开式液压油箱设计方法

开式液压油箱设计方法
液压系统设计时，往往在系统原理及管路的配置上花费很多精力，但在液压油箱的设计时，很少有人去精心地设计，导致这样那样的不适用，从而影响系统性能的充分发挥。

比如：如果油箱容积小了，系统运行一段时间后油温过高，油的粘度下降，泄漏增加；吸油滤油器配置不当，导致液压泵吸油不畅，泵易吸空，噪声大，易损坏等等。

本文详细论述了如何确定油箱容积，如何配置油箱附件，并介绍了结构简单、易加工的一种油箱。

１油箱容量的确定
油箱容量包括油液容量和空气容量。

油液容量是指油箱中的油液最多时，即液面在液位计的上刻度线时的油液体积。

在最高液面以上要留出等于油液容量１０％～１５％的空气容量。

１．１根据经验初步确定
按经验，固定设备用油箱的油液容量应是系统液压泵流量的３～５倍，行走设备为０．５～１．５倍的泵流量。

据有些国外资料介绍，油箱容量也可以用公式估算：Ｖ＝１．２～１．２５（０．２～０．３３×Ｑ＋ＥＺ）
式中：Ｖ——油箱总容量（Ｌ）（包括１０％～１５％的空气容量）
Ｑ——开式回路部分液压泵流量的总和（L / min）
ＥＺ——单作用液压缸的总容积（Ｌ）
如果系统中采用了冷却器，则油箱容量可以减小。

１．２根据热平衡条件验算
（１）已知单位时间内系统的总发热量Ｈ1（J / h）;
（２）单位时间内冷却器的散热量（如果有的话）Ｈ２＝Ｑａ·ρｋ·Ｃｐ·Δｔ（J / h）；
式中：Ｑａ——风扇风量（m3 / h）
ρｋ——空气密度（取ρｋ＝1.29kg/m3）
Ｃｐ——空气比热容（取Ｃｐ＝1008J/kg·K）
Δｔ——散热温差（取Δｔ＝１０Ｋ）
（３）单位时间内液压系统本身由于温升所吸收的热量
Ｈ３＝（ｃ１ｍ１＋ｃ２ｍ２）ΔＴ（J / h）
式中：ｃ１——油箱材料的比热容
（取ｃ１＝502J/kg·K）
ｃ２——油液的比热容
（取ｃ２＝１６７４～１８８３J/kg·K）
ｍ１，ｍ２——油箱和油的质量（ｋｇ）
ΔＴ——每小时系统温度与环境温度之差
（４）单位时间内油箱的散热量
Ｈ４＝ＫＡΔＴ（Ｊ/ｈ）
式中：Ｋ——油箱散热系数（Ｊ/ｍ２·ｈ·Ｋ），其大小与环境有关（参见有关设计手册）Ａ——油箱散热面积（ｍ２）
ΔＴ——系统温度与环境温度之差（一般取≤８０℃）
（５）验算Ｈ４是否稍大于Ｈ１－Ｈ２－Ｈ３，如果相差甚远，一方面可重新确定油箱容量，另一方面，可考虑增大或减小冷却器，直到合适为止。

（为简单起见未计管路及元件表面的散热。

）
此外，还要验算机器上所有液压缸全伸状态下，油箱的油位不低于最低允许油位；所有液压缸全缩时，油箱的油位不高于最高油位。

２油箱的结构设计
长期以来，液压油箱的结构型式，基本上是由矩形板折边压形成四棱柱，再用封板堵住两侧而构成，如图１所示。

端部封板及中间隔板由冲压成形，箱体是经四次压圆角，接头外焊接而成的。

这种结构的液压油箱制造工艺较差，主要表现在箱体钢板下料时要求的精度较高；压形的反弹量因每次供货钢板的机械性能不同有所不同，导致箱体的圆角与衬板的半径吻合不良；不同机型上的液压油箱必须使用自己专用的一套压型模具。

每套模具的体积大、造价高、利用率低。

图２所示的液压油箱完全不用压形模，而是利用折边机折边成形。

箱底面及端部，以及箱底面和侧面分别折成Ｕ形断面；再焊好加油口和中间隔板等附件后，扣合拼焊而成。

这种结构的液压油箱具有以下优点：下料精度要求不高；对原材料机械性能适应力强；折边部位可随意调整，适合多品种小批量生产；不用模具，大大节省了费用，缩短了生产周期等等。

这种结构的液压油箱，近年来被我们广泛应用在工程机械、建筑机械等行走机械上。

３油箱附件的配置及其注意事项
油箱附件的配置，一般是根据液压系统的要求来进行的，但不外乎包括空气滤清器、吸回油滤油器、液位液温计等等。

３．１空气滤清器
对开式油箱来说,空气滤清器是必备的。

通常，它兼作注油口用，其容量一般按泵最大流量的１．５～２倍选取，以便即使在系统尖峰需要期间液面迅速下降时也能在油箱内保持大气压力。

通常将它置于油箱的顶部，对行走机械，滤清器安放位置应考虑车辆爬最大坡度和下坡时不致使油液从其中溢出（见图３）。

３．２吸油滤油器
吸油滤油器一般作保护型过滤器用，用来保护液压泵不被较大颗粒污染物所损坏。

常常安放在液压油箱的里面。

我们知道，在泵吸油口安放过滤器后，一定会使吸油阻力增加。

有些变量泵，特别是某些负荷敏感泵，其吸油口的真空度是有严格要求的。

为了达到所需的真空度要求，不装吸油滤油器。

对于这种情况，则系统中设有回油滤油器。

另外，液压油箱结构合理、清洗方便，能保证液压油箱较高的清洁度，也能保证泵不受大颗粒污染物的损害。

设有吸油滤油器的系统，为了满足液压泵吸油口真空度的要求，特别是需要冷启动的情
况下，可以从以下几个方面来做：
（１）适当增大过滤能力；
（２）吸油口尽可能的短而直；
（３）选择设计良好的过滤器；
（４）如果有可能，将液压油箱安装在泵吸油口以上；
（５）选择较小的液压油箱，以便在短期内达到操作温度和粘度。

吸油滤油器的过滤精度一般选择在４０～１２５μｍ之间较合适。

吸油滤油器通常有两种类型：只有滤芯的和有滤芯又有滤壳的。

只有滤芯的滤油器成本低，缺点是：ａ换滤芯时无法靠其自身封住油；ｂ吸油口处真空度不能在滤油器上显示出来。

带滤芯和滤壳的滤油器不仅有自封能力而且可方便地带有真空表，被应用得越来越广。

３．３回油滤油器
回油滤油器一般作工作型过滤器用，常选用精滤器。

要获得最佳过滤能力，必须满足两个条件：
（１）Ｑｅｄ＞Ｑｓｈ。

实际流量Ｑｓｈ不仅要考虑泵的最大流量，还要考虑不等面积液压缸、系统的蓄能器等因素。

（２）对于回油滤油器，在洁净状态下，自身总压差ΔＰｚ≤０．０５ＭＰａ。

这个极限值可以保证滤油器在实际使用中达到流量及寿命的最佳化。

ΔＰｚ为滤壳的压差ΔＰ１ｋ和滤芯的压差ΔＰ１ｘ之和。

利用近似公式：
式中：ΔＰ１ｋ和ΔＰ１ｘ——根据滤油器流量特性曲线可查得
ρ——油的密度
υ——油的运动粘度
如果算得ΔＰｚ≤０．０５ＭＰａ则表示已选择到合适的滤油器规格。

否则，要用下一个较大规格的滤油器来重新进行计算，直到上述条件满足为止。

过滤精度的确定：滤油器的过滤精度一般按液压设备中对清洁度要求最高的液压元件来确定。

安放位置：它可以被安放在油箱的顶部或侧面。

但必须保证油液的出口始终淹没在液面以下，以防产生泡沫。

３．４液位、液温计
小型油箱液位计的最高刻度线对应油液最高位置，最低刻度线对应最低允许油位（为了确保液压泵不吸空，最低允许油位一般设在泵吸油口以上７５ｍｍ左右）。

大型油箱，在最低允许油位处设一小液位计，或使用液位传感器。

当液位达到最低允许油位时，发出报警信号，提醒操作者加油。

液位计安放在便于观察的地方。

通讯地址：徐州工程机械研究所江苏省徐州市金山桥开发区工业一区（221004）。