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        液壓系統風冷卻器的選用方法

        風冷式油冷卻器(簡稱風冷卻器)是一種以空氣為冷卻源的鋁合金板翅式熱交換器,其特點是熱交換器芯體的油通道和風通道均設換熱翅片,同體積比換熱面積大,傳熱效率高,以空氣為介質進行熱量交換。與水冷式散熱器相比,不僅安裝維護簡便,更可避免銅管爆裂造成的油水混合,對系統造成嚴重的毀壞。其次,對于需要變換工作地點的設備(如工程機械)來說,不需考慮水源的供應,不存在水循環系統的拆裝和重建,是應用日益廣泛的環保型產品。

        目前,國內的風冷卻器生產廠家很多,型號也不盡相同,性能參數、安裝尺寸等出入較大,對用戶的選型和使用造成一定的困擾。在此,結合我廠開發生產和客戶使用的經驗,談幾點風冷卻器選用中應注意的問題,供大家參考并希望指正。

        任何一款產品在設計的時候,首先考慮的是達成其功能性,或者說功能性是第一位的,這是設計最基本的要素,風冷卻器也一樣,給合常用設備液壓系統的油溫散熱要求,它的功能性著重體現在三個主要方面:一、適用壓力;二、適用流量;三、換熱效率。選用風冷卻器時,這三個方面必須同時滿足,才算基本達到你的使用要求。下面就從這三個方面展開談談。

        一、適用的壓力

        通常指允許最大的工作壓力,或稱設計壓力。風冷卻器屬于壓力容器,在液壓系統中,只適合用于回路的回油冷卻,所以要根據回路的最大壓力來選用風冷卻器。為什么只用于回油冷卻呢?暫且不論油溫升高的成因,就風冷卻器本身而言,其散熱主體(換熱芯)的耐壓能力是有限度的,板翅式鋁合金換熱芯的耐壓能力取決于其材質物理性能、結構和加工工藝。比方說,結構和加工工藝相同,材質也一樣,油通道材料的厚度不同,耐壓能力也不同,越厚耐壓力越高。板翅式鋁合金風冷卻器的設計壓力一般小于3.5Mpa,基于成本和實用性等原因通常是小于2.0Mpa,國外同行設計壓力多為1.6 Mpa,均遠小于油路的最大工作壓力。顯然,壓力過高會導致換熱芯爆裂損壞。

        市面上流通的風冷卻器產品,設計壓力一般分為三級:1,1.0Mpa(如AF系列);2,2.0Mpa(如AH系列);3,  3.5Mpa。設計壓力1.0Mpa的僅適用于變量葉片泵的泄油冷卻。

        考慮到液壓系統回路壓力不穩定以及回油瞬間可能產生的高壓脈沖,為確保風冷卻器的使用壽命,生產產商強烈推薦----優先采用獨立循環的冷卻方式。獨立循環就是風冷卻器不再接到工作液壓系統的回路中,而是設置一個單獨的冷卻回路,即加裝一個冷卻泵,直接從油箱吸取高溫的液壓油,經風冷卻器冷卻后直接送回油箱,這樣就可避免回油壓力過高而損壞風冷卻器了。獨立循環冷卻泵的流量通常選取小于液壓油容積的三分之一。

        當需要接于定量泵的回油冷卻時,設計人員應考慮到液壓系統中回油壓力的不穩性,將風冷卻器聯接于溢流閥的回油口,并于風冷卻器的進、出油口之間并聯一個開啟壓力0.5Mpa的背壓閥,這是正確使用的方法(見下圖示)。當用于變量泵的泄油冷卻時,由于其壓力通常小于1Mpa,只要流量合適,那么直接接于變量泵泄油口便可以了。筆者遇到這樣一個案例:一個客戶將一臺型號為AH0608TL(適用壓力2.0M0pa,流量50L/min)接于一臺快進--工進--快退的工作機上,結果在機械調試的過程中就發現換熱芯漏油,一看油通道爆開了。該客戶原來使用水冷卻器,應用戶要求改用風冷卻器,由于風冷卻器是直接接于回油路中,并沒有加裝背壓閥,而且系統回油速度很快,回油產生的脈沖壓力過高瞬間就將風冷卻器擊爆了。

        二、適用流量

        風冷卻器生產商提供的性能參數表中,就有適用流量這一項,常指靜壓狀態下低粘度液體每分鐘的通過量。在液體流速0.2-0.4m/s的范圍內,風冷卻器油通道是不容易爆裂的,故風冷卻器適用流量值是理論的計算結合實際的經驗測試綜合得出。

        對于選用產品的工程師而言,準確的回油流量計算往往較為復雜。所以,結合油路實際工況,用經驗的方法,就簡便得多了。經驗計算如下:

        風冷卻器的工作流量=油泵流量×油缸有效面積比×安全系數             其中:

        油缸有效面積比=無桿腔受壓面積÷有桿腔受壓面積(>1)

        安全系數:1.2~1.8,常取1.5

        如果是多支油缸同時回油,視具體的情況要考慮在內,流量相應要加大,乘以相應的倍數。

        案例一:已知系統油泵GPY-10(10.06ml/rev),電機轉速1390rpm,一支工作油缸(液壓缸內徑50mm,活塞桿直徑20mm),求風冷卻器的工作流量?

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

        無桿腔受壓面積=(50/2)2  ×π=625π mm 2

        有桿腔受壓面積=(50/2)2  ×π-(20/2)2×π=525π mm 2

        油缸有效面積比=625π mm 2 /525π mm 2=1.19

        安全系數取1.5,則有:

        風冷卻器的工作流量=14×1.19×1.5≈25L/min

        故選用風冷卻器的適用流量值大于或等于25L即可,再結合系統的發熱功率的大小,選定型號。

        需要注意的是,靜壓(壓力基本恒定)狀態下,液壓油會通過換熱芯所有的油通道,但在有脈沖的情況下,液壓油只會通過部分的油通道,形成瞬間壓力過高是導致換熱芯爆裂的常發原因,這也是調機時應多加注意的事項。因此,不能按照風冷卻器的工作流量等于油泵的排量來選型。

        三、換熱效率

        通俗地說,就是風冷卻器的散熱效率。許多用戶在選型時,往往選好適用的流量就OK了,然后根據流量值對應的型號,選用一款風冷卻器,這是不全面的。因為流量滿足你的使用要求,并不代表該風冷卻器的散熱效率也同時滿足你的要求。前面講到:一、適用壓力;二、適用流量;三、換熱效率。選用風冷卻器時,這三個方面必須同時滿足,才算基本達到你的使用要求。

        常有客戶打電話問,說我的主油泵才30L/min,而我選了某牌子的60L/min的風冷卻器,怎么油溫還降不下來啊.....,我第一句話就說那可能是冷卻器的散熱效率不夠,舉個例字:同樣是30L/min主油泵系統,有的電機功率是3kw,有的配5.5kw甚至更大,系統熱損耗當然不同。另外,就算是電機功率也一樣,你的系統工況不一樣,有的保壓時間長,有的保壓時間短,系統的熱損耗也不一樣,你就要考慮使用的風冷卻器的換熱效率了。

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