淺談液壓系統(tǒng)過(guò)熱的原因及排除方法

楊運(yùn)高

液壓系統(tǒng)油液過(guò)熱,會(huì)造成操作不靈活、作業(yè)不連續(xù)、工作無(wú)力以及工作壓力降低等故障。因此,筆者就液壓系統(tǒng)的發(fā)熱原因、造成的危害和預(yù)防措施進(jìn)行了如下簡(jiǎn)單分析和探討。

一、液壓系統(tǒng)過(guò)熱的危害

當(dāng)液壓閥件的閥芯、閥體材料不同、熱膨脹系統(tǒng)不同的運(yùn)動(dòng)副之間間隙變化時(shí),液壓元件因系統(tǒng)過(guò)熱而引起間隙變小,會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作不靈或卡死;或因系統(tǒng)過(guò)熱而引起間隙變大,會(huì)造成泄漏增加,使工作性能及精度降低。

液壓系統(tǒng)溫度過(guò)高使油的黏度降低,泄漏增加,泵的容積效率和整個(gè)系統(tǒng)的效率會(huì)顯著降低。由于油的黏度降低,滑閥等移動(dòng)部件的油膜變薄并被切破,摩擦阻力增大,導(dǎo)致磨損加劇。

橡膠密封件過(guò)早變質(zhì)可由多種因素引起,一個(gè)重要因素是油溫過(guò)高。溫度每升高10℃,密封件壽命就會(huì)減半。在高溫下,橡膠密封件變質(zhì),彈性變性能力降低,使密封性能降低,甚至密封失效,最終導(dǎo)致系統(tǒng)嚴(yán)重泄漏。所以,應(yīng)合理設(shè)計(jì)高效液壓系統(tǒng)或設(shè)置冷卻裝置,使油液溫度保持在65℃以下。

油溫升高,必然導(dǎo)致油液過(guò)早氧化變質(zhì),油的使用壽命降低。石油基液壓油形成膠狀物質(zhì),并在元件局部過(guò)熱的表面形成沉積物,析出物堵塞阻縫隙式閥口,導(dǎo)致液壓元件失靈或卡死,無(wú)法正常工作等。

二、液壓系統(tǒng)溫升過(guò)高的主要原因

除了液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)、液壓泵吸氣發(fā)熱、節(jié)流高速系統(tǒng)、系統(tǒng)管路過(guò)細(xì)過(guò)長(zhǎng)、彎曲過(guò)多,局部壓力損失和沿程壓力損失大等原因外,導(dǎo)致液壓系統(tǒng)溫升過(guò)高的原因還有:

第一,泄漏比較嚴(yán)重,液壓泵壓力調(diào)整過(guò)高,運(yùn)動(dòng)件之間磨損較大,便密封間隙過(guò)大,密封裝置損壞,所用油液粘度過(guò)低等,都會(huì)使泄漏增加,油溫升高。

第二,配合件的配合間隙太小或使用磨損導(dǎo)致間隙過(guò)大,內(nèi)、外泄漏量大,造成容積損失大,如泵的容積效率降低,發(fā)熱快、溫升快。

第三,液壓系統(tǒng)工作壓力調(diào)整得比實(shí)際需要高。有時(shí)是因密封過(guò)緊或因密封件損壞、泄漏增大而不得不調(diào)高壓力才能工作。

第四,按快進(jìn)速度選擇油泵容量的定量泵供油系統(tǒng),在工作時(shí)會(huì)有大部分多余的流量在高壓下從溢流閥溢流,而造成發(fā)熱。

第五,系統(tǒng)中卸荷回路出現(xiàn)故障或因未設(shè)置卸荷回路,當(dāng)系統(tǒng)不需壓力油時(shí),油泵不能卸荷,油液仍在溢流閥調(diào)定壓力或卸荷壓力較高的高壓情況下流回油箱,引起油溫升高。

第六,散熱性能不良。油箱容積太小,散熱面積不夠,未安裝油冷卻裝置,或雖有冷卻裝置但其容量過(guò)小;或儲(chǔ)油量不足,使油液循環(huán)太快、冷卻作用較差。

另外,氣候及作業(yè)環(huán)境溫度高,也導(dǎo)致油溫升高。液壓系統(tǒng)污染也會(huì)導(dǎo)致油溫升高。在系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中,液壓油中難免混入雜質(zhì)和污物。受污染的液壓油進(jìn)入泵、馬達(dá)、缸和閥的配合間隙后,會(huì)使元件表面劃傷,影響運(yùn)動(dòng)表面的配合精度。另外,磨粒、雜質(zhì)和灰塵通過(guò)加濾器時(shí),會(huì)吸附在濾芯上,造成吸油阻力增加,也會(huì)引起油溫升高。

三、液壓系統(tǒng)溫升過(guò)高的控制措施

1.根據(jù)不同的負(fù)載要求,經(jīng)常檢查、調(diào)整溢流閥的壓力,使之恰到好處

泵及液壓系統(tǒng)壓力閥調(diào)節(jié)不當(dāng)引起的系統(tǒng)發(fā)熱,溢流閥壓力過(guò)高或過(guò)低也會(huì)引起液壓系統(tǒng)發(fā)熱。例如,系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)過(guò)高,會(huì)使液壓泵在超過(guò)額定壓力的狀態(tài)下運(yùn)行,使泵過(guò)載,導(dǎo)致油溫升高;反之,如果系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)過(guò)低,會(huì)使工作機(jī)構(gòu)在正常負(fù)載下,頻繁出現(xiàn)溢流閥開(kāi)啟卸荷現(xiàn)象,造成液壓系統(tǒng)溢流發(fā)熱。

2.合理選擇液壓油,特別是油液黏度

根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和工作環(huán)境正確選用液壓油。在條件允許的情況下,盡量采用低一點(diǎn)的粘度以減少黏度摩擦損失。液壓油牌號(hào)選用不當(dāng)或油液質(zhì)量差引起油溫過(guò)高。如果誤用黏度過(guò)高的油液,引起液流壓力損失過(guò)大,轉(zhuǎn)化為熱能,會(huì)引起溫升過(guò)高;相反,如果誤用黏度過(guò)低的液壓油,也會(huì)引起工作液壓泵及液壓元件內(nèi)泄漏大,產(chǎn)生熱量,油溫升高。 所選液壓油在油溫較低時(shí),系統(tǒng)正常工作,但系統(tǒng)工作一段時(shí)間后,油溫升高,液壓油黏度下降,造成系統(tǒng)內(nèi)部泄漏增加,伴隨泄漏的增加更促使了油溫的上升,形成油溫的惡性循環(huán)。液壓泵容積效率和整個(gè)系統(tǒng)效率顯著下降。在中高壓系統(tǒng)中,該特點(diǎn)尤為明顯,造成機(jī)器加壓時(shí)間延長(zhǎng),甚至停機(jī),嚴(yán)重影響生產(chǎn),并污染周?chē)h(huán)境。解決的方法是:根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載及正常工作溫度要求,選擇合適黏度的液壓油。

3.定期更換液壓油

一般液壓系統(tǒng)在累計(jì)工作超過(guò)1000h后需要換油。換油時(shí),不僅要放凈油箱內(nèi)的油液,還要清理整個(gè)管路及元件內(nèi)的油液;加油時(shí),可用經(jīng)過(guò)濾器對(duì)油品進(jìn)行初次過(guò)濾,并加足油量,使油液經(jīng)過(guò)工作循環(huán)后能在油箱中得到充分的冷卻、沉淀,否則系統(tǒng)會(huì)因缺油造成液壓油循環(huán)過(guò)快,未能充分靜置散熱,使油溫升高。

4.定期清洗,更換過(guò)濾器

過(guò)濾器工作一段時(shí)間后,油液中的雜質(zhì)將積聚在濾芯表面,使通流面積減小,通流阻力上升。為了保證過(guò)濾器的正常穩(wěn)定工作,需要根據(jù)所用濾芯的性能、結(jié)構(gòu)和有效期對(duì)其進(jìn)行清洗和更換。

5.提高液壓元件和液壓系統(tǒng)的裝配質(zhì)量與自身精度,嚴(yán)格控制配合件的配合間隙和改善潤(rùn)滑條件

采用摩擦系數(shù)小的密封材料和改進(jìn)密封結(jié)構(gòu),盡可能降低液壓缸的啟動(dòng)力,以降低機(jī)械摩擦損失所產(chǎn)生的熱量。

6.診斷液壓系統(tǒng)磨損發(fā)熱大的液壓元件,及時(shí)更換或修理

液壓系統(tǒng)的效率主要取決于液壓泵的容積效率。當(dāng)容積效率下降到72%時(shí),就需要進(jìn)行常規(guī)維修,更換軸承和老化的密封件;更換或修復(fù)超出配合間隙的磨擦副,使其性能得到恢復(fù)。液壓系統(tǒng)的容積效率下降,尤其液壓泵和液壓馬達(dá)在系統(tǒng)工作過(guò)程中,經(jīng)常處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于轉(zhuǎn)速較高,齒輪泵的齒輪與泵體及側(cè)板、柱塞泵和柱塞馬達(dá)的缸體與配油盤(pán)等處將會(huì)由于磨損引起密封間間隙增大,導(dǎo)致內(nèi)泄漏增加,油溫升高。

7.診斷吸油故障,防止液壓泵吸進(jìn)空氣和氣蝕產(chǎn)生,以減少氣泡受壓產(chǎn)生局部高溫

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),應(yīng)保持油箱內(nèi)的油面高度,保證泵的吸油管始終浸在油中。管接頭,特別是吸油管路中的管接頭應(yīng)保持良好的密封,防止油壓低于大氣壓時(shí),空氣從密封不良處進(jìn)入液壓系統(tǒng)。系統(tǒng)工作前及更換油液后,均進(jìn)行排氣。

8.油箱設(shè)計(jì)不合理,使液壓系統(tǒng)散熱效果降低

系統(tǒng)中油箱的主要功能是儲(chǔ)存液壓油,同時(shí)兼有散熱、沉淀雜質(zhì)、分離水分的作用。油箱設(shè)計(jì)不合理,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是油箱體積設(shè)計(jì)過(guò)小,油箱體積一般為液壓泵流量的一倍左右,因此,油箱散熱面積及儲(chǔ)油量均較小;二是有些油箱在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)不合理,吸油管口和回油管口較近,中間又不設(shè)隔板,從而縮短了油液在油箱內(nèi)的冷卻循環(huán)及沉淀雜質(zhì)的路徑,甚至造成大部分回油直接進(jìn)入吸油管,使油箱的散熱效果降低,油溫升高。解決方法是:適當(dāng)增加油箱體積,并盡量加大吸油管口與回油管口之間的距離,吸、回油管之間應(yīng)設(shè)置隔板,以確保油箱應(yīng)有的散熱功率。

9.必要時(shí)增設(shè)冷卻及升溫裝置

完善散熱裝置,設(shè)置冷卻器,按油容積要求增大油箱,確保散熱平衡液壓系統(tǒng)溫升。特殊場(chǎng)合采取強(qiáng)制冷卻及升溫。因結(jié)構(gòu)限制,油箱不能太大,依靠自然冷卻不能使油溫控制在正常工作溫度20～60℃時(shí),可使用風(fēng)冷、水冷等。特殊情況,需在液壓系統(tǒng)中安裝冷卻器,將油溫控制在合理范圍內(nèi)。相反,如戶外作業(yè)設(shè)備在冬季啟動(dòng)時(shí),油溫過(guò)低,油黏度過(guò)大,設(shè)備起動(dòng)困難,壓力損失加大并引起過(guò)大的震動(dòng)。在這種情況下,系統(tǒng)應(yīng)安裝加熱器,將油溫升至適合的溫度。

(作者單位:河北省秦皇島市高級(jí)技工學(xué)校)