快速定量裝車液壓系統冷卻、加熱裝置解析

劉永光

(西山煤電(集團)有限公司屯蘭礦選煤廠，山西 古交 030206)

·技術經驗·

快速定量裝車液壓系統冷卻、加熱裝置解析

劉永光

(西山煤電(集團)有限公司屯蘭礦選煤廠，山西 古交 030206)

快速定量裝車系統液壓站液壓油溫過高或過低都會直接影響到液壓站的正常運行，對裝車的精確度和安全生產帶來隱患。通過對液壓系統的熱力學計算，對液壓站設置冷卻和加熱裝置提供了理論依據，并從快速定量裝車系統實際使用工況出發，設置液壓冷卻和加熱裝置回路，確保液壓站安全穩定運行。

液壓站;能量損失;冷卻;加熱;冷卻、加熱回路

液壓站是快速裝車系統的重要組成部分，它的主要功能是為緩沖倉和定量倉閘板的開關、裝車溜槽的上升和下降、法碼檢驗提供所需的壓力油源。由于受工作環境和氣候影響較大(北方冬季氣溫低，夏季氣溫高)，如果油溫過高會使油質加速老化失效，同時會使油的黏度降低，從而造成液壓系統壓力漏泄增大，導致液壓系統的容積效率極大降低，同時橡膠密封件常期在高溫下而失效;如果油溫過低就會加大油的黏度，從而使油泵吸油困難，同時造成系統內部殘余壓力增大。液壓油有效的工作油溫必須嚴格控制在15℃ ～55℃，為確保液壓站能夠正常運行，就應加裝冷卻和加熱裝置。

1 液壓系統內部發熱量的計算及冷卻器的選擇

液壓系統內部發熱量基本上是系統內部的能量損失產生，比如液壓泵的功率損失、液壓閥和管路壓力損失、溢流閥的溢流損失等，依據能量守恒定理，所有損失的能量必定會轉換成為熱能，這些熱能就會導致油液溫度的升高。而液壓系統的散熱主要通過油箱來進行，當油箱所散發的熱量小于系統發熱量時，就需要加裝冷卻裝置。下面為屯蘭礦選煤廠快速裝車系統液壓站發熱量的計算和冷卻裝置的選擇，液壓站的系統參數:

1．1 系統總發熱量

一款合理的液壓系統其總效率應達到70%～80%，以下分析油壓系統內部發熱量:

1．2 油箱的散熱量

液壓系統各部分的發熱量，開始時會向周圍環境散熱，當油的溫度達到一定程度時，油箱的散熱量與液壓系統的發熱量相對平衡，此時系統會保持在一定的溫度不再上升，液壓系統就達到了平衡溫度。油箱散熱量計算:

通過計算可知，液壓站工作工況H2小于H1，此時油箱的散熱量遠遠小于系統工作時的發熱量。

1．3 冷卻器選擇

由于考慮到空間面積的局限性、液壓系統工況條件的限定及對節材降耗的要求，增加足夠大的油箱面積無法實現。同時液壓站存在無法提供足量的冷卻水。

故根據計算和實際使用工況條件，選用流量為50～400 L/min的OK－ELSS型空氣冷卻器。其采用先進的薄管同步分層流動散熱技術，利用薄壁管間的波浪狀散熱片，這樣最大限度地保證了油與空氣的接觸面積，從而保證了油可以充分釋放熱量，同時減少散熱器背壓的產生。

2 加熱器熱功率的計算及加熱器的選擇

為保障液壓站液壓系統穩定運行，規定油箱內液壓油溫必須達到15℃以后，才能啟動油泵電機工作，向系統輸出動力油，油溫度加熱到15℃后，電加熱就能夠停止加熱。

2．1 加熱器發熱量分析計算

設定油液初始油溫為5℃，要把油加熱到15℃，加熱器所需產生的熱量:

考慮到電加熱器方便使用及發熱效率的最大化，特別選用了電加熱器，其功率計算如下:

式中:

η—發熱效率，取80%。

2．2 加熱器的選擇

經計算、選型，使用了3支GYY4－220/3電加熱器，每支加熱器功率為2 kW，這種電熱管式的加熱器具備靈敏耐用、機械強度高、安全可靠度好、安全可靠、熱效率高、結構簡單等優點。加熱器均勻安裝在油箱底部，在油泵吸油管中心200 mm的范圍內安裝了溫度變送器的測溫探頭，這樣縮短了15℃的油泵啟動所需的油溫預熱時間。

3 冷卻系統和加熱系統結構及安裝形式

3．1 冷卻和加熱系統流程

夏季室溫偏高、空間散熱差，油液系統產生熱量多;冬季溫度偏低，常在－10℃以下，液壓油溫度偏低。為了提高冷卻、加熱效果和速度，設計、安裝了單獨的冷卻、加熱系統，選用了流量 Q=1．05×10－3循環泵，進行油液強制自循環。其液壓系統流程示意圖見圖1。

圖1 液壓系統流程示意圖

3．2 冷卻系統及其安裝

油溫偏高需進行油液散熱，打開循環泵通往冷卻風機的閥門、冷卻風機和循環油泵進行散熱。并且與風冷卻器并聯安裝了一個單向溢流閥，起到安全保護作用。

為使風冷卻器能保持良好的通風散熱效果，在油箱壁相隔200 mm以外安裝風冷卻器，使出風口和油箱有足夠距離。從而避免冷卻器發生無風區和回熱事故。

3．3 加熱系統及安裝

油溫偏低需進行油液加熱時，關閉去冷卻風機的閥門，開啟旁通閥門，進行加熱，防止油液局部過熱。

電加熱器水平均勻的插裝于油箱底部并與箱底保持50 mm的距離，但不可安裝過高，這樣可能會因離液面太近，如有油液波動會造成加熱器露出油面外，導致電加熱器燒壞。另外，電加熱器在加熱過程中自身產生高溫，并通過電加熱管傳遞到了安裝的法蘭上，法蘭密封橡膠在高溫作用下迅速老化，失去彈性，導致密封部位泄漏漏油，為此使用了耐高熱、耐油蝕的石棉密封圈進行密封。

為實現液壓站冷卻和加熱自動化控制，在油箱中安裝了精密的溫度變送器，進行采集溫度數據。夏季時，關閉旁通閥、去冷卻器閥門，當溫度≥55℃時，會自動啟動風冷卻器和循環油泵;當溫度＜45℃時，會自動停止循環油泵和風冷卻器。冬季時打開旁通閥，關閉去冷卻器的冷門，當油溫小于15℃時會自動開啟電加熱器和循環油泵;當油溫≥15℃時會自動停止電加熱器和循環油泵。

4 結束語

油液溫度偏高或偏低，都會影響到液壓系統的正常運行，設計安裝了通風冷卻器及電加熱器，同時加裝了循環油泵，并通過安裝溫度變送器實現自動化控制和操作，從而有效地避免了液壓油溫度偏高或偏低帶來的事故。做到了液壓站正常運行，保證了快速裝車系統的正常作業和裝車的精確度。

［1］雷天覺．新編液壓工程手冊［M］．北京:北京理工大學出版社，1998:11－38．

［2］ 張利平．液壓設計與使用［M］．北京:海洋出版社，2004:53－55．

［3］林木生，謝光輝．液壓與氣動技術［M］．北京:煤炭工業出版社，2004:24－43．

Resolution on Cooling and Heating Device of the Hydraulic System of Rapid Quantitative Loading

Liu Yong－guang

The hydraulic oil temperature is a significant factor for the operation of hydraulic station in the rapid quantitative loading system．The phenomenon of hydraulic oil temperature was too high or too low would have a bad impact on the loading accuracy，and also comes with potential risks of production accidents．Study on the thermodynamic calculation of hydraulic system to provide a theoretical basis for hydraulic oil temperature control system design．From practical operating condition of the loading system，cooling and heating circuit of temperature control apparatus was set up，ensures the security and stability of hydraulic station．

Hydraulic station;Energy loss;Cooling;Heating;Cooling and heating circuit

TD402

A

1672－0652(2012)09－0016－03

2012－08－02

劉永光(1976—)，男，山西婁煩人，2003畢業于太原理工大學，助理工程師，主要從事機電方面的研究工作(E －mail)zhang5108168@163．com