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)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(guò)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(lái)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=（1.21.25）（0.20.33）Qb+Qg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(guò)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34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100320L時(shí)，壁厚為34mm；容積大于320L時(shí)，壁厚為46mm。3油箱的散熱系統(tǒng)熱量主要來(lái)源于液壓主泵，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(guò)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?050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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)流面積，使環(huán)流速度為0.30.6m/s，隔板高度最好為箱內(nèi)油面高度的2/33/4。吸油管入口處（油箱的排油口）要裝粗濾油器（吸油過(guò)濾器的壓力損失不能太大，小于0.5bar，吸油濾一般在80100m左右，它不是主要控制系統(tǒng)的污染濃度的過(guò)濾器，因此吸油過(guò)濾的過(guò)濾精度要低，需定期清洗。），吸油濾油器一般作保護(hù)型過(guò)濾器用，用來(lái)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H2D（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(guò)濾器用，常選用精濾器（回油過(guò)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(guò)濾器可以使進(jìn)入油箱的油得到充分的過(guò)濾，回油濾一般在1020m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(guò)多時(shí)，液壓油無(wú)法正常流過(guò)濾芯，壓力會(huì)上升，過(guò)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(guò)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(guò)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h3D（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；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515）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(guò)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0.30.5kgf/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0.01kgf/cm2以下時(shí)，吸氣閥開啟。對(duì)開式油箱來(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)濾等級(jí)為10m（理論上呼吸器的空氣過(guò)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1.52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(guò)濾器頂端設(shè)置側(cè)孔，使其通過(guò)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(wú)任何焊渣、毛刺。油箱表面的防腐處理有四種方法：酸洗后磷化。噴丸后直接涂防銹油，一般大型油箱較多采用此方法。噴砂后熱噴涂氧化鋁，適用于除水-已二醇外的所有介質(zhì)。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(guò)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(guò)0.05g，大小不得超過(guò)150m。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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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 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