高空作业车液压系统发热原因简析

汤辛华

笔者所在公司(即广东粤海汽车有限公司)近年来不断开发出各类新型高空作业车，产品普遍具有外型美观、结构紧凑、性能优越、安全可靠等优点，受到用户的广泛赞誉。在公司售后回访中，有位用户反馈他们购买的1辆高空作业车液压系统温升过高，影响到了整车工作的连续性。在向用户详细了解后得知，该用户购买的高空作业车主要用于城市道路路灯、灯杆和广告牌的清洗作业，日工作时间在10 h以上，并且不间断作业，液压系统长时间频繁工作。而该产品最初的设计理念是将高空作业装置升高到一定高度，停留在某一位置进行一段时间的工作(此时液压系统停机)后，再降下来，适用于停机工作时间较长的安装维修工况。液压系统的油箱、管路都是基于这一工况设计的。

众所周知，每套液压系统都包含液压泵、油缸、液压油马达、液压阀等元件。液压油通过这些元件时，由于元件本身的效率而存在一定的功率损失，损失的能量大部分都转变为热能，从而会使液压系统发热。同时，由于油箱、油管等暴露在空气中，与空气有较大面积的接触，因此它们又有散热的作用。当液压系统工作一段时间，系统油温升高到一定值后，系统的发热和散热达到平衡，油温便不再升高，此温度即为系统的平衡温度。考虑到液压密封件损坏而引起的泄漏和油液变质等问题，系统油温一般不得超过65℃。油温过高时，则需要采取一定措施进行降温：普通的液压系统可以通过加大油箱散热面积来实现；行走机械和安装位置受限制的液压系统，可通过加装散热器的方法来解决。

下文将从计算引起液压系统发热的功率损失和解决液压系统发热2个方面来探究该款高空作业车液压系统的热平衡问题。

表1 某型号高空作业车作业动作与工作压力

1 造成液压系统发热的功率损失

据用户反映，该车一个工作周期的动作如下：支腿伸出→一臂上升→二臂上升→吊臂旋转→高空作业→吊臂旋转→二臂下降→一臂下降→支腿缩回→转移到下一个路灯(作业现场)。该工作周期中各动作所用时间与工作压力关系如表1。

由上面简述可知，液压系统的发热都是由液压系统的功率损失引起的。下面根据液压泵、液压阀、管路3个主要部件的功率损失来计算液压系统的功率损失。

(1)液压泵的功率损失P1

式中：T，工作循环周期，s；t，工序的工作时间，s；i，工序的次序；g，液压泵的总效率，该液压泵为齿轮泵，取0.8；p，液压泵实际出口压力，MPa；q，液压泵实际流量，m3/s。该车的油泵排量为16 mL/r，汽车底盘取力器的输出速度为800 r/min。

将上表中的各项数据代入工式(1)中，计算出一个工作周期内液压泵的功率损失P1=382 W。

(2)液压阀的功率损失P2

式中：T，工作循环周期，s；t，工序的工作时间，s；i，工序的次序；△p，液压阀压降，MPa，其中，电磁多路阀为1.5、平衡阀调定为5、手动多路阀为1.2、电磁换向阀为0.3、双向液压锁为0.4、单向阀为0.1；q，流经液压阀的实际流量，s。

将各项数据代入工式(2)中,计算出一个工作周期中液压阀的功率损失为P2=948 W。

(3)管路及其他损失P3

此项功率损失包括很多复杂的因素,由于此值较小且管路有散热作用,计算时常予于忽略，一般可取全部功率的0.03～0.05倍，即P3=(0.03～0.05)P，取系数的中间值0.04，计算得P3=125 W。

总的功率损失P=P1+P2+P3=1 455 W。

2.解决液压系统的发热

液压系统的散热渠道主要是油箱表面和液压管路,由于该车液压系统的液压管路散热较少,可忽略不计。假设系统达到热平衡时，平衡点油温为T，则：

式中：To，环境温度，℃；k，油箱散热系数，W/(m2·℃)；A，油箱散热面积，m2。

以该车工作城市的夏季为例，在城市路面上作业时，To取35 ℃；由于液压油箱安装在车箱侧面，通风条件良好，因此取k值为15；该车液压油箱外形尺寸为506×420×325 mm，通过计算可得出A为1.03 m2。将To，k，A，P的数值代入公式(3)，得到T=35+1 455/(15×1.03)=129 ℃。

由此可知,液压系统的平衡点温度的确太高，超过了系统允许的最高温度，需采取措施降低系统的平衡点温度。由于该系统安装于行走车辆上，而且油箱的安装位置受到限制，因此只能通过加装散热器实现降温。

综合考虑各方面因素，选择加装风冷式散热器，即相当于增加了一个通过风扇散热的散热管道，此时根据液压系统的热平衡公式计算加装散热器的散热面积：

式中，K1，风扇冷却时的散热系数，其值为23，W/(m2℃)；A1，散热器的散热面积，m2；T´，热平衡点温度，取一个较合理的温度55 ℃。

将公式(4)作转换并将To，T`，P，K，A，K1代入，得：

由上式计算结果可知，加装散热器的散热面积应该≥2.49 m2。

基于上述计算结果，笔者所在公司选择了EOS公司生产的HEW-3/24型风冷型散热器。该散热器安装后，经试验散热效果良好。