拖拉机液压系统油温控制与改善分析

栾春敏 ，王真真 ，姚 瑶 ，原志华

（第一拖拉机股份有限公司大拖公司，河南 洛阳 471004）

0 引言

拖拉机的液压系统可以简单分成合油系统和分油系统两种形式[1]。合油系统的拖拉机，液压系统和传动系统共油，油液既充当传动箱的润滑油，同时也为液压系统供油。该结构较为简单，在目前的拖拉机中最为常见。分油系统的拖拉机，液压系统拥有独立的液压油箱，传动箱内的油液仅给齿轮进行润滑，不参与液压系统的循环。

拖拉机的液压系统按照其油泵、油缸和分配器等主要液压元件的布置形式可分为分置式、半分置式和整体式三种类型。拖拉机液压系统按照中位时油液是否通过主控制阀分为开心系统和闭心系统，中位时油液通过主控制阀称为开心系统，中位时油液不通过主控制阀则称为闭心系统[2]。常见的拖拉机液压系统主要有开心分置式和开心半分置式两种。

液压系统作为拖拉机田间作业的核心部件，承担着农具提升和旋转、润滑散热、控制等工作。液压系统在进行能量传递时，不可避免会产生一定的能量损失，损失的能量最终将会产生热量致使系统油温升高。拖拉机传动系工作温度达到90 ℃以上时，会导致液压系统工作不稳定，油液的润滑效果变差[3]。同时，高温会加速橡胶、尼龙等密封件和软管的老化，易造成液压系统失效。

因此，研究拖拉机液压系统油温的影响因素，并制定应对升温的措施对拖拉机液压系统正常工作具有重要作用。

1 液压系统高温的危害

拖拉机液压系统工作时，油温不能过低，亦不能过高。油温过低时液压油的黏度大，流动性差；油温过高则会导致液压油黏度下降，造成系统吸油困难并增加泄漏量。当拖拉机液压系统油温在50 ℃～70 ℃之间时工作效率最高。因为此时油液的黏度、润滑性和耐磨性均处于最佳状态，系统传递效率最高。拖拉机液压系统因工作性质的特殊，温度过高将会引起一系列故障。其主要影响有以下几点[4-8]：

1）油温升高使油液的黏度降低，因而液压元件及系统的泄漏量将增多，从而使液压泵的容积效率降低。

2）油温升高使得油液经过节流小孔或隙缝式阀口的流量增大，影响液压元件工作的稳定性，降低工作精度。

3）油温升高后相对运动表面间的润滑油膜将变薄，增加机械磨损。

4）油温过高会加速油液氧化，影响油液的使用寿命。

2 热源及散热形式分析

2.1 热源分析

拖拉机的液压系统可简单分为合油液压系统和分油液压系统两大类。在合油液压系统中，液压油在对变速箱齿轮进行润滑的同时也作为液压系统的油源。分油液压系统则是使用了独立的液压油箱作为液压系统油源的存储容器。针对合油液压系统，在分析液压油的发热时还应当考虑变速箱的效率损失所造成的液压油、液压系统升温。

合油结构拖拉机液压系统发热来源如下：

1）传动系齿轮摩擦生热。变速箱换挡制动片滑摩产生的热量是液压传动系统油温过热的一个主要原因。变速箱换挡制动片在开始结合与开始分离的瞬间有极短时间的滑摩，这是机械结构无法克服的。这时，液压传动油就起到润滑与冷却的作用，换句话说，滑摩产生的热量要传递到液压传动油中。若滑摩时间过长，液压传动油的工作温度就会迅速升高。

2）齿轮搅油生热。变速箱内齿轮旋转时，带动空气进入润滑油，致使变速箱内润滑油产生大量泡沫[9]。液压泵工作时，会从变速箱内吸油，更容易将空气同时带入，造成液压泵润滑不佳，温度急速升高，此种情况在合油液压系统中尤为突出。

3）液压系统压力损失做功生热。液压系统的发热主要由油泵、阀和管路等几处的发热组成。液压系统中泵的效率损失、管路压力损失以及液压元件（如阀、油缸等）的溢流等，都将进行做功并产生热量。系统的热量大部分被液压油吸收，并以热辐射的形式向周围扩散。

液压油通过管路、阀及附件等沿程损失所产生的热量为：

式中，H——发热量，kcal/h；ΔP——压力损失，MPa。

分油结构的拖拉机液压系统发热则不需要考虑变速箱的发热，但当传动系的发热量和耗散量差别过大时，需要考虑给拖拉机变速箱增加散热装置。

热平衡散热器面积计算公式为：

式中，A——散热器散热面积，m2；H发——一个周期内平均发热功率，W；H散——一个周期内平均散热功率，W；K——散热系数，一般取21～23；ΔT——温差，℃。

2.2 散热形式分析

拖拉机液压系统散热主要有自然散热和强制散热[10]两种途径。

自然散热是指热量通过拖拉机变速箱箱体或液压系统中的油箱或者管路表面向外辐射。

拖拉机变速箱的壁厚对散热有一定的影响，壁厚过厚，系统自然散热效果差，壁厚过薄则会影响箱体的强度。自然散热不能达到平衡时则需要给系统加装散热装置进行强制散热。

强制散热是指给系统增加动力源加装散热器，让液压油进入散热器进行循环散热。

3 油温升高的影响因素

3.1 环境温度高，冷却条件差

冷却条件不足，是造成液压系统高温的主要原因之一。拖拉机工况恶劣，在合油系统中，液压系统与传动系统共用油液，齿轮传动过程中的效率损失会加速油液升温。因此，冷却系统的冷却性能非常重要，测定此性能的允许环境最高温度如下：

式中，Tmax——传动系允许的最高环境温度，℃；T1——传动系主要箱体内润滑油稳定温度，℃；T1a——传动系油温达到稳定时周围的环境空气温度，℃。T1a在散热器护栅前方1 m且距离地面1 m处测定。

适用于温带地区作业的拖拉机Tmax应不低于40 ℃，适用于热带地区作业的拖拉机Tmax应不低于45 ℃。

传动系冷却条件差，散热不足，是造成高温的主因之一。

3.2 清洁度超标

油液清洁度是液压系统的重要指标。拖拉机液压系统清洁度超标，会使油路不畅，造成阀芯卡滞，使得阀芯开度减小，造成液压系统升温加快。因此，完善拖拉机液压系统清洁度标准，通过控制各个零部件的清洁度，进而控制整机油液清洁度。但是，只控制零部件的清洁度是不够的，液压系统还需要完善的过滤系统，保证有效过滤整机工作中产生的各种磨屑和杂物。

3.3 机械操纵不回位

拖拉机用于液压输出的多路阀多为机械结构，连接方式为机械拉杆或者软轴结构。在使用过程中，操纵机构出现卡滞问题，会使多路阀阀芯不能够回位，液压系统长期处在高压状态下，很快就会造成系统高温，如果不及时解决该问题，还可能进一步造成齿轮泵损坏的情况。

3.4 其他影响因素

油液选择不当、油的黏度太高或太低、调节的功率太高、液压系统混入异物引起堵塞等因素，也会导致油温升高。液压泵内因油污染等原因吸不上油，引起干摩擦，会使泵内产生高温，并传递到液压泵的表面。传动油过滤器阻塞，油路不畅，流量不足，压力建立迟缓；油泵排量过大，使溢流量过大；油箱过小，散热困难；液压管路管径小，弯头多，管道长，无卸荷回路；以上这些也会导致系统发热量增大。

4 应对措施

4.1 减小回油背压

由本文第二部分的分析可知，液压系统中回油背压越小则系统的发热量也越少。随着拖拉机配套农机具的品种多样化，为满足不同的农艺需求，很多用户都要求拖拉机具备更多的液压输出接口。部分机具在使用液压输出时需要液压系统给机具常供油。此时，若液压系统回路是从多路阀油口回油，回油系统需要承受一定的背压，液压系统的发热量会不断上升。在这种情况下，应考虑增加零压回油接口来减少回油背压造成的系统发热。特别是拖拉机后面挂接的机具有马达时，必须给系统设计零压回路，减小回油背压。

4.2 选择适当的散热方式

当拖拉机后方挂接的机具需要频繁使用液压输出时，系统升温不可避免，仅仅依靠自然散热不能满足系统的降温需要，此时可考虑增加系统的回油散热装置来限制系统升温。

4.3 控制液压系统清洁度

生产企业要从多方面采取措施，控制拖拉机的清洁度。而作为拖拉机的使用者，用户的责任也很重要，为了延长拖拉机的使用寿命，用户需要定期对拖拉机进行保养。定期清洗或更换滤芯，避免因滤芯破损或阻塞而导致过滤失效。

保持液压系统外部和内部的清洁，系统外部的污染物会造成隔绝和阻碍正常的油液冷却，系统内部的污染物会引起磨损导致油液泄漏。以上两种情况都会使散热效果下降，油温过快升高。

4.4 优化管路设计

应当将系统中的软管可靠地夹紧和定位，保证软管尺寸合适，装配时避免急弯。如果不这样，会增大油液流动的摩擦力，造成的结果是油液温度升高。同时，进行管路设计时，应当核算回油管的流速。

4.5 定期检查及养护

检查管路、阀、液压缸的振动情况，检查安装螺栓是否松动。

观察管路各处（法兰、接头、卡套）及阀的漏油情况，可用手摸检查；保持管路下部清洁，以使简单观察即能发现是否漏油。漏油一般在高温高压下最易被发现。

定时检查冷却器，定期对冷却器除垢。同时，保持箱体、油箱、管路及液压元件的清洁，清除表面泥土等影响散热的杂物。

定期过滤或更换润滑油，避免因润滑油氧化变质而污染整个液压系统，具体换油周期按照《拖拉机使用说明书》的要求执行。

5 结语

本文分析了液压系统高温的危害，通过对拖拉机热平衡影响因素的分析，给出了一些预防拖拉机液压系统高温的措施。特别是在用户使用方面，通过合理的整机检查和养护，能够有效降低拖拉机底盘油温，延长拖拉机的使用寿命。