油箱的容量及其附件计算.docx
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油箱的容量及其附件计算
油箱的设计要点
油箱
油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。
油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。
油箱可分为开式油箱和闭式油箱二种。
开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气过滤器。
开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。
闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达0.05MPa。
如果按油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。
矩形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但制造较难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。
2.1油箱的设计要点
图10为油箱简图。
设计油箱时应考虑如下几点。
1）油箱必须有足够大的容积。
一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质；而工作时又能保持适当的液位。
2）吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。
管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。
吸油管可安装100μm左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。
回油管口要斜切45°角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。
3）吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。
隔板高度为液面高度的2/3～3/4。
图10油箱
1—液位计；2—吸油管；3—空气过滤器；4—回油管；5—侧板；6—入孔盖；7—放油塞；8—地脚；9—隔板；10—底板；11—吸油过滤器；12—盖板；
4）为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。
为便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置放油阀。
对于不易开盖的油箱，要设置清洗孔，以便于油箱内部的清理。
5）油箱底部应距地面150mm以上，以便于搬运、放油和散热。
在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监视液位。
6）对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。
常用的方法有：
①酸洗后磷化。
适用于所有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。
②喷丸后直接涂防锈油。
适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含水液压液。
因不受处理条件限制，大型油箱较多采用此方法。
③喷砂后热喷涂氧化铝。
适用于除水-乙二醇外的所有介质。
④喷砂后进行喷塑。
适用于所有介质。
但受烘干设备限制，油箱不能过大。
考虑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，条件允许时采用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。
油箱的容量计算
油箱容量的计算
液压泵站的油箱公称容量系列（JB/T7938-1995），见表1。
表1油箱容量JB/T7938-1995（L）
4
6.3
10
25
40
63
100
160
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
3150
4000
5000
6300
油箱容量与系统的流量有关，一般容量可取最大流量的3～5倍。
另外，油箱容量大小可从散热角度去设计。
计算出系统发热量与散热量，再考虑冷却器散热后，从热平衡角度计算出油箱容量。
不设冷却器、自然环境冷却时计算油箱容量的方法如下。
1）系统发热量计算在液压系统中，凡系统中的损失都变成热能散发出来。
每一个周期中，每一个工况其效率不同，因此损失也不同。
一个周期发热的功率计算公式为
式中H——一个周期的平均发热功率（W）；
T——一个周期时间（s）；
Ni——第i个工况的输入功率（W）；
ηi——第i个工况的效率；
ti——第i个工况持续时间（s）。
2）散热量计算当忽略系统中其他地方的散热，只考虑油箱散热时，显然系统的总发热功率H全部由油箱散热来考虑。
这时油箱散热面积A的计算公式为
式中A——油箱的散热面积（m2）；
H——油箱需要散热的热功率（W）；
△t——油温（一般以55℃考虑）与周围环境温度的温差（℃）；
K——散热系数。
与油箱周围通风条件的好坏而不同，通风很差时K=8～9；良好时X=15～17.5；风扇强行冷却时K=20～23；强迫水冷时K=110～175。
3）油箱容量的计算设油箱长、宽、高比值为α：
b：
c，则边长分别为αl、bl、cl、时（见图11），l的计算公式为
式中 A——散热面积（m2）。
图11油箱容量计算图
液压系统的工作温度一般希望保持在30~50︒C的范围之内，最高不超过65︒C，最低不低于15︒C，如果液压系统靠自然冷却仍不能使油温控制在上述范围内时，就须安装冷却器；反之，如环境温度太低，无法使液压泵启动或正常运转时，就须安装加热器。
冷却器的种类及特点
冷却器的种类及特点（见表55）
表55冷却器的种类及特点
种类
特点
冷却效果
水冷却式
列管式：
固定折板式，浮头式，双重管式，U形管式，立式、卧式等
冷却水从管内流过，油从列管间流过，中间折板使油折流，并采用双程或四程流动方式，强化冷却效果
散热效果好，散热系列可达350～580W/（m2·℃）
波纹板式：
人字波纹式，斜波纹式等
利用板式人字或斜波纹结构叠加排列形成的接触点，使液流在流速不高的情况下形成紊流，提高散热效果
散热效果好，散热系数可达230～815W/（m2·℃）
风冷却式
风冷式：
间接式、固定式及浮动式或支撑式和悬挂式等
用风冷却油，结构简单、体积小、重量轻、热阻小、换热面积大、使用、安装方便
散热效率高，油散热系数可达116～175W/（m2·℃）
制冷式
机械制冷式：
箱式、柜式
利用氟里昂制冷原理把液压油中的热量吸收、排出
冷却效果好，冷却温度控制较方便
冷却器的选择及计算
冷却器的选择及计算
在选择冷却器时应首先要求冷却器安全可靠、压力损失小、散热效率高、体积小、重量轻等。
然后根据使用场合，作业环境情况选择冷却器类型如使用现场是否有冷却水源，液压站是否随行走机械一起运动，当存在以上情况时，应优先选择风冷式，而后是机械制冷式。
（1）水冷式冷却器的冷却面积计算
（1）
式中A——冷却器的冷却面积（m2）；
Nh——液压系统发热量（W）；
Nhd——液压系统散热量（W）；
K——散热系数，见表55；
△Tav——平均温差（℃）。
（2）
T1、T2——进口和出口油温（℃）；
t1、t2——进口和出口水温（℃）。
系统发热量和散热量的估算：
（3）
式中Np——输入泵的功率（W）；
ηc——系统的总效率。
合理、高效的系统为70%～80%，一般系统仅达到50%～60%。
（4）
式中K1——油箱散热系统（W/m2·℃），取值范围见表56。
表56 油箱散热系数
油箱散热情况
散热系数K1/W·（m2·℃）-1
整体式油箱，通风差
11～28
单体式油箱，通风较好
29～57
上置式油箱，通风好
58～74
强制通风的油箱
142～341
A——油箱散热面积（m2）；
△t——油温与环境温度之差（℃）
冷却水用量QS（单位：
m3/s）的计算：
（5）
式中C——油的比热容（J/kg·℃），一般C=2010J/kg·℃；
Cs——水的比热容（J/kg·℃），一般Cs=1J/kg·℃；
γs——油的密度（kg/m3），一般γs=900kg/m3；
rs——水的密度（kg/m3），一般rs=1000kg/m3；
Q——油液的流量（m3/s）。
（2）风冷式冷却器的面积计算
（6）
式中Nh——液压系统发热量（W）；
Nhd——液压系统散热量（W）；
α——污垢系数，一般α=1.5；
K——散热系数，见表55；
△Tav——平均温差（℃），
（7）
、
——进口、出口空气温度（℃）；
Qp——空气流量（m3/s）；
γp——空气密度（kg/m3），一般γp=1.4kg/m3；
Cp——空气比热容（J/（kg·℃）），一般Cp=1005J/（kg·℃）；
空气流量Qp（单位：
m3/s）
油的加热及加热器的发热能力
油的加热及加热器的发热能力
液压系统中的油温，一般应控制在30～50℃范围内。
最高不应高于70℃，最低不应低于15℃。
油温过高，将使油液迅速老化变质，同时使油液的粘度降低，造成元件内泄漏量增加，系统效率降低；油温过低，使油液粘度过大，造成泵吸油困难。
油温的过高或过低都会引发系统工作不正常，为保证油液能在正常的范围内工作，需对系统油液温度进行必要的控制即采用加热或冷却方式。
油液的加热可采用电加热或蒸汽加热等方式，为避免油液过热变质，一般加热管表面温度不允许超过120℃，电加热管表面功率密度不应超过3W/cm2。
加热器的发热能力可按下式估算：
N≥
式中N——加热器发热能力（W）；
C——油的比热，取C=1680～2094J/（kg·℃）；
r——油的密度，取r=900kg/m3；
V——油箱内油液体积（m3）；
△Q——油加热后温升（℃）；
T——加热时间（s）。
3.5.2电加热器的计算
电加热器的功率：
P=N/η
式中η——热效率，取η=0.6～0.8。
液压系统中装设电加热器后，可以较方便地实现液压系统油温的自动控制。
过滤器的主要性能参数
过滤器的主要性能参数
1）过滤精度/μm：
是指过滤器滤除一定尺寸固体污染物的能力。
是选取过滤器首先要考虑的一个重要参数。
2）压力损失/MPa：
工作介质流经过滤器时，主要是滤芯对介质流动造成阻力，使过滤器的油口两端产生一定的压差（压力降），即压力损失。
压力损失在系统设计中应加以考虑，如安装在压力管路上会造成压降，在回油管路上会造成背压。
过滤器的种类、用途及安装
表14过滤器的种类、用途及安装
种类
用途
安装位置（见图中标号）
吸油过滤器
保护液压泵
3
高压过滤器
保护泵下游元件不受污染
6
回油过滤器
降低油液污染度
5
离线过滤器
连续过滤保持清洁度
8
泄油过滤器
防止污染物进入油箱
4
安全过滤器
保护污染抵抗力低的元件
7
通气过滤器
防止污染物随空气侵入
2
注油过滤器
防止注油时侵入污染物
1
过滤器的选择
过滤器的选择
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