筑路機械閉式液壓系統的發熱分析與解決措施

秦曉燕

（內蒙古東昊水電路橋工程有限責任公司，內蒙古赤峰 024000）

筑路機械閉式液壓系統的發熱分析與解決措施

秦曉燕

（內蒙古東昊水電路橋工程有限責任公司，內蒙古赤峰 024000）

由于工作環境的惡劣性和工況的復雜性，筑路機械液壓系統較多采用閉式液壓系統，由此帶來的突出問題是發熱，降低了工作質量和工作效率。本文根據閉式液壓系統熱平衡的計算分析，找到液壓系統在工作中造成油溫升高的關鍵因素，即系統工作壓差、補油流量、系統總效率等，并以此為據，尋求提高液壓系統工作效率的解決措施。

閉式液壓系統 熱平衡 分析 措施

筑路機械泛指公路工程施工中所需的各類機械，包括鏟土運輸機械；挖掘機械；工程起重機械；壓實機械；樁工機械；路基與路面施工機械；黑色路面施工機械；水泥混凝土路面施工機械等多種類別。

由于筑路機械經常低速大負荷工作在高溫、多粉塵的惡劣環境中，設備使用過程中，發動機產生的熱量多，又沒有良好的迎風散熱條件，所以常常出現發動機過熱和液壓油溫度過高等現象，致使設備不能正常工作。尤其是在應用閉式液壓系統的機械設備中，由于油溫上升，造成油液黏度下降，泄露增加，容積效率降低，甚至油液變質，形成堵塞元件小孔和縫隙的雜質，使得液壓系統不能正常工作。

如何解決液壓系統發熱問題是提高筑路機械工作質量和工作效率的關鍵，本文通過對閉式液壓系統的熱平衡計算分析，提出具體的解決措施。

1 閉式液壓系統的熱平衡分析

在液壓系統工作中，閉式液壓系統內部油溫的熱平衡是決定系統工作壽命，甚至能否正常工作的重要因素之一。液壓系統發熱主要是由局部和沿程壓力損失、內部泄漏及運動部件摩擦力等原因造成的功率損失轉化而成，即根據能量守恒定律，損失的功率會轉化成熱量被系統的油液及元器件所吸收，使系統溫度升高。

下面以由供油泵、溢流閥、馬達、補油泵組成的閉式液壓系統為例進行熱平衡計算分析。

式中：Q為液壓主泵的流量，L/min；△P為系統的工作壓差，MPa；系統總效率為η，一般取0.65～0.75。

1.1 系統發熱量計算

液壓系統發熱元件主要分為四類：液壓泵、控制閥、液壓馬達、管路和管接頭等，各元件發熱量的計算公式分別為：

式中，P1——液壓泵進口壓力；Q1——液壓泵流量；η1——液壓泵總效率

式中，P2——溢流閥的設定壓力；Q2——溢流流量

管路、接頭和節流能量損失產生的熱量為

式中，W——發動機功率

式中，P4——馬達進口壓力；Q4——馬達實際工作流量；η2——馬達總效率

依據能量守恒定律，系統的總發熱量即系統的總發熱功率。因此系統的總發熱量

1.2 系統散熱量計算

閉式液壓系統散熱量由三部分組成，一為補油泵的沖洗散熱，二為油散熱器的散熱，三為油箱散熱。

補油泵散熱量：閉式液壓系統的補油泵將油箱的低溫油輸入液壓回路中，置換掉回路中的高溫油液，既補充了元件油液的泄露又降低了回路中油液的溫度。補油泵散熱是閉式系統散熱的主要方式，閉式系統的大部分熱量是靠補油泵的低溫油液置換沖洗帶走。

式中，油箱油液溫度為T1，單位℃；油液密度為ρ，約為0.85Kg/L；比熱容為C，單位KJ/（Kg·℃），高溫油為T2，單位℃；補油泵補油流量為Qb，單位L/min。

若不計液壓元件表面散熱，當液壓回路各元件的發熱量和補油泵的置換熱量相等時，是閉式回路內部達到熱平衡的條件。

補油泵流量L與液壓主泵流量Q通常是按照確定比例來設計的，即L=KQ，其中K稱為補油系數。設△T為低溫油和熱平衡油溫度之差，即△T=T2-T1。

散熱器的散熱量：在實際工作中，由于工況的復雜性，補油泵散熱是不能達到相應的溫度控制要求的，必須配置一定散熱量的散熱器。

式中：Q2為進入散熱器的回油流量，單位L/miin；T3為散熱器的出口油溫。

液壓油箱的散熱量：閉式液壓系統的油箱一般較小，但是仍舊具有一定的散熱功能。

式中：K為油箱散熱系數，與通風條件有關；A為油箱的散熱面積，單位；T為環境溫度，單位℃。

如果要取得良好的散熱效果，則需總散熱量Hs遠大于總發熱量H。

2 發熱問題的解決措施

通過上述熱平衡分析，得知液壓系統溫升△T與系統的工作壓差△P成正比，與補油流量成反比，與系統總效率成反比。因此不能簡單地根據油箱油液溫度來推斷系統內部的油液溫度，而必須同時考慮負荷和補油流量才能正確地得出結論。

為避免液壓系統溫升過高，筑路機械在設計和使用時，應在以下幾個方面給予特別注意：

2.1 正確匹配散熱器

如果散熱作用不好，直接導致油箱油液溫度升高，最終反映在系統最高油溫的超高，因此閉式液壓系統設計時，如果系統負荷大，使用壓力高，則必須相應加大換熱量，即增加低溫補油量L或增大補油系數，來置換出系統內更多的高溫油液，并將其通過散熱器進行冷卻，以解決系統的散熱問題。

2.2 定期清洗或更換濾清器

濾清器堵塞會導致系統內油量變少，由于筑路機械工作環境的惡劣性，濾清器較易堵塞，因此每工作200h就應該更換吸油濾清器，以消除油箱中的冷凝水；每工作500h就應該更換補油泵濾清器。

2.3 合理選用并定時更換液壓油

對一些有特殊要求的設備應選用專用液壓油。長時間高負荷運轉、換油時間較長時，應選用性能好的抗磨液壓油。使用中要保持液壓油的良好品質，當筑路機械在高灰塵等惡劣環境中工作時，應時刻檢測液壓油的品質，防止液壓油污染對系統造成損害。

2.4 系統壓力調節適當

由于工況要求，液壓系統壓力調節，首先要滿足執行元件所需要求，一般不超過額定壓力。溢流閥的設定壓力應比液壓泵輸出壓力高，但應考慮系統熱平衡分析，使其設定在合理的范圍內。

［1］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，1992.

［2］張士勇.閉式液壓系統內油溫分析［J］.基建優化，2003，24（4）：2.

［3］張林慧.閉式液壓系統油溫過高的分析與計算［J］.煤礦機械，2011 年11月.