裝載機(jī)液壓系統(tǒng)熱平衡分析

黃岸

摘要：裝載機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，液壓系統(tǒng)由于受到機(jī)械磨損等情況，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，容易使得液壓油溫度升高，造成液壓系統(tǒng)故障，對(duì)液壓系統(tǒng)的正常使用產(chǎn)生一定影響。因此，本文就裝載機(jī)液壓系統(tǒng)熱平衡展開(kāi)分析。首先探討裝載機(jī)液壓系統(tǒng)油溫升高原因以及相關(guān)危害，然后分析液壓系統(tǒng)熱平衡計(jì)算，重點(diǎn)針對(duì)郵箱散熱計(jì)算以及冷卻器散熱進(jìn)行概述。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；損耗；熱平衡分析

引言

液壓系統(tǒng)的工作壓力普遍較高，液壓系統(tǒng)的動(dòng)作都是通過(guò)各種液壓閥配合實(shí)現(xiàn)的，由于液壓閥與其閥芯是一種偶件配合，所以對(duì)其中閥芯與閥體的配合間隙、液壓系統(tǒng)的密封性等有較高的要求；同時(shí)對(duì)液壓油的也有著嚴(yán)格的要求。裝載機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，避不可免的會(huì)產(chǎn)生熱量，傳遞至液壓系統(tǒng)，造成液壓油溫度上升，影響液壓系統(tǒng)運(yùn)行。

與其他驅(qū)動(dòng)方式相比，例如電驅(qū)動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)等，液壓驅(qū)動(dòng)具有十分明顯優(yōu)點(diǎn)，具體為：易于獲得很大的力矩；速度剛度大、配置柔性大、調(diào)速性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)變速，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、均勻；換向時(shí)沖擊小，控制容易，操作方便；能自行潤(rùn)滑；在輸出同等功率的條件下，液壓傳動(dòng)裝置體積小，重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強(qiáng)。從而使液壓系統(tǒng)技術(shù)在裝載機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。

1.液壓系統(tǒng)組成及能量傳遞過(guò)程

裝載機(jī)液壓系統(tǒng)主要包含液壓油箱、液壓泵、液壓油、液壓閥、液壓油管、液壓油缸、活塞，以及各類(lèi)液壓油濾芯等。

裝載機(jī)結(jié)構(gòu)中，液壓系統(tǒng)具有十分重要的作用。在裝載機(jī)工作過(guò)程中，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能經(jīng)由變量泵將其轉(zhuǎn)化為液壓能，然后通過(guò)先導(dǎo)閥、多路閥等控制流量的大小、方向，使其作用執(zhí)行元件，將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)切削，行走，裝載、運(yùn)輸?shù)裙δ?，最后，通過(guò)多路閥回流油箱，完成工作循環(huán)。

裝載機(jī)液壓系統(tǒng)循環(huán)油路如圖1所示。

在裝載機(jī)運(yùn)行中，液壓系統(tǒng)有多種動(dòng)力損失，包括液壓泵、液壓馬達(dá)和液壓缸的機(jī)械損失和容積損失：閥門(mén)部件和管道的壓力損失：液壓油的粘性摩擦損失：電動(dòng)機(jī)功率與負(fù)載不匹配的損失。幾乎所有的這些損失都轉(zhuǎn)化為熱量，這些熱量中，除了一小部分，散發(fā)到周?chē)目臻g中，其余大部分熱量導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的油溫上升。裝載機(jī)液壓系統(tǒng)能量傳遞過(guò)程及功率損耗如圖2所示：

2.液壓油油溫過(guò)高的原因及危害

2.1液壓油油溫過(guò)高的原因

裝載機(jī)液壓系統(tǒng)中功率損失雖然不可避免，但設(shè)計(jì)不合理和操作不當(dāng)也會(huì)加劇功率損失，使油溫升高。

（1）環(huán)境溫度高，連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致油溫高，應(yīng)考慮改變作業(yè)方式。

（2）散熱效果差，散熱器表面或內(nèi)部沉積污物過(guò)厚將造成散熱、通風(fēng)不良，致使油溫過(guò)高。檢查液壓油散熱器是否堵塞、皮帶、風(fēng)扇等是否無(wú)異常，視情況清潔散熱器內(nèi)外或檢修。

（3）液壓油箱油量太少使系統(tǒng)循環(huán)的油量不足。檢視油箱油量，若不足則補(bǔ)充。

（4）液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。液壓元件選用不合理，元件若不能滿(mǎn)足系統(tǒng)流量要求，會(huì)在使用中使閥口流速過(guò)高，造成較大的壓力損失；回路中存在多余的元件和管路，會(huì)降低系統(tǒng)效率；管路設(shè)計(jì)和安裝不合理，會(huì)造成壓力損失和沿程壓力損失；油箱設(shè)計(jì)不合理，容積小，散熱面積不夠。這些都會(huì)導(dǎo)致油溫升高。

（5）冷卻系統(tǒng)工作不良。通常，裝載機(jī)采用水冷式冷卻器對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。但當(dāng)水冷式冷卻器散熱片過(guò)臟或水循環(huán)不暢時(shí)，會(huì)使其傳熱系數(shù)降低，導(dǎo)致油溫升高。

2.2液壓系統(tǒng)油溫過(guò)高的危害

液壓系統(tǒng)油溫過(guò)高，會(huì)降低油粘度，增加泄漏，使運(yùn)動(dòng)元件之間的油膜或損壞，增加運(yùn)動(dòng)阻力，加重磨損。橡膠密封變形，老化提前失效，造成泄漏：加速油品氧化變質(zhì)，降低油品使用壽命，釋放瀝青，堵塞阻尼孔和閥門(mén)端口，導(dǎo)致閥門(mén)壓力失效，閥門(mén)流量不穩(wěn)定，閥門(mén)流向卡住。油的空分壓力降低，造成空氣逸出和氣穴，導(dǎo)致裝載機(jī)工作性能下降。

3.液壓系統(tǒng)熱平衡計(jì)算

3.1液壓系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)熱功率計(jì)算

3.1.1按元件功率損失計(jì)算

3.1.2按系統(tǒng)輸入功率和執(zhí)行元件有效輸出功率計(jì)算

3.2液壓系統(tǒng)散熱功率計(jì)算

3.2.1油箱散熱計(jì)算

裝載機(jī)油箱的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

油箱的散熱面積：A=（A1+A2）/2。其中：

A箱一油箱總散熱面積；A1與油直接接觸的散熱面積；A2-與油不直接接觸的散熱面積。因Az表面溫度低，故只取它實(shí)際表面的一半作為與油直接接觸的表面。

3.2.2冷卻器的散熱功率

裝載機(jī)由于空間的限制，增大油箱容積的空間很小；增大冷卻水量則會(huì)在巷道處于底板松軟或下坡的情況下使行走鏈輪打滑，影響裝載機(jī)的工作效率，因此必須在冷卻系統(tǒng)采取強(qiáng)制水冷的措施來(lái)降低液壓系統(tǒng)溫升。

4結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)裝載機(jī)液壓油升溫原因和危害以及熱平衡的分析，，為了減少液壓油溫度上升并達(dá)到熱平衡狀態(tài)，需要盡可能的增大郵箱散熱面積，同時(shí)針對(duì)冷卻器、冷卻水也應(yīng)合理選擇。通過(guò)對(duì)裝載機(jī)液壓系統(tǒng)熱平衡分析，能夠提高液壓元件使用壽命，降低裝載機(jī)液壓系統(tǒng)故障和維修費(fèi)用，具有一定的指導(dǎo)意義。