屈向超，容建軍，楊國強，李顯通

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西寶雞 721000）

0 引言

隨著科技的不斷發(fā)展，國外以MEER、WEPUKO 等，國內(nèi)以蘭石重工、沈陽重機等為代表的世界高水平鍛壓設備制造廠商不斷適應市場需求，大型、特大型鍛壓能力的鍛壓機械設備不斷的被生產(chǎn)使用。

鍛壓機械設備具有結(jié)構(gòu)緊湊、生產(chǎn)能力強、效率高、自動化程度高、產(chǎn)品合格率高等諸多優(yōu)點，被廣泛使用。液壓傳動介質(zhì)作為壓機能量傳遞的主體，其使用性能越來越被重視。

1 常用液壓傳動介質(zhì)的介紹

液壓傳動介質(zhì)常用的有以水作為基質(zhì)的乳化液和以礦物油為基質(zhì)的各類不同使用性能、滿足不同使用要求的液壓油。

對于以水基乳化液作為傳動介質(zhì)的鍛壓設備，國內(nèi)水壓機以二重為典型代表，水壓縮比小、剛性大，傳動效率高、設備反應速度快。由于水比熱容大，其在使用中溫度升高相對較慢，設備可以長時間開機作業(yè)。乳化液中礦物油可以減緩水對鐵的銹蝕并可以起到一定的潤滑作用，在早期小噸位鍛壓設備上得到較多使用。但是由于水的黏度低，水基液壓設備多數(shù)泄漏較大，設備的最高工作壓力也受到了限制。不過，水基介質(zhì)相對環(huán)保，在全國提倡環(huán)保的大形勢下越來越多的制造廠商將目光投向了水基液壓設備。

由于水壓機泄漏大、穩(wěn)定性較差、操控性不強，現(xiàn)在企業(yè)多使用的是油壓機，傳動介質(zhì)為礦物油基液壓油，根據(jù)使用工況添加不同成分。礦物油的壓縮比大，所以設備的柔性大、穩(wěn)定性較好，但是動作較為遲緩，礦物油其黏度大，相對于水壓機泄漏明顯減小，設備的最高工作壓力可以設計更高一些。但由于其黏度大，其快速流動時摩擦生熱更多，溫度升高更快。

2 液壓油溫度升高對其使用性能以及設備性能的影響

隨著大型鍛件市場需求的不斷增大，系統(tǒng)龐大復雜的液壓設備也越來越多，系統(tǒng)越龐大、液壓油路越復雜，液壓油的流道就越長，液壓油的溫升也就越快，當油箱散熱能力有限時液壓油的溫度會逐步升高。油溫升高對其使用性能及設備性能的影響主要體現(xiàn)在以下3 個方面。

（1）黏度作為液壓油最主要的控制指標，它隨著溫度升高有較大范圍的變化，油溫越高、黏度越小。液壓油黏度較低時有3個不利后果：①液壓系統(tǒng)的泄漏明顯增大，外泄會造成液壓油的損耗造成環(huán)境污染，系統(tǒng)內(nèi)部的泄漏又會加快油液溫度的升高；②液壓執(zhí)行元件的效率低下，設備的使用性能降低，嚴重時可能會影響設備的正常工作；③潤滑油膜的穩(wěn)定性差，會加劇零部件的磨損，縮短使用壽命。查閱相關資料可知，液壓油的最佳工作黏度范圍為16～36 mm2/s。

（2）液壓油溫度較高時，氣穴現(xiàn)象更容易產(chǎn)生，氣穴產(chǎn)生的氣蝕會嚴重損害元件表面，特別是泵等動力元件，進而大大縮短元件的使用壽命。

（3）液壓油工作于高溫環(huán)境并有金屬做催化時很容易發(fā)生氧化反應，形成積碳或油泥，液壓油長期溫度較高大于60 ℃時，氧化速率明顯增快，積碳或油泥對液壓油使用壽命影響是極大的。為了保障設備的正常使用，液壓油油泥氧化指數(shù)需要控制在50 以內(nèi)，高于該數(shù)值時則需要考慮對液壓油進行處理。如果設備液壓油使用量較少時考慮直接更換液壓油，而液壓油使用較多時首先考慮進行有效的過濾凈化。如果依舊達不到使用要求時必須更換液壓油并對油箱、管路進行清洗。對于大型設備，更換液壓油成本是極其高的，所以在使用過程中要嚴格控制液壓油的溫度。

3 液壓油溫度升高原因及其處理方法

由于液壓設備在使用過程中會產(chǎn)生熱量，而溫度過高會嚴重影響液壓油的使用性能，對于連續(xù)高強度作業(yè)的設備，溫度控制更為重要。液壓系統(tǒng)溫度升高的原因主要以下6 種。

（1）對于復雜的液壓系統(tǒng)，其主油路、控制油路等管路相應增多，液壓油流程增長，在相同流速下，流程越長發(fā)熱量就越大，所以對于復雜液壓系統(tǒng)，在最初設計時就應盡可能地集成化各液壓閥塊、閥組，并合理布置，減少管路使用。在液壓油流道設計時，要盡量減少不必要的變徑、彎頭，減少節(jié)流孔或閥的使用，保持液壓油平穩(wěn)流動，減少熱量的產(chǎn)生。

（2）為了節(jié)能，現(xiàn)在企業(yè)液壓系統(tǒng)常見的變量泵有恒功率變量泵與恒壓變量泵，恒功率變量泵其輸出流量與壓力呈反比的關系，當其輸出壓力達到設定的工作壓力時，流量輸出就會減小，發(fā)熱量也會減少；恒壓變量泵當其系統(tǒng)壓力小于設定壓力時相當于定量泵，流量輸出為最大值，當系統(tǒng)壓力大于等于設定壓力時，其輸出流量減少幾乎為零。對于有變量泵的液壓系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)壓力長時間保持在變量泵設定工作壓力時，流量輸出就會較大幅度的減少，發(fā)熱量也就明顯減少。這就要求系統(tǒng)溢流閥組或安全閥組能有效地保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定、不泄壓。蓄能器作為儲能裝置，其作用是吸收系統(tǒng)富余的液壓能，在需要的時候釋放，其有效可靠工作可以增長系統(tǒng)壓力穩(wěn)定時間，減緩變量泵的上壓頻次，減少流量輸出和熱量產(chǎn)生。

（3）內(nèi)泄漏是引起液壓系統(tǒng)溫升較大的主要原因之一。內(nèi)泄漏一般包括液壓閥的泄漏，泵、馬達的泄漏，油缸的泄漏等。內(nèi)泄漏是液壓元件高壓區(qū)域向低壓區(qū)域的泄漏，嚴重時可能導致執(zhí)行元件不能正常工作，高壓油在泄漏同時會產(chǎn)生大量的熱量，引起油溫升高。

i.液壓系統(tǒng)溢流閥或安全閥的泄漏是最為常見的，當系統(tǒng)不保壓或失壓時需要著重檢查溢流閥或安全閥，溢流閥的泄漏流量一般都比較大，發(fā)熱也較多。

ii.滑閥在內(nèi)泄較大時，其對應執(zhí)行元件的功能就會受到明顯的影響，所以在系統(tǒng)正常使用期間，滑閥的內(nèi)泄可以忽略不計。

iii.泵、馬達的內(nèi)泄多是由于配合面磨損間隙較大，造成壓力油損失。對于大功率高轉(zhuǎn)速的泵或馬達，其內(nèi)泄漏需著重檢查，其對溫升影響是極大的。配合面磨損情況的檢查，可以通過使用磁鐵檢測泵或馬達內(nèi)泄口液壓油鐵含量。

iv.油缸泄漏多數(shù)情況下是由于密封損傷或失效引起的。當油缸動作異常時需要及時檢查更換密封，否則相當于直接循環(huán)加熱液壓油，溫升極快。

（4）對于液壓驅(qū)動的行走設備或旋轉(zhuǎn)設備，在其頻繁動作時液壓油循環(huán)增快、溫升較快，使用中需要交替使用各有效動作或有意控制使用頻次。

（5）對于高頻次重復動作的設備，如快速自動鍛造壓機，其在使用中動作重復性高且速度快，液壓油循環(huán)快，油液溫升加快，特別是環(huán)境溫度較高時溫升極快，可以從鍛造工藝上或者生產(chǎn)調(diào)度上有意減緩其使用強度，錯排生產(chǎn)。

（6）油箱散熱慢造成系統(tǒng)溫升較快。油箱散熱分為自然散熱和強制換熱兩種，油箱設計滿足有足夠大的容量且盡可能的增大散熱面積，對于鍛壓設備油箱容量一般取系統(tǒng)最大流量的6～12 倍。

i.對于小型或不常使用的液壓系統(tǒng)，其系統(tǒng)發(fā)熱量全部通過油箱自然散熱，油箱散熱面積可由式（1）計算得出。

式中H——液壓系統(tǒng)發(fā)熱功率

k——油箱傳熱系數(shù)，通風很差時取8～9；良好時取15～17.5

TY——允許最高溫度，℃（一般液壓系統(tǒng)允許最高使用溫度為55 ℃）

T0——環(huán)境溫度，℃

對于需要強制換熱的液壓系統(tǒng)，可以通過風扇強行冷卻，此時油箱傳熱系數(shù)可達20～23；條件允許情況下可以采用直接浸入冷卻循環(huán)水或加裝冷卻水盤管，此時油箱傳熱系數(shù)可達110～175。

ii.對于大型液壓系統(tǒng)或發(fā)熱量較大的液壓系統(tǒng)，需要考慮旁接換熱器強制換熱。換熱器換熱面積可由式（2）計算得出。

式中H——液壓系統(tǒng)發(fā)熱功率

k——換熱器傳熱系數(shù)

K——污垢系數(shù)，一般取值0.8～0.9

?tm——逆流對數(shù)平均溫差，℃

其中，?tm=[（T進-t出）（T出-t進）]/in（T進-t出）（T出-t進）]。

從式（2）可以看出，板換污垢系數(shù)對換熱效果的影響較大。因此在換熱器的使用過程中，需要采取有效措施控制其污染情況：①在冷卻水水質(zhì)較硬且泥沙含量高的區(qū)域，最好選擇使用可拆卸板式換熱器，以保障冷卻循環(huán)水的清潔度，還必須使用濾網(wǎng)30 目以下的過濾器對循環(huán)水進行過濾且定期清洗濾芯，如果條件允許可以考慮加裝軟化水系統(tǒng)；②對于有冷卻塔的循環(huán)系統(tǒng)，必須盡可能地降低冷卻水被污染的可能性，如在塔架周圍加裝細網(wǎng)防止昆蟲、樹葉、棉絮等混入冷卻水，對塔架迎風面進行必要的遮擋、防止灰塵等混入，還要根據(jù)冷卻塔填料的結(jié)垢情況定期更換，清理集水盤。

4 總結(jié)

對于鍛壓機械而言，傳動介質(zhì)的溫度控制意義極其重大，適宜的工作溫度不僅能保障液壓系統(tǒng)良好的工作狀況，還能延長了設備的使用壽命。同時，合理的油溫控制方法也能為液壓設備的正常使用保駕護航。