液壓係統油液溫升計算及冷卻器選型

摘要: 介紹了液壓係統的係統損耗功率及油液溫升的計算。通過對兩種冷卻器（qì）的比較, 提出（chū）了正確的選型（xíng）方法。

關鍵詞: 液壓係統; 油液（yè）溫升; 冷（lěng）卻器; 損耗功率

1 前言

液壓（yā）係統的（de）壓力、容積和機械損（sǔn）失構成總的能量損失, 這些能（néng）量損失都將轉（zhuǎn）化為熱（rè）量, 使係統油溫升（shēng）高。油溫的變化將直（zhí）接影響液壓元件（jiàn）的壽命; 油溫（wēn）升高將使（shǐ）油液氧化（huà）, 加速油液的變質; 油溫過高還嚴重影響液壓油的穩定性, 進而影響液（yè）壓係（xì）統的壽命（mìng）和傳動效率。為此, 應該對係統進行（háng）發熱與（yǔ）溫升計算, 以便對係統溫升加以控製。下麵對液壓係（xì）統的發熱量及溫升（shēng）計算和冷卻器的選擇予以介紹。

2 係統損耗功率和溫升計算

2.1 損耗功率計算（suàn）

液壓係統發熱的主要原因是由（yóu）液壓泵和執行器的功率損失以及溢流閥的溢（yì）流損失造成的。

其係統的損（sǔn）耗功（gōng）率即發熱功率為:

H=P( 1- η)

式中:

P—係統泵組的總驅動功率;

η—係（xì）統效率。

η=ηP

ηC

ηA

其中:

ηP

—液壓泵（bèng）的效率（lǜ）, 可從產品（pǐn）樣本中查到;

ηA

—液壓執行（háng）器總效（xiào）率, 液壓缸一般取0.9～0.95;

ηC

—液（yè）壓回路的（de）效率。

ηC=

Σp1 q1

ΣpP qP

式（shì）中:

Σp1 q1 —各執行器負載壓力和負載流量即輸入流量乘積的總和;

Σpp qp —各液壓泵供油壓力和輸出流量乘積的（de）總和（hé）。

係統的損耗功率即發熱功率H 也可按下（xià）式估（gū）算, 由於熱能的損耗總量約占泵組驅（qū）動功率（lǜ）的15%～30%, 因此:H=( 15%～30%) P

2.2 油液溫升計算

液壓係統中產生的熱（rè）量H, 由係統中各個散（sàn）熱麵散發至空氣中, 其中油箱是（shì）主要散熱麵。因（yīn）為管道散熱麵積相對較小, 且與其身的壓（yā）力損失產生的熱量基本（běn）平衡, 故一般略去不（bú）計。當隻考慮油箱散熱時, 其散熱量HO 可按下式計算:HO=KAΔt

式中:

K—散熱係（xì）數[ W(/ m2·℃) ] , 計算時可選用推薦（jiàn）值: 當（dāng）通（tōng）風很差( 空氣不（bú）循環) 時, K=8[ W/( m2·℃) ] ; 通風良好( 空（kōng）氣流速為1m/s 左右)時, K=14～20[ W(/ m2·℃) ] ; 風扇冷卻時,

K=20～25[ W(/ m2·℃) ] ; 用循環水冷卻時,K=110～175[ W(/ m2·℃) ] 。A—油箱散熱麵積, m2;Δt—係統溫升, 即（jí）係統達到熱（rè）平衡（héng）時油溫與環境溫度之差。一般工作機械Δt≤35℃; 工程機械Δt≤40℃; 數控機（jī）床（chuáng）Δt≤25℃。當係統產生的（de）熱量H 等於其散發出去的熱（rè）量HO 時（shí）, 係統達到平衡, 此時:

Δt=

H

KA ( 1)

當六麵體油箱長、寬、高比（bǐ）例為1∶1∶1～1∶2∶3 且液麵高度是油箱高度的（de）0.8 倍時（shí）, 其散熱麵積的近似計算（suàn）式為:

A=0.065 V2 3" ( 2)

由式( 1) 和( 2) 可（kě）導出:

Δt=

H

0.065KA V2 3"

式中（zhōng）:

V—油箱的有效容量, L。

若計算結果超（chāo）出允許（xǔ）值（zhí）並且適當加大油箱散熱麵積（jī）仍不（bú）能滿足（zú）要求時, 則應采取風扇（shàn）強製散熱或加冷卻器。

3 冷卻器的選擇

若係統長時間運（yùn）轉（zhuǎn）( 多班次連軸轉) , 或出現環境（jìng）溫度過高（gāo）等散熱問題, 均可采用（yòng）外裝冷卻器解決。

重工與起重技術

HEAVY INDUSTRIAL & HOISTING MACHINERY

No.4 2007

Serial No.16

2007 年第4 期

總第16 期

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重工與起重技術

HEAVY INDUSTRIAL & HOISTING MACHINERY冷卻器包（bāo）括油- 氣冷卻器和油- 水冷卻（què）器兩種形式。這兩種形式各有優缺點: 油- 氣冷卻器安裝成本低、維修方便, 電機和電壓可自由選取, 不會（huì）對液壓係統造成損害; 但它（tā）比（bǐ）油- 水冷卻器單（dān）元機組的體積大, 易產生噪音（yīn）, 受（shòu）環境溫度（dù）影響較大。油- 水冷卻器利用冷卻水散熱, 因此現場要有一定的水源, 當冷卻水（shuǐ）溫度一定（dìng）時, 它有固（gù）定的冷卻能力（lì）, 而（ér）與環境溫度上升無關, 與油- 氣冷卻器相比, 在相同冷卻能力的情況下, 其體積（jī）更小（xiǎo）, 但冷卻水有（yǒu）滲漏的可能, 也可能進入液壓油, 損害設備。選擇油- 氣冷卻器時隻要滿足其冷卻功率Pv=( 15%～30%) P, 再根據相應的（de）產品樣（yàng）本即可查得冷卻器的（de）型號（hào）規格。

選擇油- 水冷（lěng）卻器時的主要參數是換熱麵積AT

AT=

H- Ho

KΔtm

式中:

Δtm —對數平（píng）均溫差, 即:

Δtm=

( T1 - t2) -( T2 - t1)

ln( T1 - t2) -( T2 - t1)

其中:

T1、T2—液壓油液進出口溫（wēn）度, ℃;

t1、t2—冷卻水進出口溫度, ℃。

4 結（jié）束語（yǔ）

液壓係統的設計計算包括係統壓力損失（shī）、係統效率、係（xì）統（tǒng）發熱與溫（wēn）升及液壓衝擊等。其計算的目的是驗算液壓係統的（de）技術性能, 從而對液壓係統的設計質量作出評價。如果發生矛盾, 則應對液壓係統進行修正或改變液壓元件規格。我公司設計人員根據多年的實踐經驗, 對油（yóu）液溫升問（wèn）題做了詳細（xì）地分析研究, 所選擇的冷卻（què）器型號規格, 均達到了很好的冷卻效果, 延長了（le）液壓油液（yè）的使用壽命, 減輕了對液壓元件的損害, 因而（ér）, 延長了整套設備的（de）使用壽命, 為用戶節省了大量的維修與維護費用（yòng）。