液压系统风冷却器的选用方法

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。