裝載機液壓系統熱平衡分析

黃岸

摘要：裝載機在運行過程中，液壓系統由于受到機械磨損等情況，會產生大量熱量，容易使得液壓油溫度升高，造成液壓系統故障，對液壓系統的正常使用產生一定影響。因此，本文就裝載機液壓系統熱平衡展開分析。首先探討裝載機液壓系統油溫升高原因以及相關危害，然后分析液壓系統熱平衡計算，重點針對郵箱散熱計算以及冷卻器散熱進行概述。

關鍵詞：液壓系統；損耗；熱平衡分析

引言

液壓系統的工作壓力普遍較高，液壓系統的動作都是通過各種液壓閥配合實現的，由于液壓閥與其閥芯是一種偶件配合，所以對其中閥芯與閥體的配合間隙、液壓系統的密封性等有較高的要求；同時對液壓油的也有著嚴格的要求。裝載機運行過程中，避不可免的會產生熱量，傳遞至液壓系統，造成液壓油溫度上升，影響液壓系統運行。

與其他驅動方式相比，例如電驅動、機械驅動等，液壓驅動具有十分明顯優點，具體為：易于獲得很大的力矩；速度剛度大、配置柔性大、調速性能好，能夠實現無級變速，運轉平穩、均勻；換向時沖擊小，控制容易，操作方便；能自行潤滑；在輸出同等功率的條件下，液壓傳動裝置體積小，重量輕、結構緊湊、承載能力強。從而使液壓系統技術在裝載機中得到廣泛應用。

1.液壓系統組成及能量傳遞過程

裝載機液壓系統主要包含液壓油箱、液壓泵、液壓油、液壓閥、液壓油管、液壓油缸、活塞，以及各類液壓油濾芯等。

裝載機結構中，液壓系統具有十分重要的作用。在裝載機工作過程中，通過電動機的機械能經由變量泵將其轉化為液壓能，然后通過先導閥、多路閥等控制流量的大小、方向，使其作用執行元件，將液壓能轉化為機械能，實現切削，行走，裝載、運輸等功能，最后，通過多路閥回流油箱，完成工作循環。

裝載機液壓系統循環油路如圖1所示。

在裝載機運行中，液壓系統有多種動力損失，包括液壓泵、液壓馬達和液壓缸的機械損失和容積損失：閥門部件和管道的壓力損失：液壓油的粘性摩擦損失：電動機功率與負載不匹配的損失。幾乎所有的這些損失都轉化為熱量，這些熱量中，除了一小部分，散發到周圍的空間中，其余大部分熱量導致液壓系統的油溫上升。裝載機液壓系統能量傳遞過程及功率損耗如圖2所示：

2.液壓油油溫過高的原因及危害

2.1液壓油油溫過高的原因

裝載機液壓系統中功率損失雖然不可避免，但設計不合理和操作不當也會加劇功率損失，使油溫升高。

（1）環境溫度高，連續作業時間長導致油溫高，應考慮改變作業方式。

（2）散熱效果差，散熱器表面或內部沉積污物過厚將造成散熱、通風不良，致使油溫過高。檢查液壓油散熱器是否堵塞、皮帶、風扇等是否無異常，視情況清潔散熱器內外或檢修。

（3）液壓油箱油量太少使系統循環的油量不足。檢視油箱油量，若不足則補充。

（4）液壓系統設計不合理。液壓元件選用不合理，元件若不能滿足系統流量要求，會在使用中使閥口流速過高，造成較大的壓力損失；回路中存在多余的元件和管路，會降低系統效率；管路設計和安裝不合理，會造成壓力損失和沿程壓力損失；油箱設計不合理，容積小，散熱面積不夠。這些都會導致油溫升高。

（5）冷卻系統工作不良。通常，裝載機采用水冷式冷卻器對液壓系統進行強制冷卻。但當水冷式冷卻器散熱片過臟或水循環不暢時，會使其傳熱系數降低，導致油溫升高。

2.2液壓系統油溫過高的危害

液壓系統油溫過高，會降低油粘度，增加泄漏，使運動元件之間的油膜或損壞，增加運動阻力，加重磨損。橡膠密封變形，老化提前失效，造成泄漏：加速油品氧化變質，降低油品使用壽命，釋放瀝青，堵塞阻尼孔和閥門端口，導致閥門壓力失效，閥門流量不穩定，閥門流向卡住。油的空分壓力降低，造成空氣逸出和氣穴，導致裝載機工作性能下降。

3.液壓系統熱平衡計算

3.1液壓系統系統發熱功率計算

3.1.1按元件功率損失計算

3.1.2按系統輸入功率和執行元件有效輸出功率計算

3.2液壓系統散熱功率計算

3.2.1油箱散熱計算

裝載機油箱的結構如圖3所示。

油箱的散熱面積：A=（A1+A2）/2。其中：

A箱一油箱總散熱面積；A1與油直接接觸的散熱面積；A2-與油不直接接觸的散熱面積。因Az表面溫度低，故只取它實際表面的一半作為與油直接接觸的表面。

3.2.2冷卻器的散熱功率

裝載機由于空間的限制，增大油箱容積的空間很小；增大冷卻水量則會在巷道處于底板松軟或下坡的情況下使行走鏈輪打滑，影響裝載機的工作效率，因此必須在冷卻系統采取強制水冷的措施來降低液壓系統溫升。

4結束語

根據裝載機液壓油升溫原因和危害以及熱平衡的分析，，為了減少液壓油溫度上升并達到熱平衡狀態，需要盡可能的增大郵箱散熱面積，同時針對冷卻器、冷卻水也應合理選擇。通過對裝載機液壓系統熱平衡分析，能夠提高液壓元件使用壽命，降低裝載機液壓系統故障和維修費用，具有一定的指導意義。