淺論液壓系統(tǒng)風冷卻器的選用

./淺談液壓系統(tǒng)風冷卻器的選用風冷式油冷卻器〔簡稱風冷卻器是一種以空氣為冷卻源的鋁合金板翅式熱交換器,其特點是熱交換器芯體的油通道和風通道均設(shè)換熱翅片,同體積比換熱面積大,傳熱效率高,以空氣為介質(zhì)進行熱量交換。與水冷式散熱器相比,不僅安裝維護簡便,更可避免銅管爆裂造成的油水混合,對系統(tǒng)造成嚴重的毀壞。其次,對于需要變換工作地點的設(shè)備〔如工程機械來說,不需考慮水源的供應(yīng),不存在水循環(huán)系統(tǒng)的拆裝和重建,是應(yīng)用日益廣泛的環(huán)保型產(chǎn)品。目前,國內(nèi)的風冷卻器生產(chǎn)廠家很多,型號也不盡相同,性能參數(shù)、安裝尺寸等出入較大,對用戶的選型和使用造成一定的困擾。在此,結(jié)合我廠開發(fā)生產(chǎn)和客戶使用的經(jīng)驗,談幾點風冷卻器選用中應(yīng)注意的問題,供大家參考并希望指正。任何一款產(chǎn)品在設(shè)計的時候,首先考慮的是達成其功能性,或者說功能性是第一位的,這是設(shè)計最基本的要素,風冷卻器也一樣,給合常用設(shè)備液壓系統(tǒng)的油溫散熱要求,它的功能性著重體現(xiàn)在三個主要方面：一、適用壓力；二、適用流量；三、換熱效率。選用風冷卻器時,這三個方面必須同時滿足,才算基本達到你的使用要求。下面就從這三個方面展開談?wù)?。一、適用的壓力通常指允許最大的工作壓力,或稱設(shè)計壓力。風冷卻器屬于壓力容器,在液壓系統(tǒng)中,只適合用于回路的回油冷卻,所以要根據(jù)回路的最大壓力來選用風冷卻器。為什么只用于回油冷卻呢？暫且不論油溫升高的成因,就風冷卻器本身而言,其散熱主體〔換熱芯的耐壓能力是有限度的,板翅式鋁合金換熱芯的耐壓能力取決于其材質(zhì)物理性能、結(jié)構(gòu)和加工工藝。比方說,結(jié)構(gòu)和加工工藝相同,材質(zhì)也一樣,油通道材料的厚度不同,耐壓能力也不同,越厚耐壓力越高。板翅式鋁合金風冷卻器的設(shè)計壓力一般小于3.5Mpa,基于成本和實用性等原因通常是小于2.0Mpa,國外同行設(shè)計壓力多為1.6Mpa,均遠小于油路的最大工作壓力。顯然,壓力過高會導(dǎo)致?lián)Q熱芯爆裂損壞。

市面上流通的風冷卻器產(chǎn)品,設(shè)計壓力一般分為三級：1,1.0Mpa<如AF系列>；2,2.0Mpa<如AH系列>；3,

3.5Mpa。設(shè)計壓力1.0Mpa的僅適用于變量葉片泵的泄油冷卻?？紤]到液壓系統(tǒng)回路壓力不穩(wěn)定以及回油瞬間可能產(chǎn)生的高壓脈沖,為確保風冷卻器的使用壽命,生產(chǎn)產(chǎn)商強烈推薦優(yōu)先采用獨立循環(huán)的冷卻方式。獨立循環(huán)就是風冷卻器不再接到工作液壓系統(tǒng)的回路中,而是設(shè)置一個單獨的冷卻回路,即加裝一個冷卻泵,直接從油箱吸取高溫的液壓油,經(jīng)風冷卻器冷卻后直接送回油箱,這樣就可避免回油壓力過高而損壞風冷卻器了。獨立循環(huán)冷卻泵的流量通常選取小于液壓油容積的三分之一。當需要接于定量泵的回油冷卻時,設(shè)計人員應(yīng)考慮到液壓系統(tǒng)中回油壓力的不穩(wěn)性,將風冷卻器聯(lián)接于溢流閥的回油口,并于風冷卻器的進、出油口之間并聯(lián)一個開啟壓力0.5Mpa的背壓閥,這是正確使用的方法〔見下圖示。當用于變量泵的泄油冷卻時,由于其壓力通常小于1Mpa,只要流量合適,那么直接接于變量泵泄油口便可以了。筆者遇到這樣一個案例：一個客戶將一臺型號為AH0608TL〔適用壓力2.0M0pa,流量50L/min接于一臺快進--工進--快退的工作機上,結(jié)果在機械調(diào)試的過程中就發(fā)現(xiàn)換熱芯漏油,一看油通道爆開了。該客戶原來使用水冷卻器,應(yīng)用戶要求改用風冷卻器,由于風冷卻器是直接接于回油路中,并沒有加裝背壓閥,而且系統(tǒng)回油速度很快,回油產(chǎn)生的脈沖壓力過高瞬間就將風冷卻器擊爆了。AF1025HD1861T安裝示意圖二

適用流量

風冷卻器生產(chǎn)商提供的性能參數(shù)表中,就有適用流量這一項,常指靜壓狀態(tài)下低粘度液體每分鐘的通過量。在液體流速0.2-0.4m/s的范圍內(nèi),風冷卻器油通道是不容易爆裂的,故風冷卻器適用流量值是理論的計算結(jié)合實際的經(jīng)驗測試綜合得出。

對于選用產(chǎn)品的工程師而言,準確的回油流量計算往往較為復(fù)雜。所以,結(jié)合油路實際工況,用經(jīng)驗的方法,就簡便得多了。經(jīng)驗計算如下：風冷卻器的工作流量=油泵流量×油缸有效面積比×安全系數(shù)

其中：

油缸有效面積比=無桿腔受壓面積÷有桿腔受壓面積〔＞1

安全系數(shù)：1.2～1.8,常取1.5

如果是多支油缸同時回油,視具體的情況要考慮在內(nèi),流量相應(yīng)要加大,乘以相應(yīng)的倍數(shù)。

案例一：已知系統(tǒng)油泵GPY-10〔10.06ml/rev,電機轉(zhuǎn)速1390rpm,一支工作油缸<液壓缸內(nèi)徑50mm,活塞桿直徑20mm>,求風冷卻器的工作流量？<>

油泵流量=10.06×1390=1398.34ml≈14L/min

無桿腔受壓面積＝<50/2>2

×π=625πmm2

有桿腔受壓面積=<50/2>2

×π－<20/2>2×π=525πmm2

油缸有效面積比=625πmm2

/525πmm2=1.19

安全系數(shù)取1.5,則有:

風冷卻器的工作流量=14×1.19×1.5≈25L/min

故選用風冷卻器的適用流量值大于或等于25L即可,再結(jié)合系統(tǒng)的發(fā)熱功率的大小,選定型號。

需要注意的是,靜壓〔壓力基本恒定狀態(tài)下,液壓油會通過換熱芯所有的油通道,但在有脈沖的情況下,液壓油只會通過部分的油通道,形成瞬間壓力過高是導(dǎo)致?lián)Q熱芯爆裂的常發(fā)原因,這也是調(diào)機時應(yīng)多加注意的事項。因此,不能按照風冷卻器的工作流量等于油泵的排量來選型。三

換熱效率

通俗地說,就是風冷卻器的散熱效率。許多用戶在選型時,往往選好適用的流量就OK了,然后根據(jù)流量值對應(yīng)的型號,選用一款風冷卻器,這是不全面的。因為流量滿足你的使用要求,并不代表該風冷卻器的散熱效率也同時滿足你的要求。前面講到：一、適用壓力；二、適用流量；三、換熱效率。選用風冷卻器時,這三個方面必須同時滿足,才算基本達到你的使用要求?！?/p>

常有客戶打電話問,說我的主油泵才30L/min,而我選了某牌子的60L/min的風冷卻器,怎么油溫還降不下來啊,我第一句話就說那可能是冷卻器的散