平地机液压系统油温偏高的试验分析与改进.pdf

平地机液压系统油温偏高的试验分析与改进 金轲， 林嘉栋， 赵建军， 杨海清 山推工程机械股份有限公司 摘 要 针对平地机在高温地区液压系统油温过高现象， 通过平地机在高温环境下高速行驶和大 负载铲土两种典型工况的液压系统热平衡试验 ，得到液压系统各点压力损失值与不同工况下热平衡温 度。 经过数据分析与热平衡计算， 找到导致液压系统油温偏高的主要因素， 以此为依据 ， 从减少生热和增 大散热两个方面进行改进。对改进后的液压系统进行热平衡测试， 结果表明油温在设计范围之内， 说明 热平衡计算在液压系统设计中的重要性， 对于液压系统的热平衡试验及计算具有一定的参考价值。 关键词 平地机； 功率损失； 热平衡 平地机的液压系统在工作时存在不 可避 免的 功率损失， 会产生大量的热量， 使油温升高。为保证 平地机有良好的工作性能， 正常工作时油温最好控 制在 5 5 ℃左右，连续作业时的最高温度不应超过 8 5℃。油温过高不仅会导致油液变质 ， 橡胶密封件 老化 ， 增加泄漏， 还会使液压元件和液压系统的可 靠性、 稳定性及寿命大大降低。 某 1 8 0型平地 机在 环境 温度 3 0℃以上 工作 时， 出现液压泵、 液压油箱等液压元件表面烫手的 现象 ，经检测发现 ，液压系统的油温达到 9 O℃以 上。为彻底解决此问题 ， 对该机进行了测试 ， 获得 了 大量试验数据。本文从系统产生热量的根源人手 ， 计算液压系统各部分的压力损失和散热情况 ， 分析 导致油温偏高的原因 ， 并给出可行的解决方案。 1 试验方案 本试验通过测量某 1 8 0型平地机液压系统 的 压力、 温度 ， 计算出液压系统在实际工况中的发热 量和散热量， 找出液压系统过热的原因， 检验散热 系统是否满足散热需求。 1 ． 1 试验条件 环境温度 3 0 ～ 3 5℃， 风速不大于 6 r rd s ， 相对湿 度 7 4 ％。 1 ． 2 试验方案 根据出现高温问题平地机 的实际工况 ， 建立 以 下试验工况 发动机油 门处于最大供油位置 ， 挡位 设在最高挡位 ， 在试验场地作“ 8 ” 字形高速行驶 ； 大 负荷铲土，使试验样机铲刀中有相当数量的物料； 铲刀在地面上推着物料行驶 ， 并保证样机在行驶中 有一定的滑转，使发动机在最大转矩点附近工作， 每次工作距离不少于 5 0 m 。到达稳定工作状态后， 测量工作泵出口压力、 转向泵出口压力、 多路阀进 出 口压力 、 蓄能器充液阀入 口压力 、 液压油温度和 环境温度。 2 液压系统试验结果 2 ． 1 测量系统压力损失 车辆空 载 ， 液压 系统 油温为 4 5 ～ 5 0℃， 发动机 在怠速 8 0 0 r ／ m in 、 1 0 0 0 r ／ m in ，额定转速 2 2 0 0 r ／ ra i n 下运行 ， 测量系统各点压力及流量 ， 测量结果如表 l 所示 。 由表 1 可见 ，当发动机转速为额定转速 2 2 O O r ／ mi n时 ， 系统流量达到最大 ， 液压系统压力损失最 大， 实际测试值远大于设计值。 2 ． 2 液压系统热平衡温度试验 由图 1 可见 ， 平地机液压系统在高速行驶和大 负荷铲土两种工况下， 热平衡温度均远大于设计温 度 8 O℃，其中高速行驶工况散热需求更大，在 3 0 ra i n之 内 ， 液压油温达到 9 O℃以上 ， 此后温度缓慢 上升， 在接近 1 0 0℃时达到热平衡 。 一 2l 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 液压系统各点压力及流量 发动机转速／ r ／ ra i n 8 0 0 1 O 0 0 2 2 0 0 工 出口压力／ MP a O ． 1 O 0 ． 2 3 2 ． 0 3 作 泵 出 口流量／ L ／ m i n 2 4 ．9 3 0． 8 69 ． 1 转 出 口压力／ M P a 0 ． 1 6 0 ． 3 6 2 ． 3 3 向 泵 出 口流量／ L ／ m i n 1 5 ．7 2 0 ． 6 4 4 ． 6 多 入 口压力／ M P a 0 ． 1 4 0 ． 3 0 1 ． 6 0 路 阀 人 口流量／ L ／ mi n 2 4 ． 9 3 0 ． 9 6 9 ． 3 充 人 口压力／ M P a 0 ． 8 l O ． 8 7 2 ． 6 2 液 阀 入 口流量／ L ／ rai n 1 2 - 4 1 6 ． 2 3 5 ． 3 1 0 0 9 0 8 0 7 O 酱6 0 5 0 4 0 ． -__ -一一 少 1 大 负 荷 铲 土 ● ＼ 高速行驶 3 O 40 5 O 6 O 7 0 8 O 9 O 时 间t ／ m i n 各工况油液温度 曲线 3 液压系统热平衡分析与计算 3 ． 1 液压系统发热原因分析 液压油温过高可能的原 因有两个 一是液压系 统功率损失过大， 功率损失转换为热量 ， 使液压系 统温度升高， 主要体现为压力损失和流量损失。压 差与泄漏量的乘积 A p △Q 即为功率损失； 压力 损失主要来自于液压泵、 液压阀的压力损失和管路 的沿程 、 局 部压力损失 ； 流量损失是 由于压差和间 隙引起的液压油泄漏 ， 压差使液压油从压力较高处 经配合 间隙流至压力较低处 ， 造成泄漏 。二是散热 不足， 油冷却器散热面积偏小， 导致油冷却器热交 换量不足。 3 ． 1 ． 1 液压泵的功率损失 P 1 b Q b X 1 - r I b A b ／ 6 0 1 式中 P 1液压泵损失的功率， k w； 一 2 2一 p 一液压泵的出口压力 ， M P a ； Q 厂一 液压泵的输出流量 ， L ／ m i n ； 叼 一 液压泵的总效率， 一般取 0 ．8 5 ； A 厂一 液压泵的功率利用率， 一般取 0 ．7 ～ 0 ． 8 。 3 ． 1 ．2 工作装置液压系统溢流产生的功率损失 路 ∑ 2 式中 P 广系统中溢流损失的功率， k W； p 厂一 溢流阀的开启压力 ， M P a ； p 广一溢流阀开启时通过阀的流量， L ／m i n ； 争 式中 T为一个工作循环的时间； 为溢流阀开启时 一 个工作循环的时间。 3 ． 1 ．3 液压阀的功率损失 P 3 △P 3 Q 3 3 式中 P 厂液压 阀损失的功率 ， k w； Ap 广压力损失， MP a ； Q ， 百 过阀的流量， L ／ m in 。 3 ． 1 ．4 液压管路的功率损失 液压管路的压力损失是管道上所有沿程压力损 失和局部压力损失之和， 即 A P 4 E A 簪 ∑ 4 式中 △ p _液压管路损失的总压力， M P a ； A 沿程阻力 系数 ，金属油管取 A 7 5 ／ R e ， 橡胶软管取 A 8 0 ／ R e ； 液压管道的沿程长度， m ； 管道 内径 ， m； 管道内液体平均流速， m ／ s ； 卜局部阻力系数 ， 管道突然扩大时 ， d i d 。 一 1 ，管 道突 然缩 小 时 ， 0 ． 5 1 - d z ／ d 1 ； 液压油密度 ， k g ／ m 。 液压管路的总功率损失 A p 4 X Q 4 5 式中 P 厂液压管路损失的功率， k w； △p 广管路压力损失 ， MP a ； Q 厂一 通过管道的液压油流量 ， L ／ rai n 。 3 ． 1 ． 5 液压系统总发热量 总发热量 日1 P 1 P 2 尸 3 P 4 k W 6 0 1 2 图 O 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 ． 2 液压系统热平衡计算 液压系统中热量的散发是通过传导、 辐射和对 流等 3 种基本方式进行的。平地机液压系统散热的 主要途径有液压油冷却器、 液压油箱和液压管路等。 结合油液实际温度及平地机高速运行的实际工况， 此处只考虑强制对流散热。 3 ． 2 ． 1 液压油箱散热量 日 K A 一 7 式 中 卜油箱表面散热系数 ， K 1 5 ； A 油箱散热面积， m 2 ； 油箱内油液温度 ， 取 T l 8 0 o C； 卜油箱周围空气温度 ， 取 T 2 4 0℃。 3 ． 2 ． 2 液压管路散热量 管道散热面积相对较小， 故略去不计。 3 ． 2 - 3 风冷式油冷却器散热面积 确定油冷却器中油液和冷却空气的算术平均温 差 △T m △ 8 式中 。广油冷却器进油口 温度， 一般取 T 8 0 ℃； 一 油 冷 却 器 出 油 口温 度 ， 一[ △ 0 ． 0 6 Q p c 1 ，o C； 进气温度 ， 一般取 T o 4 0 o C； 一 出气温度 ， 1 0 ～ 2 0 ℃； △日 系统总发热量和油箱散热量之差 ， k W； p 一 通过油冷却器的流量 ， L ／ mi n ； p 液压油密度 ， p 9 0 0 k g ／ m ； 卜液压油比热容 ， C 2 0 1 0 J ／ k g o C 。 油冷却器的散热面积 A ix A／ -／ ／ k 1 △T m 9 式中 。风冷式油冷却器散热系数， k l 1 0 0 ； ．卜冷却器污垢系数， ． 1 ． 5 ； △ 系统总发热量和油箱散热量之差 ， k W； △ 一 油液和冷却空气的算术平均温差， ℃。 通过前文所述的计算方法， 将有关数据代人各 式 ， 得出满足要求 的油冷却器 的散热面积为 8 ． 5 m 。 该被测平地机配置的油冷却器的散热面积为 4 ．5 m2 ， 远小于满足实际冷却需求 的散 热面积 ， 从 而导 致系统温度上升很快 ，液压系统热平衡温度接近 1 0 0 o C。 4 改进方案及其验证 4 ． 1 改进方案 通过试验分析及热平衡计算， 找出了造成液压 系统发热的根本原因 功率损失过大和散热能力不 足。要彻底解决此问题 ， 需要从这两个方面人手 ， 即 减小功率损失和增大散热能力。针对该平地机， 采 取了下面几项措施。 4 ． 1 ． 1 优化液压管路的布置 根据液压管道及连接件在系统中相应位置可 能 出现最大压力和流量来确定其规格型号 ， 使油液 在管道 中的流速更合 理 ； 尽量减小管道长度 ， 减 少 直径突变和弯头的使用 ，以减小局部压力损失， 达 到节能的 目的。 4 ． 1 ． 2 选用高性能液压元件 采用进 口知名品牌的高性能液压元件 多路 阀、 转 向器 、 充液 阀 替换原车 国产液压元件 ， 减少 由于元件 自身加工装配质量较差所带来的压力损 失及渗漏油现象。 4 ． 1 - 3 增大油冷却器散热面积 根据热平衡计算结果，采用散热面积为 8 ．5 m 的油冷却器。 对系统中的管路和液压元件进行优化 后， 即使是在环境温度 4 O℃以上的高温地区， 该油 冷却器也能满足换热需求。 4 ． 2 试验验证 根据改进方案 ， 在上述改进完成之后 ， 进行 了 系统压力损失测量 和高 速行驶工况下 的热平衡试 验 ， 得到系统各点压力 表 2 和高速行驶工况油液 表 2 改进后液压系统各点压力及流量 发动机转速／ d ra i n 2 2 0 0 出口压力， MP a 1 ． 6 0 工作泵 出口流量／ L ／ m i n 6 9 ．5 出口压力， MP a 1 ． 7 2 转向泵 出口流量／ L ／ m i n 4 4 ．5 入 口压力， MP a l - 3 6 多路阀 入 口流量， L ／ m i n 6 9 I 3 入 口压力／ MP a 1 ． 4 3 充液阀 入 口流量／ L ／ m i n 3 5 ． 9 23 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 温度曲线 图 2 。 通过试验数据分析 ， 液压系统元件 和管路的压力均在设计范围之内， 在环境温度为 3 3 ℃时， 液压系统热平衡温度为 7 6℃左右 ， 发热问题 得到有效解决。 一 一 魁 赠 ． 一 ／ ． ／ 0 1 O 2 0 3 O 4 O 5 O 6 O 7 0 8 O 9 O 时 间t ／ mi n 图2 高速行驶工况油液温度曲线 5 结束语 通过平地机液压系统 的热平衡试验 ， 得到了液 压系统各点压力值及不同工况下的热平衡温度。经 过数据分析与热平衡计算 ， 找到导致液压系统油温 偏高的主要因素， 从降低功率损失和加大油冷却器 散热面积两个方面人手对系统进行改进 ， 经过试验 验证 ， 问题得到有效解决。 在进行冷却系统设计时， 热平衡计算是保证产 品可靠性 的一个关键环节 ， 且要充分考虑液压系统 效率、 实际作业环境及参数的精确度问题。 参考文献 [ 1 ]栾新立， 栾文博． 液压系统热平衡计算和冷却方式的设 计[ J ] ． 拖拉机与农用运输车， 2 0 0 8 2 5 9 6 0 ． 【 2 】王剑鹏， 秦四成， 田中笑． 5 O型轮式装载机液压系统热 平衡分析与验证[ J 】 ． 工程机械， 2 0 0 8 9 5 4 5 7 ． [ 3 ]3 路甬祥． 液压气动技术手册【 M 】 ． 北京 机械工业出版社， 2 00 5． 通信地址 山东省济宁市 3 2 7国道 5 8号 山推国际事业园山 推研究院 2 7 2 0 7 3 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 2 2 5 操纵阀缓冲结构研究 何贤剑 ， 刘瑾 浙江海宏液压科技股份有限公司 摘要 为了实现车辆换挡平稳无冲击 ， 需要对操纵阀换挡过程及影响因素进行研究。 分析某种 操纵阀缓冲结构的工作原理， 在 A M E S i m液压动力仿真软件环境中进行建模仿真， 深入研究缓冲阀的 工作过程。 通过台架试验分析不同节流孔径对缓冲性能的影响。 研究成果可为相关液压领域研究提供 理论与实践帮助。 关键词 换挡 ； 缓冲结构 ； A ME S i m 仿真 ； 台架试验 自动变速器 经过近 6 0多年 的发展之后 ，已广 泛应用于各种工程车辆及汽车上。工程车辆由于工 作环境恶劣 ， 作业量大 ， 工作 时间长 ， 换挡频 繁 ， 司 机的劳动强度非常高。同时 ， 车辆在换挡过程中， 往 往还会出现换挡冲击及动力中断的现象。为了实现 换挡平稳无冲击， 提高换挡舒适性， 需要对换挡过 程进行深入研究【l J 。 换挡过程 实际上是控制 两个不同离合器结合 和分离 的过程 。结合和分离时间控制不 当， 就会 出 现换挡不平稳现象[ 2 1 。对于换挡过程 ， 主要有两个方 面的要求 1 换挡过程要迅速，可以减少摩擦片的磨损 和发热 ， 又可避免换挡过程中的动力 中断； 2 换挡过程要 平稳 ， 以减少换挡冲击 ， 提高舒 作者简介 何贤剑 1 9 8 5 一 ， 男， 浙江人 ， 助理工程师， 硕士， 研究方向 工程机械液压阀的设计研发。 一 2 4一 ∞∞∞ 加∞∞ ∞ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m