某5t轮式装载机液压油散热的优化宋哲文，史 虓，许锁林 （国机重工集团常林有限公司，江苏 常州 213000） ［摘要］分析了装载机液压系统发热原理及危害，介绍了某5t装载机液压油散热器的布置及其散热方式，并对其进行了优化，通过理论计算和热平衡试验数据进行了对比分析。 ［关键词］装载机；液压系统；散热方式 装载机液压系统的散热渠道主要是液压油箱表面，但实际上限于整机布置，液压油箱无论是安装位置的散热条件还是散热面积，往往无法满足散热需求。为控制油温，某5t轮式装载机在液压系统中添加了液压油散热器，散热系统结构布置如图1所示。发动机曲轴直接驱动冷却风扇，变矩器油散热器采用水冷形式，中冷器和液压油散热器采用风冷形式。  图1 散热系统结构 1 现有散热工况分析该5t轮式装载机液压系统目前采用双泵合流优先转向系统，转向泵排量为V1=80mL/r，工作泵排量为V2=100mL/r，根据变矩器传动速比及发动机转速可求出液压系统合流后总流量Q=0.062m3/s。通往散热器的液压油为转向器回油，只有当装载机转向时，才会有液压油经转向器通往散热器，散热效率很低。 1.1 理论散热流量计算 装载机液压系统发热问题主要出现在作业工况中，故可通过计算一个作业周期内转向器通往散热器的液压油体积来确定其理论散热流量。V字形铲装作业是一种典型的装载机作业工况，其作业路线如图2所示，作业过程中使用前进I挡（F1）与倒挡（R），作业周期T=40.5s。  图2 作业周期与工序示意图 1.空斗前进 2.满斗后退 3.满斗前进 4.空斗后退A.铲装 C.高位卸料 L.整车长度 在一个作业周期内，通往散热器的液压油总体积V1为转向缸容积的2倍，即  式中D——转向油缸的缸径，D=0.09m； d——转向油缸的杆径，d=0.045m；S——转向油缸的行程，S=0.435m。 计算可得，通往散热器的液压油流量q1=V1/T=0.000239m3/s，在此条件下可将散热器流量曲线简化为一条恒流量直线。 1.2 热平衡试验 按V字形作业对装载机进行作业工况热平衡测试，液压油热平衡试验结果如图3所示，热平衡温度达到89℃，无法满足装载机液压系统正常工作的需求。  图3 液压油热平衡测试 2 优化改进对该装载机的散热部分进行改造，液压系统依然采用双泵合流优先转向系统，将散热方式改为在油箱回油口采用节流口控制部分液压油去散热器的节流散热方式。 2.1 理论散热流量计算 改进后，在液压油箱回油口添加阻尼孔板，板厚δ=8mm，小孔孔径d0=18mm，一部分液压油经阻尼孔回油箱，一部分液压油去散热器，其结构如图4所示。 建立如图5所示计算模型，其中Q为液压系统总回油量，q2为去散热器流量，qv为经节流孔回油箱流量，p1为节流孔前压力，p2为节流孔后压力，Δp1、Δp3为液压管路压力降；Δp2为散热器压力降。建立如下方程   图4 油箱回油结构示意图 1.主油路回油 2.油箱回油阀快3.阻尼孔板 4.散热器进油  图5 节流散热计算模型 根据相关资料可知，当孔口壁厚l＜1/2d时，且孔口边缘为无倒角的锐边，其孔口可认为是薄壁锐缘孔口，其流量计算公式为  式中qv——通过薄壁小孔的流量； Cd——流量系数，取Cd=0.61； A——孔口面积，A=πd20/4=0.00025434m2； ρ——液压油密度，ρ=870kg/m3； Δp——孔口前后压力差，Pa。 孔口前后压力差可认为是散热器背压与散热管路沿程压力损失之和，散热器背压由散热器内部因素决定，Δp2=0.05MPa。由于液压油与管壁之间有黏附作用，以及流体质点间存在内摩擦力等，通往散热器的管路必然存在着沿程压力损失  式中λ——沿程阻力系数，理论值为λ=64/Re，实际值对光滑金属管取λ=75/Re，对橡胶管取λ=80/Re； l——软管沿程长度，l=6m； d1——软管管径，d1=0.032m； v——软管内液压油流速，v=4Q/πd12。 由以上条件可模拟计算通往散热器的液压油流量曲线，同时可将改进前散热器流量简化为一条恒流量直线，则散热器流量曲线对比如图6所示。  图6 理论散热流量对比 2.2 热平衡试验 改进为节流散热方式后，按V字形作业工况进行作业热平衡试验，液压油热平衡试验结果如图7所示，液压油热平衡温度明显降低，约为82℃左右，散热效率得到明显改善。  图7 优化后液压油热平衡测试 3 结论该5t装载机的液压油散热器设计功率达30kW，从理论上校核远大于液压系统的功率损失，不应出现油温过高的情况。但实际上由于通过散热器的液压油占总回油的比例很小，导致实际使用的液压油散热器的散热功率很小，远低于设计值，因而液压系统工作油温偏高。通过对液压油散热方式的改进，使通过散热器的液压油流量增大，液压油热平衡温度明显下降，液压油散热器的使用效率得到明显提升。 Optimization of heat dissipation of hydraulic oil for 5 tons wheel loader SONG Zhe-wen，SHI Xiao，XU Suo-lin ［中图分类号］TH243 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2016）12-0076-03 DOI：10.14189/j.cnki.cm1981.2016.12.008 ［收稿日期］2016-11-04 ［通讯地址］宋哲文，江苏省常州市新北区黄河西路898号 |
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