浅谈锻压设备传动介质的温度控制

摘要: 依据对液压设备长期管理经验,介绍了常用的液压传动介质以及石油基液压油发热对其性能和液压设备使用性能的影响,总结了液压油发热原因及相应控制方法。 关键词: 液压油,温度升高,控制方法 随着科技的不断发展,国外以MEER、WEPUKO等,国内以兰石重工、沈阳重
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摘要:依据对液压设备长期管理经验,介绍了常用的液压传动介质以及石油基液压油发热对其性能和液压设备使用性能的影响,总结了液压油发热原因及相应控制方法。

关键词:液压油,温度升高,控制方法


锻压工程师论文


随着科技的不断发展,国外以MEER、WEPUKO等,国内以兰石重工、沈阳重机等为代表的世界高水平锻压设备制造厂商不断适应市场需求,大型、特大型锻压能力的锻压机械设备不断的被生产使用。

锻压机械设备具有结构紧凑、生产能力强、效率高、自动化程度高、产品合格率高等诸多优点,被广泛使用。液压传动介质作为压机能量传递的主体,其使用性能越来越被重视。

1 常用液压传动介质的介绍

液压传动介质常用的有以水作为基质的乳化液和以矿物油为基质的各类不同使用性能、满足不同使用要求的液压油。

对于以水基乳化液作为传动介质的锻压设备,国内水压机以二重为典型代表,水压缩比小、刚性大,传动效率高、设备反应速度快。由于水比热容大,其在使用中温度升高相对较慢,设备可以长时间开机作业。乳化液中矿物油可以减缓水对铁的锈蚀并可以起到一定的润滑作用,在早期小吨位锻压设备上得到较多使用。但是由于水的黏度低,水基液压设备多数泄漏较大,设备的最高工作压力也受到了限制。不过,水基介质相对环保,在全国提倡环保的大形势下越来越多的制造厂商将目光投向了水基液压设备。

由于水压机泄漏大、稳定性较差、操控性不强,现在企业多使用的是油压机,传动介质为矿物油基液压油,根据使用工况添加不同成分。矿物油的压缩比大,所以设备的柔性大、稳定性较好,但是动作较为迟缓,矿物油其黏度大,相对于水压机泄漏明显减小,设备的最高工作压力可以设计更高一些。但由于其黏度大,其快速流动时摩擦生热更多,温度升高更快。

2 液压油温度升高对其使用性能以及设备性能的影响

随着大型锻件市场需求的不断增大,系统庞大复杂的液压设备也越来越多,系统越庞大、液压油路越复杂,液压油的流道就越长,液压油的温升也就越快,当油箱散热能力有限时液压油的温度会逐步升高。油温升高对其使用性能及设备性能的影响主要体现在以下3个方面。

(1)黏度作为液压油最主要的控制指标,它随着温度升高有较大范围的变化,油温越高、黏度越小。液压油黏度较低时有3个不利后果:(1)液压系统的泄漏明显增大,外泄会造成液压油的损耗造成环境污染,系统内部的泄漏又会加快油液温度的升高;(2)液压执行元件的效率低下,设备的使用性能降低,严重时可能会影响设备的正常工作;(3)润滑油膜的稳定性差,会加剧零部件的磨损,缩短使用寿命。查阅相关资料可知,液压油的最佳工作黏度范围为16~36 mm2/s。

(2)液压油温度较高时,气穴现象更容易产生,气穴产生的气蚀会严重损害元件表面,特别是泵等动力元件,进而大大缩短元件的使用寿命。

(3)液压油工作于高温环境并有金属做催化时很容易发生氧化反应,形成积碳或油泥,液压油长期温度较高大于60℃时,氧化速率明显增快,积碳或油泥对液压油使用寿命影响是极大的。为了保障设备的正常使用,液压油油泥氧化指数需要控制在50以内,高于该数值时则需要考虑对液压油进行处理。如果设备液压油使用量较少时考虑直接更换液压油,而液压油使用较多时首先考虑进行有效的过滤净化。如果依旧达不到使用要求时必须更换液压油并对油箱、管路进行清洗。对于大型设备,更换液压油成本是极其高的,所以在使用过程中要严格控制液压油的温度。

3 液压油温度升高原因及其处理方法

由于液压设备在使用过程中会产生热量,而温度过高会严重影响液压油的使用性能,对于连续高强度作业的设备,温度控制更为重要。液压系统温度升高的原因主要以下6种。

(1)对于复杂的液压系统,其主油路、控制油路等管路相应增多,液压油流程增长,在相同流速下,流程越长发热量就越大,所以对于复杂液压系统,在最初设计时就应尽可能地集成化各液压阀块、阀组,并合理布置,减少管路使用。在液压油流道设计时,要尽量减少不必要的变径、弯头,减少节流孔或阀的使用,保持液压油平稳流动,减少热量的产生。

(2)为了节能,现在企业液压系统常见的变量泵有恒功率变量泵与恒压变量泵,恒功率变量泵其输出流量与压力呈反比的关系,当其输出压力达到设定的工作压力时,流量输出就会减小,发热量也会减少;恒压变量泵当其系统压力小于设定压力时相当于定量泵,流量输出为最大值,当系统压力大于等于设定压力时,其输出流量减少几乎为零。对于有变量泵的液压系统,在保证系统压力长时间保持在变量泵设定工作压力时,流量输出就会较大幅度的减少,发热量也就明显减少。这就要求系统溢流阀组或安全阀组能有效地保证系统压力稳定、不泄压。蓄能器作为储能装置,其作用是吸收系统富余的液压能,在需要的时候释放,其有效可靠工作可以增长系统压力稳定时间,减缓变量泵的上压频次,减少流量输出和热量产生。

(3)内泄漏是引起液压系统温升较大的主要原因之一。内泄漏一般包括液压阀的泄漏,泵、马达的泄漏,油缸的泄漏等。内泄漏是液压元件高压区域向低压区域的泄漏,严重时可能导致执行元件不能正常工作,高压油在泄漏同时会产生大量的热量,引起油温升高。

i.液压系统溢流阀或安全阀的泄漏是最为常见的,当系统不保压或失压时需要着重检查溢流阀或安全阀,溢流阀的泄漏流量一般都比较大,发热也较多。

ii.滑阀在内泄较大时,其对应执行元件的功能就会受到明显的影响,所以在系统正常使用期间,滑阀的内泄可以忽略不计。

iii.泵、马达的内泄多是由于配合面磨损间隙较大,造成压力油损失。对于大功率高转速的泵或马达,其内泄漏需着重检查,其对温升影响是极大的。配合面磨损情况的检查,可以通过使用磁铁检测泵或马达内泄口液压油铁含量。

iv.油缸泄漏多数情况下是由于密封损伤或失效引起的。当油缸动作异常时需要及时检查更换密封,否则相当于直接循环加热液压油,温升极快。

(4)对于液压驱动的行走设备或旋转设备,在其频繁动作时液压油循环增快、温升较快,使用中需要交替使用各有效动作或有意控制使用频次。

(5)对于高频次重复动作的设备,如快速自动锻造压机,其在使用中动作重复性高且速度快,液压油循环快,油液温升加快,特别是环境温度较高时温升极快,可以从锻造工艺上或者生产调度上有意减缓其使用强度,错排生产。

(6)油箱散热慢造成系统温升较快。油箱散热分为自然散热和强制换热两种,油箱设计满足有足够大的容量且尽可能的增大散热面积,对于锻压设备油箱容量一般取系统最大流量的6~12倍。

i.对于小型或不常使用的液压系统,其系统发热量全部通过油箱自然散热,油箱散热面积可由式(1)计算得出。

式中H———液压系统发热功率

k———油箱传热系数,通风很差时取8~9;良好时取15~17.5

TY———允许最高温度,℃(一般液压系统允许最高使用温度为55℃)

T0———环境温度,℃

对于需要强制换热的液压系统,可以通过风扇强行冷却,此时油箱传热系数可达20~23;条件允许情况下可以采用直接浸入冷却循环水或加装冷却水盘管,此时油箱传热系数可达110~175。

ii.对于大型液压系统或发热量较大的液压系统,需要考虑旁接换热器强制换热。换热器换热面积可由式(2)计算得出。

式中H———液压系统发热功率

k———换热器传热系数

K———污垢系数,一般取值0.8~0.9

△tm———逆流对数平均温差,℃

其中,△tm=[(T进-t出)(T出-t进)]/in(T进-t出)(T出-t进)]。

从式(2)可以看出,板换污垢系数对换热效果的影响较大。因此在换热器的使用过程中,需要采取有效措施控制其污染情况:(1)在冷却水水质较硬且泥沙含量高的区域,最好选择使用可拆卸板式换热器,以保障冷却循环水的清洁度,还必须使用滤网30目以下的过滤器对循环水进行过滤且定期清洗滤芯,如果条件允许可以考虑加装软化水系统;(2)对于有冷却塔的循环系统,必须尽可能地降低冷却水被污染的可能性,如在塔架周围加装细网防止昆虫、树叶、棉絮等混入冷却水,对塔架迎风面进行必要的遮挡、防止灰尘等混入,还要根据冷却塔填料的结垢情况定期更换,清理集水盘。

4 总结

对于锻压机械而言,传动介质的温度控制意义极其重大,适宜的工作温度不仅能保障液压系统良好的工作状况,还能延长了设备的使用寿命。同时,合理的油温控制方法也能为液压设备的正常使用保驾护航。
作者单位:宝鸡钛业股份有限公司 原文出处:屈向超,容建军,杨国强,李显通.锻压设备传动介质的温度控制[J].设备管理与维修,2020(01):122-123. 转载请注明来源。原文地址:http://www.lw54.com/html/zhlw/20210131/8379319.html   

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