一種壓機液壓油加熱裝置的設計

張素平　黃蓉　何希聰

摘 要：在北方地區，壓機停機一段時間后，液壓油在低溫環境下，粘度變大甚至凝結，嚴重影響壓機再次開機，本文針對低溫條件液壓油不能滿足實際使用要求的狀況，設計了一種內置式液壓油加熱裝置。

關鍵詞：加熱管;表面負荷;油箱散熱

1 引 言

液壓油是液壓機的血液，液壓油質量的好壞嚴重影響壓機的性能，而油溫過高或過低都會影響液壓機的性能，一般壓機正常運轉，油溫會升高，配備的冷卻裝置能有效的降低油溫;針對北方地區，液壓機停機一段時間后，液壓油溫度很低，再次開啟壓機需要將油溫升高，常見的手段是通過液壓系統自帶的循環泵空運行來升高油溫;針對裝油量大，并且可能存在一段時間停機的壓機，僅僅通過循環泵來升溫所需時間較長，還有可能升溫速度還不及散熱速度，油溫根本無法上升。現在越來越多的客戶都有液壓油加熱方面的需求。

2 表面負荷

壓機最低啟動溫度20℃，工作時油溫控制在25～55℃內。油溫偏低時，液壓油粘度變大，不利于液壓泵吸油、啟動;油溫偏高時粘度下降，這樣油在泵、液壓閥、油缸等部位上發生滲漏損耗，摩擦副（如主缸系統運動接觸面）油膜變薄，甚至無法形成油膜，形成干摩擦，從而導致活塞、油缸、密封件等磨損。試驗證明，當液壓油溫超過55℃時，液壓油每升高10℃，液壓油的使用壽命要縮短一半，因此，對液壓油加熱時要充分考慮加熱器的表面功率，表面功率要控制在液壓油單位時間單位體積受熱量在液壓油承受范圍之內，以防液壓油局部溫度驟增的現象。

3 加熱管功率計算

參數：

液壓油量（L）：L

環境溫度（℃）：t₁

液壓油預熱溫度（℃）：t₂

加熱時間（h）：Z

液壓油密度：ρ=0.872kg/L

液壓油比熱（kJ/（kg·℃））：C，通過查比熱表可知，液壓油比熱在25℃時為1.675～2.093kJ/（kg·℃）

油箱比熱（kJ/（kg·℃））：C₀=0.501

油箱散熱表面積（m²）：F

油箱質量（kg）：m₀

油箱綜合換熱系統（W/（℃·m²）：a 通風較差時，a=8～9;通風良好時，a=15

油箱損失散熱量（W）：Q_散=a·（t₂-t₁）·F

液壓油升溫所需熱量（kJ）：

Q_油=C·M·（t₂-t₁）=C·ρ·L·（t₂-t₁）

Q_油箱=C₀·m₀·（t₂-t₁）

電加熱功率（kW）：

P=（（Q_油+Q_油箱）/3600Z+Q_散/1000）/（1+η）

加熱管熱損耗比較大，η取40%。

根據以上計算和油箱尺寸，選取合適的加熱管。

4 加熱裝置設計簡介

該加熱裝置嵌入油箱內，由加熱管表溫控表1，加熱管2，油箱出口溫控表3，加熱管外殼4和電控箱組成，加熱管外殼4通過螺釘與油箱連接，O圈密封;加熱管2通過螺釘與加熱管外殼4連接，通過上文功率和表面負荷選擇合適的加熱管，加熱管數量按實際情況決定。加熱管外殼將加熱管與液壓油隔離，作用一，加熱管需更換時，油箱無需放油;作用二，加熱管若意外破裂，管內的氧化鎂粉不會進入油內污染液壓油。加熱管外殼可用無縫管焊接而成，焊后酸洗磷化處理，在滿足耐1MPa壓力前提下體積應盡量小，減少占油箱體積。

溫控表是用于檢測油溫的溫度開關，可設定加熱管表溫度和油箱出口溫度上限，當檢測溫度與設定溫度差值大于5℃時，加熱裝置全功率輸出加熱;當差值小于5℃時，加熱功率逐漸減小，慢慢逼近目標值。在加熱管表處和油箱出口處各設一溫控表，實現對油溫全面監控，若有一處溫度超出設定溫度，加熱裝置自動斷開電源。

該加熱裝置需要全浸入液壓油內，防止出現空燒的情況。

5 客戶現場數據測量

室溫9℃，表顯出口溫度11.2℃，加熱管表溫度13.9℃，油箱7800L油左右。

由于達到客戶現場時，氣溫不是特別低，但也能反映加熱管的效果。

從加熱管表溫度、出口溫度兩個數值的變化來看，加熱管表溫度一直維持著比出口溫度高2～3℃，由此可見加熱管表熱量被及時帶走，一小時內7800L的液壓油溫度升高10℃左右，整體升溫比較均勻，加熱裝置內部溫升不劇烈，對液壓油影響較小。

6結語

本加熱裝置結構簡單，體積小，油溫實時監測，整體升溫比較均勻，達到設定溫度后加熱管自動斷開電源，操作簡單。A9A62B8A-0F04-4FB1-AF4C-B2B899D707E1