液压系统温升及散热器选型计算
液压系统计算
注：油箱公称容量大于本系列10000L时，应按GB/T 321 油箱空气容量 10%～15%
流速 v(m/s) 高压胶管通径：6/8/10/13/16/19/22/25/32/38/45/51 钢管通径：3/4/5；6/8/10；12/15/20/25/32/40/50/65
管子承受的压力 安全系数S
说明：对于压力管，当压力高、流量大管路短时取大值 P=2.5～14MPa时，取v=3～4m/s，当p＞14MPa时，取v
散热系数 K
W/(m2*℃) 15
环境温度 t2 ℃ 25
油箱散热面积 A=PL/(K*Δt)
m2 0.01
油液最高允许温度 t1 ℃ 40
油箱散热系数K（液压工程师手册） 油箱散热情况 整体式，通风差 单体式，通风较好 上置式，通风好 强制通风式
液压泵站油箱公称容量 系列(JB/T 7938— 2010) /L
2.5、4.0、6.3、10 16、25、40、63、100 160、250、315、400、500、630、800、1000 1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、
10000
吸油管
油箱散热量 PT kw 0
冷却介质温度 t1+t2 ℃ 30
PC=PL-PT kw 30
平均温度差 T=[(T1+T2)-(t1+t2)]/2
℃ 12.5
油的比热容 C
kJ/(kg*℃) 1.88
水的比热容 Cs
kJ/(kg*℃) 4.2
冷却器热交换量 PC=PL-PT kw 4.4
平均温度差 T=[(T1+T2)-(t1+t2)]/2
液压系统计算公式汇总
风冷计算 Ｈ＝Ｑａ*ρ ｋ*Ｃｐ·Δ t（J/h） Ｑａ——风扇风量（m3 / h） ρ ｋ——空气密度（取ρ ｋ＝1.29kg/m3） Ｃｐ——空气比热容（取Ｃｐ＝1008J/kg· K）
Δ ｔ——散热温差（取Δ ｔ＝１０Ｋ） 水冷计算 Ｈ＝Ｑａ*ρ ｋ*Ｃｐ·Δ t（J/h） Ｑａ——冷却水量（m3 / h） ρ ｋ——水密度（取ρ ｋ＝1000kg/m3） Ｃｐ——水比热容（取Ｃｐ＝4186.8J/kg· K） Δ ｔ——进出水温差
油箱热平衡 油箱总体积V (L) 油箱传热系数 k 油比热( 1.7~2.1 KJ/(kg*K) 环境温度T0 (K) 设定油温 T (K) 油箱散热面积(m2) 系统温升(冷却时间) t(min) 系统热平衡温度(K) 风冷计算 风量(m3 / h) 散热温差t (K) 散热功率 (Kw) 水冷计算 冷却水量(m3 / h) 进出水温差t (K) 散热功率 (Kw) 温度换算 摄氏度 华氏度
2000 8 1.9 30 55 16 122.47 115.94
系统发热功率(Kw) 加热功率(Kw) 冷却功率(Kw) 油质量（kg) 油箱散热面积(m2)≈ 油箱冷却功率(Kw) 油箱壁厚(mm) 油箱重量(Kg)≈
11 0 0 1440 10.57 3.20 6.5 770.63
4000 10 14.45
通风条件 差 良好 风冷冷却 循环水冷却
系数k 8~9 15 23 110~174
24 2 55.82
204 200
ห้องสมุดไป่ตู้——〉华氏度 ——〉摄氏度
399.20 93.33
kA t H T T0 1 e C m k A
当t →∞ 时,系统热平衡公式
液压散热功率计算
计算出液压系统单位时间内的热损耗，即系统的发热功率pv，然后结合你需要的油温期望值t1，对照风冷却器的当量冷却功率p1曲线图，选择与之匹与的型号。
这是普遍使用的计算方法。
必须注意，在测定系统单位时间内油的温升时，要区分是否有冷却器在工作，该文所指的工况是系统没有冷却器时油的温升。
计算公式：pv=ρ
油×v×c
油
×δt/h，式中：
pv：发热功率（w）
ρ油：油的密度（常取0.85kg/l）
v：油的容积（l）
c油：液压油的比热容，常取2.15kj/kg℃
δt：一定时间内油的温升
h:温升时间（s）
例：某一液压系统（无冷却器的工况下）在10分钟内油温从30℃上升至45℃，液压油的容积为80l。
发热功率计算如下：
pv=0.85×80×2.15×（45-30）/（10×60）=3.655kw
已知环境温度t2=30℃，最佳油温期望值55℃，则当量冷却功率计算如下：
p1= pv×η/（t1 -t2），式中：
p1：当量冷却功率（w/℃）
η：安全系数，一般取1.1
t1：油温期望值（℃）
t2：环境温度（℃）
故：p1=3.655×1.1/（55-30）=0.161kw/℃=161 w/℃
对应主泵流量，依据161 w/℃的当量冷却功率查曲线图，选取匹配的风冷却器。
最方便的另一种散热计算法，是发热功率估算法：一般取系统总功率的1/3~1/2作为冷却器的散热功率，若工况为长时间保压状态（如夹紧作业），则系数最大值推荐2/3。
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液压发热功率
液压发热功率系统发热来源于系统内部的能量损失，如液压泵和执行元件的功率损失、溢流阀的溢流损失、液压阀及管道的压力损失等。
这些能量损失转换为热能，使油液温度升高。
油液的温升使粘度下降，泄漏增加，同时，使油分子裂化或聚合，产生树脂状物质，堵塞液压元件小孔，影响系统正常工作，因此必须使系统中油温保持在允许范围内。
一般机床液压系统正常工作油温为30～50℃；矿山机械正常工作油温50～70℃；最高允许油温为70～90℃。
1、系统发热功率P的计算：P＝PB(1-η)(W)式中：PB为液压泵的输入功率(W)；η为液压泵的总效率。
2、若一个工作循环中有几个工序，则可根据各个工序的发热量，求出系统单位时间的平均发热量。
式中：T为工作循环周期(s)；ti为第i个工序的工作时间(s)；Pi 为循环中第i个工序的输入功率(W)。
大兰液压系统3、系统的散热和温升系统的散热量可按下式计算。
式中：Kj为散热系数(W/m2℃)，当周围通风很差时，K≈8～9；周围通风良好时，K≈15；用风扇冷却时，K≈23；用循环水强制冷却时的冷却器表面K≈110～175；Aj为散热面积(m2)，当油箱长、宽、高比例为1∶1∶1或1∶2∶3，油面高度为油箱高度的80%时，油箱散热面积近似看成，式中V为油箱体积(L)；Δt为液压系统的温升(℃)，即液压系统比周围环境温度的升高值；j为散热面积的次序号。
4、当液压系统工作一段时间后，达到热平衡状态，则：P＝P′。
计算所得的温升Δt，加上环境温度，不应超过油液的最高允许温度。
当系统允许的温升确定后，也能利用上述公式来计算油箱的容量。
液压系统的效率是由液压泵、执行元件和液压回路效率来确定的。
1、液压回路效率ηc一般可用下式计算：P1Q1+P2Q2+……/Pb1Qb1+Pb2Qb2式中：P1，Q1；P2，Q2；……为每个执行元件的工作压力和流量；Pb1，Qb1；Pb2，Qb2为每个液压泵的供油压力和流量。
液压油箱,冷却器,加热器计算
W/(m2*℃) 400
散热面积 A≈PC/(T*k)
m2 85.94
油比热容 C=1608-2094 J/（kg.℃）
1880 油的密度 ρ=0.9
kg/L 0.9
散热面积 A≈PC/(T*k)/η
m2 3.06 冷却介质出口温度 t2 ℃ 36
系数 η=0.8-0.9
0.90
水的流量
16、25、40、63、100 、250、315、400、500、630、800、1000 500、3150、4000、5000、6300、8000、
10000
短管及局部收缩处 ≤10
系统压力p＜2.5MPa时，取v=2m/s,当 机械，当P＞21MPa时，取v≤5～6m/s
K
Δt=t1-t2
W/(m2*℃)
℃
8
15
水冷却器散热面积
系统损失功率 PL=P*0.15 kw 1.5
系统损失功率 PL=P*(1-η) Kw 0.975
油箱散热容积
V≈10^3*{[PL/(0.065*K*(t1-t2))]^3}^0.5
m3 44.19
系统发热量 PL=P*(1-η)
kw 67.68 液压油进口温度
液压油出温度 T2 ℃ 80
油的密度 ρ
kg/m3 900 水的密度 ρs kg/m3 1000
油箱散热量 PT kw 0
冷却介质温度 t1+t2 ℃ 40
液压油温升 ΔT=T1-T2
℃ 70
加热器功率
加热时间 T
min 45
室温取20℃
加热后温度差 Q=Q工作油温-Q室温
℃ 55
冷却器热交换量 PC=PL-PT kw 67.68
液压系统中 风冷式油冷却机的 计算公式
液压系统中风冷式油冷却机的计算公式
计算出液压系统单位时间内的热损耗，即系统的发热功率Pv，然后结合你需要的油温期望值T1，对照风冷却器的当量冷却功率P1曲线图，选择与之匹与的型号。
这是普遍使用的计算方法。
必须注意，在测定系统单位时间内油的温升时，要区分是否有冷却器在工作，该文所指的工况是系统没有冷却器时油的温升。
计算公式：Pv=ρ油×V×C油×ΔT/H，式中：
Pv：发热功率（W）
ρ油：油的密度（常取0.85Kg/L）
V：油的容积（L）
C油：液压油的比热容，常取2.15Kj/Kg℃
ΔT：一定时间内油的温升
H:温升时间（s）
例：某一液压系统（无冷却器的工况下）在10分钟内油温从30℃上升至45℃，液压油的容积为80L。
发热功率计算如下：
Pv=0.85×80×2.15×（45-30）/（10×60）=3.655Kw
已知环境温度T2=30℃，最佳油温期望值55℃，则当量冷却功率计算如下：
P1= Pv×η/（T1 -T2），式中：
P1：当量冷却功率（w/℃）
η：安全系数，一般取1.1
T1：油温期望值（℃）
T2：环境温度（℃）
故：P1=3.655×1.1/（55-30）=0.161Kw/℃=161 w/℃
对应主泵流量，依据161 w/℃的当量冷却功率查曲线图，选取匹配的风冷却器。
最方便的另一种散热计算法，是发热功率估算法：一般取系统总功率的1/3~1/2作为冷却器的散热功率，若工况为长时间保压状态（如夹紧作业），则系数最大值推荐2/3。
液压系统计算公式汇总(EXCEL版)更详细哦
风冷计算 Ｈ＝Ｑａ*ρ ｋ*Ｃｐ·Δ t（J/h） Ｑａ——风扇风量（m3 / h） ρ ｋ——空气密度（取ρ ｋ＝1.29kg/m3） Ｃｐ——空气比热容（取Ｃｐ＝1008J/kg· K）
Δ ｔ——散热温差（取Δ ｔ＝１０Ｋ） 水冷计算 Ｈ＝Ｑａ*ρ ｋ*Ｃｐ·Δ t（J/h） Ｑａ——冷却水量（m3 / h） ρ ｋ——水密度（取ρ ｋ＝1000kg/m3） Ｃｐ——水比热容（取Ｃｐ＝4186.8J/kg· K） Δ ｔ——进出水温差
4 5 23.26
204 200
——〉华氏度 ——〉摄氏度
399.20 93.33
kA t H T T0 1 e C m k A
当t →∞ 时,系统热平衡公式
Tmax T0 H kA
k- 油箱传热系数 (W/m2*K) t - 运转时间(s) C - 油比热( 1.7~2.1 KJ/(kg*K)) A - 油箱散热面积(m2) T - 油液温度(K) T0 - 环境温度(K) m - 油液质量(kg) H- 热功率(W)
油箱热平衡 油箱总体积V (L) 油箱传热系数 k 油比热( 1.7~2.1 KJ/(kg*K) 环境温度T0 (K) 设定油温 T (K) 油箱散热面积(m2) 系统温升(冷却时间) t(min) 系统热平衡温度(K) 风冷计算 风量(m3 / h) 散热温差t (K) 散热功率 (Kw) 水冷计算 冷却水量(m3 / h) 进出水温差t (K) 散热功率 (Kw) 温度换算 摄氏度 华氏度
通风条件 差 良好 风冷冷却 循环水冷却
系数k 8~9 15 23 110~174
3000 8 1.9 30 55 16 183.70 115.94
功率器件的散热计算及散热器选择
不同的管子 Rjc 不同,比如 MJ21195 的 Rjc=0.7℃/W,而 MJE15034 的 Rjc=2.5℃/W.
Rca 与管壳的材料和几何尺寸有关.
Rsa 与散热器的材料(铝、铜等)及散热面积等有关.并且发现将它垂直放置比水平放置散热效果好,表面钝化涂黑又可改进热
幅谢,使热阻进一步减少等.图 1-2 给出二条散热面积与热阻的关系曲线,以机壳、底座为散热面积只能算一个面.
其中 T1-T2 为两点温度之差,P 为传输的热功率,RT 是传输单位功率时温度变化度数,单位是℃/W.RT 越大表明相同温差下散发
的热能越小.于是结温 Tj,环境温度 Ta,管耗 PCM 及管子的等效热阻 RT 之间有以下的关系
Tj-Ta=PCM×RT
(1-2)
若环境温度一定(常以 25℃为基准), Tj 已定,则管子等效热阻越小,管耗 PCM 就越可以提高.下面我们来看看管子的散热途径及等
量散到周围空间。若没有风扇以一定风速冷却，这称为自然冷却或自然对流散热。 热量在传递过程有一定热阻。由器件管芯传到器件管壳的热阻为 Rjc，器件管壳与散热器之间的热阻为 Rcs，散热器将热
量散到周围空间的热阻为 Rsa，总的热阻 Rja=Rjc+R cs+R sa。若器件的最大功率损耗为 PD，并已知器件允许的结温为 Tj、环 境温度为 TA，可以按下式求出允许的总热阻 Rja。
Rcs 是管壳与散热器界面的热阻.可分为接触热阻和绝缘层热阻.接触热阻取决于接触面的情况,如面积大小、压紧程度等. 若在界面涂导热性能较好的硅脂可减少热阻.当需要与散热器绝缘时(如利用外壳、底座进行散热的情况),垫入绝缘层也会形成 热阻.绝缘层可以是 0.05~0.1mm 厚的云母片或采用阳极氧化法在表面形成的绝缘层.
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液压系统温升及散热器
选型计算
The manuscript was revised on the evening of 2021
液压系统温升及散热器选型计算
液压系统油液温升计算及冷却器选型
摘要: 介绍了液压系统的系统损耗功率及油液温升的计
算。
通过对两种冷却器的比较, 提出了正确的选型方法。
关键词: 液压系统; 油液温升; 冷却器; 损耗功率
1 前言
液压系统的压力、容积和机械损失构成总的能
量损失, 这些能量损失都将转化为热量, 使系统油温升高。
油温的变化将直接影响液压元件的寿命; 油温升高将使油液氧化, 加速油液的变质; 油温过高还严重影响液压油的稳定性, 进而影响液压系统的寿命和传动效率。
为此, 必须对系统进行发热与温升计算, 以便对系统温升加以控制。
下面对液压系统的发热量及温升计算和冷却器的选择予以介绍。
2 系统损耗功率和温升计算
损耗功率计算
液压系统发热的主要原因是由液压泵和执行器
的功率损失以及溢流阀的溢流损失造成的。
其系统的损耗功率即发热功率为:
H=P( 1- η)
式中:
P—系统泵组的总驱动功率;
η—系统效率。
η=ηP
ηC
ηA
其中:
ηP
—液压泵的效率, 可从产品样本中查到;
ηA
—液压执行器总效率, 液压缸一般取～;
ηC
—液压回路的效率。
ηC
=
Σp1 q1
Σp P q P
式中:
Σp1 q1 —各执行器负载压力和负载流量即输入
流量乘积的总和;
Σp p q p —各液压泵供油压力和输出流量乘积的
总和。
系统的损耗功率即发热功率H 也可按下式估
算, 由于热能的损耗总量约占泵组驱动功率的15% ～30%, 因此:
H=( 15%～30%) P
油液温升计算
液压系统中产生的热量H, 由系统中各个散热
面散发至空气中, 其中油箱是主要散热面。
因为管道散热面积相对较小, 且与其身的压力损失产生的热量基本平衡, 故一般略去不计。
当只考虑油箱散热
时, 其散热量H O 可按下式计算:
H O=KAΔt
式中:
K—散热系数[ W(/ m2·℃) ] , 计算时可选用推荐值: 当通风很差( 空气不循环) 时, K=8[ W/ ( m2·℃) ] ; 通风良好( 空气流速为1m/s 左右) 时, K=14～20[ W(/ m2·℃) ] ; 风扇冷却时,
K=20～25[ W(/ m2·℃) ] ; 用循环水冷却时,
K=110～175[ W(/ m2·℃) ] 。
A—油箱散热面积, m2;
Δt—系统温升, 即系统达到热平衡时油温与环
境温度之差。
一般工作机械Δt≤35℃; 工
程机械Δt≤40℃; 数控机床Δt≤25℃。
当系统产生的热量H 等于其散发出去的热量
H O 时, 系统达到平衡, 此时:
Δt=
H
KA ( 1)
当六面体油箱长、宽、高比例为1∶1∶1～1∶2∶3 且液面高度是油箱高度的倍时, 其散热面积的近
似计算式为:
A= V2 3" ( 2)
由式( 1) 和( 2) 可导出:
Δt=
H
V2 3"
式中:
V—油箱的有效容量, L。
若计算结果超出允许值并且适当加大油箱散热
面积仍不能满足要求时, 则应采取风扇强制散热或
加冷却器。
3 冷却器的选择
若系统长时间运转( 多班次连轴转) , 或出现环
境温度过高等散热问题, 均可采用外装冷却器解决。
重工与起重技术
HEAVY INDUSTRIAL & HOISTING MACHINERY
2007
Serial
2007 年第4 期
总第16 期
- 26-
重工与起重技术
HEAVY INDUSTRIAL & HOISTING MACHINERY
冷却器包括油- 气冷却器和油- 水冷却器两种
形式。
这两种形式各有优缺点: 油- 气冷却器安装成
本低、维修方便, 电机和电压可自由选取, 不会对液压系统造成损害; 但它比油- 水冷却器单元机组的体积大, 易产生噪音, 受环境温度影响较大。
油- 水
冷却器利用冷却水散热, 因此现场要有一定的水
源, 当冷却水温度一定时, 它有固定的冷却能力, 而与环境温度上升无关, 与油- 气冷却器相比, 在相同
冷却能力的情况下, 其体积更小, 但冷却水有渗漏
的可能, 也可能进入液压油, 损害设备。
选择油- 气冷却器时只要满足其冷却功率Pv=
( 15%～30%) P, 再根据相应的产品样本即可查得冷却器的型号规格。
选择油- 水冷却器时的主要参数是换热面积A T
A T=
H- H o
KΔt m
式中:
Δt m —对数平均温差, 即:
Δt m=
( T1 - t2) -( T2 - t1)
ln( T1 - t2) -( T2 - t1)
其中:
T1、T2—液压油液进出口温度, ℃;
t1、t2—冷却水进出口温度, ℃。
4 结束语
液压系统的设计计算包括系统压力损失、系统
效率、系统发热与温升及液压冲击等。
其计算的目的
是验算液压系统的技术性能, 从而对液压系统的设
计质量作出评价。
如果发生矛盾, 则应对液压系统进
行修正或改变液压元件规格。
我公司设计人员根据多年的实践经验, 对油液
温升问题做了详细地分析研究, 所选择的冷却器型
号规格, 均达到了很好的冷却效果, 延长了液压油液
的使用寿命, 减轻了对液压元件的损害, 因而, 延长
了整套设备的使用寿命, 为用户节省了大量的维修
与维护费用。
参考文献
1.张妍主编.现代液压站建设新技术与组装调试.运行维
护及故障诊断实务全书.北方工业出版社, 2007
f 主编.液压传动与液压元件.2003。