移動(dòng)工程機(jī)械液壓油箱的研發(fā)
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1、移動(dòng)工程機(jī)械液壓油箱的研發(fā) 移動(dòng)工程機(jī)械液壓油箱的研發(fā) 2014/04/01 1液壓油箱容積的確定 液壓油箱必須有足夠大的容積,以保證系統(tǒng)工作時(shí),能夠保持一定的液位高度,液壓油箱油位不能低于吸油泵(如:先導(dǎo)泵或雙聯(lián)變量泵)的進(jìn)油口,否則空氣容易從泵的入口進(jìn)入,導(dǎo)致液壓油箱中氣泡不斷,液面增高;為了散熱要求對(duì)于管路比較長(zhǎng)的系統(tǒng),應(yīng)考慮停車維修時(shí)能容納油液自由流動(dòng);當(dāng)液壓系統(tǒng)的油液全部回到油箱時(shí),油液不可以溢出油箱外;液壓系統(tǒng)內(nèi)充滿油液時(shí),油箱最低液面高于濾油器200mm以
2、上;在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)能容納系統(tǒng)中所有介質(zhì),此時(shí)油箱液面不應(yīng)超過油箱高度80%,液壓油箱內(nèi)液面變化量與油缸的伸出與縮回有關(guān)系,一般油箱容積越大越好,這樣便于液壓油降溫;工作時(shí)油箱內(nèi)油液面變化量越小越好。油箱的容量由于受結(jié)構(gòu)限制,在油箱容積不能增大而又不能滿足散熱要求時(shí),必須采用強(qiáng)制冷卻的措施,使之符合系統(tǒng)工作要求,此時(shí)需要設(shè)置冷卻裝置(液壓油散等)來控制油溫,在很多情況下,油溫的升高,由于大量液壓油從溢流閥流引起的,液壓油散通常安裝在回油管路上。若從熱平衡角度計(jì)算油箱容積,根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)熱、油箱散熱平衡的原則,油箱的有效容積一般采用公式V=(1.2~1.25)[(0.2~0.33)Qb+Qg
3、]式中Qb———泵每分鐘最大可提供的流量(L/min);Qg———液壓油缸的容積(L)。從經(jīng)濟(jì)方面考慮,在不影響系統(tǒng)性能的前提下,液壓油散散熱面積足夠大,散熱效率高,液壓油箱容積可以相對(duì)減小一些,這樣油箱制作成本、液壓油成本可以降低。但油箱越小對(duì)油的抗氧化安定性、極壓抗磨性、空氣釋放性和過濾性等要求就越高。 2油箱的外觀 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的油箱多采用矩形,它既便于制造,又能充分利用空間,故一般(容量小于2000L)都采用這種方式,并且箱上易于安裝液壓元件,油箱內(nèi)壓力可達(dá)0.05MP。受鋼板尺寸的限制,追求投料最小化原則,追求最優(yōu)化設(shè)計(jì),油箱尺寸的高、寬、長(zhǎng)之比為(1:1:1)~(1:2:3);可以
4、采用黃金分割點(diǎn)(高=0.618寬,寬=0.618長(zhǎng))。為了便于放油和清理,箱底應(yīng)適當(dāng)傾斜,在最低部位處設(shè)置堵塞或放油閥,使換油時(shí)油液和污物能順利地從放油孔流出。設(shè)計(jì)油箱時(shí),從結(jié)構(gòu)上應(yīng)考濾清洗換油的方便,設(shè)置一個(gè)或多個(gè)清洗孔(蓋),須配合密封墊,螺栓組裝避免泄漏,主要功用便于油箱內(nèi)各處雜物的定期清理;蓋的厚度為油箱壁厚度的3~4倍。為了運(yùn)輸安裝方便,大中型油箱應(yīng)設(shè)置吊耳。中小型油箱用鋼板直接焊成,對(duì)于大尺寸油箱要加焊角板、肋條以增強(qiáng)剛性。當(dāng)油箱容積小于100L,壁厚為3mm;容積為100~320L時(shí),壁厚為3~4mm;容積大于320L時(shí),壁厚為4~6mm。 3油箱的散熱 系統(tǒng)熱量主要來源于液
5、壓主泵,另外主閥、管路和液壓油缸要產(chǎn)生一部分磨擦熱。所有這些熱量少部分通過液壓元件和輔件傳遞到周圍空間,大部分使系統(tǒng)液壓油液溫度升高,當(dāng)然適當(dāng)?shù)挠鸵簻囟壬呤钦5?,油箱中的油溫要求一般?0℃~50℃范圍內(nèi)工作比較合適,最高不大于65℃,最低不小于15℃。對(duì)于行走機(jī)械工作溫度允許達(dá)到65℃,在特殊情況下可達(dá)80℃,油溫過高(>80℃),液壓油因被氧化性能將急劇變化,各液壓元件密封性能也會(huì)下降,將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的正常工作,同時(shí)導(dǎo)致泵的容積效率下降;油溫過低油泵吸入困難,因此油液須進(jìn)行加熱或冷卻。油箱設(shè)計(jì)考慮系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量時(shí),一般在工作系統(tǒng)發(fā)熱基礎(chǔ)上增加20%~30%比較適宜。液壓油箱就是個(gè)冷
6、卻器,利用油箱表面向外部釋放熱量是一種簡(jiǎn)捷的方法,油箱壁愈薄,散熱越快。為了易于散熱、油箱外底部留有一定空間;為了改善散熱條件,吸油區(qū)和回油區(qū)的距離越大越好,并在回油管道上設(shè)置冷卻裝置。 4吸油與回油 吸油管和回油管應(yīng)盡量相距遠(yuǎn)些,在油液容積超過100L的油箱中,兩管之間要用隔板(隔板分為多種形式,網(wǎng)孔式隔板,孔眼尺寸不大于0.25mm;可以根據(jù)需要在隔板上安置濾網(wǎng)),把回油室與吸油室分開,以增加油液循環(huán)距離,以延長(zhǎng)氣泡從油液中分離的時(shí)間,有利于雜質(zhì)分離和沉淀,消散熱量,隔板缺口處要有足夠的過流面積,使環(huán)流速度為0.3~0.6m/s,隔板高度最好為箱內(nèi)油面高度的2/3~3/4。吸油管入口處
7、(油箱的排油口)要裝粗濾油器(吸油過濾器的壓力損失不能太大,小于0.5bar,吸油濾一般在80~100μm左右,它不是主要控制系統(tǒng)的污染濃度的過濾器,因此吸油過濾的過濾精度要低,需定期清洗。),吸油濾油器一般作保護(hù)型過濾器用,用來保護(hù)液壓泵不被較大顆粒污染物所損壞,常常安放在液壓油箱的里面,一般要浸入到油箱的2/3深度處,盡量縮短吸油管長(zhǎng)度,這樣可有效防止空氣進(jìn)入吸油管,吸油管離箱底距離H≥2D(D為管徑),一般不應(yīng)小于20mm,距箱邊不小于3D,安裝位置應(yīng)便于裝卸與清洗?;赜蜑V油器一般作工作型過濾器用,常選用精濾器(回油過濾器所處管路壓力較低,壓力損失對(duì)系統(tǒng)影響不大,用精度較高的過濾器可以使
8、進(jìn)入油箱的油得到充分的過濾,回油濾一般在10~20μm微米,需定期更換。),以保持返回油箱的油液具有允許的污染等級(jí),它可以被安放在油箱的頂部或側(cè)面,濾油器的安裝位置要便于拆卸(見圖1),當(dāng)濾芯的異物過多時(shí),液壓油無法正常流過濾芯,壓力會(huì)上升,過高的壓力會(huì)損壞濾芯,從而會(huì)損壞整個(gè)液壓油路,因此回油過濾器裝有旁通閥,當(dāng)回油濾芯壓力升到一定程度時(shí),液壓油會(huì)可以通過旁通閥回到油箱,所有回油管末端均應(yīng)低于油箱工作液的液面,以防止回油沖入油箱時(shí)攪動(dòng)油面而產(chǎn)生氣泡,回油管離箱底距離h≥3D(D為管徑),回油管端宜斜切45,以增大出油口截面積,減慢出口處油流速度;此外,應(yīng)使回油管斜切口面對(duì)箱壁,以利油液散熱;
9、當(dāng)回油管排回的油量很大時(shí),宜使它出口處高出油面,向一個(gè)帶孔或不帶孔的斜槽(傾角為5~15)排油,使油流散開,一方面減慢回油流速、減少它的沖擊攪拌作用,另一方面排走油液中空氣。另外油箱內(nèi)回油集中部分及清污口附近宜裝設(shè)一些磁性塊,以去除油液中的鐵屑和帶磁性顆粒。 5液位、熱交換器的布置 為了能夠觀察向油箱注油的液位上升情況和在系統(tǒng)過程中看見液位高度,所有液壓系統(tǒng)油箱必須設(shè)置工作液面指示器(液位計(jì))(見圖1)。液位計(jì)安放在便于觀察的地方,小型油箱液位計(jì)的最高刻度線對(duì)應(yīng)油液最高位置,最低刻度線對(duì)應(yīng)最低允許油位(為了確保液壓泵不吸空,最低允許油位一般設(shè)在泵吸油口以上75mm左右)。大型油箱,在最低允
10、許油位處設(shè)一小液位計(jì),或使用液位傳感器。當(dāng)液位達(dá)到最低允許油位時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào),提醒操作者加油。油箱中如果要安裝熱交換器,必須考慮好它的安裝位置,以及測(cè)溫、控制等措施。 6液壓油箱呼吸器的選型與布置 液壓油箱是封閉結(jié)構(gòu),當(dāng)液壓裝置運(yùn)行時(shí),隨著液壓油的循環(huán),油箱內(nèi)的液壓油位會(huì)下降,此時(shí)油箱內(nèi)氣壓下降,形成低于大氣壓的壓強(qiáng),為防止油箱內(nèi)壓強(qiáng)下降設(shè)置了呼吸器(一般注油與通氣同用一個(gè)),可保持箱內(nèi)空氣與大氣相通,同時(shí)可防止箱內(nèi)液壓油被大氣污染(見圖1),當(dāng)油箱內(nèi)氣壓升至0.3~0.5kgf/cm2時(shí),排氣閥開啟,維持油箱內(nèi)壓強(qiáng),油箱內(nèi)液壓油受到向下的氣壓作用,提高了主泵吸油效率,當(dāng)油箱內(nèi)氣壓降至0
11、.01kgf/cm2以下時(shí),吸氣閥開啟。對(duì)開式油箱來說,呼吸器是必備的,通常它兼作注油口用,油箱的注油口一般不從油桶中將油液直接注入油箱,而是經(jīng)過呼吸器注入油,這樣可保證注入油箱中的油液具有一定的污染等級(jí),油箱采用呼吸器的空氣過濾等級(jí)為10μm(理論上呼吸器的空氣過濾等級(jí)應(yīng)與液壓系統(tǒng)精濾等級(jí)相匹配)。呼吸器的通氣量至少要大于按主泵排量的1.5~2倍以上,以便即使在系統(tǒng)尖峰需要期間液面迅速下降時(shí)也能在油箱內(nèi)保持大氣壓力。帶旁通閥的呼吸器,能夠減少大氣中雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的概率,提高空濾的使用壽命,同時(shí)能有效控制空氣中的水分吸入,以防油箱中油氣的逸出。通常將它置于油箱的頂部,對(duì)于移動(dòng)工程機(jī)械呼吸器的
12、安放位置,應(yīng)考慮車輛爬最大坡度和下坡時(shí),不致使油液從其中溢出。為避免呼吸器呼出的油氣附于油箱外壁,可在空氣過濾器頂端設(shè)置側(cè)孔,使其通過膠管與大氣相通,該膠管長(zhǎng)度以與油箱底部平齊,且需固定,對(duì)于履帶式工程機(jī)械伸出端應(yīng)遠(yuǎn)離履帶;當(dāng)機(jī)器在顛簸的路面上行駛或在液壓缸急速回流時(shí),油液較容易從呼吸器里竄出,雖然油箱隔板在一定程度上能起到防止油液波動(dòng)的作用,但很難完全避免油液竄出的發(fā)生,可以在油箱安裝呼吸器的位置,增加一個(gè)防竄套筒,套筒高出油箱上平面,和油箱焊接在一起,在位于油箱內(nèi)部的套筒上,加工出許多小孔,這樣可以消除油液波動(dòng)而引起的竄油,也能很好地防止因系統(tǒng)內(nèi)混入空氣后產(chǎn)生的泡沫而導(dǎo)致的竄油。 7油箱
13、的制作工藝 液壓油箱制作工藝一般為:鈑金制作→試漏→磷化處理→清洗→烘干→外部油漆。在油箱制作時(shí)廣泛采用價(jià)格低廉、易于加工、可焊性良好的低碳鋼,最常用的是Q235板材,但由于液壓油中總是含有水分,空氣中也含有水分,當(dāng)油溫高于45℃時(shí),油中水分就會(huì)蒸發(fā)成水蒸氣,附在油箱側(cè)壁和頂蓋上,時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)出現(xiàn)氣相銹蝕,因此碳鋼制造的油箱在表面防銹處理方面的要求比較高。為了改善空氣的分離,油箱應(yīng)做成平行六面體的形狀,具有較大線性尺寸的面應(yīng)作為底面,其小面應(yīng)朝機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向,此液壓油箱制造容易,箱上易于安放液壓器件,被廣泛采用。油箱一般先焊內(nèi)部,后封頂,也就是在蓋上油箱頂板之前,清除所有焊渣,然后蓋上頂板焊
14、接,為了方便清洗,焊縫應(yīng)盡可能放在油箱外面;為了防止焊縫產(chǎn)生氧化皮,對(duì)碳鋼油箱的焊接應(yīng)采用CO2氣體保護(hù)焊,以提高焊縫質(zhì)量。油箱焊接前板材要加工出坡口,必須清除板材焊接部分及周圍的氧化層及鐵銹,若分層焊接必須除盡焊渣才能再焊另一層,焊接時(shí)板材應(yīng)留適量焊縫。油箱焊接完成后,油箱內(nèi)側(cè)不允許遺留搭接焊縫,因?yàn)楹缚p中的污垢很難清除,焊縫表面必須光潔,無任何焊渣、毛刺。油箱表面的防腐處理有四種方法:①酸洗后磷化。②噴丸后直接涂防銹油,一般大型油箱較多采用此方法。③噴砂后熱噴涂氧化鋁,適用于除水-已二醇外的所有介質(zhì)。④噴砂后進(jìn)行噴塑,適用于所有介質(zhì)。油箱內(nèi)表面的防腐處理時(shí),不但要顧及與介質(zhì)的相容性,還要考
15、慮處理后的可加工性、制造到投入使用之間的時(shí)間間隔以及經(jīng)濟(jì)性。由于磷化處理的工藝比較簡(jiǎn)單、成本低,所以在油箱的表面處理方面,磷化得到廣泛應(yīng)用,磷化處理的一般工藝流程為:脫脂→水洗→酸洗除銹→水洗→堿洗中和→磷化被膜→熱水洗→熱風(fēng)吹→封蓋。在碳鋼板油箱焊接好以后,在其表面不可避免地存在油污,因此磷化處理的第一道工序就是脫脂,然后水洗;再進(jìn)行酸洗除銹、水洗和堿洗中和;然后進(jìn)行磷化被膜;其后為了使其快干,應(yīng)對(duì)油箱用熱水洗以及熱風(fēng)吹;最后將油箱上所有的口用塑料蓋封住,注意不要有泥、沙等其他異物進(jìn)入,完成后要加入中間防銹油,并使內(nèi)部全部涂抹。對(duì)于不銹鋼油箱,不需磷化處理,其工藝步驟要簡(jiǎn)單的多:脫脂→水洗→
16、熱水洗→熱風(fēng)吹→封蓋。液壓油箱內(nèi)部最好不要噴漆,油箱內(nèi)壁應(yīng)涂上耐油防銹的涂料,外壁如涂上一層極薄的黑漆(不超過0.025mm厚度),會(huì)有很好的輻射冷卻效果;另外法蘭端面、螺紋孔及O形槽不噴漆。用面團(tuán)清理液壓油箱,其實(shí)這是最后一道工序,就是用面團(tuán)粘,將面粉揉和到能拉伸的程度分成三份,用面團(tuán)分三次粘干凈液壓油箱的里面,尤其是油箱的邊角處,這樣可以徹底地清理干凈液壓油箱。油箱清理完成后要保證箱體內(nèi)殘留異物總量不得超過0.05g,大小不得超過150μm。 8液壓油箱試漏 油箱焊接完畢后應(yīng)進(jìn)行滲漏試驗(yàn),如何檢測(cè)油箱是否漏油,對(duì)保障油箱的質(zhì)量至關(guān)重要。油箱檢漏方法主要有以下幾種方法:(1)在接縫處涂肥
17、皂水,觀察滲漏處是否會(huì)有明顯黃褐色痕跡,根據(jù)此處是否起泡來判斷。(2)對(duì)小的油箱可充以壓縮空氣,然后浸入水中試驗(yàn)。(3)對(duì)于不能加壓的油箱焊合件,可以在油箱外部所有焊縫涂上石灰液,待干后,在油箱內(nèi)加少量煤油,在焊縫處于煤油浸泡處,停留10min左右,看外部是否有煤油滲出,逐步翻轉(zhuǎn)油箱,使每一道焊縫都能用此方法檢查。(4)壓縮空氣試驗(yàn),主要以觀察壓力下降的速度來判斷。液壓油箱一般進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)時(shí),常用壓力3.822104Pa。首先將油箱容器各法蘭口密封,然后向油箱內(nèi)通入空氣,按照設(shè)定的壓力來進(jìn)行控制,使得被試驗(yàn)的油箱在變形最小的情況下檢出漏點(diǎn),這樣再由工人進(jìn)行補(bǔ)焊,直到檢測(cè)油箱正常,完成油箱的測(cè)試
18、工作后,即可轉(zhuǎn)到下一工序。油箱試漏裝置的工作原理為:壓縮機(jī)開始工作,給氣包供氣,氣包起穩(wěn)壓作用,當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí),檢測(cè)的液壓油箱反饋一個(gè)壓力信號(hào),空壓機(jī)自動(dòng)停機(jī)(或卸荷),氣包內(nèi)處于保壓狀態(tài),這時(shí)操作人員關(guān)閉手、電動(dòng)氣動(dòng)閥,開始焊縫漏點(diǎn)檢測(cè);若壓力不夠可以通過手動(dòng)閥隨時(shí)人工干預(yù)進(jìn)行調(diào)節(jié)(均設(shè)有聲光報(bào)警),確保液壓油箱試驗(yàn)壓力穩(wěn)定。當(dāng)達(dá)到一定試驗(yàn)壓力值時(shí)自動(dòng)輸出信號(hào),控制空壓機(jī)準(zhǔn)確卸荷,確保油箱在試壓過程中不變形(或變形最小)。 9結(jié)束語(yǔ) 良好的設(shè)計(jì)、合適的制作工藝、科學(xué)的油箱試漏方法才能確保液壓油箱滿足性能要求,才能確保整機(jī)性能穩(wěn)定。 作者:王緒橋單位:力士德工程機(jī)械股份有限公司 上一個(gè)文章: 建筑機(jī)械設(shè)備管理論述下一個(gè)文章: 工程機(jī)械專業(yè)教學(xué)革新
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