液壓系統(tǒng)內(nèi)部油溫是決定系統(tǒng)工作壽命，甚至能否正常工作的重要因素之一。由于液壓系統(tǒng)特別是閉式液壓系統(tǒng)內(nèi)部工作油溫不易測量，因而在實際使用中往往通過測定液壓油箱的油溫來判定系統(tǒng)內(nèi)部的工作油溫是否超限。實踐中筆者發(fā)現(xiàn)這種方法存在著問題，其原因是閉式液壓系統(tǒng)內(nèi)部油溫與油箱油溫之差并非常值，而是隨著系統(tǒng)的功率變化呈現(xiàn)一種函數(shù)關系，因此并不能簡單地根據(jù)油箱油溫來判斷系統(tǒng)內(nèi)部油溫是否正常。下面通過計算來說明這一問題。
1 系統(tǒng)發(fā)熱量
在閉式液壓系統(tǒng)中，由于內(nèi)部泄漏及運動部件摩擦力的存在，會導致一部分系統(tǒng)功率損失，這一部分損失的功率會轉化成熱量被系統(tǒng)的油液及元器件所吸收，使系統(tǒng)溫度升高。根據(jù)能量守恒定律，系統(tǒng)損失的功率將全部轉化成熱量，即系統(tǒng)的損失功率為系統(tǒng)的發(fā)熱功率。如果設系統(tǒng)的功率為P，總效率為η，系統(tǒng)的總發(fā)熱功率為Pt，則有
Pt=P(1-η) (kW) (1)
P=LΔP/60 (kW) (2)
Pt=LΔP(1-η)/60 (kW) (3)
式中：L為系統(tǒng)的流量，L/min；ΔP為系統(tǒng)的工作壓差，Mpa。
2 系統(tǒng)散熱量
閉式系統(tǒng)的發(fā)熱量主要通過補油泵補入系統(tǒng)的涼油置換熱油而帶走。如果不計系統(tǒng)元器件的表面散熱，則單位時間補入系統(tǒng)的涼油與系統(tǒng)內(nèi)熱油達到熱平衡所吸收的熱量即為系統(tǒng)的散熱功率。
通常閉式系統(tǒng)的補油流量l與系統(tǒng)的流量L之間有一個確定的比例關系，即l=KL；式中K為補油系數(shù)，一般在0.15～0.25之間。如果系統(tǒng)補入的涼油與系統(tǒng)內(nèi)熱油溫差為Δt，則每秒鐘補入的涼油吸收的熱量就是系統(tǒng)的散熱功率，即
θ=lρCpΔt/60=KLρCpΔt/60 (4)
式中：θ為系統(tǒng)散熱功率，kW；ρ為液壓油容重，kg/L,取0.85；
Cp為液壓油比熱，kJ/kg * ℃，取2.15。
3 系統(tǒng)內(nèi)油溫測算
在液壓系統(tǒng)中，當系統(tǒng)的總發(fā)熱功率等于系統(tǒng)的總散熱功率時，系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，這種狀態(tài)是閉式液壓系統(tǒng)持續(xù)正常工作的必要條件。也就是說要使閉式液壓系統(tǒng)能夠持續(xù)正常工作必須有Pt=θ，由式(3)、(4)有KLρCpΔt/60=LΔP(1-η)/60，
即Δt=ΔP(1-η)/KρCp (℃) (5)
從公式(5)可以看出，閉式系統(tǒng)內(nèi)油溫與油箱油溫之差與系統(tǒng)的工作壓力成正比關系。對于給定的閉式系統(tǒng)，其補油系數(shù)K和總效率η在正常工作范圍內(nèi)基本不變，因此系統(tǒng)內(nèi)油溫與油箱油溫差Δt主要取決于系統(tǒng)的工作壓力，即系統(tǒng)的負荷。
閉式系統(tǒng)內(nèi)油液的絕對溫度是油箱溫度與系統(tǒng)和油箱油液溫差Δt之和。油箱油溫主要由環(huán)境溫度和熱交換器的散熱功率決定，這一溫度一般最高為60℃～70℃為宜。如果油箱溫度高過這一溫度范圍，則系統(tǒng)的持續(xù)工作壓力要相應降低，否則系統(tǒng)內(nèi)油溫就要超限。
以國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的WB230穩(wěn)定土拌和機液壓系統(tǒng)為例，該機所選用的A4VG250泵補油系數(shù)K=52.5/250=0.21;L5B低速大扭矩馬達要求的最高使用溫度為85℃；如果取油箱溫度為65℃，則系統(tǒng)與油箱的最大溫度差應為20℃；取系統(tǒng)的總效率為65%，按公式(5)計算得系統(tǒng)最高持續(xù)工作壓差ΔP≤21.9MPa。這一結果與實測基本符合。實測該系統(tǒng)持續(xù)工作壓差超過22MPa時，溫度超過使用極限無法工作。
4 結論
(1) 閉式液壓系統(tǒng)內(nèi)部油液溫度與補入的低溫油液溫度(油箱油溫)之差與系統(tǒng)的工作壓力即負荷成正比，與補油系數(shù)即補油流量成反比。因而不能簡單地根據(jù)油箱油液溫度來推斷系統(tǒng)內(nèi)部的油液溫度，而必須同時考慮負荷和補油流量才能正確地得出結論。
(2) 在進行閉式液壓傳動機器設計時，如果系統(tǒng)負荷大，使用壓力高，則必須相應加大換熱量，即增加低溫補油量來置換出系統(tǒng)內(nèi)更多的高溫油液，并將其通過散熱器進行冷卻，否則無法解決系統(tǒng)的散熱問題。
(3) 在進行閉式液壓傳動機器使用時，由于補油量已經(jīng)固定，因此系統(tǒng)內(nèi)的溫度僅由使用壓力確定。工程機械的外界負荷工況經(jīng)常變化，其液壓傳動系統(tǒng)壓力多變，因此必須考慮壓力的使用狀況才能根據(jù)油箱溫度正確判斷系統(tǒng)內(nèi)部溫度。在大負荷及高溫天氣下作業(yè)時，尤其要注意這一點11 |
