装载机液压系统热平衡分析

黄岸

摘要：装载机在运行过程中，液压系统由于受到机械磨损等情况，会产生大量热量，容易使得液压油温度升高，造成液压系统故障，对液压系统的正常使用产生一定影响。因此，本文就装载机液压系统热平衡展开分析。首先探讨装载机液压系统油温升高原因以及相关危害，然后分析液压系统热平衡计算，重点针对邮箱散热计算以及冷却器散热进行概述。

关键词：液压系统；损耗；热平衡分析

引言

液压系统的工作压力普遍较高，液压系统的动作都是通过各种液压阀配合实现的，由于液压阀与其阀芯是一种偶件配合，所以对其中阀芯与阀体的配合间隙、液压系统的密封性等有较高的要求；同时对液压油的也有着严格的要求。装载机运行过程中，避不可免的会产生热量，传递至液压系统，造成液压油温度上升，影响液压系统运行。

与其他驱动方式相比，例如电驱动、机械驱动等，液压驱动具有十分明显优点，具体为：易于获得很大的力矩；速度刚度大、配置柔性大、调速性能好，能够实现无级变速，运转平稳、均匀；换向时冲击小，控制容易，操作方便；能自行润滑；在输出同等功率的条件下，液压传动装置体积小，重量轻、结构紧凑、承载能力强。从而使液压系统技术在装载机中得到广泛应用。

1.液压系统组成及能量传递过程

装载机液压系统主要包含液压油箱、液压泵、液压油、液压阀、液压油管、液压油缸、活塞，以及各类液压油滤芯等。

装载机结构中，液压系统具有十分重要的作用。在装载机工作过程中，通过电动机的机械能经由变量泵将其转化为液压能，然后通过先导阀、多路阀等控制流量的大小、方向，使其作用执行元件，将液压能转化为机械能，实现切削，行走，装载、运输等功能，最后，通过多路阀回流油箱，完成工作循环。

装载机液压系统循环油路如图1所示。

在装载机运行中，液压系统有多种动力损失，包括液压泵、液压马达和液压缸的机械损失和容积损失：阀门部件和管道的压力损失：液压油的粘性摩擦损失：电动机功率与负载不匹配的损失。几乎所有的这些损失都转化为热量，这些热量中，除了一小部分，散发到周围的空间中，其余大部分热量导致液压系统的油温上升。装载机液压系统能量传递过程及功率损耗如图2所示：

2.液压油油温过高的原因及危害

2.1液压油油温过高的原因

装载机液压系统中功率损失虽然不可避免，但设计不合理和操作不当也会加剧功率损失，使油温升高。

（1）环境温度高，连续作业时间长导致油温高，应考虑改变作业方式。

（2）散热效果差，散热器表面或内部沉積污物过厚将造成散热、通风不良，致使油温过高。检查液压油散热器是否堵塞、皮带、风扇等是否无异常，视情况清洁散热器内外或检修。

（3）液压油箱油量太少使系统循环的油量不足。检视油箱油量，若不足则补充。

（4）液压系统设计不合理。液压元件选用不合理，元件若不能满足系统流量要求，会在使用中使阀口流速过高，造成较大的压力损失；回路中存在多余的元件和管路，会降低系统效率；管路设计和安装不合理，会造成压力损失和沿程压力损失；油箱设计不合理，容积小，散热面积不够。这些都会导致油温升高。

（5）冷却系统工作不良。通常，装载机采用水冷式冷却器对液压系统进行强制冷却。但当水冷式冷却器散热片过脏或水循环不畅时，会使其传热系数降低，导致油温升高。

2.2液压系统油温过高的危害

液压系统油温过高，会降低油粘度，增加泄漏，使运动元件之间的油膜或损坏，增加运动阻力，加重磨损。橡胶密封变形，老化提前失效，造成泄漏：加速油品氧化变质，降低油品使用寿命，释放沥青，堵塞阻尼孔和阀门端口，导致阀门压力失效，阀门流量不稳定，阀门流向卡住。油的空分压力降低，造成空气逸出和气穴，导致装载机工作性能下降。

3.液压系统热平衡计算

3.1液压系统系统发热功率计算

3.1.1按元件功率损失计算

3.1.2按系统输入功率和执行元件有效输出功率计算

3.2液压系统散热功率计算

3.2.1油箱散热计算

装载机油箱的结构如图3所示。

油箱的散热面积：A=（A1+A2）/2。其中：

A箱一油箱总散热面积；A1与油直接接触的散热面积；A2-与油不直接接触的散热面积。因Az表面温度低，故只取它实际表面的一半作为与油直接接触的表面。

3.2.2冷却器的散热功率

装载机由于空间的限制，增大油箱容积的空间很小；增大冷却水量则会在巷道处于底板松软或下坡的情况下使行走链轮打滑，影响装载机的工作效率，因此必须在冷却系统采取强制水冷的措施来降低液压系统温升。

4结束语

根据装载机液压油升温原因和危害以及热平衡的分析，，为了减少液压油温度上升并达到热平衡状态，需要尽可能的增大邮箱散热面积，同时针对冷却器、冷却水也应合理选择。通过对装载机液压系统热平衡分析，能够提高液压元件使用寿命，降低装载机液压系统故障和维修费用，具有一定的指导意义。