3+7.9)×10-3m2/m=10.9×10-3m2/m4）每米散熱板長翅片面積為：Af，a=2×7.9×10-3×65×10-3×1/(1.8×0.001)m2/m=570.56×10-3m2/m5）每米散熱板長總外表面積為：Aa=Ab,a+Af，a=136×10-3+570.56×10-3m2/m=706.56×10-3m2/m6）肋通系數(shù)為：a=Aa/Af=706.56×10-3/(10.9×10-3)=64.8227）百葉窗高度HL為：HL=0.5PLtanαL=0.5×1.1×tan37°mm=414.455×10-3mm8）散熱板內(nèi)孔水力直徑為：Dh，r=(4HH·WH/2)/[2(HH+WH/2)]=(4×2×54.5/2)/[2×(2+54.5/2)]mm=3.7265mm（3）干工況下空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算由經(jīng)驗選取迎面風(fēng)速va=5m/s，可求最小截面處風(fēng)速為：va,max=va{[PF·(HF+HT)]/[(PF-Hc-δF)·(HF-δF)]}=5×{[1.8×10-3×(7.9+3)×10-3]/[(1.8-0.414455-0.1)×(7.9-0.1)×10-6]}m/s=9.78m/s按空氣進出口溫度的平均值：ta=20℃，查取：表6.3空氣參數(shù)空氣密度ρ=1.205kg/m3動力黏度μ=18.1×10-6kg/（m·s）熱導(dǎo)率λ=2.59×10-2W/(m2·℃)普朗特數(shù)Pr=0.703由此計算出空氣側(cè)的：雷諾數(shù)Re=ρva，maxPL/μ=1.205×9.78×1.1×10-3/(18.1×10-6)=716傳熱因子J=0.249Re-0.42Hc0.33(lLL/HF)1.1HF0.26=0.249×716-0.42×0.4144550.33×(6.8/7.9)1.1×7.90.26=0.018086努塞爾數(shù)Nu=JRePr1/3=0.018086×716×0.7031/3=10.877表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αa=Nuλ/PL=10.877×2.59×10-2/(1.1×10-3)W/(m2·℃)=256.104W/(m2·℃)（4）計算析濕系數(shù)與濕工況下空氣側(cè)的表面系數(shù)：表6.4設(shè)定參數(shù)出風(fēng)干球溫度7.25℃出風(fēng)濕球溫度6.5℃出風(fēng)比焓1.575kJ/kg（干）進風(fēng)干球溫度27℃進風(fēng)濕球溫度19.5℃進風(fēng)比焓55.6kJ/kg（干）求出析濕系數(shù)ξ：ξ=(ha1-ha2)/[c(ta1-ta2)]=(55.6-21.575)/[1.015252×(27-7.25)]=1.6969于是，濕球工況下空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：αa'=ξαa=1.6969×256.104W/(m2·℃)=434.5W/(m2·℃)（5）初估迎風(fēng)面積和總傳熱面積：1）計算干空氣流量為：Qm，a=Q/(ha1-ha2)=4.3/(55.6-21.575)kg/s=0.126kg/s2）計算干迎風(fēng)面積為：Af=qm，a/ρva=0.126/(1.205×5)m2=20.98×10-3m23）計算以外表面為基準的總傳熱面積為：A0=aAf=64.822×20.98×10-3m2=1.36m24）計算散熱板長度LT：一共有22塊散熱板，根據(jù)熱負荷情況，此次我們分成兩個流程，并令每個流程有11塊散熱板，則：LT=Af/[(HT+HF)×22]=20.98×10-3/[(0.003+0.0079)×22]m=0.087m取LT=0.1m。（6）計算制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：查HFC134a在t0=5℃時飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)圖表及熱物性圖可得：表6.5熱力性質(zhì)液態(tài)制冷劑的密度ρl=1277.15kg/m3液態(tài)制冷劑的動力粘度μl=270.3×10-6kg/(m·s)液態(tài)制冷劑的普朗特數(shù)Prl=vl/al=(0.2075×10-6)/(0.0523×10-6)=3.968氣態(tài)制冷劑的導(dǎo)熱率λv=12.22×10-3W/(m2·℃)氣態(tài)制冷劑的密度ρv=1/(58.45×10-3)kg/m3=17.11kg/m3氣態(tài)制冷劑的動力粘度μv=11.175×10-6kg/(m·s)又已知進口干度為0.3，出口過熱，平均干度為：χ=(1+0.3)/2=0.65由此可計算動力黏度的平均值為：μ=1/[χ/μv+(1-χ)/μl]-1=[0.65/11.175+(1-0.65)/270.3]-1kg/(m·s)=16.82×10-6kg/(m·s)每一散熱板制冷劑質(zhì)量流量為：qmr'=qmr/11=0.0311/11kg/s=2.827×10-3kg/s散熱板內(nèi)孔的制冷劑質(zhì)量流速為：qmr，A=qmr'/（1/4·π·Dh，r2）=0.002827/[3.1416/4×(3.7265×10-3)2]kg/(m2·s)=259.199kg/(m2·s)雷諾數(shù)為：Re=qmr，A·Dh，r/μ=259.199×3.7265×10-3/(16.818×10-6)=57433干度平均值為：χ=0.49+627Re-0.83=0.49+627×57433-0.83=0.56根據(jù)以上的計算，可以比較直觀的看出制冷劑的干度是變化的，所以說我們只能估計每個階段的占比。此處，我們?nèi)∵^熱蒸汽區(qū)占比20%，通過計算得出干燥點之前兩相區(qū)占比28%，則干燥點之后占比52%。1）干燥點之前的兩相區(qū)取χ=0.417，則在散熱板內(nèi)孔內(nèi)，制冷劑氣液兩相均勻紊流工況的Lockhart-Martinelli數(shù)Xtt和關(guān)聯(lián)系數(shù)F(Xtt)分別為：Xtt=[(1-χ)/χ]1-W/2(ρl/ρv)0.5(μv/μl)n/2=[(1-0.417)/0.417]1-0.3/2（1277.15/17.11）0.5（11.175/270.3）0.3/2=7.2F(Xtt)=(1+2.30/Xtt)0.374=(1+2.30/7.2)0.374=1.1095制冷劑兩相流折算成全液相時，在折算流速下的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：αl=A[qmr，A(1-χ)Dh,r/μl]-hqmr，A(1-χ)c=0.341×{[259.199×(1-0.417)×3.7265×10-3]/270.3×10-6}-0.3×259.199×(1-0.417)×1351=7032.0918W/(m2·℃)制冷劑兩相流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：αr1=αlPrl0.296F(Xtt)=7032.0918×3.9680.296×1.1095W/(m2·℃)=8978W/(m2·℃) 2）過熱區(qū)計算制冷劑側(cè)的：雷諾數(shù)Re=qmr，A·Dh，r/μv=(259.199×3.7265×10-3)/(11.175×10-6)=86434.5普朗特數(shù)Prv=0.8471努塞爾數(shù)Nu=0.023Re0.8Prv0.4ctcRcl其中：則：Nu=0.023×86434.50.8×0.84710.4×1×1×1.5=287.31表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αv=Nu×λv/Dh，r=(287.32×12.22×10-3)/3.7265×10-3W/(m2·℃)=942W/(m2·℃)（3）干燥點后的兩相區(qū)由經(jīng)驗可以取得χ=0.77，把χ'=0.55帶入干燥點之前的兩相換熱公式，計算αr2得：Xtt'=[(1-χ')/χ']1-W/2(ρl/ρv)0.5(μv/μl)n/2=[(1-0.5458)/0.5458]1-0.3/2×(1277.15/17.11)0.5×(11.175/270.3)0.3/2=4.6F(Xtt')=(1+2.30/Xtt)0.374