移动工程机械液压油箱的研发

移动工程机械液压油箱的研发移动工程机械液压油箱的研发 2014/04/01 1液压油箱容积的确定液压油箱必须有足够大的容积，以保证系统工作时，能够保持一定的液位高度，液压油箱油位不能低于吸油泵（如：先导泵或双联变量泵）的进油口，否则空气容易从泵的入口进入，导致液压油箱中气泡不断，液面增高；为了散热要求对于管路比较长的系统，应考虑停车维修时能容纳油液自由流动；当液压系统的油液全部回到油箱时，油液不可以溢出油箱外；液压系统内充满油液时，油箱最低液面高于滤油器200mm以上；在液压系统停止工作时能容纳系统中所有介质，此时油箱液面不应超过油箱高度80%，液压油箱内液面变化量与油缸的伸出与缩回有关系，一般油箱容积越大越好，这样便于液压油降温；工作时油箱内油液面变化量越小越好。油箱的容量由于受结构限制，在油箱容积不能增大而又不能满足散热要求时，必须采用强制冷却的措施，使之符合系统工作要求，此时需要设置冷却装置(液压油散等)来控制油温,在很多情况下，油温的升高，由于大量液压油从溢流阀流引起的，液压油散通常安装在回油管路上。若从热平衡角度计算油箱容积，根据液压系统发热、油箱散热平衡的原则，油箱的有效容积一般采用公式V=（1.21.25）（0.20.33）Qb+Qg式中Qb泵每分钟最大可提供的流量（L/min）；Qg液压油缸的容积（L）。从经济方面考虑，在不影响系统性能的前提下，液压油散散热面积足够大，散热效率高，液压油箱容积可以相对减小一些，这样油箱制作成本、液压油成本可以降低。但油箱越小对油的抗氧化安定性、极压抗磨性、空气释放性和过滤性等要求就越高。2油箱的外观国内生产的油箱多采用矩形，它既便于制造，又能充分利用空间，故一般（容量小于2000L）都采用这种方式，并且箱上易于安装液压元件，油箱内压力可达0.05MP。受钢板尺寸的限制，追求投料最小化原则，追求最优化设计，油箱尺寸的高、宽、长之比为（1：1：1）（1：2：3）；可以采用黄金分割点（高=0.618宽，宽=0.618长）。为了便于放油和清理，箱底应适当倾斜，在最低部位处设置堵塞或放油阀，使换油时油液和污物能顺利地从放油孔流出。设计油箱时，从结构上应考滤清洗换油的方便，设置一个或多个清洗孔(盖)，须配合密封垫,螺栓组装避免泄漏,主要功用便于油箱内各处杂物的定期清理；盖的厚度为油箱壁厚度的34倍。为了运输安装方便，大中型油箱应设置吊耳。中小型油箱用钢板直接焊成，对于大尺寸油箱要加焊角板、肋条以增强刚性。当油箱容积小于100L，壁厚为3mm；容积为100320L时，壁厚为34mm；容积大于320L时，壁厚为46mm。3油箱的散热系统热量主要来源于液压主泵，另外主阀、管路和液压油缸要产生一部分磨擦热。所有这些热量少部分通过液压元件和辅件传递到周围空间，大部分使系统液压油液温度升高，当然适当的油液温度升高是正常的，油箱中的油温要求一般在3050范围内工作比较合适，最高不大于65，最低不小于15。对于行走机械工作温度允许达到65，在特殊情况下可达80，油温过高（80），液压油因被氧化性能将急剧变化，各液压元件密封性能也会下降，将严重影响液压系统的正常工作，同时导致泵的容积效率下降；油温过低油泵吸入困难，因此油液须进行加热或冷却。油箱设计考虑系统产生的热量时，一般在工作系统发热基础上增加20%30%比较适宜。液压油箱就是个冷却器，利用油箱表面向外部释放热量是一种简捷的方法，油箱壁愈薄，散热越快。为了易于散热、油箱外底部留有一定空间；为了改善散热条件，吸油区和回油区的距离越大越好，并在回油管道上设置冷却装置。4吸油与回油吸油管和回油管应尽量相距远些，在油液容积超过100L的油箱中，两管之间要用隔板（隔板分为多种形式，网孔式隔板，孔眼尺寸不大于0.25mm；可以根据需要在隔板上安置滤网），把回油室与吸油室分开，以增加油液循环距离，以延长气泡从油液中分离的时间，有利于杂质分离和沉淀，消散热量，隔板缺口处要有足够的过流面积，使环流速度为0.30.6m/s，隔板高度最好为箱内油面高度的2/33/4。吸油管入口处（油箱的排油口）要装粗滤油器（吸油过滤器的压力损失不能太大，小于0.5bar，吸油滤一般在80100m左右，它不是主要控制系统的污染浓度的过滤器，因此吸油过滤的过滤精度要低，需定期清洗。），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，一般要浸入到油箱的2/3深度处，尽量缩短吸油管长度，这样可有效防止空气进入吸油管，吸油管离箱底距离H2D（D为管径），一般不应小于20mm，距箱边不小于3D，安装位置应便于装卸与清洗。回油滤油器一般作工作型过滤器用，常选用精滤器（回油过滤器所处管路压力较低，压力损失对系统影响不大，用精度较高的过滤器可以使进入油箱的油得到充分的过滤，回油滤一般在1020m微米，需定期更换。），以保持返回油箱的油液具有允许的污染等级，它可以被安放在油箱的顶部或侧面，滤油器的安装位置要便于拆卸（见图1），当滤芯的异物过多时，液压油无法正常流过滤芯，压力会上升，过高的压力会损坏滤芯，从而会损坏整个液压油路，因此回油过滤器装有旁通阀，当回油滤芯压力升到一定程度时，液压油会可以通过旁通阀回到油箱，所有回油管末端均应低于油箱工作液的液面，以防止回油冲入油箱时搅动油面而产生气泡，回油管离箱底距离h3D（D为管径），回油管端宜斜切45，以增大出油口截面积，减慢出口处油流速度；此外，应使回油管斜切口面对箱壁，以利油液散热；当回油管排回的油量很大时，宜使它出口处高出油面，向一个带孔或不带孔的斜槽（倾角为515）排油，使油流散开，一方面减慢回油流速、减少它的冲击搅拌作用，另一方面排走油液中空气。另外油箱内回油集中部分及清污口附近宜装设一些磁性块，以去除油液中的铁屑和带磁性颗粒。5液位、热交换器的布置为了能够观察向油箱注油的液位上升情况和在系统过程中看见液位高度，所有液压系统油箱必须设置工作液面指示器（液位计）（见图1）。液位计安放在便于观察的地方，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。油箱中如果要安装热交换器，必须考虑好它的安装位置，以及测温、控制等措施。6液压油箱呼吸器的选型与布置液压油箱是封闭结构，当液压装置运行时，随着液压油的循环，油箱内的液压油位会下降，此时油箱内气压下降，形成低于大气压的压强，为防止油箱内压强下降设置了呼吸器（一般注油与通气同用一个），可保持箱内空气与大气相通，同时可防止箱内液压油被大气污染（见图1），当油箱内气压升至0.30.5kgf/cm2时，排气阀开启，维持油箱内压强，油箱内液压油受到向下的气压作用，提高了主泵吸油效率，当油箱内气压降至0.01kgf/cm2以下时，吸气阀开启。对开式油箱来说，呼吸器是必备的，通常它兼作注油口用，油箱的注油口一般不从油桶中将油液直接注入油箱，而是经过呼吸器注入油，这样可保证注入油箱中的油液具有一定的污染等级，油箱采用呼吸器的空气过滤等级为10m（理论上呼吸器的空气过滤等级应与液压系统精滤等级相匹配）。呼吸器的通气量至少要大于按主泵排量的1.52倍以上，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。带旁通阀的呼吸器，能够减少大气中杂质进入液压系统的概率，提高空滤的使用寿命，同时能有效控制空气中的水分吸入，以防油箱中油气的逸出。通常将它置于油箱的顶部，对于移动工程机械呼吸器的安放位置，应考虑车辆爬最大坡度和下坡时，不致使油液从其中溢出。为避免呼吸器呼出的油气附于油箱外壁，可在空气过滤器顶端设置侧孔，使其通过胶管与大气相通，该胶管长度以与油箱底部平齐，且需固定，对于履带式工程机械伸出端应远离履带；当机器在颠簸的路面上行驶或在液压缸急速回流时，油液较容易从呼吸器里窜出，虽然油箱隔板在一定程度上能起到防止油液波动的作用，但很难完全避免油液窜出的发生，可以在油箱安装呼吸器的位置，增加一个防窜套筒，套筒高出油箱上平面，和油箱焊接在一起，在位于油箱内部的套筒上，加工出许多小孔，这样可以消除油液波动而引起的窜油，也能很好地防止因系统内混入空气后产生的泡沫而导致的窜油。7油箱的制作工艺液压油箱制作工艺一般为：钣金制作试漏磷化处理清洗烘干外部油漆。在油箱制作时广泛采用价格低廉、易于加工、可焊性良好的低碳钢，最常用的是Q235板材，但由于液压油中总是含有水分，空气中也含有水分，当油温高于45时，油中水分就会蒸发成水蒸气，附在油箱侧壁和顶盖上，时间长了就会出现气相锈蚀，因此碳钢制造的油箱在表面防锈处理方面的要求比较高。为了改善空气的分离，油箱应做成平行六面体的形状，具有较大线性尺寸的面应作为底面，其小面应朝机械的运动方向，此液压油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，被广泛采用。油箱一般先焊内部，后封顶，也就是在盖上油箱顶板之前，清除所有焊渣，然后盖上顶板焊接，为了方便清洗，焊缝应尽可能放在油箱外面；为了防止焊缝产生氧化皮，对碳钢油箱的焊接应采用CO2气体保护焊，以提高焊缝质量。油箱焊接前板材要加工出坡口，必须清除板材焊接部分及周围的氧化层及铁锈，若分层焊接必须除尽焊渣才能再焊另一层，焊接时板材应留适量焊缝。油箱焊接完成后，油箱内侧不允许遗留搭接焊缝，因为焊缝中的污垢很难清除，焊缝表面必须光洁，无任何焊渣、毛刺。油箱表面的防腐处理有四种方法：酸洗后磷化。喷丸后直接涂防锈油，一般大型油箱较多采用此方法。喷砂后热喷涂氧化铝，适用于除水-已二醇外的所有介质。喷砂后进行喷塑，适用于所有介质。油箱内表面的防腐处理时，不但要顾及与介质的相容性，还要考虑处理后的可加工性、制造到投入使用之间的时间间隔以及经济性。由于磷化处理的工艺比较简单、成本低，所以在油箱的表面处理方面，磷化得到广泛应用，磷化处理的一般工艺流程为：脱脂水洗酸洗除锈水洗碱洗中和磷化被膜热水洗热风吹封盖。在碳钢板油箱焊接好以后，在其表面不可避免地存在油污，因此磷化处理的第一道工序就是脱脂，然后水洗；再进行酸洗除锈、水洗和碱洗中和；然后进行磷化被膜；其后为了使其快干，应对油箱用热水洗以及热风吹；最后将油箱上所有的口用塑料盖封住，注意不要有泥、沙等其他异物进入，完成后要加入中间防锈油，并使内部全部涂抹。对于不锈钢油箱，不需磷化处理，其工艺步骤要简单的多：脱脂水洗热水洗热风吹封盖。液压油箱内部最好不要喷漆，油箱内壁应涂上耐油防锈的涂料，外壁如涂上一层极薄的黑漆（不超过0.025mm厚度），会有很好的辐射冷却效果；另外法兰端面、螺纹孔及O形槽不喷漆。用面团清理液压油箱，其实这是最后一道工序，就是用面团粘，将面粉揉和到能拉伸的程度分成三份，用面团分三次粘干净液压油箱的里面，尤其是油箱的边角处，这样可以彻底地清理干净液压油箱。油箱清理完成后要保证箱体内残留异物总量不得超过0.05g，大小不得超过150m。8液压油箱试漏油箱焊接完毕后应进行渗漏试验，如何检测油箱是否漏油，对保障油箱的质量至关重要。油箱检漏方法主要有以下几种方法：（1）在接缝处涂肥皂水，观察渗漏处是否会有明显黄褐色痕迹，根据此处是否起泡来判断。（2）对小的油箱可充以压缩空气，然后浸入水中试验。（3）对于不能加压的油箱焊合件，可以在油箱外部所有焊缝涂上石灰液，待干后，在油箱内加少量煤油，在焊缝处于煤油浸泡处，停留10min左右，看外部是否有煤油渗出，逐步翻转油箱，使每一道焊缝都能用此方法检查。（4）压缩空气试验，主要以观察压力下降的速度来判断。液压油箱一般进行耐压实验时，常用压力3.822104Pa。首先将油箱容器各法兰口密封，然后向油箱内通入空气，按照设定的压力来进行控制，使得被试验的油箱在变形最小的情况下检出漏点，这样再由工人进行补焊，直到检测油箱正常,完成油箱的测试工作后，即可转到下一工序。油箱试漏装置的工作原理为：压缩机开始工作，给气包供气，气包起稳压作用，当压力达到一定值时，检测的液压油箱反馈一个压力信号，空压机自动停机（或卸荷），气包内处于保压状态，这时操作人员关闭手、电动气动阀，开始焊缝漏点检测；若压力不够可以通过手动阀随时人工干预进行调节（均设有声光报警），确保液压油箱试验压力稳定。当达到一定试验压力值时自动输出信号，控制空压机准确卸荷，确保油箱在试压过程中不变形(或变形最小)。9结束语良好的设计、合适的制作工艺、科学的油箱试漏方法才能确保液压油箱满足性能要求，才能确保整机性能稳定。作者：王绪桥单位：力士德工程机械股份有限公司 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