淺談液壓系統過熱的原因及排除方法

楊運高

液壓系統油液過熱,會造成操作不靈活、作業不連續、工作無力以及工作壓力降低等故障。因此,筆者就液壓系統的發熱原因、造成的危害和預防措施進行了如下簡單分析和探討。

一、液壓系統過熱的危害

當液壓閥件的閥芯、閥體材料不同、熱膨脹系統不同的運動副之間間隙變化時,液壓元件因系統過熱而引起間隙變小,會產生動作不靈或卡死;或因系統過熱而引起間隙變大,會造成泄漏增加,使工作性能及精度降低。

液壓系統溫度過高使油的黏度降低,泄漏增加,泵的容積效率和整個系統的效率會顯著降低。由于油的黏度降低,滑閥等移動部件的油膜變薄并被切破,摩擦阻力增大,導致磨損加劇。

橡膠密封件過早變質可由多種因素引起,一個重要因素是油溫過高。溫度每升高10℃,密封件壽命就會減半。在高溫下,橡膠密封件變質,彈性變性能力降低,使密封性能降低,甚至密封失效,最終導致系統嚴重泄漏。所以,應合理設計高效液壓系統或設置冷卻裝置,使油液溫度保持在65℃以下。

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

二、液壓系統溫升過高的主要原因

除了液壓系統設計不當、液壓泵吸氣發熱、節流高速系統、系統管路過細過長、彎曲過多,局部壓力損失和沿程壓力損失大等原因外,導致液壓系統溫升過高的原因還有:

第一,泄漏比較嚴重,液壓泵壓力調整過高,運動件之間磨損較大,便密封間隙過大,密封裝置損壞,所用油液粘度過低等,都會使泄漏增加,油溫升高。

第二,配合件的配合間隙太小或使用磨損導致間隙過大,內、外泄漏量大,造成容積損失大,如泵的容積效率降低,發熱快、溫升快。

第三,液壓系統工作壓力調整得比實際需要高。有時是因密封過緊或因密封件損壞、泄漏增大而不得不調高壓力才能工作。

第四,按快進速度選擇油泵容量的定量泵供油系統,在工作時會有大部分多余的流量在高壓下從溢流閥溢流,而造成發熱。

第五,系統中卸荷回路出現故障或因未設置卸荷回路,當系統不需壓力油時,油泵不能卸荷,油液仍在溢流閥調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小;或儲油量不足,使油液循環太快、冷卻作用較差。

另外,氣候及作業環境溫度高,也導致油溫升高。液壓系統污染也會導致油溫升高。在系統運作過程中,液壓油中難免混入雜質和污物。受污染的液壓油進入泵、馬達、缸和閥的配合間隙后,會使元件表面劃傷,影響運動表面的配合精度。另外,磨粒、雜質和灰塵通過加濾器時,會吸附在濾芯上,造成吸油阻力增加,也會引起油溫升高。

三、液壓系統溫升過高的控制措施

1.根據不同的負載要求,經常檢查、調整溢流閥的壓力,使之恰到好處

泵及液壓系統壓力閥調節不當引起的系統發熱,溢流閥壓力過高或過低也會引起液壓系統發熱。例如,系統壓力調節過高,會使液壓泵在超過額定壓力的狀態下運行,使泵過載,導致油溫升高;反之,如果系統壓力調節過低,會使工作機構在正常負載下,頻繁出現溢流閥開啟卸荷現象,造成液壓系統溢流發熱。

2.合理選擇液壓油,特別是油液黏度

根據系統的工作壓力和工作環境正確選用液壓油。在條件允許的情況下,盡量采用低一點的粘度以減少黏度摩擦損失。液壓油牌號選用不當或油液質量差引起油溫過高。如果誤用黏度過高的油液,引起液流壓力損失過大,轉化為熱能,會引起溫升過高;相反,如果誤用黏度過低的液壓油,也會引起工作液壓泵及液壓元件內泄漏大,產生熱量,油溫升高。 所選液壓油在油溫較低時,系統正常工作,但系統工作一段時間后,油溫升高,液壓油黏度下降,造成系統內部泄漏增加,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。液壓泵容積效率和整個系統效率顯著下降。在中高壓系統中,該特點尤為明顯,造成機器加壓時間延長,甚至停機,嚴重影響生產,并污染周圍環境。解決的方法是:根據系統的負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

一般液壓系統在累計工作超過1000h后需要換油。換油時,不僅要放凈油箱內的油液,還要清理整個管路及元件內的油液;加油時,可用經過濾器對油品進行初次過濾,并加足油量,使油液經過工作循環后能在油箱中得到充分的冷卻、沉淀,否則系統會因缺油造成液壓油循環過快,未能充分靜置散熱,使油溫升高。

4.定期清洗,更換過濾器

過濾器工作一段時間后,油液中的雜質將積聚在濾芯表面,使通流面積減小,通流阻力上升。為了保證過濾器的正常穩定工作,需要根據所用濾芯的性能、結構和有效期對其進行清洗和更換。

5.提高液壓元件和液壓系統的裝配質量與自身精度,嚴格控制配合件的配合間隙和改善潤滑條件

采用摩擦系數小的密封材料和改進密封結構,盡可能降低液壓缸的啟動力,以降低機械摩擦損失所產生的熱量。

6.診斷液壓系統磨損發熱大的液壓元件,及時更換或修理

液壓系統的效率主要取決于液壓泵的容積效率。當容積效率下降到72%時,就需要進行常規維修,更換軸承和老化的密封件;更換或修復超出配合間隙的磨擦副,使其性能得到恢復。液壓系統的容積效率下降,尤其液壓泵和液壓馬達在系統工作過程中,經常處于高速運轉狀態。由于轉速較高,齒輪泵的齒輪與泵體及側板、柱塞泵和柱塞馬達的缸體與配油盤等處將會由于磨損引起密封間間隙增大,導致內泄漏增加,油溫升高。

7.診斷吸油故障,防止液壓泵吸進空氣和氣蝕產生,以減少氣泡受壓產生局部高溫

系統運行時,應保持油箱內的油面高度,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保持良好的密封,防止油壓低于大氣壓時,空氣從密封不良處進入液壓系統。系統工作前及更換油液后,均進行排氣。

8.油箱設計不合理,使液壓系統散熱效果降低

系統中油箱的主要功能是儲存液壓油,同時兼有散熱、沉淀雜質、分離水分的作用。油箱設計不合理,主要表現在兩個方面:一是油箱體積設計過小,油箱體積一般為液壓泵流量的一倍左右,因此,油箱散熱面積及儲油量均較小;二是有些油箱在結構上設計不合理,吸油管口和回油管口較近,中間又不設隔板,從而縮短了油液在油箱內的冷卻循環及沉淀雜質的路徑,甚至造成大部分回油直接進入吸油管,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、回油管之間應設置隔板,以確保油箱應有的散熱功率。

9.必要時增設冷卻及升溫裝置

完善散熱裝置,設置冷卻器,按油容積要求增大油箱,確保散熱平衡液壓系統溫升。特殊場合采取強制冷卻及升溫。因結構限制,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,可使用風冷、水冷等。特殊情況,需在液壓系統中安裝冷卻器,將油溫控制在合理范圍內。相反,如戶外作業設備在冬季啟動時,油溫過低,油黏度過大,設備起動困難,壓力損失加大并引起過大的震動。在這種情況下,系統應安裝加熱器,將油溫升至適合的溫度。

(作者單位:河北省秦皇島市高級技工學校)