筑路機械閉式液壓系統(tǒng)的發(fā)熱分析與解決措施

秦曉燕

【摘 要】 由于工作環(huán)境的惡劣性和工況的復雜性，筑路機械液壓系統(tǒng)較多采用閉式液壓系統(tǒng)，由此帶來的突出問題是發(fā)熱，降低了工作質(zhì)量和工作效率。本文根據(jù)閉式液壓系統(tǒng)熱平衡的計算分析，找到液壓系統(tǒng)在工作中造成油溫升高的關鍵因素，即系統(tǒng)工作壓差、補油流量、系統(tǒng)總效率等，并以此為據(jù)，尋求提高液壓系統(tǒng)工作效率的解決措施。

【關鍵詞】 閉式液壓系統(tǒng) ?熱平衡 ?分析 ?措施

筑路機械泛指公路工程施工中所需的各類機械，包括鏟土運輸機械;挖掘機械;工程起重機械;壓實機械;樁工機械;路基與路面施工機械;黑色路面施工機械;水泥混凝土路面施工機械等多種類別。

由于筑路機械經(jīng)常低速大負荷工作在高溫、多粉塵的惡劣環(huán)境中，設備使用過程中，發(fā)動機產(chǎn)生的熱量多，又沒有良好的迎風散熱條件，所以常常出現(xiàn)發(fā)動機過熱和液壓油溫度過高等現(xiàn)象，致使設備不能正常工作。尤其是在應用閉式液壓系統(tǒng)的機械設備中，由于油溫上升，造成油液黏度下降，泄露增加，容積效率降低，甚至油液變質(zhì)，形成堵塞元件小孔和縫隙的雜質(zhì)，使得液壓系統(tǒng)不能正常工作。

如何解決液壓系統(tǒng)發(fā)熱問題是提高筑路機械工作質(zhì)量和工作效率的關鍵，本文通過對閉式液壓系統(tǒng)的熱平衡計算分析，提出具體的解決措施。

1 閉式液壓系統(tǒng)的熱平衡分析

在液壓系統(tǒng)工作中，閉式液壓系統(tǒng)內(nèi)部油溫的熱平衡是決定系統(tǒng)工作壽命，甚至能否正常工作的重要因素之一。液壓系統(tǒng)發(fā)熱主要是由局部和沿程壓力損失、內(nèi)部泄漏及運動部件摩擦力等原因造成的功率損失轉(zhuǎn)化而成，即根據(jù)能量守恒定律，損失的功率會轉(zhuǎn)化成熱量被系統(tǒng)的油液及元器件所吸收，使系統(tǒng)溫度升高。

下面以由供油泵、溢流閥、馬達、補油泵組成的閉式液壓系統(tǒng)為例進行熱平衡計算分析。

如果設系統(tǒng)的功率為W，則 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

假設系統(tǒng)的總發(fā)熱功率為H，則有 ?（2）

式中：Q為液壓主泵的流量，L/min;△P為系統(tǒng)的工作壓差，MPa;系統(tǒng)總效率為η，一般取0.65～0.75。

1.1 系統(tǒng)發(fā)熱量計算

液壓系統(tǒng)發(fā)熱元件主要分為四類：液壓泵、控制閥、液壓馬達、管路和管接頭等，各元件發(fā)熱量的計算公式分別為：

液壓泵產(chǎn)生的熱量 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中，P1——液壓泵進口壓力;Q1——液壓泵流量;η1——液壓泵總效率

控制閥的發(fā)熱量主要是溢流閥的溢流損失 ? ? （4）

式中，P2——溢流閥的設定壓力;Q2——溢流流量

管路、接頭和節(jié)流能量損失產(chǎn)生的熱量為

（5）

式中，W——發(fā)動機功率

液壓發(fā)達的能量損失所產(chǎn)生的熱量 ? ? ?（6）

式中，P4——馬達進口壓力;Q4——馬達實際工作流量;η2——馬達總效率

依據(jù)能量守恒定律，系統(tǒng)的總發(fā)熱量即系統(tǒng)的總發(fā)熱功率。因此系統(tǒng)的總發(fā)熱量 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

1.2 系統(tǒng)散熱量計算

閉式液壓系統(tǒng)散熱量由三部分組成，一為補油泵的沖洗散熱，二為油散熱器的散熱，三為油箱散熱。

補油泵散熱量：閉式液壓系統(tǒng)的補油泵將油箱的低溫油輸入液壓回路中，置換掉回路中的高溫油液，既補充了元件油液的泄露又降低了回路中油液的溫度。補油泵散熱是閉式系統(tǒng)散熱的主要方式，閉式系統(tǒng)的大部分熱量是靠補油泵的低溫油液置換沖洗帶走。

補油泵散熱量計算公式為： ? ? ? （8）

式中，油箱油液溫度為T1，單位℃;油液密度為ρ，約為0.85Kg/L; 比熱容為C，單位KJ/（Kg·℃），高溫油為T2，單位℃;補油泵補油流量為Qb，單位L/min。

若不計液壓元件表面散熱，當液壓回路各元件的發(fā)熱量和補油泵的置換熱量相等時，是閉式回路內(nèi)部達到熱平衡的條件。

即 ? ? ? ? ? ? ? （9）

補油泵流量L與液壓主泵流量Q通常是按照確定比例來設計的，即L=KQ，其中K稱為補油系數(shù)。設△T為低溫油和熱平衡油溫度之差，即△T=T2-T1。

散熱器的散熱量：在實際工作中，由于工況的復雜性，補油泵散熱是不能達到相應的溫度控制要求的，必須配置一定散熱量的散熱器。

散熱器散熱量計算公式為： ? ? ? ? （10）

式中：Q2為進入散熱器的回油流量，單位L/miin;T3為散熱器的出口油溫。

液壓油箱的散熱量：閉式液壓系統(tǒng)的油箱一般較小，但是仍舊具有一定的散熱功能。

油箱散熱量計算公式為： ? ? ? ? ? ? （11）

式中：K為油箱散熱系數(shù)，與通風條件有關;A為油箱的散熱面積，單位;T為環(huán)境溫度，單位℃。

因此總散熱量為 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（12）

如果要取得良好的散熱效果，則需總散熱量Hs遠大于總發(fā)熱量H。

2 發(fā)熱問題的解決措施

通過上述熱平衡分析，得知液壓系統(tǒng)溫升△T與系統(tǒng)的工作壓差△P成正比，與補油流量成反比，與系統(tǒng)總效率成反比。因此不能簡單地根據(jù)油箱油液溫度來推斷系統(tǒng)內(nèi)部的油液溫度，而必須同時考慮負荷和補油流量才能正確地得出結論。

為避免液壓系統(tǒng)溫升過高，筑路機械在設計和使用時，應在以下幾個方面給予特別注意：

2.1 正確匹配散熱器

如果散熱作用不好，直接導致油箱油液溫度升高，最終反映在系統(tǒng)最高油溫的超高，因此閉式液壓系統(tǒng)設計時，如果系統(tǒng)負荷大，使用壓力高，則必須相應加大換熱量，即增加低溫補油量L或增大補油系數(shù)，來置換出系統(tǒng)內(nèi)更多的高溫油液，并將其通過散熱器進行冷卻，以解決系統(tǒng)的散熱問題。

2.2 定期清洗或更換濾清器

濾清器堵塞會導致系統(tǒng)內(nèi)油量變少，由于筑路機械工作環(huán)境的惡劣性，濾清器較易堵塞，因此每工作200h就應該更換吸油濾清器，以消除油箱中的冷凝水;每工作500h就應該更換補油泵濾清器。

2.3 合理選用并定時更換液壓油

對一些有特殊要求的設備應選用專用液壓油。長時間高負荷運轉(zhuǎn)、換油時間較長時，應選用性能好的抗磨液壓油。使用中要保持液壓油的良好品質(zhì)，當筑路機械在高灰塵等惡劣環(huán)境中工作時，應時刻檢測液壓油的品質(zhì)，防止液壓油污染對系統(tǒng)造成損害。

2.4 系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)適當

由于工況要求，液壓系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)，首先要滿足執(zhí)行元件所需要求，一般不超過額定壓力。溢流閥的設定壓力應比液壓泵輸出壓力高，但應考慮系統(tǒng)熱平衡分析，使其設定在合理的范圍內(nèi)。

參考文獻：

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，1992.

[2]張士勇.閉式液壓系統(tǒng)內(nèi)油溫分析[J].基建優(yōu)化，2003，24（4）：2.

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