摘要：本文从热量的来源、导致液压系统温升的主要原因、温升易引起的故障、液压系统中热功率的计算等进行分析，最后提出液压系统的降温措施。
关键词：工程机械；液压系统；温升原因；降温措施
引言:
现代工程机械液压系统正朝着高性能、高精度的方向快速发展，但其可靠性还是个比较突出的问题。随着计算机、检测、信息和智能技术的发展，液压系统故障的检测和诊断技术也得到了发展。多种故障诊断技术的出现，从而为故障诊断和排除打下了基础。液压系统在工作期间要产生热量，且要高于周围温度，并向四周散发或送到热交换器的冷却剂中。过高温度下工作也会使油液变质，产生油泥渣和涂层剥落，这都很容易使节流孔堵塞。一旦温度升高，油液的粘性和润滑性也会降低，导致元件的使用寿命缩短。所以液压系统设计在满意的工作温度下运行就显得尤为重要。
1 热量的来源
液压系统的热量主要是在节流孔和阀对液流起节流与控制时产生的，元件消耗的液压功大部分都使得油液发热，少部分是阀体局部发热。因此，阀体自身就是热量产生源（溢流阀和伺服阀）。液压管道、管接头、油滤及各元件的阻力压降也产生热量，所以应避免采用过小或肮脏的通道，以便减小热损耗。泵、马达和阀中的泄漏损失，产生热量；密封摩擦、机械摩擦、涡流损耗、泵和马达中接触面间的粘性阻力等也会产生热量；泵处于压缩行程时液压油特别是渗入的空气被压缩至高压时也产生热量；充气的蓄压器急速地循环工作，可能使气体的温度高于油温，从而产生热量传向油液。后几种产生的热量比控制阀工作窗孔所产生的热量要小得多。
2 导致液压系统温升的主要原因
工程机械的液压系统由于生产厂家液压元件的配置、设计水平、制造质量和使用环境及使用维修单位的技术管理水平的不相同，温升各有差异。总之，主要是系统产生的热量过多和系统散热不足的原因。
1）产生的热量过多。①设计不当。设计不合理（管路长、弯曲多、截面变化等），或选用元件质量差、系统控制方式选择不当，容易存在大量压力损失等，这都会引起系统油温升高。②系统磨损严重。由于很多元件都采用间隙密封（齿轮泵的齿轮与泵体，齿轮与侧板，柱塞泵、马达的缸体与配油盘，缸体孔和柱塞等）。一旦出现液压件磨损增加，将使温度升高，液压油黏度下降，进而会导致内泄漏增加，加剧油温升高。③用油不当。而液压油是维持系统正常工作的介质，油品质则是保证系统传动性能和效率的关键。使用假油，误用黏度不当的液压油，都会使液压油过早氧化变质，加大运动副磨损发热。④操作使用不当。当操作使用、保养不当时，也会使系统过热。比如操纵，或使阀杆挡位经常处于半开状态产生节流，或系统过载，启闭特性与要求的不相符；压力损失超标等，都易引起系统过热。
2）系统散热性差。①油箱表面太脏。若散热器和油箱等散热面被灰尘、油泥或其他污物所覆盖，就会形成保温层，也会直接影响系统的散热。②风扇转速太低，风量不足等，都影响系统散热。③液压油路堵塞。若回油路和冷却器因脏物、杂质堵塞，会引起背压增高，旁通阀被打开，液压油不经冷却器而直接流向油箱，引起系统散热差。④环境温度过高。在过高的环境下连续超负荷工作，会使系统温度升高。再者，若工程机械的工作环境与产品设计的使用环境温度相差太大，也会导致系统散热不足的问题。
3 温升易引起的故障
一般液压系统正常工作温度为40℃～60℃，过热则会引起系统和环境温度的升高，超过一定值就会带来不利。危害主要体现在：①油温过高会导致液压系统热平衡温度升高，油液黏度降低，泄漏量增加，容积效率和总效率下降。②温度升高将引起热膨胀，不同材质的运动副膨胀系数不同，使运动副配合间隙发生变化。间隙变小运动干涉或卡死会出现；间隙变大泄漏量增加。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆工作性能和精度降低，并加速磨损。③多数密封件和高压软管均橡胶或其他非金属制品，温度过高会加速老化和变质，影响使用寿命。④温度过高会使液压油氧化加剧，寿命降低，甚至会变质失去工作能力，系统可靠性下降等。⑤油液发热引起液压元件产生系列故障等。
4 液压系统中热功率的计算
1）机械功率hp(W)：hp= PQ/2537.4×10-7①，式中: p为系统的压强，Pa；Q 为系统的流量，m3/s。
2）等效的热功率q(W)：q=1893754.4hp=614598ΔpQ。式中:Δp为元件两端的压差，Pa。①旁路式调节器等压油源热功率qPF。初始液压功决定于油源类型，对一个具有旁路式调节器等压油源，全部时间内都供应满功率，热功率为qPF(W):qPF=614598ps·Qq②，式中:ps为等压油液的压力，Pa；Qq为理想泵流量，m3/s。②行程调节式变量泵的热功率qPV。若等压油源是采用行程调节式变量泵，热功率就较小，取决于负载流量QL，行程调节式变量泵的热功率为qPV(W):qPV =614598ps·Qp(QL/Qp)③，式中:Qp为泵在最大行程时的流量，m3/s；QL为负载流量，m3/s。比值QL/Qp在0～1之间，为确定QL需分析负载工作循环。若工作循环不重复，则QL/Qp之值约为0.5左右，或使用最保守的数值1。
3）被传导的热量计算。散发的热功率为泵供出的当量热功率减去执行器中的机械功率。而液压系统中热量的散发是通过传导、辐射和对流途径进行的。①嵌入式油箱单位时间内被传导的热量qr：油箱为嵌入式时，冷却的主要方式是将热量传导到周围结构中去。单位时间内被传导的热量为qr(W):qr= R·AdT/dx④，式中:R为结构材料的热传导性，W/m·℃；Dt/dx为热流方向上的热梯度，℃/m；A为垂直于热流路径的面积，m2。对复杂和不规则的结构，要鉴定热梯度是很困难的，需要用专门的试验确定。②分离式油箱单位时间内被传导的热量qF：分离式油箱是通过辐射自行冷却的，在较小的程度上是通过油液、油箱壳体和导管等物质所形成的散热装置的自由热对流冷却的，由分离式油箱传导出的热量通常写作qF(W):qF= U·A·Δt⑤，式中:U为总的热传导系数，W/m2·℃；Δt为油液和周围环境温度差，℃。
5 液压系统降温措施
液压系统中对一个置于无阻碍的空气中的油箱，U=35W/m2·℃，若要求油温不超过周围环境50℃以上，需要的面积与功率的比值为0.57×10-3m2/W。为保持合理的油温，需要散发的热量超过系统的自然散热能力，此时就必须设置热交换器。但大多数热交换器为空气冷却式或水冷式。平时，为保证液压系统的正常工作，应将系统温度控制在正常范围内。当出现液压系统过热时，应先查明原因，判断出是系统内外部因素引起的，然后采取必要的降温措施。①按机械工作环境和使用说明选用液压油，特殊要求的要选专用油；保证清洁度，避免滤网堵塞；定期检查油位，要保证液压油足量。②检查易损元件，避免因磨损过大造成泄露。③按说明调整系统压力，避免压力过高，确保安全阀、过载阀等正常工作。④定期清洗散热器和油箱表面，保持清洁利于散热。⑤定期检查发动机转速和风扇皮带张紧程度，以保持足够转速和充足散热能力。⑥应使机械使用环境温度与设计允许使用值相符。
结束语：
由于工程机械液压系统温升诱发的故障是多种多样的，只有弄清楚温升的原因，才便于排除故障。同时，要采取合理的方法降低温升，这才是避免工程机械液压系统故障的一个根本途径。机械故障率降低了，才能始终拥有优良的使用性能，并保持正常稳定的工作状态。
参考文献
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[3]杨雪茹，等.基于温升的工程机械液压系统故障分析[J].设备管理与维修技术，2008，12：73-74.
论文作者:李峰
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月33期
论文发表时间:2019/7/23
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