浅议移动工程机械开式液压油箱研发.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 4年 第 O l期 浅议移动工程机械开式液压油箱研发 王绪桥 力士德工程机械股份有限公司， 山东 临沭2 7 6 7 1 5 摘 要 液压油箱能满足设计性能要求至关重要， 首先必须有足够 的容积 ， 须确保油液冷却及空气释放等 ； 其次 良好的液压油箱制作工 艺及科学 的试漏方法 。 关键词 液压油箱 ； 油箱容积 ； 吸油与 回油 ； 油箱结构 ； 油箱制作 ； 试漏 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 1 0 0 5 8 0 4 On 1 LD o f Ope n Hy d r a u l i c Ta n k f o r M o b il e Eq u i p me n t WA NG Xu qi a o L i s h i d e E n g i n e e r i n g Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ， L i n s h u 2 7 6 7 1 5 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e h y d r a u l i c o i l t a n k c a n me e t t h e p e r f o r ma n c e r e q u i r e me n t s o f the d e s i g n i s e s s e n t i a l ， fi r s t o f a l l mu s t h a v e s u ffi c i e n t v o l u me t o e n s u r e t h a t o i l c o o l i n g a n d a i r r e l e a s e ， e t c ． s e c o n d l y g o o d h y d r a u l i c t a n k p r o d u c t i o n p r o c e s s a n d t h e s c i e n t i fi c me t h o d o f l e a k t e s t i n g ． Ke y wo r h y d r a u l i c t a n k； f u e l t a n k； o i l a n d r e t u r n o i l ； c a p a c i t y f u e l t a n k； s t r u c t u r e p r o d u c e d ； t a n k l e a k t e s t i n g 0 引言 在工程机械行业中。开式液压油箱应用很普遍 ． 其 结构简单 ． 安装维护方便 根据工程机械具有移动性的 特点 ． 其设计与普通油箱有所不 同， 比如 如果油箱容 积小了． 系统运行一段时间后油温过高 。 容易造成液压 系统泄漏现象使液压油粘度下降或变质 ．液压件故障 率偏 高吸油滤油器配置不 当，导致液压泵吸油不顺 畅 ， 泵容易吸空 油箱结构 、 油箱材料和表面处理等方 面选用是否合理。在液压系统设计时． 油箱设计 的好与 坏直接影响液压系统 的工作可靠性 ．特别对液压泵的 寿命有很大影响 当液压系统 内完成工作循环后 的液压油 、 沉淀物、 空气 、 水分等 回到油箱 ， 油温会升高需 要降温 ， 正如人 类 的动脉 中流动着干净 的红血球 ．静脉中流动着含有 废弃物的血液一样 ． 需通过人体 肾脏进行净化 ． 保持血 液 中没有废弃物 ． 维持干净状态 ． 液压装置中油箱起着 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 0 1 作者简介 王绪桥 1 9 7 4 - ， 男 ， 江苏东海人 ， 工程师， 本科， 主要从事挖掘机 研发工作。 与人类 肾脏一样的作用 ， 对液压油进行净化 、 冷却 ， 可 以说液压油箱是液压系统 中一个重要的辅助部件 ． 因 此合理的设计液压油箱是一个不能忽视的问题。 1 液压油箱容积 的确定 油箱 的容积是油箱设计 时需要确定 的主要参数 ． 油箱体积大时散热效果好 ， 但用油多成本高 油箱体积 小时 ． 占用空 间小成本降低 ， 但散热条件不 足 ， 在实际 设计时． 可用经验公式初步确定油箱容积 ， 然后再验算 油箱的散热量 Q 。 ， 计算系统的发热量 Q ， 当油箱的散热 量大于液压系统的发热量时 p p ， 油箱容积合适 ， 否 则需增大油箱容积或采取冷却措施。一般情况下 ． 油箱 的容量可按液压系统的额定流量估算 出来 ．其估算经 验公式如下 V n Q 其 中 为经验系数 m i n ， V为盛工 作液的油箱容积 L ， Q 为泵每分钟最大可提供的流量 L ／ mi n ． 对行走机械一般取 1 ． 5 ～ 2 m i n 。 移动工程机械液 压 系统油箱的主要 功用是 当差 动 不等腔 液压缸工 作 时． 向系统各元件补充液体排出气体 ． 可运用 1 ／ 3 2 D D为管 径 ， 一般不应小于 2 0 mm， 距箱边不小于 3 JD， 安装位置 应便于装卸与清洗。回油滤油器一般作工作型过滤器 用 。 常选用精滤器 回油过滤器所处管路压力较低 ， 压 力损失对系统影响不大 ．用精度较高的过滤器可以使 进 入油箱 的油得 到充分 的过滤 ．回油 滤一般 在 l 0 2 0 1 m微米 ， 需定期更换 。 ， 以保持返 回油箱的油液具 5 9 液 压 气 动 与 ／ 2 0 1 4年 第 O l期 有允许的污染等级 ．它可 以被安放在油箱的顶部或侧 面 ． 滤油器的安装位置要便于拆卸 见图 1 ， 当滤芯的 异物过 多时 ， 液压油无法正常流过滤芯 。 压力会上升 ， 过高 的压力会损坏滤芯 ． 从而会损坏整个液压油路 ． 因 此回油过滤器装有旁通阀 ．当回油滤芯压力升到一定 程度时 ． 液压油会可以通过旁通 阀回到油箱 ， 所有 回油 管末端均应低于油箱工作液 的液面 ．以防止 回油 冲入 油箱时搅动油面而产生气泡 ．回油管离箱底距离 h ≥ 3 D D为管径 ， 回油管端宜斜切 4 5 ， 以增 大出油 1 3 截 面积 ， 减 慢出 口处油流速度 ； 此外 ， 应使 回油管斜切 1 3 面对箱壁 ．以利油液散热 当回油管排 回的油量很大 时． 宜使它出1 3 处高 出油面 ． 向一个带孔或不带孔 的斜 槽 倾角为 5 0 ～ 1 5 排油 。 使油流散开 ， 一方面减慢回油 流速 、 减少它 的冲击搅拌作用 ． 另一方面排走油液中空 气 另外油箱内回油集 中部分及清污 口附近宜装设一 些 磁性 块 ． 以去 除油 液 中的铁 屑和带 磁性 颗粒 。 l 1 1 O 1 3 1 一 吸油 过 滤 器2 一 支 撑 弹簧3 一 加 油 13 过 滤 器4 一 呼 吸 器 5 一 呼吸过滤器6 一 吸油管 主泵连接处 7 - 回油堵塞8 一 盖 9 一 回油过滤器1 0 一 旁通 阎1 1 - 支撑弹簧1 2 一 盖 1 3 一回油管 循环工作油回油管 1 4 一 油位计 显示工作油 的量 图 1 挖掘机液压油箱示意图 5 液位 、 热交换器 的布置 为了能够观察 向油箱注油的液位上升情况和在系 统过程 中看见液位高度 ．所有液压系统油箱必须设置 工作液面指示器 液位计 见图 1 。 液位计安放在便于 观察 的地方 ．小型油箱液位计的最高刻度线对应油液 最高位置 ． 最低刻度线对应最低允许油位 为 了确保液 压泵不 吸空 ．最低允许 油位一般设 在泵吸油 13以上 7 5 mm左右 。 大型油箱 。 在最低允许油位处设一小液位 计 ， 或使用液位传感器。当液位达到最低允许油位时 ， 发出报警信号 。 提醒操作者加油 。油箱中如果要安装热 交换器 ， 必须考虑好它 的安装位置 ， 以及测温 、 控 制等 措施 。 6 液压油箱呼吸器 的选 型与布置 液压油箱是封闭结构 。 当液压装置运行时 ． 随着液 压油的循环 。油箱 内的液压油位会下降 ．此时油箱 内 气压下降 ，形成低 于大气压的压强 ．为防止油箱 内压 强下降设 置了呼吸器 一般注油与通气 同用一个 ． 可 保持箱 内空气与大气相通 ．同时可防止箱 内液压油被 大气污染 见图 1 。 当油箱内气压 升至 O ． 3 ～ 0 ． 5 k g f ／ e m 2 时， 排气 阀开启 ， 维持油箱 内压强 ， 油箱 内液压油受到 向下的气压作用 ．提高 了主泵吸油效率 ．当油箱 内气 压降至 0 ． O l k g f ／ c m2 以下时 ． 吸气阀开启。对开式油箱 来说 ， 呼吸器是必备的 ， 通常它兼作注油 口用 ， 油箱 的 注油 13 一般不从油桶中将油液直接注入油箱 ．而是经 过呼吸器注入油 ．这样可保证注入油箱中的油液具有 一 定的污染等级 ．油箱采用呼吸器的空气过滤等级为 l O t x m 理论上呼吸器 的空气 过滤等级应 与液压系统精 滤等级相匹配 。呼吸器的通气量至少要大于按主泵 排量的 1 ． 5 - 2倍以上 ．以便 即使在系统尖峰需要期 间 液面迅速下降时也能在油箱内保持大气压力 带旁通 阀的呼吸器 ．能够减少大气中杂质进入液压系统的概 率 ．提高空滤的使用寿命 ．同时能有效控制空气 中的 水分吸人 ，以防油箱中油气的逸 出。通常将它置于油 箱的顶部 ．对于移动工程机械呼吸器 的安放位置 ． 应 考虑车辆爬最大坡度和下坡时 ．不致使油液从其 中溢 出。为避免呼吸器呼出的油气 附于油箱外壁 ．可在空 气过滤器顶端设置侧孔 ．使其通过胶管与大气相通 ． 该胶管长度 以与油箱底部平齐 ．且需固定 ．对于履带 式工程机械伸 出端应远离履带 当机器在颠簸 的路面 上行 驶 或 在液 压缸 急 速 回流 时 ．油 液较 容 易从 呼 吸器 里窜出．虽然油箱隔板在一定程度上能起到防止油液 波动的作用 ．但很难完全避免油液窜出的发生 ．可以 在油箱安装呼吸器的位置 ．增加一个防窜套筒 ．套筒 高出油箱上平面 ．和油箱焊接在一起 ．在位于油箱内 部的套筒上 ．加工出许多小孔 ．这样可以消除油液波 动而引起的窜油 ．也能很好地防止因系统 内混人空气 后产生 的泡沫而导致 的窜油 7 油箱 的制作工艺 液压油箱制作工艺一般为钣金制作一试漏 磷 化处理 清洗 烘干一外部油漆 在油箱制作时广泛采用价格低廉、 易于加工 、 可焊 性 良好的低碳钢 ． 最常用的是 Q 2 3 5板材 ． 但 由于液压 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 0 1 ． 2 0 1 4 油中总是含有水分 ．空气 中也含有水分 ．当油温高于 4 5 ℃时 ． 油 中水分就会蒸发成水蒸气 ． 附在油箱侧壁和 顶盖上 。 时间长了就会出现气相锈蚀 ． 因此碳钢制造 的 油箱在表面防锈处理方 面的要求 比较高。为了改善空 气的分离 ． 油箱应做成平行六面体的形状 ． 具有较大线 性尺寸 的面应作为底 面． 其小面应朝机械的运动方向 ． 此液压油箱制造容易 ． 箱上易于安放液压器件 ， 被广泛 采用。 油箱一般先焊 内部 ． 后封顶 。 也就是在盖上油箱顶 板之前 。 清除所 有焊渣 。 然后盖上顶板焊接 。 为 了方便 清洗 ． 焊缝应尽可能放在油箱外面 为 了防止焊缝产生 氧化皮 ， 对碳钢油箱的焊接应采用 C O 气体保 护焊 ， 以 提高焊缝质量 。油箱焊接前板材要加工出坡 口， 必须清 除板材焊接部分及周 围的氧化层及铁锈 ．若分层焊接 必须除尽焊渣才能再焊另一层 ．焊接时板材应 留适量 焊缝 。油箱焊接完成后 。油箱 内侧不允许遗 留搭接焊 缝 ， 因为焊缝 中的污垢很难清 除 ， 焊缝表面必须光洁 ， 无任何焊渣 、 毛刺。 油箱表面的防腐处理有四种方法 ①酸洗后磷化。 ②喷丸后直接涂防锈油 ，一般大型油箱较多采用此方 法。③喷砂后热喷涂氧化铝， 适用于除水一 已二醇外的 所有介质。 ④喷砂后进行喷塑， 适用于所有介质。油箱 内表面的防腐处理时。 不但要顾及与介质的相容性 。 还 要考虑处理后 的可加工性 、制造到投入使用之 间的时 间间隔以及经济性 。由于磷化处理的工艺比较简单、 成 本低 ，所以在油箱的表面处理方面 ．磷化得到广泛应 用 。 磷化处理的一般工艺流程为 脱脂 水洗一酸洗除 锈 水洗 碱洗 中和一磷化被膜 热水洗 热风吹 封盖 。在碳钢板油箱焊接好 以后 。 在其表面不可避免地 存在油污 ． 因此磷化处理 的第一道工序就是脱脂 ， 然后 水 洗 ； 再进行酸洗除锈 、 水洗和碱洗 中和 ； 然 后进行磷 化被膜 ； 其后为了使其快 干 。 应对油箱用热水洗 以及热 风吹 ； 最后将油箱上所有 的 口用塑料盖封住 ． 注意不要 有泥 、 沙等其他异物进入 。 完成后要加人 中间防锈油 ． 并使内部全部涂抹。对于不锈钢油箱 。 不需磷化处理 。 其工艺步骤要简单的多 脱脂 水洗 热水洗一热风 吹一 封 盖 。 液压油箱 内部最好不要 喷漆 ．油箱 内壁应涂上耐 油防锈 的涂料 ．外壁如涂上一层极 薄的黑漆 不超过 0 ． 0 2 5 ra m厚度 ， 会有很好 的辐射冷却效果 另外法 兰 端面 、 螺纹孔及 0形槽不喷漆。用面团清理液压油箱 ． 其实这是最后一道工序 。 就是用面团粘 。 将面粉揉和到 能拉伸的程度分成三份 ．用面团分 三次粘干净液压油 箱的里面 ， 尤其是油箱 的边角处 。 这样可以彻底地清理 干净液压油箱。油箱清理完成后要保证箱体 内残 留异 物总量不得超过 0 ． 0 5 g 。 大小不得超过 1 5 0 1x m 8 液压 油箱试 漏 油箱焊接完毕后应进行渗漏试验 ．如何检测油箱 是否漏油 ， 对保障油箱的质量至关重要 。油箱检漏方法 主要有 以下几 种方 法 1 在接缝处涂肥皂水 ， 观察渗漏处是否会有 明显 黄褐色痕迹 ， 根据此处是否起泡来判断。 2 对小 的油箱可充以压缩空气 ， 然后浸入水 中试 验 。 3 对于不能加压 的油箱焊合件 ， 可以在油箱外部 所有焊缝涂上石灰液 ， 待干后 ， 在油箱 内加少量煤油 。 在焊缝处于煤油浸泡处 ． 停 留 l O mi n左右 ． 看外部是否 有煤油渗出 ． 逐步翻转油箱 ． 使每一道焊缝都能用此方 法检查。 4 压缩空气试验 。 主要 以观察压力下降的速度来 判断。液压油箱一般进行耐压实验时 ． 常用压力 3 ． 8 2 2 x 1 0 4 P a 。 首 先将 油箱 容器 各法 兰 口密 封 ． 然 后 向油箱 内通 入空气 ． 按照设定 的压力来进行控制 ． 使得被试验的油 箱在变形最小 的情况下检出漏点 ．这样再由工人进行 补焊 ， 直到检测油箱正常， 完成油箱的测试工作后 ， 即可 转到下一工序 。油箱试漏装置的工作原理为 压缩机开 始工作 。 给气包供气 。 气包起稳压作用 ， 当压力达 到一 定值时 ． 检测的液压油箱反馈一个压力信号 ． 空压机 自 动停机 或卸荷 。 气包内处于保压状态 ， 这时操作人员 关闭手 、 电动气动阀 ， 开始焊缝漏点检测 ； 若压力不够 可以通过手动阀随时人工干预进行调节 均设有声光 报警 ， 确保液压油箱试验压力稳定。当达到一定试验 压力值时 自动输出信号 。 控制空压机准确卸荷 ， 确保油 箱在试压过程 中不变形 或变形最小1 。 9 结束语 良好的设计 、 合适的制作工艺 、 科学 的油箱试漏方 法才能确保液压油箱满足性能要求 ．才能确保整机性 能稳 定 参 考 文 献 [ 1 ]1 刘延俊． 液压与气压传动【 M】 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 】 金钟振． 挖掘机【 M】 ． 上海 上海交通大学 出版社 ， 2 0 1 1 ． 【 3 】 孙涛． 挖掘机液压油箱呼吸器 的选型与布置要点[J ] ． 工程机械 与维修， 2 0 1 3 ， 2 ． [ 4 ] 李红 船 ， 等． 液压 系统 开式油箱设计[ J ] ． 起重 运输 机械 ， 2 0 0 7 ， 1 2 ． 61