液壓系統的溫升發熱和污染一樣也是一種綜合故障和表現形式。我院的四臺ZL50裝載機,在用于支援地方建設中,每到炎熱的夏天,液壓系統的油溫就會升高到80-100ºC,工作一直不正常,作業逐漸無力,且不能連續作業,嚴重影響了生產效率,筆者在分析故障原因的基礎上,先后對四臺ZL50裝載機和液壓系統進行了技術改造,取得了良好的效果。
1 液壓系統油溫過高的原因分析
液壓系統的油溫過高,其原因很多,有設計方面的,也有加工制造和使用方面的,具體如下:
(1)液壓系統設計不全理,造成先天性不足。ZL50裝載機液壓系統中未安裝液壓油冷卻裝置,系統散熱僅靠液壓油箱和管路來完成,且油箱容積較小,散熱面積不大,而管路散熱又十分有限,如果環境溫度較高,則很難降低系統溫度。
(2)工作環境過高。工程機械液壓系統最佳工作油溫為35-55ºC,允許最大工作溫度是65-70ºC。而在炎熱的夏天,工程機械在停機狀態,系統溫度就已接近40ºC,當開始工作時,油溫很見風使舵超過設計指標。油溫高,使系統油液粘度下降,破壞了液壓元件運動副間的油彩膜,致使金屬直接接觸,機械運轉噪聲將不斷增大,同時增加磨損,導致液壓元件出現其它故障和增大泄漏,從而又進一步使系統升溫,形成惡性循環。
2 排除高溫故障措施
為了使ZL50裝載機適應于夏季高溫環境條件下作業睚不影響主機系統幫派有性能的前提下,可在液壓系統中增設一個冷卻器,從而加大冷卻系統的散熱面積。冷卻器一般安裝在液壓系統的總回油管或溢流閥的回油管路中,特別是后者,油液在這些地主發熱量最大。筆者對ZL50裝載機油路系統進行技術履行時,就將冷卻器安裝在溢流閥的回油管路中,如圖1所示。新增冷卻器的容量,通過系統熱平衡計算確定。
2.1 系統發熱量計算
根據現場油液的升溫善,采用測量法,可按下求出系統的發熱量。
P1=VCpΔt/1000T
式中P1-----發熱功率,KW V----原油箱的效加熱時間,現場測試取T=1hΔt----油液升溫,取Δt=50ºC Cp----油液的比熱容、密度之積,取Cp=0.47Wh/L·ºC
考慮到油箱和其它液壓元件的散熱作用,應將上述計算結果再減去23%的修正值,幫液壓系統總發熱量為P1=8.6KW。
2.2 熱平衡計算
該液壓系統工作油液的設計溫度為60-70ºC。若從增大冷卻器散熱能力、降低系統工作油溫也發,使系統的發熱量全部由冷卻器進行散熱,則冷卻器的散熱面積可按下式計算。
A=P2/kΔtm (2)
式中 P2----冷卻器的散熱功率,根據熱平衡的原理,總散熱量應等玩于總發熱量,故P2=P1 k----冷卻器的傳熱系數,取下限值:k=35W/m²ºK Δtm----油和空氣之間的平均溫度差
Δtm=t2+t1 /2-t2'+t1'
式中t1 ---- 冷卻器液壓油入口溫度,取t1 =(273+75)ºK
t2 ---- 冷卻器液壓油出口溫度,取t2 =(273+55)ºK
t1' ----- 冷卻介質入口溫度,取t1' =(273+35)ºK
t2' ----- 冷卻介質出口溫度,取t2' =(273+35)ºK 故得Δtm=35ºC
將P2、K、Δtm 值代入(2)式,則所需總散熱面操作A=9.8m²。根據實際測量,該機原油箱有效散熱面積約為2.2m²,甩以需新增加7.6m²和散熱面積。就足以滿足系統的工作要求。新增加冷卻器選型為:FLQ0.65×0.46-2×(7.2/0.8)×16Ⅲβ。
2.3 冷卻器風扇驅動功率的計算
選用軸流式風扇。風扇的風量應根據新增冷卻器械的散熱量赤計算,風扇的風量為:
Qa=P3/3600ρCpΔt
式中Qa----風扇的風量,m3/s
P3----冷卻器散熱量,按散熱面積等值分配,新增冷卻器的散熱量:P3=7KW
Cp----空氣的空奪比熱容,取Cp=0.28Wh/KgºC ρ----空氣密度,取ρ=1.29kg/m3
Δt----散熱溫差,取Δt=10ºC 故Qa=0.54m3/s
風扇驅動功率表達式為:
P4=Δpa·Qa/1000η
式中P4----風扇的驅動功率,kW
Δpa----自由排風時的風壓,一般可致Δpa=100-1000Pa,本文選 取Δpa=500Pa
η----軸流式風扇的效率,取η=0.4 故P4=0.7kW
3 結論
按照上述排除高溫故障的措施,先后對四臺ZL50裝載機液壓油路進行了技術改造,經施工中實際應用,均能保持系統的油溫在70ºC以下,能連續正常工作,故障外理效果較好。
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