大型液壓挖掘機(jī)液壓油散熱器選型計(jì)算

李縣軍，史繼江，石立京

（徐州徐工礦業(yè)機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221000）

本文以液壓挖掘機(jī)液壓油散熱器為研究對象，對液壓系統(tǒng)產(chǎn)的熱量進(jìn)行計(jì)算，主要包括液壓泵、多路閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及管路的壓力損失等，最后得到液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱功率損失。

1 液壓泵的功率損失

液壓泵的功率損失主要包括容積效率損失和機(jī)械效率損失，計(jì)算公式P1=（Ps/η1η2）×（1-η1η2），xQ/60dt，其中P1為液壓泵損失功率；PS為泵的輸出功率；η1、η2分別為泵的機(jī)械效率以及容積效率；px為泵的出口壓力；Q為液壓泵的輸出流量。表1為挖掘機(jī)相關(guān)參數(shù)。

表1 挖掘機(jī)工作循環(huán)相關(guān)參數(shù)

由計(jì)算公式可得PS={［（31×660）×0.35］+［（26×900）×0.35］+［（18×520）×0.18］+［（29×345）×0.12］}/60=303.94kW，P1=［303.94/（0.9×0.95）］×（1-0.9×0.95）=51.55kW，η1、η2分別為90%，95%。

2 多路閥的功率損失

多路閥的功率損失主要包括閥內(nèi)壓力損失和內(nèi)泄漏損失。閥內(nèi)壓力損失主要包括：鏟斗單閥芯合流功能造成的合流損失；動(dòng)臂提升相對回轉(zhuǎn)優(yōu)先造成的節(jié)流損失；正常油道的壓力損失。多路閥的功率損失如式P2=（ΔPfq+ΔPc×Qc+ΔPb×Qc+ΔPn×Qn）/60，式中Δpf為液壓閥的進(jìn)出口壓力差；ΔPc為多路閥泵2油路壓力損失；Qc為單泵流量；ΔPb為動(dòng)臂相對于回轉(zhuǎn)優(yōu)先閥壓力損失；P2為為多路閥的產(chǎn)熱功率。表2為挖掘機(jī)閥內(nèi)主要壓力損失。

表2 挖掘機(jī)閥內(nèi)主要壓力損失

結(jié)合表1相關(guān)參數(shù)，由計(jì)算公式可得P2={3×［660×0.35+900×0.35+520×0.18+345×0.12］+6×330×0.35+11.3×450×0.35+30×2.5}/60=76.5 kW。

3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率損失

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率損失主要包括液壓油缸損失和回轉(zhuǎn)馬達(dá)及減速機(jī)損失。

（1）油缸工作過程中由于液壓油的粘度、缸體的密封情況，以及液壓油在運(yùn)動(dòng)中存在的慣性力，會(huì)導(dǎo)致液壓缸的輸出流量和轉(zhuǎn)矩低于設(shè)計(jì)值，這部分的功率損失用缸體的總效率體現(xiàn)。計(jì)算式（1-η3）PQ/60dt，式中Py為由油缸的損失功率；P為油缸的工作壓力；η3為油缸總效率。由各廠家主閥性能參數(shù)及圖1實(shí)測數(shù)據(jù)可知，管路壓力損失與閥內(nèi)壓力損失之和約為3.2MPa，表3為在一個(gè)挖掘循環(huán)中油缸的壓力。

圖1 主泵與油缸之間的壓損

由公式可計(jì)算得Py={［（27.8×660）×0.35］+［（22.8×900）×0.35］+［（14.8×520）×0.18］+［（25.8×345）×0.12］}×（1-0.97）/60=8.02kW，η3為97%。

表3 油缸工作壓力

（2）回轉(zhuǎn)馬達(dá)功率損失主要是回轉(zhuǎn)馬達(dá)及減速機(jī)的機(jī)械效率和容積效率造成的損失，計(jì)算公式為Ph=Pm×Q×（1-η4η5）/60，式中Ph為回轉(zhuǎn)功率損失；Pm為回轉(zhuǎn)馬達(dá)工作壓力；Q為回轉(zhuǎn)式系統(tǒng)流量；η4、η5分別為馬達(dá)容積效率與機(jī)械效率，表4為回轉(zhuǎn)馬達(dá)及減速機(jī)壓力與流量。

表4 回轉(zhuǎn)馬達(dá)及減速機(jī)壓力與流量

由公式可計(jì)算得Ph=（22.8×450×0.35+25.8×345×0.12）×（1-0.9×0.95）/60=11.25 kW，η4、η5分別為90%、95%。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率損失P3=Pg+Ph=8.02+11.25=19.27kW。

4 管路及其他功率損失

管路的功率損失是由于流動(dòng)的液體需要消耗掉一部分能量，特別是流經(jīng)彎道時(shí)的壓力損失，主要包括進(jìn)油損失與回油損失，計(jì)算式為Pg=ΔPg（Qj+Qh），式中Pg為管路損失功率；Δpg為管道中的壓力損失，取1MPa；Qj為進(jìn)油流量，取進(jìn)油流量為681L/min；Qh因?yàn)橛透椎拇笮∏唤孛娣e的關(guān)系，取Qh=1.8×Qj=1225L/min。

由公式計(jì)算可得Pg=［1×（681+1225）］/60=31.76kW。

我們假定由于不同工作環(huán)境，液壓油、齒輪油等造成的功率損失約為輸入功率的10%，即Pq=［Ps/（η1η2）］×10%=35.55kW。

管路及其他功率損失P4=Pg+Pq=31.76+35.55=67.31kW。

液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱功率損失P=P1+P2+P3+P4=51.55+76.5+19.27+67.31=214.63kW。

5 結(jié)束語

對選型后的散熱器進(jìn)行熱平衡試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，選型的散熱器在環(huán)境溫度換算為50℃后，油溫皆低于90℃，滿足設(shè)計(jì)要求。

表5 熱平衡試驗(yàn)