液压系统油液温升计算及冷却器选型

摘要: 介绍了液压系统的系统损耗功率及油液温升的计算。通过对两种冷却器的比较, 提出了正确的选型方法。

关键词: 液压系统; 油液温升; 冷却器; 损耗功率

1 前言

液压系统的压力、容积和机械损失构成总的能量损失, 这些能量损失都将转化为热量, 使系统油温升高。油温的变化将直接影响液压元件的寿命; 油温升高将使油液氧化, 加速油液的变质; 油温过高还严重影响液压油的稳定性, 进而影响液压系统的寿命和传动效率。为此, 应该对系统进行发热与温升计算, 以便对系统温升加以控制。下面对液压系统的发热量及温升计算和冷却器的选择予以介绍。

2 系统损耗功率和温升计算

2.1 损耗功率计算

液压系统发热的主要原因是由液压泵和执行器的功率损失以及溢流阀的溢流损失造成的。

其系统的损耗功率即发热功率为:

H=P( 1- η)

式中:

P—系统泵组的总驱动功率;

η—系统效率。

η=ηP

ηC

ηA

其中:

ηP

—液压泵的效率, 可从产品样本中查到;

ηA

—液压执行器总效率, 液压缸一般取0.9～0.95;

ηC

—液压回路的效率。

ηC=

Σp1 q1

ΣpP qP

式中:

Σp1 q1 —各执行器负载压力和负载流量即输入流量乘积的总和;

Σpp qp —各液压泵供油压力和输出流量乘积的总和。

系统的损耗功率即发热功率H 也可按下式估算, 由于热能的损耗总量约占泵组驱动功率的15%～30%, 因此:H=( 15%～30%) P

2.2 油液温升计算

液压系统中产生的热量H, 由系统中各个散热面散发至空气中, 其中油箱是主要散热面。因为管道散热面积相对较小, 且与其身的压力损失产生的热量基本平衡, 故一般略去不计。当只考虑油箱散热时, 其散热量HO 可按下式计算:HO=KAΔt

式中:

K—散热系数[ W(/ m2·℃) ] , 计算时可选用推荐值: 当通风很差( 空气不循环) 时, K=8[ W/( m2·℃) ] ; 通风良好( 空气流速为1m/s 左右)时, K=14～20[ W(/ m2·℃) ] ; 风扇冷却时,

K=20～25[ W(/ m2·℃) ] ; 用循环水冷却时,K=110～175[ W(/ m2·℃) ] 。A—油箱散热面积, m2;Δt—系统温升, 即系统达到热平衡时油温与环境温度之差。一般工作机械Δt≤35℃; 工程机械Δt≤40℃; 数控机床Δt≤25℃。当系统产生的热量H 等于其散发出去的热量HO 时, 系统达到平衡, 此时:

Δt=

H

KA ( 1)

当六面体油箱长、宽、高比例为1∶1∶1～1∶2∶3 且液面高度是油箱高度的0.8 倍时, 其散热面积的近似计算式为:

A=0.065 V2 3" ( 2)

由式( 1) 和( 2) 可导出:

Δt=

H

0.065KA V2 3"

式中:

V—油箱的有效容量, L。

若计算结果超出允许值并且适当加大油箱散热面积仍不能满足要求时, 则应采取风扇强制散热或加冷却器。

3 冷却器的选择

若系统长时间运转( 多班次连轴转) , 或出现环境温度过高等散热问题, 均可采用外装冷却器解决。

重工与起重技术

HEAVY INDUSTRIAL & HOISTING MACHINERY

No.4 2007

Serial No.16

2007 年第4 期

总第16 期

- 26-

重工与起重技术

HEAVY INDUSTRIAL & HOISTING MACHINERY冷却器包括油- 气冷却器和油- 水冷却器两种形式。这两种形式各有优缺点: 油- 气冷却器安装成本低、维修方便, 电机和电压可自由选取, 不会对液压系统造成损害; 但它比油- 水冷却器单元机组的体积大, 易产生噪音, 受环境温度影响较大。油- 水冷却器利用冷却水散热, 因此现场要有一定的水源, 当冷却水温度一定时, 它有固定的冷却能力, 而与环境温度上升无关, 与油- 气冷却器相比, 在相同冷却能力的情况下, 其体积更小, 但冷却水有渗漏的可能, 也可能进入液压油, 损害设备。选择油- 气冷却器时只要满足其冷却功率Pv=( 15%～30%) P, 再根据相应的产品样本即可查得冷却器的型号规格。

选择油- 水冷却器时的主要参数是换热面积AT

AT=

H- Ho

KΔtm

式中:

Δtm —对数平均温差, 即:

Δtm=

( T1 - t2) -( T2 - t1)

ln( T1 - t2) -( T2 - t1)

其中:

T1、T2—液压油液进出口温度, ℃;

t1、t2—冷却水进出口温度, ℃。

4 结束语

液压系统的设计计算包括系统压力损失、系统效率、系统发热与温升及液压冲击等。其计算的目的是验算液压系统的技术性能, 从而对液压系统的设计质量作出评价。如果发生矛盾, 则应对液压系统进行修正或改变液压元件规格。我公司设计人员根据多年的实践经验, 对油液温升问题做了详细地分析研究, 所选择的冷却器型号规格, 均达到了很好的冷却效果, 延长了液压油液的使用寿命, 减轻了对液压元件的损害, 因而, 延长了整套设备的使用寿命, 为用户节省了大量的维修与维护费用。