闭式液压系统油温过高的分析与计算

闭式液压系统油温过高的分析与计算

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闭式液压系统油温过高的分析与计算

摘要：闭式液压系统在工程机械上得到广泛应用，高油温是液压系统的突出问题，会改变油液物理特性，损伤液压元件，影响系统的工作性能。介绍了典型的车辆行走闭式液压系统，并对系统热平衡进行分析计算。

0引言

液压系统工作时压力、容积和机械损失所构成的总的能量损失必然转化成热能，使液压系统的油温升高，由此产生很多不良后果，如油温上升，油液黏度很快下降，泄漏增大，容积效率降低;油温升高还会使油液形成胶状物质，堵塞元件小孔和缝隙，使液压系统不能正常工作等，尤其是闭式液压系统更容易由于高温而导致系统效能下降甚至失效。

1典型的车辆液压系统介绍

静液压驱动行走车辆主要由闭式行走回路和开式辅助回路组成。辅助回路主要用来转向和举升等动作，可以是普通开式阀控系统也可以是负荷敏感系统。

由于液压系统的温升主要由闭式回路产生，因此本文以某车型为例，介绍闭式行走回路的原理。行走回路的液压原理图如图1 所示。

该回路由闭式变量泵、自动变量马达和冲洗阀等组成。柴油发动机带动闭式变量泵和补油泵，补油泵从油箱吸油，补入闭式系统冷油，同时闭式系统中的热油通过冲洗阀流出带走系统中产生的热量。当热油带走的热量等于系统产生的热量，液压油温达到平衡。

2闭式液压系统高油温原因分析

(1)液压元件选用不合理设计液压系统时，元件的规格会对油温产生很大的影响。若液压控制阀的规格小，则系统会产生很大的节流损失，使系统发热;若选取的液压控制阀的规格大，则系统多余的液压油从溢流阀溢流，造成大量的能量损失，使系统发热;

(2)管路设计不合理如管路管径偏小会增加系统的沿程压力损失;管路截面变化频繁、弯管和接头多会增加系统的局部压力损失，均会使系统发热增加;

(3)液压油使用不合理工作介质选择时，黏度对温升影响显着，黏度过大会使黏性阻力损失增加，导致温升增大;黏度过低会使系统泄漏增大导致容积效率降低，两者均会增大系统的温升;液压油的污染老化会增大系统阻力，而且杂质颗粒会划伤液压元件，增大泄漏和磨损，使油温升高;

(4)冷却循环系统设计不合理该系统采用补油泵和冲洗阀将工作产生的热油导入油箱来降低系统的温度，若补油泵流量太小则不能带走系统产生的热量，补油泵流量太大则会造成油液溢流浪费发动机功率，增大能量损耗。

3闭式液压传动系统热平衡分析与计算

行走车辆的液压系统是由开式回路的转向系统和闭式回路的驱动系统组成，转向系统直接从油箱吸油,通过油箱回油来散发系统产生的热量;而闭式回路的行走液压系统是能量消耗的主体部分，为了散发系统的热量，系统中安装了冲洗阀，冲洗阀可以放掉系统的高温油液并带走杂质，起到散热和清洗的作用。

(1)液压系统总热平衡计算方法

液压系统发热的主要原因，是由于液压泵和执行元件的功率损失以及溢流阀的溢流损失造成的，根据能量守恒定律这些损失的能量将全部转化为热量，因此，系统的发热总量

式中P i———液压泵的输入功率

P o———执行装置的输出功率

由于系统的输出功率不是线性函数，是随着工况环境不同而时刻变化的量，所以输出功率不好用表达式表达，因此，如果知道系统的总传动效率，系统总的发热量

式中η———液压系统总效率。

液压传动系统产生的热量，由系统的各个散热面散发到空气中，由于系统发热量大，所以在冲洗阀末端安装了散热器，用于系统快速散热;油箱也是主要的散热面，由于管路的散热面积相对较小，而且与自身由于压力损失产生的热量基本平衡，所以一般略去不计，当只考虑散热器和油箱散热时，系统总散热量

式中A1———油箱的散热面积;

A2———散热器的散热面积;

ΔT1———油箱达到热平衡时，与环境温度差;

ΔT2———散热器进出口油液温差;

K———油箱的散热系数，W/(m2℃)。

油箱散热时

散热器冷却时

当系统产生的总发热量Qf等于散发到空气中的热量Qs时，系统达到热平衡，油箱温度达到稳定值时有

(2)闭式回路热平衡分析与计算

闭式行走回路的发热元件有液压泵、控制阀、液压马达、管路和管接头等，其各个元件发热量的计算公式如下：

液压泵产生的热量

式中p1———液压泵进口压力;

Q1———液压泵流量;

η1———液压泵总效率。

控制阀的溢流损失发热量

式中p2———溢流阀的设定压力;

Q2———溢流流量。

管路、接头和节流能量损失产生的热量为

式中W———发动机功率。

液压马达的能量损失所产生的热量

式中p4———马达进口压力;

Q4———马达实际工作流量;

η2———马达总效率。

因此系统的总发热量

闭式回路的补油泵将油箱的低温油液输入回路中置换掉回路中的高温油液，既补充了元件油液的泄漏又降低了回路中油液的温度，设油箱油液温度为T1，油液密度为ρ，比热容为C，排除系统外的油液温度为T2，补油泵补入系统的油液流量为Q b，则补油泵置换的热量

所以，液压回路各个元件所散发的热量和由补油泵置换掉的热量相等是闭式回路内部达到热平衡的条件。

对于液压系统的发热温升，必须进行验算，并予以控制，对于不同的液压系统，因其工作条件不同，允许的最高温度也不同，煤矿井下特种车辆属于工程机械，允许值见表1。

4车辆液压系统液压油的维护与保养

(1) 液压油的油位不能太高或太低。油位太高，会因为油缸动作导致油液溢出;油位太低，会导致系统中的循环油量不足，使冷却效果降低，导致油液温度上升，油位高低参考车辆使用手册;

(2) 定期清洗或更换滤油器，若滤清器局部堵塞，会导致系统内油量变少，每工作200 h 就应该换液压油呼吸滤清器，可消除液压油箱中产生冷凝水;每工作500 h 就应该更换补油泵滤油器;

(3)定时更换液压油，保持液压油的良好品质，车辆工作1 000 h 后应使用N46HL 和N68HL 抗磨液压油(各占一半)，使用时间超过1 500 h 后应采用N68HL 抗磨液压油，液压油的使用寿命为4 000~6 000 h，但是机器在恶劣环境 (如高灰尘 )中工作时，应时刻检测液压油的品质，防止液压油污染对系统造成损害。

5结语

本文对煤矿井下运输车辆液压传动系统油温高的原因进行了分析，并给出了整机液压系统和闭式回路的驱动系统的热平衡计算方法，对液压系统的设计具有一定的指导意义。

给出了工程车辆液压系统液压油的维护及保养方法，使工程车辆液压系统的保养更加科学。