闭式液压系统内部油温的测算
时间：2009-02-13 阅读：704
1 系统发热量
在闭式液压系统中，由于内部泄漏及运动部件摩擦力的存在，会导致一部分系统功率损失，这一部分损失的功率会转化成热量被系统的油液及元器件所吸收，使系统温度升高。根据能量守恒定律，系统损失的功率将全部转化成热量，即系统的损失功率为系统的发热功率。如果设系统的功率为P，总效率为η，系统的总发热功率为Pt，则有
Pt=P(1-η) (kW) (1)
P=LΔP/60 (kW) (2)
Pt=LΔP(1-η)/60 (kW) (3)
式中：L为系统的流量，L/min；ΔP为系统的工作压差，Mpa。
2 系统散热量
闭式系统的发热量主要通过补油泵补入系统的凉油置换热油而带走。如果不计系统元器件的表面散热，则单位时间补入系统的凉油与系统内热油达到热平衡所吸收的热量即为系统的散热功率。
通常闭式系统的补油流量l与系统的流量L之间有一个确定的比例关系，即l=KL；式中K为补油系数，一般在0.15～0.25之间。如果系统补入的凉油与系统内热油温差为Δt，则每秒钟补入的凉油吸收的热量就是系统的散热功率，即
θ=lρCpΔt/60=KLρCpΔt/60 (4)
式中：θ为系统散热功率，kW；ρ为液压油容重，kg/L,取0.85；Cp为液压油比热，kJ/kg ＊ ℃，取2.15。
3 系统内油温测算
在液压系统中，当系统的总发热功率等于系统的总散热功率时，系统处于热平衡状态，这种状态是闭式液压系统持续正常工作的必要条件。也就是说要使闭式液压系统能够持续正常工作必须有Pt=θ，由式(3)、(4)有KLρCpΔt/60=LΔP(1-η)/60，
即Δt=ΔP(1-η)/KρCp (℃) (5)
从公式(5)可以看出，闭式系统内油温与油箱油温之差与系统的工作压力成正比关系。对于给定的闭式系统，其补油系数K和总效率η在正常工作范围内基本不变，因此系统内油温与油箱油温差Δt主要取决于系统的工作压力，即系统的负荷。
闭式系统内油液的温度是油箱温度与系统和油箱油液温差Δt之和。油箱油温主要由环境温度和热交换器的散热功率决定，这一温度一般zui高为60℃～70℃为宜。如果油箱温度高过这一温度范围，则系统的持续工作压力要相应降低，否则系统内油温就要超限。
以国内某厂家生产的WB230稳定土拌和机液压系统为例，该机所选用的A4VG250泵补油系数K=52.5/250=0.21;L5B低速大扭矩马达要求的zui高使用温度为85℃；如果取油箱温度为65℃，则系统与油箱的zui大温度差应为20℃；取系统的总效率为65%，按公式(5)计算得系统zui高持续工作压差ΔP≤21.9MPa。这一结果与实测基本符合。实测该系统持续工作压差超过22MPa时，温度超过使用极限无法工作。
4 结论
(1) 闭式液压系统内部油液温度与补入的低温油液温度(油箱油温)之差与系统的工作压力即负荷成正比，与补油系数即补油流量成反比。因而不能简单地根据油箱油液温度来推断系统内部的油液温度，而必须同时考虑负荷和补油流量才能正确地得出结论。
(2) 在进行闭式液压传动机器设计时，如果系统负荷大，使用压力高，则必须相应加大换热量，即增加低温补油量来置换出系统内更多的高温油液，并将其通过散热器进行冷却，否则无法解决系统的散热问题。
(3) 在进行闭式液压传动机器使用时，由于补油量已经固定，因此系统内的温度仅由使用压力确定。工程机械的外界负荷工况经常变化，其液压传动系统压力多变，因此必须考虑压力的使用状况才能根据油箱温度正确判断系统内部温度。在大负荷及高温天气下作业时，尤其要注意这一点。