油冷機(jī)在液壓試驗(yàn)臺(tái)上應(yīng)用的可行性研究

摘要：針對(duì)影響熱量動(dòng)平態(tài)衡的主要因素，從油冷機(jī)的工作原理、特性，液壓試驗(yàn)臺(tái)對(duì)油溫的需求，油冷機(jī)在液壓試驗(yàn)臺(tái)上應(yīng)用等方面進(jìn)行分析。根據(jù)油冷機(jī)與液壓試驗(yàn)臺(tái)工況匹配分析，得出以下結(jié)論：油冷機(jī)的工作原理決定了其工作油溫范圍很窄，與液壓試驗(yàn)臺(tái)的工況不能完全匹配，并不能完全適用于所有液壓試驗(yàn)臺(tái)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)油冷機(jī);液壓試驗(yàn)臺(tái);熱量動(dòng)平衡

0" "引言

近年來(lái)，液壓試驗(yàn)臺(tái)逐漸廣泛的被應(yīng)用于液壓元件生產(chǎn)廠、研發(fā)機(jī)構(gòu)、高等院校和試驗(yàn)檢測(cè)企業(yè)。目前液壓試驗(yàn)臺(tái)的主流冷卻方式主要有風(fēng)冷、水冷2種。風(fēng)冷方式存在著工作風(fēng)噪聲大，熱量容易散發(fā)到設(shè)備周邊的不足，水冷則存在水管路布置復(fù)雜，外置冷卻水塔占用空間大等不足。由于上述兩種冷卻方式存在以上不足，導(dǎo)致試驗(yàn)臺(tái)用戶逐漸傾向于采用另外一種冷卻方式——工業(yè)油冷機(jī)。本文針對(duì)影響熱量動(dòng)平態(tài)衡的主要因素，從油冷機(jī)的工作原理、特性，液壓試驗(yàn)臺(tái)對(duì)油溫的需求，油冷機(jī)在液壓試驗(yàn)臺(tái)上應(yīng)用等方面進(jìn)行分析，為液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)冷卻方式的選擇提供支持與參考。

1" "工業(yè)油冷機(jī)概述

1.1" "工作原理

工業(yè)油冷機(jī)工作原理如下：低溫、低壓的氣體狀態(tài)冷媒在蒸發(fā)器里面，與周圍介質(zhì)（液壓油）進(jìn)行熱交換，蒸發(fā)器吸收液壓油的熱量，蒸發(fā)成為低溫、低壓的氣態(tài);蒸發(fā)過(guò)程中冷媒壓力不變，低溫、低壓氣態(tài)的冷媒循環(huán)進(jìn)入到壓縮機(jī)，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮，變成高溫、高壓的氣體狀態(tài)，進(jìn)入冷凝器，在冷凝器里與室內(nèi)的介質(zhì)（通常為水或空氣）進(jìn)行熱交換;高溫、高壓氣體狀態(tài)冷媒的部分熱量被介質(zhì)吸收，介質(zhì)溫度升高，冷媒放熱變成高溫、高壓液態(tài)介質(zhì);冷凝器工作過(guò)程中介質(zhì)壓力不變，進(jìn)入膨脹閥進(jìn)行節(jié)流，節(jié)流后冷媒變成低溫低壓的氣態(tài)。

此后冷媒再進(jìn)入到蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，從而實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的整個(gè)工作過(guò)程。這種循環(huán)工作如果是連續(xù)進(jìn)行的，液壓油的溫度便可以持續(xù)降低。油冷機(jī)熱力學(xué)原理框圖如圖1所示。

1.2" "油冷機(jī)特征與適用范圍

油冷機(jī)可穩(wěn)定工作機(jī)器油溫，保持設(shè)備的精度。同時(shí)可防止介質(zhì)油液因高溫而劣化，保證作業(yè)機(jī)械穩(wěn)定工作。油溫控制以機(jī)體溫度（室內(nèi)溫度）為依據(jù)，用戶可以根據(jù)設(shè)備溫度設(shè)定油液溫度，從而防止機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱變形。溫度控制部分完全沉浸于油液面以下，有效避免粉末等雜質(zhì)干擾，清潔簡(jiǎn)單，保養(yǎng)容易，安裝簡(jiǎn)單，且占用空間小。附帶有自動(dòng)故障報(bào)警功能，可以通過(guò)特定方式及時(shí)提醒用戶對(duì)裝置進(jìn)行檢修，以免機(jī)件損壞。

油冷機(jī)廣泛適用于車床、磨床、銑床、內(nèi)外徑研磨機(jī)、綜合數(shù)控加工中心機(jī)等機(jī)加工設(shè)備和各種類型的冷卻塔、液壓試驗(yàn)臺(tái)等。適用的油品涵蓋潤(rùn)滑油、液壓油、切削油、冷卻油等。

2" "液壓試驗(yàn)臺(tái)工作油溫冷卻的要求

在液壓試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試過(guò)程中，為了完整的模擬液壓元件在主機(jī)上的實(shí)際工況，測(cè)試出各個(gè)工況下的性能參數(shù)，要求液壓試驗(yàn)臺(tái)的油溫在一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化范圍之內(nèi)。以液壓柱塞泵的測(cè)試為例，參照目前行業(yè)最新的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，專門針對(duì)溫度要特殊要求的測(cè)試項(xiàng)目如表1所示。某工作中的液壓試驗(yàn)臺(tái)如圖2所示。

軸向液壓泵的性能與液壓油的溫度息息相關(guān)，其他測(cè)試項(xiàng)目如自吸試驗(yàn)、容積效率試驗(yàn)、密封性能試驗(yàn)等，也須在《JB/T 7043-2006液壓軸向柱塞泵》規(guī)定溫度下進(jìn)行。通常，其出廠試驗(yàn)要求的測(cè)試項(xiàng)目須在油溫（50±4）℃進(jìn)行，型式試驗(yàn)要求測(cè)試項(xiàng)目在油溫（50±2）℃下進(jìn)行[1]。

通常，液壓馬達(dá)出廠試驗(yàn)要求的測(cè)試項(xiàng)目須在油溫（50±4）℃進(jìn)行，型式試驗(yàn)要求的測(cè)試項(xiàng)目須在油溫（50±2）℃下進(jìn)行。高溫試驗(yàn)要求的溫度范圍為90～100℃，低溫試驗(yàn)要求的溫度范圍為-20～15℃[2]。電調(diào)制液控閥測(cè)試的溫度條件閥進(jìn)口處油溫（40±6）℃[3]。

液壓缸型式試驗(yàn)應(yīng)在（50±2）℃下進(jìn)行，出廠試驗(yàn)應(yīng)在（50±4）℃下進(jìn)行。需要注意的是，液壓缸出廠試驗(yàn)允許在15～45℃范圍內(nèi)進(jìn)行，但檢測(cè)指標(biāo)應(yīng)根據(jù)溫度變化進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以保證（50±4）℃時(shí)其能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能指標(biāo)[4]。

3" "油冷機(jī)與液壓試驗(yàn)臺(tái)工況匹配分析

在液壓試驗(yàn)臺(tái)工作過(guò)程中，液壓油經(jīng)過(guò)加載模塊后，回油溫度明顯高于被測(cè)試液壓元件進(jìn)油口所要求的油溫。另外，各個(gè)輔助系統(tǒng)液壓泵的泄油口油溫，也會(huì)高于試驗(yàn)臺(tái)所要求的油溫。這個(gè)溫差與液壓泵的功率大小有關(guān)。

裝機(jī)功率在300kW左右的液壓試驗(yàn)臺(tái)，通常液壓泵出口油溫溫升大約在10～30℃不等。如果采用回油冷卻方式，需要冷卻系統(tǒng)入口能達(dá)到如表2所示的溫度。

從表2可以看出，試驗(yàn)臺(tái)如果采用回油冷卻方式，進(jìn)入油冷機(jī)待冷卻的液壓油溫度，會(huì)大幅超出油冷機(jī)的許可工作溫度范圍。高溫的液壓油在蒸發(fā)器里與冷媒進(jìn)行熱交換后，冷媒快速吸收熱量，體積會(huì)急劇增大，引起壓縮機(jī)入口壓力增加。壓縮機(jī)的入口壓力過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的壽命會(huì)降低。為了防止壓縮機(jī)入口壓力過(guò)高，一般會(huì)采取限壓保護(hù)措施。限制壓力一般為0.2MPa，超過(guò)這個(gè)壓力值，油冷機(jī)就會(huì)觸發(fā)自我保護(hù)程序自動(dòng)停機(jī)。

4" "總結(jié)

本文針對(duì)影響熱量動(dòng)平態(tài)衡的主要因素，從油冷機(jī)的工作原理、特性，液壓試驗(yàn)臺(tái)對(duì)油溫的需求，油冷機(jī)在液壓試驗(yàn)臺(tái)上應(yīng)用等方面進(jìn)行分析。雖然油冷機(jī)具有占地面積小、連接管路簡(jiǎn)單、模塊化外觀等優(yōu)點(diǎn)。但油冷機(jī)的工作原理決定了其工作油溫范圍很窄，與液壓試驗(yàn)臺(tái)的工況不能完全匹配，并不能完全適用于所有液壓試驗(yàn)臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1] 全國(guó)液壓氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).液壓軸柱向塞泵：JB/T 7043-2006[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2] 全國(guó)液壓氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).液壓馬達(dá)：JB/T10829-2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3] 全國(guó)液壓氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).電調(diào)制液壓控制閥第3部分壓力控制閥試驗(yàn)方法：GB/T 15623.3-2012 [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[4] 全國(guó)液壓氣動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).液壓油缸試驗(yàn)方法：GB/T"15622-2005 [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.