如何解決液壓墊系統油溫過高問題？

科技Freestyle2023-01-16 19:28:57

重型壓力機是生產大型汽車覆蓋件必不可少的衝壓裝置，其液壓墊壓邊力是板料拉伸成型過程中最重要的一個引數。目前液壓墊壓力控制主要採用背壓閥，但由於存在溢流、洩漏等流體摩擦發熱，將產生大量熱能，進入液壓系統中。

工程上受到結構、重量等因素的限制，液壓墊油箱無法做得過大，若散熱條件較差，就會出現油液過熱，洩漏量進一步上升，特別是在炎熱的夏季，該情況更為嚴重。

液壓墊系統油溫過高還易造成停機冷卻次數上升，油液黏度發生變化從而速度、壓力不穩定，裝置不穩定和次品率增加等情況，也會使液壓元件壽命降低

。因此，液壓系統溫度問題一直是液壓界技術人員所關注的熱點。

為了解決液壓墊系統背壓閥溢流（以下簡稱“普通液壓墊系統“）發熱導致油溫過高的問題，我們來了解一種伺服液壓墊系統，該系統可有效減少系統油液的發熱量。

過熱原因分析

普通液壓墊系統採用背壓閥作為液壓墊工作壓力的控制元件。壓邊狀態油路簡圖如下圖所示。

普通液壓墊壓邊工況下液壓系統的油路原理圖

在普通液壓墊提供壓邊力時，其液壓系統存在多種能量損失，包括液壓缸的機械損失和容積損失、閥類元件和管路的壓力損失和液壓油的黏性摩擦損失等等。這些損失幾乎全部轉化為熱量，這些熱量除一部分散發到周圍空間外，大部分使系統油溫升高。普通液壓墊系統能量傳遞過程和能量損失如下圖所示。

普通液壓墊能量損失和能量傳遞過程

在液壓油熱能來源中，以液壓油流經背壓閥節流口，油液壓力由最高25 MPa下降為大氣壓壓力所產生的熱量佔比最大。

若液壓墊液壓系統一直處於較高油溫狀態下工作，將對系統造成危害：

（1）油液黏度降低，同時密封元件受熱老化後密封效能下降，以至於洩漏量增加會使系統工作效率下降，壓邊力不穩定；

（2）運動元件受熱膨脹使得配合間隙發生較大的變化，潤滑油膜變薄甚至消失，造成液壓缸和閥門運動件的卡死或者磨損；

（3）油液高溫下容易形成氣穴、氧化變質，降低油液及元件的使用壽命。

所以，為了提供壓邊力，需要在調壓油路上形成一定的阻力，為此，普通的液壓墊系統安裝有背壓閥，

而研究表明背壓閥的能量損失產生熱量佔總熱量的比重最高

。如果可以棄用背壓閥改換其他非閥類背壓元件則可大大地減少系統的發熱量。

而

採用扭矩控制模式下的伺服電機來控制液壓馬達作為背壓元件，其同樣可提供排油背壓採用此種方式，可大大減少油液的發熱量，延長系統的使用壽命，提高裝置利用率及生產效率

。另外，由於採用伺服電機做扭矩控制，伺服液壓墊具有響應時間短、壓力控制準確等優點。

伺服液壓墊系統

壓邊工況下系統的油路原理圖

與普通液壓墊工作原理類似，伺服液壓墊在調壓油路上採用了液壓馬達，並以伺服電機作為液壓馬達的負載，從而產生排油背壓。

在伺服液壓墊提供壓邊力時，液壓系統中無背壓閥。如下圖所示，液壓馬達的能量損失只有少部分的容積效率損失轉化為油液的熱能，大部分能量損失傳遞至伺服電機的制動電阻上，可大幅降低油液的溫升。

伺服液壓墊液壓系統能量損失和能量傳遞過程

分 析 驗 證

透過對液壓墊關鍵元件溫度模型和液壓墊熱力學模型的分析，並對兩種液壓墊液壓系統在壓邊工況下進行7200 s的熱力學動態模擬，其溫度與時間的關係如下圖所示（取值間隔為一個拉伸週期）。

伺服液壓墊及普通液壓墊系統調壓管油液溫度模擬值

模擬值顯示，伺服液壓墊的降溫效果明顯優於普通液壓墊系統。

而進一步的實際實驗也表明，伺服壓墊液壓系統達到熱平衡時的油液溫升更小，更能夠滿足實際的使用需求。