液压挖掘机油散的设计及应用

履带式液压挖掘机属效率型机械，工况恶劣、负载变化大、工作时间长，液压系统在工作时，各种能量损失全部转化为热量。系统热量主要来源于液压主泵，另外各主阀、管路和液压油缸要产生一部分磨擦热。所有这些热量少部分通过液压元件和辅件如管道、油箱等传递到周围空间，大部分用来使系统油液温度升高。适当的油液温升是正常的，对液压系统的工作也有好处，但是油液温升不能过大，否则液压油性能将急剧变化，各液压元件的密封性能也会下降，对整个液压系统工作极为不利。因此，必须控制液压系统的最高温度不能过高，一般来说，系统达到热平衡后，油散进口温度(即液压系统最高温度)不应超过80℃。尤其是在夏季作业时，有些地区的环境温度过高，油液温升更快，过热现象普遍，使得机器效率下降、工作不可靠，严重时造成停机故障。挖掘机液压系统，由于受结构限制，油箱容积较小，不能充分散热。为有效控制油液温度，必须采取强制冷却的方式，通过散热器来限制油液温升。
　　一、油散的选型配置：
　　目前，散热器型式比较多，国外由于散热材料比较过关，工艺比较先进，工程机械多采用管片式油散或其延伸产品，如日本，韩国，美国等。其优点是结构简单，制造方便，容易实现流水线生产，且风阻较小，容易清洗，方便布置等，但材料性能要求较高。我国受基础产业限制，工程机械用油散多采用铝制板翅式风冷冷却器。我公司的挖掘机也选用铝制板翅式风冷冷却器，该冷却器每两层油板间装设横向或纵向的波浪形散热翅片板(厚度为0.2～0.3mm的铝片)结构，以增加局部散热系数和散热面积(散热面积可达光管的8～10倍)，为防尘，外部装滤网。翅片式冷却器的冷却效果比其他冷却器提高数倍，体积和重量相对减小许多，其冷却效果好、结构紧凑、体积小强度高。翅片式冷却器采用铝片，不仅造价低，而且不易生锈，但风阻大、易堵塞、难清洗。
　　二、油散的选型计算：
　　油散的计算主要是根据热交换量确定所需的散热面积，油散的散热功率P2应等于系统的发热功率P与油箱、管路等元件的散热功率之差，本计算不考虑油箱、管路等的散热，同时忽系统溢流损失，并假设冷却进出风量足够。
　　为平衡油温，冷却器的热交换量等于液压油放出的热量
　　液压油放出的热量计算：p2＝CQp(t2一t1)油液的出口温度油液的进口温度油的密度油的流量油的比热容式中：c＝1675～2093J／(Kg.K)取c＝2000J／(Kg.K)Q＝2×230L／minp＝900Kg／m3t2-t1＝2℃取进出油的温差为2℃计算得p2＝26.9Kw油散的散热面积计算：A＝k――油散的传热系数，k＝30～350W／(m2.K)取k＝50W／(m2.K)△tm――油和风之间的平均温差△tm＝-式中：t1――液压油进口温度，根据系统发热情况确定t2――液压油出口温度，根据系统对油温的控制要求确定t1′――冷却风进口温度，一般为环境温度t2′――冷却风出口温度△tm＝℃-℃＝19℃计算得出：A＝28′-3m2
　　在计算所需的散热面积后，根据JB／T7261-94《铝制板翅式换热器技术条件》制造和验收标准选用油散规格型号，再结合油散的外部尺寸等要求确定平板的片数等。
　　油散的主要性能参数如下：①油液流量Q＝2×230L／min；②风侧冷却面积S＝50m2；③油侧工作压力p＝1.2Mpa；④油侧压力损失≤0.15Mpa
　　主要技术要求如下：①各焊缝须焊透，不得有气孔和裂纹，成型美观，外表无严重磕碰划伤；②强度试验水压2.4Mpa，历时30min不泄露；③气密性试验气压1.6Mpa，历时5mn不泄露；④空气滤网网孔2mm，钢丝直径0.4mm；⑤包装前彻底清除污垢和碎片，吹干内部，管口封口。
　　三、油散的安装：
　　油散采用强制风冷方式，借助发动机风扇冷却。将油散和发动机散热水箱组合在一起，便于固定安装，有效节省挖掘机转台上部空间，可以达到预计冷却效果。对于一些大功率工程机械，如30T以上级挖掘机，也可以用液压马达驱动风扇，对油散单独冷却。
　　四、油散的使用及改进：
　　2002年，投放市场的WY系列产品。夏季施工时，由于环境温度过高，导致油温上升，有些用户反馈油液温度过高，也发生过系统回油单向阀堵塞或回油压力过高、油散本身质量差等原因造成油散开裂，我们针对这一问题进行了原因分析和质量改进，在设计中通过优化管路等系统设计降低油液发热、利用油箱充分散热、优选配套厂家等措施以控制油温，另外，因油散、水扇相连，有部分用户反馈发动机水箱的散热效果不好，有些水箱温度很高、经常“开锅”，今年上半年我们结合水箱问题综合考虑又对油散热器本身结构作了改进和试用，采用薄型油散热器，以减小风扇吸风阻力、增强空气流通和循环，经市场使用反馈良好，我们下一步拟对发动机水箱和油散的匹配进行设计改进和试验，目的是为了更进一步的提高水散、油散的散热效果。