浅谈液压系统过热的原因及排除方法

杨运高

液压系统油液过热,会造成操作不灵活、作业不连续、工作无力以及工作压力降低等故障。因此,笔者就液压系统的发热原因、造成的危害和预防措施进行了如下简单分析和探讨。

一、液压系统过热的危害

当液压阀件的阀芯、阀体材料不同、热膨胀系统不同的运动副之间间隙变化时,液压元件因系统过热而引起间隙变小,会产生动作不灵或卡死;或因系统过热而引起间隙变大,会造成泄漏增加,使工作性能及精度降低。

液压系统温度过高使油的黏度降低,泄漏增加,泵的容积效率和整个系统的效率会显著降低。由于油的黏度降低,滑阀等移动部件的油膜变薄并被切破,摩擦阻力增大,导致磨损加剧。

橡胶密封件过早变质可由多种因素引起,一个重要因素是油温过高。温度每升高10℃,密封件寿命就会减半。在高温下,橡胶密封件变质,弹性变性能力降低,使密封性能降低,甚至密封失效,最终导致系统严重泄漏。所以,应合理设计高效液压系统或设置冷却装置,使油液温度保持在65℃以下。

油温升高,必然导致油液过早氧化变质,油的使用寿命降低。石油基液压油形成胶状物质,并在元件局部过热的表面形成沉积物,析出物堵塞阻缝隙式阀口,导致液压元件失灵或卡死,无法正常工作等。

二、液压系统温升过高的主要原因

除了液压系统设计不当、液压泵吸气发热、节流高速系统、系统管路过细过长、弯曲过多,局部压力损失和沿程压力损失大等原因外,导致液压系统温升过高的原因还有:

第一,泄漏比较严重,液压泵压力调整过高,运动件之间磨损较大,便密封间隙过大,密封装置损坏,所用油液粘度过低等,都会使泄漏增加,油温升高。

第二,配合件的配合间隙太小或使用磨损导致间隙过大,内、外泄漏量大,造成容积损失大,如泵的容积效率降低,发热快、温升快。

第三,液压系统工作压力调整得比实际需要高。有时是因密封过紧或因密封件损坏、泄漏增大而不得不调高压力才能工作。

第四,按快进速度选择油泵容量的定量泵供油系统,在工作时会有大部分多余的流量在高压下从溢流阀溢流,而造成发热。

第五,系统中卸荷回路出现故障或因未设置卸荷回路,当系统不需压力油时,油泵不能卸荷,油液仍在溢流阀调定压力或卸荷压力较高的高压情况下流回油箱,引起油温升高。

第六,散热性能不良。油箱容积太小,散热面积不够,未安装油冷却装置,或虽有冷却装置但其容量过小;或储油量不足,使油液循环太快、冷却作用较差。

另外,气候及作业环境温度高,也导致油温升高。液压系统污染也会导致油温升高。在系统运作过程中,液压油中难免混入杂质和污物。受污染的液压油进入泵、马达、缸和阀的配合间隙后,会使元件表面划伤,影响运动表面的配合精度。另外,磨粒、杂质和灰尘通过加滤器时,会吸附在滤芯上,造成吸油阻力增加,也会引起油温升高。

三、液压系统温升过高的控制措施

1.根据不同的负载要求,经常检查、调整溢流阀的压力,使之恰到好处

泵及液压系统压力阀调节不当引起的系统发热,溢流阀压力过高或过低也会引起液压系统发热。例如,系统压力调节过高,会使液压泵在超过额定压力的状态下运行,使泵过载,导致油温升高;反之,如果系统压力调节过低,会使工作机构在正常负载下,频繁出现溢流阀开启卸荷现象,造成液压系统溢流发热。

2.合理选择液压油,特别是油液黏度

根据系统的工作压力和工作环境正确选用液压油。在条件允许的情况下,尽量采用低一点的粘度以减少黏度摩擦损失。液压油牌号选用不当或油液质量差引起油温过高。如果误用黏度过高的油液,引起液流压力损失过大,转化为热能,会引起温升过高;相反,如果误用黏度过低的液压油,也会引起工作液压泵及液压元件内泄漏大,产生热量,油温升高。 所选液压油在油温较低时,系统正常工作,但系统工作一段时间后,油温升高,液压油黏度下降,造成系统内部泄漏增加,伴随泄漏的增加更促使了油温的上升,形成油温的恶性循环。液压泵容积效率和整个系统效率显著下降。在中高压系统中,该特点尤为明显,造成机器加压时间延长,甚至停机,严重影响生产,并污染周围环境。解决的方法是:根据系统的负载及正常工作温度要求,选择合适黏度的液压油。

3.定期更换液压油

一般液压系统在累计工作超过1000h后需要换油。换油时,不仅要放净油箱内的油液,还要清理整个管路及元件内的油液;加油时,可用经过滤器对油品进行初次过滤,并加足油量,使油液经过工作循环后能在油箱中得到充分的冷却、沉淀,否则系统会因缺油造成液压油循环过快,未能充分静置散热,使油温升高。

4.定期清洗,更换过滤器

过滤器工作一段时间后,油液中的杂质将积聚在滤芯表面,使通流面积减小,通流阻力上升。为了保证过滤器的正常稳定工作,需要根据所用滤芯的性能、结构和有效期对其进行清洗和更换。

5.提高液压元件和液压系统的装配质量与自身精度,严格控制配合件的配合间隙和改善润滑条件

采用摩擦系数小的密封材料和改进密封结构,尽可能降低液压缸的启动力,以降低机械摩擦损失所产生的热量。

6.诊断液压系统磨损发热大的液压元件,及时更换或修理

液压系统的效率主要取决于液压泵的容积效率。当容积效率下降到72%时,就需要进行常规维修,更换轴承和老化的密封件;更换或修复超出配合间隙的磨擦副,使其性能得到恢复。液压系统的容积效率下降,尤其液压泵和液压马达在系统工作过程中,经常处于高速运转状态。由于转速较高,齿轮泵的齿轮与泵体及侧板、柱塞泵和柱塞马达的缸体与配油盘等处将会由于磨损引起密封间间隙增大,导致内泄漏增加,油温升高。

7.诊断吸油故障,防止液压泵吸进空气和气蚀产生,以减少气泡受压产生局部高温

系统运行时,应保持油箱内的油面高度,保证泵的吸油管始终浸在油中。管接头,特别是吸油管路中的管接头应保持良好的密封,防止油压低于大气压时,空气从密封不良处进入液压系统。系统工作前及更换油液后,均进行排气。

8.油箱设计不合理,使液压系统散热效果降低

系统中油箱的主要功能是储存液压油,同时兼有散热、沉淀杂质、分离水分的作用。油箱设计不合理,主要表现在两个方面:一是油箱体积设计过小,油箱体积一般为液压泵流量的一倍左右,因此,油箱散热面积及储油量均较小;二是有些油箱在结构上设计不合理,吸油管口和回油管口较近,中间又不设隔板,从而缩短了油液在油箱内的冷却循环及沉淀杂质的路径,甚至造成大部分回油直接进入吸油管,使油箱的散热效果降低,油温升高。解决方法是:适当增加油箱体积,并尽量加大吸油管口与回油管口之间的距离,吸、回油管之间应设置隔板,以确保油箱应有的散热功率。

9.必要时增设冷却及升温装置

完善散热装置,设置冷却器,按油容积要求增大油箱,确保散热平衡液压系统温升。特殊场合采取强制冷却及升温。因结构限制,油箱不能太大,依靠自然冷却不能使油温控制在正常工作温度20～60℃时,可使用风冷、水冷等。特殊情况,需在液压系统中安装冷却器,将油温控制在合理范围内。相反,如户外作业设备在冬季启动时,油温过低,油黏度过大,设备起动困难,压力损失加大并引起过大的震动。在这种情况下,系统应安装加热器,将油温升至适合的温度。

(作者单位:河北省秦皇岛市高级技工学校)