铆接机液压系统的发热分析.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 5 ． 2 O1 0 铆接机液压系统的发热分析 刘宏献 安阳锻压机械工业有限公司， 河南安阳4 5 5 0 0 0 摘要 本文对铆 接机液压系统发热问题进行了分析 ， 不 仅液压元 件的局部阻力损失和无功溢流造成液压系统的发热 。 而且 管道 内的 沿程阻力损失和局部阻力损失也是系统发热的主要 因素。 通过提高管道通径 、 合理的设计增压集 成阀块 ， 并 提高油箱散热能力 ， 有效的 降低系统发热 。 关键词 液压系统 、 通径 、 发 热 、 中图分类号 T H1 3 7 ．7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 5 0 0 3 3 0 3 An a l y s i s o f Ri v e t i n g M a c h i ne’ S Hy d r a t t hc s S y s t e m He a t i n g LI U Ho n g- x i an f A n y a n g F o r g i n g - P r e s s M a c h i n e r y I n d u s t ry C O ． ， L T D ，A n y a n g H e n a n 4 5 5 0 0 0 Ab s t r a c t T h i s t e x t a n a l y s i s e s t h e g l o w p r o b l e m o f t h e h y d r a u l i c r i v e t i n g ma c h i n e’ S h y d r a u l i c s y s t e h e c a u s e s o f h y d r a u l i c s y s t e m g l o w a r e l o c a l r e s i s t a n c e l o s s o f h y d r a u l i c c o mp o n e n t s a n d r e a c t i v e o v e r f l o w， t h e a l o n g r e s i s t a n c e l o s s a n d t h e l o c a l r e s i s t a n c e l o s s i n t h e p i p e ． 1 i n e a r e a l s o t h e m a j o r f a c t o r o f h y d r a u l i c s y s t e m g l o w ． t h e s y s t e m g l o w c a n b e r e d u c e d b y i n c r e a s i n g t h e d r i f t d i a m e t e r o f p i p e l i n e ， d e s i g n i n g i n t e g r a t e d v a l v e b l o c k r e a s o n a b l y a n d e n h a n c i n g the a b s t r a c t i o n o f h e a t c a p a c i t y o f o i l t a n k ． Ke y W o r d s Hy d r a u l i c s s y s t e m； d r i f t d i a me t e r ； h e a t i n g O 引言 T 9 2 Y 一3 1 ． 5液压铆接机是我厂开发研制的一种汽 车大梁专用铆接设备， 它每分钟可铆接 1 2的铆钉 1 2 1 5个 。 其社会效益和经济效益是非常显著 的， 是汽车行 业一种理想的专用铆接设备。但是， 该机一直存在着一 个致命的弱点 即连续负荷工作 4小时 以上 ， 液压系统 的油温明显超过国家有关标准规定 的油温标准 6 0 C ， 由此而造成的许多质量问题相继 出现 ， 如 油液长期处 于高温状态 ， 造成油液易变质 ； 橡胶密封 圈易老化 、 损 坏 ， 液压系统 内外泄漏严重 ； 更为严重 的是 ， 由于该机 结构上是油泵浸埋在油箱 的油液内，泵体长期处于高 温状态 ， 而造成油泵 叶片、 转子卡死折断 ， 致使该机无 法正常工作 。因此 ， 解决铆接机液压系统的发热问题 ， 是提高铆接机的可靠性和稳定性的关键。 1 主要结构及发热源分析 铆接机 的结构布置如图 l 所示 ， 主要 由液压站 、 管 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 3 l 作者简介 刘宏献 1 9 6 6 一 ， 男 ， 河南省 安阳市人 ， 工程师 ， 主要从 事液压 机械的研究与开发。 参 考 文 献 【 1 】 成大先． 机械设计-T - [ M] ． 北京． 化学工业 出版社， 2 0 0 2 ． 【 2 】 卢光贤． 机床液压传动与控制[ M 】 ． 西安． 西北工业 大学 出版社， 1 9 84 ． 【 3 1 岑军 健等． 非标 准设备设 计手册 [ M 1 ． 北 京． 国防工 业 出版 社， 1 9 8 3 ． 路 、 悬吊装置 、 铆接钳组成。液压站通过管路和铆接钳 相连 ， 铆接钳悬挂在悬吊装置的下端 ， 可围绕 吊轴分别 在水平和垂直方 向作 3 6 0 。 旋转 ，并 随着吊梁上的滑车 前后移动， 方便铆接车架不同部位的铆钉。 图 1铆接 机 的结 构 布置 l 一 增 压集成 阀块2 一 高压软管3 一 悬吊装置4 一 铆接缸5 一 铆接头 该机液压系统为增压系统 ，系统流量为 3 9 L ／ mi n ， 油泵输 出压力为 6 ． 3 MP a ， 增压 比为 1 5 ， 工作频次为 1 5 次／ mi n ，压力控制 阀和方 向控制阀均为 1 0 mm通径 。 其工作 原理是油泵输 出压力油经增压 集成 阀块 1换 向、 增压后通过高压软管 2进入铆接缸 4 ， 推动铆接头 5向下铆接或返回。 铆接机铆接次数频繁 ， 工作时间长， 系统油温温升 比较高 ， 造成机器故障率高 ， 液压系统泄 f 4 】 雷天觉 ． 新 编液压 工程手册 [ M】 ． 北 京 北 京理工 大学 出版 社， 1 9 9 9 ． 【 5 】 杨文华． 液控原理[ M】 ． 北京 学术书刊出版社， 1 9 9 0 ． f 6 ] 陆元章 ． 现 代机械设 备设计 手册【 M 】 ． 北京 机械 工业 出版 社， 1 9 9 6 ． 3 3 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 0年 第 5期 漏严重 ． 出现这 些 问题 的原 因 ， 主要 有 以下几种情 况 。 1 ． 1 管道内沿程阻力、 局部阻力大而摩擦生热 第一本机液压系统 的核心部件增压集成阀块 ， 既 是增压油缸体 ． 又是所有液压阀集成阀块体 ， 内部孔道 多 、 交叉多 ， 结构非 常紧凑 、 复杂 ， 孔与孔间距小 、 通道 长 ， 设计的流道 1 0 mm不符合流量要求 ， 过流面积较 小 ， 孔道加工粗糙度高 ， 孔内有严重的螺纹沟线和毛刺 清理不干净 ， 造成沿程阻力损失过大产生热源。另外零 件设计中有过多的孔与孑 L 半孔相通，甚至有的两孔相 交其偏心率达 6 0 ％， 形成局部节流 ， 造成局部阻力损失 过大而生热 二是不按工艺 、 图纸加工 ， 油孔 的加工次 序混乱 ， 导致直角交叉油孔在相会处产生涡流严重， 使 液流呈紊流状态， 导致严重生热。 第二本机的执行机构铆钳缸远离液压站 ，期间通 过近十八米长的高压管道相连接 ，为了保证钳体轻巧 灵活的移动， 而选择 了 l O mm通径的高压软管管道 ， 管道内流速高、 摩擦阻力大， 严重的增加 了沿程阻力而 摩擦 生热 。 1 ． 2 油 箱 内部 结构设计 不合 理 ， 散 热性能 差 由于过去为了降低系统油温 ．曾经将油箱的容积 扩大， 但是 回、 吸油管没有相应加长 ， 油箱内的隔油板 又相对较低 ， 造成油的流动性差 ， 这样油箱 内下部油液 静止不参加循环 。使油箱散热面积仅集 中在油箱 的上 半部 ， 油箱的下半部没有利用起来 ， 散热性能差。 1 ． 3 液 压元件 性能差 。 造成局 部生热 。 由于本机工作时， 当活塞杆带动铆头接触铆钉后 ， 系统压力逐渐升高达到设定值 ，由压力继电器将压力 信号转变为电信号传输给 P L C控制液压元件执行增压 动作，增压压力达到设定值 时，仍 由压力继电器发讯 号 ， 转换为铆 头返 回。这期 间 由于压力继 电器 的压力误 差大 、 动态响应性能差 ， 信号转化 时间长 ， 造成溢流阀 长期溢流， 从而产生大量的热。 液 压 阀选 择 的是 国 内某 公 司 l O mm通 径 的换 向 阀， 标定额定流量 4 0 L ／ m i n时 ， 压力损失达到 5 b a r ， 该系 统的流量为 3 9 L ／ m i n ， 基本达到额定流量 ， 如此大的压 力降， 将全部转化为热能。 2 液压系统结构 的改进 合理选择管道通径是减少液压 系统生热 的重要途 径 ， 管道内径的选取 由以下公式计算 d≥ 1 1 3 o 式中 通过管道内的流量， 单位为 m 3 ／ s ； 管道内允许流速 ， 单位为 r r d s 。 对于压力油 管 ≤3 - 6 r r d s ， 压力高 、 管道短取大值 ， 反之取小值 ， 推 荐 流速 4 r r d s 。 ≥ 1 1 3 0 、 ／ 1 1 3 0 、 ／ 1 2 ．8 8 m m 由计 算 可 看 出 ，液 压 系 统 的管 道 直 径 应 不 小 于 1 3 ram。 根据以上分析计算 ，我们对液压系统的结构做 了 以下 改进 1 将连接管道改为外径较小耐高压的 1 3 ra m高 压软管 ， 提高了管子的过流面积 ， 降低液流的流速 ， 减 小了由于沿程阻力而产生的热量。 2 重新布置液压 阀在增压集成阀块上的位置顺 序 ，将增压集成阀块 内部的流道直径提高到 1 6 ra m， 同时提高钻孔的尺寸精度 ，油道交叉处使两孔正交和 近似圆角过渡， 避免盲端 T形状孔产生， 减少涡流的产 生 见图 2 ， 而且将钻孔改为先钻孔后铰孔 ， 提高内部 管道的光洁度， 降低沿程阻力和局部阻力 ， 减少热源。 ／ 1 ； ／ 2 p 7 7 ／ ／ ／／ ／ 一一 卜 ～ ， ／ ／ ／ ／ ／ 图 2增 压 集成 嘲块 改 进前 后 对 照 不 意 图 l 一 改进前半交叉孔 2 - 改进前直角交叉 T型盲端孔 3 一 改进后正交孔4 一 改进后直角交叉孔 3 油箱内设置两个隔油板 ， 靠近回油区的隔油板 4接近油箱上端 ，靠近吸油区的隔油板 5接近油箱底 端 ， 两板之间是油流通道 ， 这样把油箱分成两个独立的 油区。系统 回油先回到回油区， 在隔油板的限制下 ， 油 液从 回油区的上端流经下端再经过两板之 间的通道进 入吸油区的上端 ，然后通过吸油区下端的油泵 口进入 系统 ， 使油液充分循环起来 ， 油箱 内部油温处处相 同， 充分利用油箱的表面积散热 见图 3 。 图 3 油箱改进前后对照示意图 l 一 改进前油液循环路径2 一 改进前隔油板3 一 改进后油液循环路径 4 一 改进后回油区隔油板5 一 改进后吸油区隔油板 4 液压系统采用性能较高的力士乐系列液压元 件 。其 咖l O mm通径换 向阀 的通 流量 为 7 5 L ／ ra i n ， 在 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ， N O ． 5 ． 2 0 1 0 机械传动系统应用液力偶合器 油 液 温高原因分析 江 树 基 广东中兴液力传动有限公 司， 广东郁南5 2 7 1 0 0 摘要 本 文对机械传动系统中液力偶合器油温高的原因进行细化分析 ， 把外因 、 内因引发 的高温问题 ， 结合实践 中的解决方法 ， 探索 出行之有效的办法 ， 具有指导 意义。 关键词 机械传动系统 ； 应用 ； 液力偶合器 ； 油温高 中图分类号 T H1 3 7 ． 3 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 5 - 0 0 3 5 0 3 An a ly s i s o n Hi T e mp e r a t u r e o f W o r k i n g OF l u i d o f Hy d r a u l i c Co u p l i n g s i n M a c h a n i c al Po we r Tr a n s mi s s i o n S y s t e m J I A NG S h u - j i G u a n g d o n g Z h o n g x i n g P o w e r T r a n s m i s s i o n C o ． ， L t d ．y u n a n 5 2 7 1 0 0 Ab s t r a c t B y d e t a i l e d a n a l i s i n g h i g h t e m p e r a t rne o f Wo r k i n g O i l f 1 u i d o f H y d r a u l i c C o u p l i n g s i n Ma c h a n i c a l P o w e r T r a n s mi s s i o n S y s t e m ， t h i s a r t i c l e i l l u s t r a t e s t h e t wo k i n d s o f h i g h Oi l t e mp e r a t u r e p b o b l e ms o u e s c a u s e d b y e x t e n a l f a c t o r s a n d t h e o t h e r o n e s r e s u l t e d F r o m i n t e r n a l f a c t o r n d i n t r o d u c e s a n e ff e c t i v e r e s o rt t o the s e p r o b l e ms b a s e d o n d a i l y p r a c t i c e ， w h i c h i s me a n i n g f u 1 ． Ke y W o r d s ma c h a n i c al p o w e r t r a n s mi s s i o n s y s t e m； a p p l i a n c e ； h y d r a u l i c c o u p i n g s ； h i h o i l t e mp e r a t u r e O 引言 随着液力偶合器的普遍应用 ，机械传动系统中使 用液力偶合器的优点已被广大用户认可 ，并在工业生 产中发挥着越来越重要的作用 。用户在使用过程中， 常 发现液力偶合器的油温过 高现象 ， 出现 喷油 、 漏油 、 功 率损耗 、 污染 环境等 问题 ， 影 响了生产效率 ， 增加 了生 产成本， 不利于节能降耗。本文对传动系统中偶合器油 温高的原因分析 ， 并提出解决办法。 1 机械传动系统应用限矩型液力偶合器 油温高的原 因分析 油路走 向如图 1所示 。机械传动系统中主要 由电 收稿 日期 2 0 0 9 1 1 - 0 6 作者简介 江树基 1 9 5 7 一 男 ， 技师学院毕业 ， 高级技 师 ， 高级工程师。从 事液力偶合器设计 、 制造 、 售后服务 、 质量控制等工 作 2 0多年 ， 长期研究 液 力 传 动产 品 在应 用 中 出现 的复 杂 、 疑 难 问 题 。 一 一 一 一 一 -一 - - 一 - - - - 一 - - 一 一 - 十一 3 9 L ／ rai n流量时 ， 压力降为 0 ． 2 b a r ， 压力损失很小 ， 减少 阀的阻力生热 压力继 电器 的切换精度 为 l ％， 响应 速 度 快 。 同 时 将 溢 流 阀 的 溢 流 压 力 由 6 ． 3 MP a提 高 到 7 MP a ， 压 力 继 电器 的 压 力 仍 然 调 定 为 6 ． 3 MP a ， 减 少 了 溢流 生热 。 3 结论 经过改进后 ， 对该机型进行了测试 ， 经过 8小时的 负荷试验 ， 油温由初始的 2 3 ℃上升到 4 5 ℃， 完全满足国 家对液压机系统油温的有关标准 ， 并且整机噪声 7 5 d B 动机 动力机 一液力偶合器一减速箱 工作机 组成 。 传动系统中应用限矩型液力偶合器有提高 鼠笼式电动 机启动能力 ， 缩短电动机启动时间 ， 减少启动过程中的 平均电流 ， 减少冲击 和振动 ， 防止 动力过载 ， 保护电动 机和工作机等特点。目前 ， 在矿山机械 、 起重运输机械 、 建材 、 电力等工业生产中应用较广 。 图 1 限矩 型液力偶 合器 工作油循环走 向图 也达到了明显的下降， 比改进前降低了 1 0 d B， 交付用户 使用近一年来 ， 液压系统 的油温正常 ， 用户反 映良好 ， 机器性能的可靠性达到了很大提高。 参 考 文 献 ⋯ 1 徐灏． 机械设计手册， 第 5卷 [ M] ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 9 3 ． [ 2 1 何存兴． 液压元件 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 1 ． 『 3 1 雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ．北京 北京理工大学出版社， 1 9 9 9 ． 『 4 1 盛敬超， 液压流体力学[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 0 ． f 5 1 官忠范． 液压传动系统[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 6 ． [ 6 】 苏礼 华 ， 侯永 强 ， 李 涛． 机床液压 系统的发热分析 [ J ] ． 液压气 动 与密封． 2 0 0 8 1 7 - 9 3 5