筑路机械闭式液压系统的发热分析与解决措施

秦晓燕

【摘 要】 由于工作环境的恶劣性和工况的复杂性，筑路机械液压系统较多采用闭式液压系统，由此带来的突出问题是发热，降低了工作质量和工作效率。本文根据闭式液压系统热平衡的计算分析，找到液压系统在工作中造成油温升高的关键因素，即系统工作压差、补油流量、系统总效率等，并以此为据，寻求提高液压系统工作效率的解决措施。

【关键词】 闭式液压系统  热平衡  分析  措施

筑路机械泛指公路工程施工中所需的各类机械，包括铲土运输机械;挖掘机械;工程起重机械;压实机械;桩工机械;路基与路面施工机械;黑色路面施工机械;水泥混凝土路面施工机械等多种类别。

由于筑路机械经常低速大负荷工作在高温、多粉尘的恶劣环境中，设备使用过程中，发动机产生的热量多，又没有良好的迎风散热条件，所以常常出现发动机过热和液压油温度过高等现象，致使设备不能正常工作。尤其是在应用闭式液压系统的机械设备中，由于油温上升，造成油液黏度下降，泄露增加，容积效率降低，甚至油液变质，形成堵塞元件小孔和缝隙的杂质，使得液压系统不能正常工作。

如何解决液压系统发热问题是提高筑路机械工作质量和工作效率的关键，本文通过对闭式液压系统的热平衡计算分析，提出具体的解决措施。

1 闭式液压系统的热平衡分析

在液压系统工作中，闭式液压系统内部油温的热平衡是决定系统工作寿命，甚至能否正常工作的重要因素之一。液压系统发热主要是由局部和沿程压力损失、内部泄漏及运动部件摩擦力等原因造成的功率损失转化而成，即根据能量守恒定律，损失的功率会转化成热量被系统的油液及元器件所吸收，使系统温度升高。

下面以由供油泵、溢流阀、马达、补油泵组成的闭式液压系统为例进行热平衡计算分析。

如果设系统的功率为W，则                   （1）

假设系统的总发热功率为H，则有  （2）

式中：Q为液压主泵的流量，L/min;△P为系统的工作压差，MPa;系统总效率为η，一般取0.65～0.75。

1.1 系统发热量计算

液压系统发热元件主要分为四类：液压泵、控制阀、液压马达、管路和管接头等，各元件发热量的计算公式分别为：

液压泵产生的热量                   （3）

式中，P1——液压泵进口压力;Q1——液压泵流量;η1——液压泵总效率

控制阀的发热量主要是溢流阀的溢流损失     （4）

式中，P2——溢流阀的设定压力;Q2——溢流流量

管路、接头和节流能量损失产生的热量为

（5）

式中，W——发动机功率

液压发达的能量损失所产生的热量      （6）

式中，P4——马达进口压力;Q4——马达实际工作流量;η2——马达总效率

依据能量守恒定律，系统的总发热量即系统的总发热功率。因此系统的总发热量                     （7）

1.2 系统散热量计算

闭式液压系统散热量由三部分组成，一为补油泵的冲洗散热，二为油散热器的散热，三为油箱散热。

补油泵散热量：闭式液压系统的补油泵将油箱的低温油输入液压回路中，置换掉回路中的高温油液，既补充了元件油液的泄露又降低了回路中油液的温度。补油泵散热是闭式系统散热的主要方式，闭式系统的大部分热量是靠补油泵的低温油液置换冲洗带走。

补油泵散热量计算公式为：       （8）

式中，油箱油液温度为T1，单位℃;油液密度为ρ，约为0.85Kg/L; 比热容为C，单位KJ/（Kg·℃），高温油为T2，单位℃;补油泵补油流量为Qb，单位L/min。

若不计液压元件表面散热，当液压回路各元件的发热量和补油泵的置换热量相等时，是闭式回路内部达到热平衡的条件。

即               （9）

补油泵流量L与液压主泵流量Q通常是按照确定比例来设计的，即L=KQ，其中K称为补油系数。设△T为低温油和热平衡油温度之差，即△T=T2-T1。

散热器的散热量：在实际工作中，由于工况的复杂性，补油泵散热是不能达到相应的温度控制要求的，必须配置一定散热量的散热器。

散热器散热量计算公式为：         （10）

式中：Q2为进入散热器的回油流量，单位L/miin;T3为散热器的出口油温。

液压油箱的散热量：闭式液压系统的油箱一般较小，但是仍旧具有一定的散热功能。

油箱散热量计算公式为：             （11）

式中：K为油箱散热系数，与通风条件有关;A为油箱的散热面积，单位;T为环境温度，单位℃。

因此总散热量为                    （12）

如果要取得良好的散热效果，则需总散热量Hs远大于总发热量H。

2 发热问题的解决措施

通过上述热平衡分析，得知液压系统温升△T与系统的工作压差△P成正比，与补油流量成反比，与系统总效率成反比。因此不能简单地根据油箱油液温度来推断系统内部的油液温度，而必须同时考虑负荷和补油流量才能正确地得出结论。

为避免液压系统温升过高，筑路机械在设计和使用时，应在以下几个方面给予特别注意：

2.1 正确匹配散热器

如果散热作用不好，直接导致油箱油液温度升高，最终反映在系统最高油温的超高，因此闭式液压系统设计时，如果系统负荷大，使用压力高，则必须相应加大换热量，即增加低温补油量L或增大补油系数，来置换出系统内更多的高温油液，并将其通过散热器进行冷却，以解决系统的散热问题。

2.2 定期清洗或更换滤清器

滤清器堵塞会导致系统内油量变少，由于筑路机械工作环境的恶劣性，滤清器较易堵塞，因此每工作200h就应该更换吸油滤清器，以消除油箱中的冷凝水;每工作500h就应该更换补油泵滤清器。

2.3 合理选用并定时更换液压油

对一些有特殊要求的设备应选用专用液压油。长时间高负荷运转、换油时间较长时，应选用性能好的抗磨液压油。使用中要保持液压油的良好品质，当筑路机械在高灰尘等恶劣环境中工作时，应时刻检测液压油的品质，防止液压油污染对系统造成损害。

2.4 系统压力调节适当

由于工况要求，液压系统压力调节，首先要满足执行元件所需要求，一般不超过额定压力。溢流阀的设定压力应比液压泵输出压力高，但应考虑系统热平衡分析，使其设定在合理的范围内。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1992.

[2]张士勇.闭式液压系统内油温分析[J].基建优化，2003，24（4）：2.

[3]张林慧.闭式液压系统油温过高的分析与计算[J].煤矿机械，2011年11月.