浅析液压系统风冷却器的选用与计算方法.docx

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浅析液压系统风冷却器的选用与计算方法

浅谈液压系统风冷却器的选用与计算方法

原创：

DG_baitu机械选型与应用1周前

风冷式油冷却器（简称风冷却器）是一种以空气为冷却源的铝合金板翅式热交换器，其特点是热交换器芯体的油通道和风通道均设换热翅片，同体积比换热面积大，传热效率高，以空气为介质进行热量交换。

与水冷式散热器相比，不仅安装维护简便，更可避免铜管爆裂造成的油水混合，对系统造成严重的毁坏。

其次，对于需要变换工作地点的设备（如工程机械）来说，不需考虑水源的供应，不存在水循环系统的拆装和重建，是应用日益广泛的环保型产品。

目前，国内的风冷却器生产厂家很多，型号也不尽相同，性能参数、安装尺寸等出入较大，对用户的选型和使用造成一定的困扰。

在此，结合我厂开发生产和客户使用的经验，谈几点风冷却器选用中应注意的问题，供大家参考并希望指正。

任何一款产品在设计的时候，首先考虑的是达成其功能性，或者说功能性是第一位的，这是设计最基本的要素，风冷却器也一样，给合常用设备液压系统的油温散热要求，它的功能性着重体现在三个主要方面：

一、适用压力；二、适用流量；三、换热效率。

选用风冷却器时，这三个方面必须同时满足，才算基本达到你的使用要求。

下面就从这三个方面展开谈谈。

一、适用的压力

通常指允许最大的工作压力，或称设计压力。

风冷却器属于压力容器，在液压系统中，只适合用于回路的回油冷却，所以要根据回路的最大压力来选用风冷却器。

为什么只用于回油冷却呢？

暂且不论油温升高的成因，就风冷却器本身而言，其散热主体（换热芯）的耐压能力是有限度的，板翅式铝合金换热芯的耐压能力取决于其材质物理性能、结构和加工工艺。

比方说，结构和加工工艺相同，材质也一样，油通道材料的厚度不同，耐压能力也不同，越厚耐压力越高。

板翅式铝合金风冷却器的设计压力一般小于3.5Mpa，基于成本和实用性等原因通常是小于2.0Mpa,国外同行设计压力多为1.6Mpa，均远小于油路的最大工作压力。

显然，压力过高会导致换热芯爆裂损坏。

市面上流通的风冷却器产品，设计压力一般分为三级：

1，1.0Mpa（如AF系列）；2，2.0Mpa（如AH系列）；3, 3.5Mpa。

设计压力1.0Mpa的仅适用于变量叶片泵的泄油冷却。

考虑到液压系统回路压力不稳定以及回油瞬间可能产生的高压脉冲，为确保风冷却器的使用寿命，生产产商强烈推荐----优先采用独立循环的冷却方式。

独立循环就是风冷却器不再接到工作液压系统的回路中，而是设置一个单独的冷却回路，即加装一个冷却泵，直接从油箱吸取高温的液压油，经风冷却器冷却后直接送回油箱，这样就可避免回油压力过高而损坏风冷却器了。

独立循环冷却泵的流量通常选取小于液压油容积的三分之一。

当需要接于定量泵的回油冷却时，设计人员应考虑到液压系统中回油压力的不稳性，将风冷却器联接于溢流阀的回油口，并于风冷却器的进、出油口之间并联一个开启压力0.5Mpa的背压阀，这是正确使用的方法（见下图示）。

当用于变量泵的泄油冷却时，由于其压力通常小于1Mpa，只要流量合适，那么直接接于变量泵泄油口便可以了。

笔者遇到这样一个案例：

一个客户将一台型号为AH0608TL（适用压力2.0M0pa，流量50L/min）接于一台快进--工进--快退的工作机上，结果在机械调试的过程中就发现换热芯漏油，一看油通道爆开了。

该客户原来使用水冷却器，应用户要求改用风冷却器，由于风冷却器是直接接于回油路中，并没有加装背压阀，而且系统回油速度很快，回油产生的脉冲压力过高瞬间就将风冷却器击爆了。

AF1025 

HD1861T

安装示意图

二  适用流量

 风冷却器生产商提供的性能参数表中，就有适用流量这一项，常指静压状态下低粘度液体每分钟的通过量。

在液体流速0.2-0.4m/s的范围内，风冷却器油通道是不容易爆裂的，故风冷却器适用流量值是理论的计算结合实际的经验测试综合得出。

  对于选用产品的工程师而言，准确的回油流量计算往往较为复杂。

所以，结合油路实际工况，用经验的方法，就简便得多了。

经验计算如下：

     风冷却器的工作流量=油泵流量×油缸有效面积比×安全系数             其中：

            油缸有效面积比=无杆腔受压面积÷有杆腔受压面积（＞1）

            安全系数：

1.2～1.8，常取1.5

  如果是多支油缸同时回油，视具体的情况要考虑在内，流量相应要加大，乘以相应的倍数。

  案例一：

已知系统油泵GPY-10（10.06ml/rev）,电机转速1390rpm,一支工作油缸（液压缸内径50mm,活塞杆直径20mm），求风冷却器的工作流量？

       油泵流量=10.06×1390=1398.34ml≈14L/min

      无杆腔受压面积＝（50/2）2  ×π=625πmm 2 

         有杆腔受压面积=（50/2）2  ×π－（20/2）2×π=525πmm 2

       油缸有效面积比=625πmm 2 /525πmm 2=1.19

       安全系数取1.5,则有:

            风冷却器的工作流量=14×1.19×1.5≈25L/min

  故选用风冷却器的适用流量值大于或等于25L即可，再结合系统的发热功率的大小，选定型号。

  需要注意的是，静压（压力基本恒定）状态下，液压油会通过换热芯所有的油通道，但在有脉冲的情况下，液压油只会通过部分的油通道，形成瞬间压力过高是导致换热芯爆裂的常发原因,这也是调机时应多加注意的事项。

因此，不能按照风冷却器的工作流量等于油泵的排量来选型。

三  换热效率

 通俗地说，就是风冷却器的散热效率。

许多用户在选型时，往往选好适用的流量就OK了，然后根据流量值对应的型号，选用一款风冷却器，这是不全面的。

因为流量满足你的使用要求，并不代表该风冷却器的散热效率也同时满足你的要求。

前面讲到：

一、适用压力；二、适用流量；三、换热效率。

选用风冷却器时，这三个方面必须同时满足，才算基本达到你的使用要求。

 常有客户打电话问,说我的主油泵才30L/min,而我选了某牌子的60L/min的风冷却器，怎么油温还降不下来啊.....,我第一句话就说那可能是冷却器的散热效率不够，举个例字：

同样是30L/min主油泵系统，有的电机功率是3kw,有的配5.5kw甚至更大，系统热损耗当然不同。

另外，就算是电机功率也一样，你的系统工况不一样，有的保压时间长，有的保压时间短，系统的热损耗也不一样，你就要考虑使用的风冷却器的换热效率了。

风冷却器的精确选型方法

方法一：

功率损耗计算法（最精确的方法）测算现有设备的功率损失，

利用测量一定时间内油的温升，从而根据油的温升来计算功率损失。

通常用如下方法求得：

PV=△T*C油*ρ油*V/t/60[KW]PV功率损

耗[KW]△T系统的温升[℃]C油当量热容量[KJ/L]，对于矿物油：

1.88KJ/KGKρ油油的密度[KG/L]，对于矿物油：

0.915KG/LV油箱容

量[L]t工作时间[min]

例：

测量某一液压系统在20分钟内油温从20℃上升到45℃，油箱容量

为100L。

产生的热功率为：

PV=25*1.88*0.915*100/20/60=3.58[KW]

然后按系统正常工作的最佳期望油温来计算当量冷却功率：

P01=PV/

（T1-T2）*η[KW/℃]P01当量冷却功率T1期望温度T2环境温度η

安全系数，一般取1.1假如该系统的最佳期望油温为55℃，当时的环境

温度为35℃P01=3.58*1.1/（55-35）=1.97[KW/℃]最后按当量冷却功

率来选择所匹配的冷却器。

方法二：

发热功率估算法（最简单的方法）一般取系统总功率的1/3作

为冷却器的冷却器功率。

方法三：

流量计算法（最实用的方法）A．用于回油管路冷却Q=L*S*η

S=A1/A2B．用于泻油管路或独立冷却回路冷却Q=L*η式中Q

冷却器的通过量[L/min]L油泵的吐出量[L/min]S有效面积比A1油缸

无杆腔有效面积A2油缸有杆腔有效面积η安全系数（1.5~2），一

般取1.8，液压油黏度越大则安全系数越大。

对于需要配置或改装液压冷却系统的机动车辆，计算出液压系统单位时

间内的热损耗，即系统的发热功率Pv，然后结合你需要的油温期望值

T1，对照风冷却器的当量冷却功率P1曲线图，选择与之匹与的型号。

这是普遍使用的计算方法。

必须注意，在测定系统单位时间内油的温升时，要区分是否有冷却器在

工作，该文所指的工况是系统没有冷却器时油的温升。

计算公式：

Pv=ρ油×V×C油×ΔT/H，式中：

Pv：

发热功率（W）

ρ油：

油的密度（常取0.85Kg/L）

V：

油的容积（L）

C油：

液压油的比热容，常取2.15Kj/Kg℃

ΔT：

一定时间内油的温升

H:

温升时间（s）

例：

某一液压系统（无冷却器的工况下）在10分钟内油温从30℃上升

至45℃，液压油的容积为80L。

发热功率计算如下：

Pv=0.85×80×2.15×（45-30）/（10×60）=3.655Kw

已知环境温度T2=30℃，最佳油温期望值55℃，则当量冷却功率计算如

下：

P1=Pv×η/（T1-T2），式中：

P1：

当量冷却功率（w/℃）

η：

安全系数，一般取1.1

T1：

油温期望值（℃）

T2：

环境温度（℃）

故：

P1=3.655×1.1/（55-30）=0.161Kw/℃=161w/℃

对应主泵流量，依据161w/℃的当量冷却功率查曲线图，选取匹配的风

冷却器。

最方便的另一种散热计算法，是发热功率估算法：

一般取系统总功率的

1/3~1/2作为冷却器的散热功率，若工况为长时间保压状态（如夹紧作

业），则系数最大值推荐2/3。

怎样选择及判断什么样的风冷却器是好的冷却器呢？

怎样使用才能延

长机器的寿命呢？

今天就谈下风冷却器应该怎样选购。

一般来说，选择一款好的风冷却器有以下几种方法：

1.流量计算法2.

发热功率估算法3.功率损耗计算法。

每种方法都有其各自的特点，今天

就给大家详细介绍一下

方法1：

最实用的方法-流量计算法

A．用于回油管路冷却

Q=L*S*η

S=A1/A2

B．用于泻油管路或独立冷却回路冷却

Q=L*η

式中

Q风冷却器的通过量[L/min]

L油泵的吐出量[L/min]

S有效面积比

A1油缸无杆腔有效面积

A2油缸有杆腔有效面积

η安全系数（1.5~2），一般取1.8，液压油黏度越大则安全系数越大

方法2：

最简单的方法-发热功率估算法

一般取系统总功率的1/3作为风冷却器的风冷却器功率。

方法3：

最精确的方法-功率损耗计算法

测算现有设备的功率损失，利用测量一定时间内油的温升，从而根据油

的温升来计算功率损失。

通常用如下方法求得：

PV=△T*C油*ρ油*V/t/60[KW]

PV功率损耗[KW]

△T系统的温升[℃]

C油当量热容量[KJ/L]，对于矿物油：

1.88KJ/KGK

ρ油油的密度[KG/L]，对于矿物油：

0.915KG/L

V油箱容量[L]

t工作时间[min]

例：

测量某一液压系统在20分钟内油温从20℃上升到45℃，油箱容量

为100L。

产生的热功率为：

PV=25*1.88*0.915*100/20/60=3.58[KW]

然后按系统正常工作的最佳期望油温来计算当量冷却功率：

P01=PV/（T1-T2）*η[KW/℃]

P01当量冷却功率

T1期望温度

T2环境温度

η安全系数，一般取1.1

假如该系统的最佳期望油温为55℃，当时的环境温度为35℃

P01=3.58*1.1/（55-35）=1.97[KW/℃]

最后按当量冷却功率来选择所匹配的风冷却器。