闭式液压系统热平衡计算

闭式液压系统内部油温的热平衡是决定系统工作寿命,甚至能否正常工作的重要因素之一。因而在设计闭式液压系统时,设计者需要对整个系统的热平衡进行一个概算,从而对这个系统的温升有一个评估和判断,极大的避免了盲目试验。笔者结合现在的认识,对闭式液压系统做如下的概略分析,以期抛砖引玉之效。

在设计计算系统热平衡之前,首先需要确定对于这个系统,最高的内部油温t2不超过100℃,在系统工作压差超过14Mpa时,设计t2定为95℃,油箱温度t1定位65℃,系统温度循环如下图所示:

系统发热量:

在闭式液压系统中,由于局部和沿程压力损失、内部泄漏及运动部件摩擦力的存在,会导致一部分系统功率损失,这一部分损失的功率会转化成热量被系统的油液及元器件所吸收,使系统温度升高。根据能量守恒定律,系统损失的功率将转化成热量,即系统的损失功率为系统的发热功率。如果设系统的功率为P,总效率为η=0.65~0.75,系统的总发热功率为Pt,则有

P=Q△P(1-η)/60 (kW) (1)

式中:Q为主泵的流量,L/min;△P为系统的工作压差,Mpa。

系统散热量:

整个散热系统可理解分为三级,第一级为补油泵的冲洗散热,第二级为油散热器的散热,第三级为油箱散热。

补油泵的一级冲洗散热。闭式系统的大部分热量是靠补油泵的低温油液置换冲洗带走。若不计液压元件表面散热,单位时间内,当补油泵的低温油和系统的高温油达到热平衡(温度计为t)时,系统发热量等于冲洗散热量,则散热功率:

P=LρC△T/60(kW)(2)

式中:L为补油泵流量,L/min。ρ为液压油密度 0.85kg/L。

C为液压油比热容,kJ/(kg·°C),取1.88。

△T为低温油和热平衡油温度之差,°C。△T=t-t1

设补油系数为K=L/Q=0.15~0.25。(3)

联合(1)、(2)和(3)式得△T=(4)

由式(4)可知,对于选定的液压油品、液压泵和马达,液压油密度ρ、液压油比热容C、总效率为η和补油系数K为定值,系统一级温升△T与系统的工作压差△P成正比。

在忽略系统泄漏的前提下,系统达到热平衡的温度t=(5)

△T=t-t1(6)

由(4)、(5)、(6)和(7)可得:t2=(1+K)t-Ktl=K△T+t。(7)

求出的t2与上文设定值进行比较,也即满足条件t2≤95℃。

液压油散的二级散热。散热器所需的散热功率:

P=(t-t3)CρQ/60,(kW)(8)

式中:Q为进入油散的回油流量,L/min. t3为油散出口油温,℃液压油箱的三级散热。液压油箱的散热功率:

P=KA(t1-T)x10,(kW)(9)

式中:K为油箱散热系数,与通风条件有关,一般30~55W/m·℃

A为油箱的散热面积,m。 T为环境温度,℃

从散热器进入油箱的油液冷却至油箱温度t1所需功率近似等于液压油箱的自然散热功率,从而保证油箱油温的基本恒定,即:

P=△TCρQ/60(10)

T=t3-t1(11) 结合式(9)、(10)可得△T=x10,(℃)(12)

△T一般为3~7℃,反映了油箱的降温作用。

结合式(11)、(12)可得t3=t1+△t(13)

再由式(8)和(13),可以计算出散热器所需的散热功率P。

由以上分析可见:

系统一级温升△T与系统的工作压差△P成正比,与补油系数K即补油流量成反比。不能简单地根据油箱油液温度来推断系统内部的油液温度,而必须同时考虑负荷和补油流量才能正确地得出结论。

正确匹配油散很重要,如果二级散热作用不好,直接导致油箱油液温度升高,最终反映在系统最高油温t2的超高上。

在进行闭式液压系统设计时,如果系统负荷大,使用压力高,则必须相应加大换热量,即增加低温补油量L(或K)来置换出系统内更多的高温油液,并将其通过散热器进行冷却,以解决系统的散热问题。

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热平衡计算

热平衡计算

热平衡计算

热平衡计算

1.热平衡原理

要使通风房间温度保持不变,必须使室内的总得热量等于总失热量,即。

在通风过程中,室内空气通过与进风、排风、围护结构和室内各种高低温热源进行交换,为了使房间内的空气温度保持不变,必须使房间内的总得热量∑Qd与总失热量∑Qs相等,也就是要保持房间内的热平衡。即热平衡:∑Qd=∑Qs。

通风房间内的得热与热量如图3-2-7所示。随工业厂房的设备、产品及通风方式的不同,车间得热量、失热量差别较大。一般通过高于室温的生产设备、产品、采暖设备及送风系统等取得热量;通过围护结构、低于室温的生产材料及排风系统等损失热量。

图3-2-7 通风房间内的得热与热量模型

在使用机械通风,又使用再循环空气补偿部分车间热损失的车间中,热平衡的等量关系如图3-2-8所示。 图3-2-8 热平衡的等量关系

由图3-2-8的热平衡等量关系,即的通风房间热平衡方程式为:

(3-2-16)

式中 ——围护结构、材料吸热的总失热量,kW;

——生产设备、产品及采暖散热设备的总放热量,kW;

Lp——局部和全面排风风量,m3/s;

Ljj——机械进风量,m3/s;

Lzj——自然进风量,m3/s;

Lhx——再循环空气量,m3/s;

pu ——室内空气密度,kg/ m3;

Pw——室外空气密度,kg/ m3;

tu——室内排出空气湿度,℃;

tjj——机械进风湿度,℃;

to——再循环送风温度,℃;

c——空气的质量比热,其值为1.01kj/kg·℃;

tw——室外空气计算湿度,℃,

tw的确定:在冬季,对于局部排风及稀释有害气体的全面通风,采用冬季采暖室外计算湿度。对于消除余热、余湿及稀释低毒性有害物质的全面通风,采用冬季通风室外计算温度是指历年最冷月平均温度的平均值。

通风房间的风量平衡、热平衡是风流运动与热交换的客观规律要求,设计时应根据通风要求保证满足设计要求的风量平衡与热平衡。如果实际运行时所达到的新平衡状态与设计要求的平衡状态差别较大,室内通风参数就达不到设计预期的要求。

液压油箱,冷却器,加热器计算

液压油箱,冷却器,加热器计算

容积计算

经验系数流量容积

aQV=Q*a

L/minL

6120.00720.00体积计算

长宽高

ABC

mmmmmm13006001100

500

管路内径

系统流量压力管路内径回油管路内径

Qd=4.61*(Q/4)^0.5d=4.61*(Q/2)^0.5

L/minmmmm120.0025.335.7

管道壁厚

安全系数20#钢抗拉强度承受压力

SσbP

MpaMpa

460021无杆腔体积液面高

vC=V*10^6/(A*B)

Lmm

#REF!#REF!

允许温升输出功率系统损失功率ΔtPPL=P*0.15

℃kwkw

10101.5

输出功率总效率系统损失功率

PηPL=P*(1-η)kwKw

7.50.870.975

散热系数油液温升油箱散热容积

KΔt=t1-t2V≈10^3*{[PL/(0.065*K*(t1-t2))]^3}^0.5

W/(m2*℃)℃m3

81544.19液面高度差计算

油箱散热面积

油箱自然通风最小有效容积

水冷却器散热面积380系统发热量油箱散热量冷却器热交换量

PL=P*(1-η)PTPC=PL-PTkwkwkw

67.68067.68液压油进口温度液压油出温度平均温度差

T1T2T=[(T1+T2)-(t1+t2)]/2℃℃℃

958053.5

油的流量油的密度油的比热容

QρC

L/minkg/m3kJ/(kg*℃)

1609001.88

水的流量水的密度水的比热容

Qs=C*ρ*ΔT/(Cs*ρs*Δt)ρsCs

m3/hkg/m3kJ/(kg*℃)

14.5010004.2

系统发热量油箱散热量冷却器热交换量

PL=P/3PTPC=PL-PTkwkwkw

5500550

液压油温度冷却介质温度平均温度差

T1+T2t1+t2T=[(T1+T2)-(t1+t2)]/2℃℃℃

604020

油液体积液压油温升温升时间

V=Q*aΔT=T1-T2T

L℃min

4007030期望温降效率

t1-t2

101.1

加热器功率室温取20℃

加热时间加热后温度差油的密度

液压系统计算公式表

液压系统计算公式表

12

345

67568电机功率(KW)2239.15

14.4114798管径DN(mm)37.2102808431685.7024

4.116553029油箱散热面积(m2)液压功率热当量(Kcal/h)注:红色为自动计算,不能更改

液压功率热当量(KJ/h)液压功率(KW)3.915泵\马达理论轴转矩(N/m)25.79617834轴功率(KW)3.916697235流量(L/min)

7无杆腔流量40.192有杆腔流量37.366差动速度(mm/s)实际速度(mm/s)230.8917197129.8765924296.86078258无杆腔力有杆腔力3014413188需要推力30005.9713375813.64877161压力马达排量q压力/扭矩比barcm3/rN-M60520.828025478马达转速r/min752.8846154管壁厚度δ(mm)

马达输出扭矩计算(按容积效率0.9计算)23.53384796

油缸推力(N)流量(L/min)1.1707317070.5853658540.87804878

需要压力(Bar)几何排量(cm3/r)转速(r/min)容积效率2714501流量(L/min)压力(Bar)39.1560几何排量(cm3/r)压力(Bar)2760轴转矩(N/m)轴转速(r/min)25.796178341450流量(L/min)压力(Bar)39.1560油箱有效容积(L)系统允许温升50430无冷却时油箱有效容积(L)3987.853456流量(L/min)速度(m/s)39.150.639.154压力管速度3~6吸油管速度0.6~1液压系统计算公式39.151.5管内径(mm)20#管抗拉强度σb204104(410~550)61Cr18Ni9Ti 5208油缸速度(m/s)有效面积(cm2)缸直径(mm)0.13333333350.24800.28333333321.98实际速度(m/s)实际时间(s)所需时间(s)0.1298765922.309885057600.2968607831.01057471360压力(Bar)行程(mm)30060

探讨小型液压挖掘机动力系统热平衡

探讨小型液压挖掘机动力系统热平衡

【文章编号】1004—7344(2013)08—0297—02 

探讨小型液压挖掘机动力系统热平衡 

左玉霞 

【日立建机(中国)有限公司安徽合肥230000】 

摘要:本文主要从动力系统性能试验、动力系统参数试验以及热量分配试验三个方面探讨了小型液压挖掘机动力系统热平衡。 

其中,发动机冷却系统散热性能及参数是影响小型液压挖掘机动力系统热平衡的重要内容,这是因为动力系统的核心是发动机,而发 

动机冷却系统散热功能能够决定发动机的功能。此外,本文还介绍了小型液压挖掘机动力系统以及热平衡理论。 关键词:小型液压挖掘机;动力系统;热平衡 

近年来,我国公路、铁路、市政工程、水利工程以及小城镇改造等施 

工工程量日益增多,在这些工程施工过程中,需要用到挖掘机等施工机 械设备,其中,重量在13t以下或者铲斗容量在250dm,以下的液压挖掘 

机被称为小型液压挖掘机。小型液压挖掘机由于其轻便、价格较低、检修 维护方便、适用多种工况以及结构紧凑等优点,已经得到了广泛的应用。 

同时,由于小型液压挖掘机需要在条件较为复杂、环境较为恶劣的施工 现场中工作,并且需要承担较大量的工作负荷,所以人们对其性能要求 

较为严格。小型液压挖掘机主要包括动力系统、回转系统、操控系统、行 

走系统、传动系统、液压系统以及辅助系统等。本文主要探讨小型液压挖 掘机动力系统的热平衡。 

1小型液压挖掘机动力系统 

小型液压挖掘机动力系统主要包括发动机以及辅助装置等。其中, 

核心装置是发动机,同时,发动机功率也是挖掘机三大重要参数之一,挖 

掘机另外两个重要参数,一个是其重量,一个是铲斗容量。辅助装置包括 

液压油散热器、发动机冷却水箱、海绵、风扇、减震垫等冷却装置,以及其 他辅助装置等。发动机在工作时,油缸内的燃料通过燃烧可以产生能量, 

这些能量只有一部分转换成了机械能,作用于小型液压挖掘机执行机 

构,剩下的一部分则会流失掉,这就产生了能量浪费现象。据研究表明,因 为发动机冷却系统带走的燃烧能量大约能够占据到总燃烧能量的1/3。 

液压传动系统设计与计算-说明书

液压传动系统设计与计算-说明书

如果忽略切削力引起的颠覆力矩对导轨摩擦力的影响,并设液压缸的机械效率=0.9,根据上述负载力计算结果,可得出液压缸在各个工况下所受到的负载力和液压缸所需推力情况,如表1所示。

表1 液压缸总运动阶段负载表〔单位:N〕

3 负载图和速度图的绘制

根据负载计算结果和的个阶段的速度,可绘制出工作循环图如图1〔a〕所示,所设计组合机床动力滑台液压系统的速度循环图可根据的设计参数进行绘制,快进和快退速度3.5快进行程L1=100mm、工进行程L2=200mm、快退行程L3=300mm,工进速度80-300mm/min

快进、工进和快退的时间可由下式分析求出。

快进

工进

快退

根据上述数据绘制组合机床动力滑台液压系统绘制负载图〔F-t〕b图,速度循环图c图.

工况 负载组成 负载值F/N 推力F//N

启动 800 889

加速 517 574

快进 400 444

工进 14400 16000

快退 400 444

a

b c

在此处键入公式。

4 确定液压系统主要参数

4.1确定液压缸工作压力

由表2和表3可知,组合机床液压系统在最大负载约为16000时宜取3MPa。

表2按负载选择工作压力

负载/ KN <5 5~10 10~20 20~30 30~50 >50

工作压力/MPa < 0.8~1 1.5~2 2.5~3 3~4 4~5 ≥5

表3 各种机械常用的系统工作压力

机械类型 机 床 农业机械 液压机 磨床 组合机床 龙门刨床 拉床 小型工程机械建筑机械

液压凿岩机 大中型挖掘机

常用液压设计计算公式

常用液压设计计算公式

名称参数1参数2排量(ml/r)6.38.275862轴转速(r/min)14501450泵和马达流量(L/min)9.13512名称参数1排量(ml/r)20压力(bar)150理论轴转矩(Nm)47.74648名称参数1轴转矩(Nm)50轴转速(r/min)1450轴功率(kW)7.591623名称参数1参数2参数3压力(MPa)0.8612流量(L/min)200

1.1416液压功率(kW)2.6666670.1143.2注意:液压系统中效率一般取0.8左右,润滑系统要根据油液粘度、温度等因素综合考虑!常用液压公式1000轴转速排量泵和马达流量20压力排量理论轴转矩9550轴转速轴转矩轴功率60流量压力液压功率效率液压功率电机功率名称参数1压力(MPa)2.5流量(L/min)12热当量(kJ/min)30名称参数1参数2缸径(mm)10063活塞杆速度(mm/s)195197.8242油缸的流量(L/min)91.8915837名称参数1参数2缸径(mm)10063杆径(mm)6045活塞杆速度(mm/s)2196.4876油缸的流量(L/min)0.60318618名称参数1参数2压力(MPa)9.639.623882缸径(mm)6363

油缸推力(N)30019.0730000注意:此处推力应理解为油缸活塞杆伸出时的力!40000062活塞杆速度缸径油缸无杆腔流量400000622活塞杆速度杆径缸径油缸有杆腔流量流量压力液压功率的热当量

225.0缸径压力油缸推力名称参数1参数2压力(MPa)9.839.824379缸径(mm)6363杆径(mm)4545油缸拉力(N)15008.5815000注意:此处拉力应理解为油缸活塞杆缩回时的力!名称参数1参数2流量(L/min)12535管子内径(mm)8122.25159管内油液流速(m/s)0.4042831.5

四足步行平台液压系统冷却器的计算选型

第51卷第7期 V0l_5l No.7 农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERING 2013年7月 July 2O13 

doi:10.3969/j.issn.1673—3142.2013.07.017 

四足步行平台液压系统冷却器的计算选型 

权清达,金毅,袁磊,吴际远 

(100072北京市装甲兵工程学院机械工程系) 

[摘要]设计一种四足步行平台液压系统,基于选型结果和实验数据,计算各个元件的能量损失,测量液压 管路尺寸和流量,计算管路沿程压力损失和局部压力损失,根据四足步行平台的使用要求、液压系统热平 衡计算、冷却器的结构型式和传热系数等因素选择冷却器。 [关键词]液压系统;冷却器;选型 [中图分类号]TH137.9 [文献标志码]A [文章编号]1673—3142(2013)07—0063-04 

Computing and Selection on Cooler of Hydraulic System in Four-legged Walking Platform Quan Qingda,Jin Yi,Yuan Lei,Wu Jiyuan (Department ofMechanical Engineering。Academy ofArmored Force Engineering,Beijing 100072,China) [Abstract]A kind of hydraulic system of four-legged walking platform is designed.Based on selected results and experimental data,the energy loss of hydraulic elements is calculated.The size and flow of hydraulic pipes are measured,pressure loss along the way and local pressure loss are calculated.Some factors aye considered to select the cooler,such as the use requirements of four-legged walking platform,hydraulic system heat balance,structure of cooler,heat transfer coefficient and SO on. [Key words]hydraulic system;cooler;selection 

液压油箱,冷却器,加热器计算 2

容积计算

经验系数流量容积

aQV=Q*a

L/minL

6120.00720.00体积计算

长宽高

ABC

mmmmmm13006001100

500

管路内径

系统流量压力管路内径回油管路内径

Qd=4.61*(Q/4)^0.5d=4.61*(Q/2)^0.5

L/minmmmm120.0025.335.7

管道壁厚

安全系数20#钢抗拉强度承受压力

SσbP

MpaMpa

460021无杆腔体积液面高

vC=V*10^6/(A*B)

Lmm

#REF!#REF!

允许温升输出功率系统损失功率ΔtPPL=P*0.15

℃kwkw

10101.5

输出功率总效率系统损失功率

PηPL=P*(1-η)kwKw

7.50.870.975

散热系数油液温升油箱散热容积

KΔt=t1-t2V≈10^3*{[PL/(0.065*K*(t1-t2))]^3}^0.5

W/(m2*℃)℃m3

81544.19液面高度差计算

油箱散热面积

油箱自然通风最小有效容积

水冷却器散热面积380系统发热量油箱散热量冷却器热交换量

PL=P*(1-η)PTPC=PL-PTkwkwkw

67.68067.68液压油进口温度液压油出温度平均温度差

T1T2T=[(T1+T2)-(t1+t2)]/2℃℃℃

958053.5

油的流量油的密度油的比热容

QρC

L/minkg/m3kJ/(kg*℃)

1609001.88

水的流量水的密度水的比热容

Qs=C*ρ*ΔT/(Cs*ρs*Δt)ρsCs

m3/hkg/m3kJ/(kg*℃)

14.5010004.2

系统发热量油箱散热量冷却器热交换量

PL=P/3PTPC=PL-PTkwkwkw

5500550

液压油温度冷却介质温度平均温度差

T1+T2t1+t2T=[(T1+T2)-(t1+t2)]/2℃℃℃

604020

油液体积液压油温升温升时间

V=Q*aΔT=T1-T2T

L℃min

4007030期望温降效率

t1-t2

101.1

加热器功率室温取20℃

加热时间加热后温度差油的密度

ZL50装载机传动系统的热平衡计算

开发与研究 

ZL50装载机传动系统的热平衡计算 

四川大学制造科学与工程学院 杨盛雄 李 华 姚 进 

摘要:针对ZL50型装载机传动系统的各项发热机 

构,给出相应的热计算公式,并根据艾里逊系列采用相应 

的公式,计算出保持传动系统热平衡所需的冷却油的 

流量。 

在ZL50装载机的传动系统中,由于传递的功率比较 

大,因此就不可避免地在各项发热机构中产生较大的热 

量,如果不及时地把这些热量排除,轻则降低整个系统的 

工作效率,重则使某些机构损坏,因此对传动系统进行热 

平衡具有一定的应用意义。 

关键词:热平衡;ZL50装载机 

1 传动系统的发热量计算 

ZL50装载机的油液循环路线如图所示: 

从泵里面出来的冷却油一部分经过换向阀流向离合 

器活塞油缸,推动离合器主从动盘结合,流经这部分的流 

量比较小,而且产生的热量比较小,在计算时,忽略这条 

支路产生的热量;冷却油的另一部分流出散热器后,经过 

散热器的散热,分别流经离合器、轴承和油箱,对其进行 

热交换。最后这两支油路一起进入泵,整个系统完成一 

个循环。 

1.1 变矩器的发热计算 

在计算变矩器的热量时,是根据涡轮的转矩T,转速 来计算的,稳定工作时变矩器的工作效率是个变值,计 

算时取有效的功率'71来计算。 

Q1—2nTn×(1一叩1)/( ×60) 

1.2离合器的发热计算 

对于离合器而言,在结合和分离的过程中产生较大 

的热量,这两个过程直接影响到离合器的发热和温升,因 

此在对离合器的热平衡进行计算时,就需要计算出在结 

合和分离过程中产生的热量。对于这两个过程的产热量 

的计算是用滑摩功来计算的。 

滑摩功的计算公式为: 

w一 二 ! ” 182.6(Ta—T) 

式中: 

:离合器的转矩;N・m, 

T:从动机对离合器的工作转矩;N-m 

I2:从动部分的转动惯量;kg・m , 

/21:离合器结合前主动部分的转速;r/min 

//2:离合器结合前从动部分的转速;r/min 

由于离合器产热的过程比较短,产热量比较大,如果 

油箱的容量及其附件计算

油箱的设计要点

油箱

油箱在液压系统中除了储油外,还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件,如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。

油箱可分为开式油箱和闭式油箱二种。开式油箱,箱中液面与大气相通,在油箱盖上装有空气过滤器。开式油箱结构简单,安装维护方便,液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱,内充一定压力的惰性气体,充气压力可达0.05MPa。如果按油箱的形状来分,还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造容易,箱上易于安放液压器件,所以被广泛采用;圆罐形油箱强度高,重量轻,易于清扫,但制造较难,占地空间较大,在大型冶金设备中经常采用。

2.1 油箱的设计要点

图10为油箱简图。设计油箱时应考虑如下几点。

1)油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求,另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质;而工作时又能保持适当的液位。

2)吸油管及回油管应插入最低液面以下,以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。吸油管可安装100μm左右的网式或线隙式过滤器,安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切45°角并面向箱壁,以防止回油冲击油箱底部的沉积物,同时也有利于散热。

3)吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些,之间应设置隔板,以加大液流循环的途径,这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的2/3~3/4。

图10 油箱

1—液位计;2—吸油管;3—空气过滤器;4—回油管;5—侧板;6—入孔盖;7—放油塞;8—地脚;9—隔板;10—底板;11—吸油过滤器;12—盖板;

4)为了保持油液清洁,油箱应有周边密封的盖板,盖板上装有空气过滤器,注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。为便于放油和清理,箱底要有一定的斜度,并在最低处设置放油阀。对于不易开盖的油箱,要设置清洗孔,以便于油箱内部的清理。

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