液压系统热平衡计算和冷却方式的设计

　　随着科技的发展,液压技术在工程机械、农业机械和其它诸多领域里的应用越来越广泛,但液压系统中功率损失大都转变为热量,这不仅关系到油温上升使效率下降,同时也将加速油的性质恶化,容易引起泄漏,使机械难以正常使用,故应对液压系统的热平衡进行计算,并设计适当的冷却方式,以避免油温上升的过高。

　　1 油温升高的原因与危害

　　1.1 原因

　　液压系统油温升高的原因是多方面的,主要原因是:

　　1)液压系统参数选择不当,如压力过高、流量过大、管路中直弯头太多等,使功率损失太大,造成系统油温升高;

　　2)液压油粘度选择不当。粘度过高会使压力瞬时损失增加;粘度过低,润滑性能下降,摩擦损失增加,泄漏量加大,效率降低,引起油温升高;

　　3)油箱容积过小,油面过低,自然散热面积不足;冷却装置选择不当,不能适应热平衡的要求;

　　4)液压油氧化变质,局部阻力增大;

　　5)油液中含有大量的气泡,产生“气蚀现象”。

　　1.2 危害

　　油温过高将给液压系统造成严重危害:

　　1)油温增高后,液压油的粘度降低,泄漏增加,液压容积效率降低;

　　2)油温增高后,导致油膜强度降低,润滑性能下降,摩擦力增加,以致系统发热,并形成恶性循环;

　　3)高温使油液加速氧化,性能变坏,油液寿命降低;

　　4)高温时液压元件发热变形,使热膨胀系数不同的运动副产生间隙变化,甚至出现/卡死0的现象。

　　因此,对液压系统进行热平衡计算,确定适当的散热器和风扇,以保证系统油温在正常状态下工作,是设计液压系统非常重要的一部分工作。

　　2 冷却系统的方式

　　液压系统产生的热量,一部分有油箱和管路、元件表面散发到大气中,一部分油液由冷却装置冷却。

　　液压系统的冷却方式有温控冷却、电控冷却、发动机自带风扇冷却。由于温控冷却、电控冷却系统的风扇转速随着液压系统的油温升高而加快,当油温降低到某一值时,风扇可以不转或在低速运转,故达到了节能和降噪的目的。现将各种冷却方式介绍如下。

　　2.1 采用温度调节阀的自动冷却系统

　　其结构原理见图1。

　　当液压系统开始工作时,液压油温度比较低,温度控制阀5处于通油状态,冷却泵1的油流,通过随动控制阀3。随动控制阀的a和b之间设置了节流孔,使a点和b点产生压差,即a点压力p_a远大于b点压力p_b,并且p_a.A₁>p_b.A₂+p₁(p₁为左端弹簧力;A₁,A₂为阀芯两端面积),在p_a压力的作用下,阀芯左移,液压油分两路通过阀芯,一路通过温度控制阀5回油箱,另一路通过马达输出口后回油箱,马达2低速旋转或不旋转。随着油温升高时,温度控制阀5慢慢关闭,当温度达到设定值时,温度控制阀5关闭液压油流动,使a点和b点没有压差产生,即p_a=p_b,随动控制阀5在弹簧力的作用下,阀芯右移处于②的位置,在冷却泵1的压力推动下冷却马达2高速转动带动风扇旋转,对散热器吹风进行冷却,从而降低液压油温度。随着温度高低的变化,马达转速也跟着变化。这样的系统比较节能。