油箱的设计要点
油箱
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
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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30~50C的范围之内，最高不超过65C，最低不低于15C，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汽车油箱容量；
△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（℃），
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