工程机械液压系统散热问题

1、工程机械液压系统的散热问题工程机械液压系统的散热问题 兰州理工大学能动学院兰州理工大学能动学院主要内容主要内容一、一、背景来源及重要性背景来源及重要性二、工程机械液压系统产生热量的来源二、工程机械液压系统产生热量的来源三、工程机械散热源三、工程机械散热源四、热平衡四、热平衡五、工程机械用柴油机冷却系统匹配技术五、工程机械用柴油机冷却系统匹配技术六、治理散热的技术措施六、治理散热的技术措施一、背景来源及其重要性 现代工程机械普遍采用液压传动，由于液压传动本身的特点和工程机械相对恶劣的工作环境及工况，系统产生的热量单靠油箱、元件及管件的表面发散是不够的，而液压油温的有效控制是系统正常工作的基本前提

2、，故专用的冷却装置及相应的冷却回路在大多数工程机械中成为不可或缺的环节。铁路和隧道盾构机械铁路和隧道盾构机械建筑行走机械建筑行走机械一、背景来源及其重要性 在过高温度下工作可能使油液变质产生油渣和涂层剥落，这可能是节流口堵塞。当温度升高时，油液的粘性及润滑性都要降低，这将使元件的工作寿命大为缩短，比如泵就是这样。 其次密封件、填料、软管、油滤等都有一定的工作范围。 因此将液压系统设计在满意的工作温度下能达到热平衡状态是很重要的。二、热量来源 工程机械发热源主要有几种：（1）柴油机燃烧系产生的热源；（2）液压传动和其他传动系的运动副在运行中产生摩擦热；（3）液压油在液压系统内流动产生的压力能转化

3、为热量，散发到液压油和机件中。二、热量来源 此外，在有太阳辐射的场合作业，还要承受太阳的辐射热，其作业环境温度可达3760。 在工程机械主要发热源中，柴油燃烧的废热量约占工程机械废热量的74%，液压传动及其他传动系统运动的摩擦热约占24%，太阳辐射热约占2%。三、工程机械散热源 工程机械散热源的功能是通过冷却装置驱动冷却介质，吸收和散发工程机械发热源产生的废热。散热源包括冷却介质和冷却装置。（1）冷却介质有冷却水、液压油、变矩器油、机油和空气；（2）冷却装置有风扇、水泵、风扇液压马达(或风扇电动机)、液压泵、冷却水散热器、液压油散热器、变矩器油散热器、机油散热器、涡轮增压中冷器、空调冷凝器和油

4、箱等。 工程机械类散热器工程机械类散热器水冷却器水冷却器泵车搅拌车专用泵车搅拌车专用工程机械水箱散热器工程机械水箱散热器四、热平衡 工程机械是集发热源和散热源为一体的机械，其热平衡超过或未达到热平衡温度范围(即过热或过冷)，都会对工程机械运行的可靠性、环保性和效率等产生不利影响。理论和实践表明，当工程机械的发热和散热达到最佳平衡时，可使工程机械处于高效、节能和环保的运行状态。工程机械的最佳热平衡参数如下：柴油机水温7595，液压油温5575，变矩器油温8590，机油油温5575。 五、工程机械用柴油机冷却系统匹配技术 在工程机械主要发热源中，柴油燃烧的废热量约占工程机械废热量的74%，因此基于

5、“提高系统散热能力、减少消耗功率”的冷却系统的设计是很有必要的。 冷却系统的一般构成 典型的工程机械用柴油机冷却系统是由水泵、水泵进油管、风扇、变矩器油散、水箱、空调冷凝器、补偿水管、水箱压力盖、柴油机出水管、透气管、调温器等主要零部件组成，如下图所示。工程机械柴油机冷却系统示意图工程机械柴油机冷却系统示意图1.水泵水泵 2.水泵进水管水泵进水管3.风扇风扇 4.内置板翅式变矩器油内置板翅式变矩器油散散 5.水箱水箱6.空调冷凝器空调冷凝器7.补偿水管补偿水管8.水箱压力盖水箱压力盖9.柴油机出水管柴油机出水管10.透气管透气管11.调温器调温器 冷却系统的评价指标 根据冷却系统对柴油机的影响

6、，建立工程机械柴油机冷却系统的综合评价指标，表示为Y=Y(TC ， ，T ，N)。（a）冷却能力TC 冷却系统的冷却能力常用冷却系统允许使用的极 限的环境温度TC表示 T c=T max-（Tb-Te） 式中 T max发动机允许的冷却液的最高温度 Tb系统热平衡时柴油机冷却液出口温度 Te测量时的环境温度 对于工程机械冷却系统的冷却能力，在正常的气温地区，通常TC的标准是 4146，而对于高温地区或海拔高一些的地区， TC的标准是4555 .（b）冷却系统的效率 =Q总 / W总 x100% 式中 Q总 冷却系统带走的散热量 W总 冷却系统附件消耗的总功率 其中，冷却系统带走的散热量Q总 应

7、该等于柴油机需冷却系统带走的散热量Q1(n)，再加上工程机械其它液压系统需要散走的热量Q r，比如空调冷凝器散热量，变矩器液压油散热量等。（c）可靠性指标T 可靠性指标T表示冷却系统能正常可靠工作的平均无故障间断时间。（d）噪声指标N 噪声指标N表示由冷却系统引起的噪声。降低系统噪声的技术很多，如采用倾斜整流叶片、不等叶片栅距、降低叶片的圆周速度、采用阻尼减震的叶片材料、隔震、机罩和风道采用吸声材料等。工程机械系统冷却系统的发展方向 当今工程机械冷却系统正朝着轻量化、紧凑化、节能化、智能化的方向发展，例如徐工XE机型独立散热系统的开发，提高了散热系统的效率，解决了发动机直接驱动系统散热匹配范围

8、窄的问题。D速季风装载机旗舰动力徐工徐工XE机机节能轻量化机械节能轻量化机械六、治理散热的技术措施 (1)将风扇改为独立式 传统机型的风扇多为非独立的机械连接式，即风扇由柴油机曲轴通过胶带轮和胶带驱动，风扇转速与曲轴转速同步。该方式在低速大负荷工况时，风扇冷却风量不足，易导致大负荷时工程机械过热；该方式在高速小负荷工况时，风扇高速运转，冷却风量过大，易导致小负荷时工程机械过冷。 近年来很多公司新开发的机型均采用独立式可按需调速的液压、电子风扇，国内一些维修企业也参照上述机型，将原机的非独立风扇改装为按需调速的独立式风扇。驱动风扇的动力源可按机型的具体情况而定，液压主回路、支回路可分别设置，也可

9、独立安装液压泵。 (2)将散热器改为分置式 传统的散热器组(模块)由水散热器、液压油散热器、变矩器油散热器、机油散热器等依次串联成一组，安装在风扇前端。这种安装型式有如下缺点：多个散热器共用1台风扇冷却，不能按各自的目标冷却温度进行针对性冷却；多个散热器串联在一起，使冷却空气通过各个散热器的流动阻力增大，并有热量累积效应，缩小了冷空气与散热器中冷却液的温差，降低了散热效果。 ZL50型装载机的传统散热系统采用双输出轴液压马达分别驱动水散热器风扇和水泵，安装在发动机前端，对水散热器进行冷却，组成1个模块；液压油散热器由电风扇冷却，与水散热器分离，安装在发动机另一侧组成另一模块。其液压驱动风扇和电

10、动风扇，均采用ECV智能控制，可按各自所需调速散热。 (3)改进散热器材质和排列方式 近年来，国内外开发的散热器新材料有铝泡沫材料、石墨泡沫材料和铝合金等几种，其中美国开发的石墨泡沫材料中的石墨为球形网状结构，接触面很大，具有极高的热扩散率，散热系数比传统铜质散热器高。铝合金散热器质量轻，抗腐蚀性好，散热效果为铜质散热器的106%。铝质冷却水散热器、中冷散热器和机油散热器具有体积小、质量轻、结构紧凑等优点，可将其从传统的串联式布置改为单层并列式布置，使多个散热器可以同时接触到风扇的冷却风，避免各散热器热交换的相互影响，有效提高散热效果。合肥某公司生产的叉车，采用铝质板翅式散热器代替传统铜质散热

11、器，体积减小了50%。 (4)采用可逆转风扇 沃尔沃公司新开发的EC210C挖掘机安装了液压驱动的可逆转风扇，在驾驶室内即可操纵风扇正、反转(吹风或吸风)。通常工况下，风扇正转(吸风)；当散热器上黏有灰尘等颗粒物时，则可控制风扇反转(吹风)，将尘土等颗粒物吹掉。 (5)改善冷却介质的散热效率 若使用硬水作冷却介质，会使水散热器结垢，降低散热效果，因此应使用合格的软水作冷却水。若在软水中加入1%体积浓度的CuO纳米微粒。则可提高40%导热率。俄罗斯开发的APBK润滑油，可改善润滑油(机油)的摩擦性能，对磨损部位进行动态修复，降低运动副产生的摩擦热，延长运动副的使用寿命。 (6)其他措施 提高工程机械散热的其他技术措施还包括：改进柴油机的燃烧工