快速定量装车液压系统冷却、加热装置解析

刘永光

(西山煤电(集团)有限公司屯兰矿选煤厂，山西 古交 030206)

·技术经验·

快速定量装车液压系统冷却、加热装置解析

刘永光

(西山煤电(集团)有限公司屯兰矿选煤厂，山西 古交 030206)

快速定量装车系统液压站液压油温过高或过低都会直接影响到液压站的正常运行，对装车的精确度和安全生产带来隐患。通过对液压系统的热力学计算，对液压站设置冷却和加热装置提供了理论依据，并从快速定量装车系统实际使用工况出发，设置液压冷却和加热装置回路，确保液压站安全稳定运行。

液压站;能量损失;冷却;加热;冷却、加热回路

液压站是快速装车系统的重要组成部分，它的主要功能是为缓冲仓和定量仓闸板的开关、装车溜槽的上升和下降、法码检验提供所需的压力油源。由于受工作环境和气候影响较大(北方冬季气温低，夏季气温高)，如果油温过高会使油质加速老化失效，同时会使油的黏度降低，从而造成液压系统压力漏泄增大，导致液压系统的容积效率极大降低，同时橡胶密封件常期在高温下而失效;如果油温过低就会加大油的黏度，从而使油泵吸油困难，同时造成系统内部残余压力增大。液压油有效的工作油温必须严格控制在15℃ ～55℃，为确保液压站能够正常运行，就应加装冷却和加热装置。

1 液压系统内部发热量的计算及冷却器的选择

液压系统内部发热量基本上是系统内部的能量损失产生，比如液压泵的功率损失、液压阀和管路压力损失、溢流阀的溢流损失等，依据能量守恒定理，所有损失的能量必定会转换成为热能，这些热能就会导致油液温度的升高。而液压系统的散热主要通过油箱来进行，当油箱所散发的热量小于系统发热量时，就需要加装冷却装置。下面为屯兰矿选煤厂快速装车系统液压站发热量的计算和冷却装置的选择，液压站的系统参数:

1．1 系统总发热量

一款合理的液压系统其总效率应达到70%～80%，以下分析油压系统内部发热量:

1．2 油箱的散热量

液压系统各部分的发热量，开始时会向周围环境散热，当油的温度达到一定程度时，油箱的散热量与液压系统的发热量相对平衡，此时系统会保持在一定的温度不再上升，液压系统就达到了平衡温度。油箱散热量计算:

通过计算可知，液压站工作工况H2小于H1，此时油箱的散热量远远小于系统工作时的发热量。

1．3 冷却器选择

由于考虑到空间面积的局限性、液压系统工况条件的限定及对节材降耗的要求，增加足够大的油箱面积无法实现。同时液压站存在无法提供足量的冷却水。

故根据计算和实际使用工况条件，选用流量为50～400 L/min的OK－ELSS型空气冷却器。其采用先进的薄管同步分层流动散热技术，利用薄壁管间的波浪状散热片，这样最大限度地保证了油与空气的接触面积，从而保证了油可以充分释放热量，同时减少散热器背压的产生。

2 加热器热功率的计算及加热器的选择

为保障液压站液压系统稳定运行，规定油箱内液压油温必须达到15℃以后，才能启动油泵电机工作，向系统输出动力油，油温度加热到15℃后，电加热就能够停止加热。

2．1 加热器发热量分析计算

设定油液初始油温为5℃，要把油加热到15℃，加热器所需产生的热量:

考虑到电加热器方便使用及发热效率的最大化，特别选用了电加热器，其功率计算如下:

式中:

η—发热效率，取80%。

2．2 加热器的选择

经计算、选型，使用了3支GYY4－220/3电加热器，每支加热器功率为2 kW，这种电热管式的加热器具备灵敏耐用、机械强度高、安全可靠度好、安全可靠、热效率高、结构简单等优点。加热器均匀安装在油箱底部，在油泵吸油管中心200 mm的范围内安装了温度变送器的测温探头，这样缩短了15℃的油泵启动所需的油温预热时间。

3 冷却系统和加热系统结构及安装形式

3．1 冷却和加热系统流程

夏季室温偏高、空间散热差，油液系统产生热量多;冬季温度偏低，常在－10℃以下，液压油温度偏低。为了提高冷却、加热效果和速度，设计、安装了单独的冷却、加热系统，选用了流量 Q=1．05×10－3循环泵，进行油液强制自循环。其液压系统流程示意图见图1。

图1 液压系统流程示意图

3．2 冷却系统及其安装

油温偏高需进行油液散热，打开循环泵通往冷却风机的阀门、冷却风机和循环油泵进行散热。并且与风冷却器并联安装了一个单向溢流阀，起到安全保护作用。

为使风冷却器能保持良好的通风散热效果，在油箱壁相隔200 mm以外安装风冷却器，使出风口和油箱有足够距离。从而避免冷却器发生无风区和回热事故。

3．3 加热系统及安装

油温偏低需进行油液加热时，关闭去冷却风机的阀门，开启旁通阀门，进行加热，防止油液局部过热。

电加热器水平均匀的插装于油箱底部并与箱底保持50 mm的距离，但不可安装过高，这样可能会因离液面太近，如有油液波动会造成加热器露出油面外，导致电加热器烧坏。另外，电加热器在加热过程中自身产生高温，并通过电加热管传递到了安装的法兰上，法兰密封橡胶在高温作用下迅速老化，失去弹性，导致密封部位泄漏漏油，为此使用了耐高热、耐油蚀的石棉密封圈进行密封。

为实现液压站冷却和加热自动化控制，在油箱中安装了精密的温度变送器，进行采集温度数据。夏季时，关闭旁通阀、去冷却器阀门，当温度≥55℃时，会自动启动风冷却器和循环油泵;当温度＜45℃时，会自动停止循环油泵和风冷却器。冬季时打开旁通阀，关闭去冷却器的冷门，当油温小于15℃时会自动开启电加热器和循环油泵;当油温≥15℃时会自动停止电加热器和循环油泵。

4 结束语

油液温度偏高或偏低，都会影响到液压系统的正常运行，设计安装了通风冷却器及电加热器，同时加装了循环油泵，并通过安装温度变送器实现自动化控制和操作，从而有效地避免了液压油温度偏高或偏低带来的事故。做到了液压站正常运行，保证了快速装车系统的正常作业和装车的精确度。

［1］雷天觉．新编液压工程手册［M］．北京:北京理工大学出版社，1998:11－38．

［2］ 张利平．液压设计与使用［M］．北京:海洋出版社，2004:53－55．

［3］林木生，谢光辉．液压与气动技术［M］．北京:煤炭工业出版社，2004:24－43．

Resolution on Cooling and Heating Device of the Hydraulic System of Rapid Quantitative Loading

Liu Yong－guang

The hydraulic oil temperature is a significant factor for the operation of hydraulic station in the rapid quantitative loading system．The phenomenon of hydraulic oil temperature was too high or too low would have a bad impact on the loading accuracy，and also comes with potential risks of production accidents．Study on the thermodynamic calculation of hydraulic system to provide a theoretical basis for hydraulic oil temperature control system design．From practical operating condition of the loading system，cooling and heating circuit of temperature control apparatus was set up，ensures the security and stability of hydraulic station．

Hydraulic station;Energy loss;Cooling;Heating;Cooling and heating circuit

TD402

A

1672－0652(2012)09－0016－03

2012－08－02

刘永光(1976—)，男，山西娄烦人，2003毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事机电方面的研究工作(E －mail)zhang5108168@163．com