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液压系统风冷却器的选用方法

发布人:豪枫机械    发表时间:2020-06-12 20:45:39

风冷式油冷却器(简称风冷却器)是一种以空气为冷却源的铝合金板翅式热交换器,其特点是热交换器芯体的油通道和风通道均设换热翅片,同体积比换热面积大,传热效率高,以空气为介质进行热量交换。与水冷式散热器相比,不仅安装维护简便,更可避免铜管爆裂造成的油水混合,对系统造成严重的毁坏。其次,对于需要变换工作地点的设备(如工程机械)来说,不需考虑水源的供应,不存在水循环系统的拆装和重建,是应用日益广泛的环保型产品。

目前,国内的风冷却器生产厂家很多,型号也不尽相同,性能参数、安装尺寸等出入较大,对用户的选型和使用造成一定的困扰。在此,结合我厂开发生产和客户使用的经验,谈几点风冷却器选用中应注意的问题,供大家参考并希望指正。

任何一款产品在设计的时候,首先考虑的是达成其功能性,或者说功能性是第一位的,这是设计最基本的要素,风冷却器也一样,给合常用设备液压系统的油温散热要求,它的功能性着重体现在三个主要方面:一、适用压力;二、适用流量;三、换热效率。选用风冷却器时,这三个方面必须同时满足,才算基本达到你的使用要求。下面就从这三个方面展开谈谈。

一、适用的压力

通常指允许最大的工作压力,或称设计压力。风冷却器属于压力容器,在液压系统中,只适合用于回路的回油冷却,所以要根据回路的最大压力来选用风冷却器。为什么只用于回油冷却呢?暂且不论油温升高的成因,就风冷却器本身而言,其散热主体(换热芯)的耐压能力是有限度的,板翅式铝合金换热芯的耐压能力取决于其材质物理性能、结构和加工工艺。比方说,结构和加工工艺相同,材质也一样,油通道材料的厚度不同,耐压能力也不同,越厚耐压力越高。板翅式铝合金风冷却器的设计压力一般小于3.5Mpa,基于成本和实用性等原因通常是小于2.0Mpa,国外同行设计压力多为1.6 Mpa,均远小于油路的最大工作压力。显然,压力过高会导致换热芯爆裂损坏。 

市面上流通的风冷却器产品,设计压力一般分为三级:1,1.0Mpa(如AF系列);2,2.0Mpa(如AH系列);3,  3.5Mpa。设计压力1.0Mpa的仅适用于变量叶片泵的泄油冷却。

考虑到液压系统回路压力不稳定以及回油瞬间可能产生的高压脉冲,为确保风冷却器的使用寿命,生产产商强烈推荐----优先采用独立循环的冷却方式。独立循环就是风冷却器不再接到工作液压系统的回路中,而是设置一个单独的冷却回路,即加装一个冷却泵,直接从油箱吸取高温的液压油,经风冷却器冷却后直接送回油箱,这样就可避免回油压力过高而损坏风冷却器了。独立循环冷却泵的流量通常选取小于液压油容积的三分之一。

当需要接于定量泵的回油冷却时,设计人员应考虑到液压系统中回油压力的不稳性,将风冷却器联接于溢流阀的回油口,并于风冷却器的进、出油口之间并联一个开启压力0.5Mpa的背压阀,这是正确使用的方法(见下图示)。当用于变量泵的泄油冷却时,由于其压力通常小于1Mpa,只要流量合适,那么直接接于变量泵泄油口便可以了。笔者遇到这样一个案例:一个客户将一台型号为AH0608TL(适用压力2.0M0pa,流量50L/min)接于一台快进--工进--快退的工作机上,结果在机械调试的过程中就发现换热芯漏油,一看油通道爆开了。该客户原来使用水冷却器,应用户要求改用风冷却器,由于风冷却器是直接接于回油路中,并没有加装背压阀,而且系统回油速度很快,回油产生的脉冲压力过高瞬间就将风冷却器击爆了。 

二  适用流量

  风冷却器生产商提供的性能参数表中,就有适用流量这一项,常指静压状态下低粘度液体每分钟的通过量。在液体流速0.2-0.4m/s的范围内,风冷却器油通道是不容易爆裂的,故风冷却器适用流量值是理论的计算结合实际的经验测试综合得出。

  对于选用产品的工程师而言,准确的回油流量计算往往较为复杂。所以,结合油路实际工况,用经验的方法,就简便得多了。经验计算如下:

     风冷却器的工作流量=油泵流量×油缸有效面积比×安全系数             其中:

             油缸有效面积比=无杆腔受压面积÷有杆腔受压面积(>1)

             安全系数:1.2~1.8,常取1.5

  如果是多支油缸同时回油,视具体的情况要考虑在内,流量相应要加大,乘以相应的倍数。

  案例一:已知系统油泵GPY-10(10.06ml/rev),电机转速1390rpm,一支工作油缸(液压缸内径50mm,活塞杆直径20mm),求风冷却器的工作流量?

       油泵流量=10.06×1390=1398.34ml≈14L/min

       无杆腔受压面积=(50/2)2  ×π=625π mm 2 

         有杆腔受压面积=(50/2)2  ×π-(20/2)2×π=525π mm 2

       油缸有效面积比=625π mm 2 /525π mm 2=1.19

        安全系数取1.5,则有:

            风冷却器的工作流量=14×1.19×1.5≈25L/min

  故选用风冷却器的适用流量值大于或等于25L即可,再结合系统的发热功率的大小,选定型号。

  需要注意的是,静压(压力基本恒定)状态下,液压油会通过换热芯所有的油通道,但在有脉冲的情况下,液压油只会通过部分的油通道,形成瞬间压力过高是导致换热芯爆裂的常发原因,这也是调机时应多加注意的事项。因此,不能按照风冷却器的工作流量等于油泵的排量来选型。

三   换热效率

  通俗地说,就是风冷却器的散热效率。许多用户在选型时,往往选好适用的流量就OK了,然后根据流量值对应的型号,选用一款风冷却器,这是不全面的。因为流量满足你的使用要求,并不代表该风冷却器的散热效率也同时满足你的要求。前面讲到:一、适用压力;二、适用流量;三、换热效率。选用风冷却器时,这三个方面必须同时满足,才算基本达到你的使用要求。

  常有客户打电话问,说我的主油泵才30L/min,而我选了某牌子的60L/min的风冷却器,怎么油温还降不下来啊.....,我第一句话就说那可能是冷却器的散热效率不够,举个例字:同样是30L/min主油泵系统,有的电机功率是3kw,有的配5.5kw甚至更大,系统热损耗当然不同。另外,就算是电机功率也一样,你的系统工况不一样,有的保压时间长,有的保压时间短,系统的热损耗也不一样,你就要考虑使用的风冷却器的换热效率了。