石立京，周 顯，周開(kāi)坤，孫文慶

（徐工礦業(yè)機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221000）

液壓系統(tǒng)是工程機(jī)械中的一個(gè)重要部分，液壓系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功率密度大、工作平穩(wěn)且可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用日趨廣泛。但液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油粘度要求較高，尤其在較低氣溫環(huán)境下，如果不采取預(yù)熱方式，將會(huì)導(dǎo)致液壓元件失效，從而帶來(lái)停機(jī)導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 液壓元件對(duì)液壓油黏度要求

根據(jù)不同環(huán)境溫度采用不同黏度的液壓油，液壓油選用溫度范圍見(jiàn)圖1。

圖1 液壓油選用溫度范圍

液壓挖掘機(jī)通常采用斜盤(pán)式柱塞變量泵，該規(guī)格柱塞泵要求液壓油的粘度范圍為10～1000mm2/s。其中液壓油粘度v=10mm2/s，要求短時(shí)間內(nèi)（t＜3min）；液壓油粘度v=1000mm2/s，要求短時(shí)間內(nèi)（冷啟動(dòng)時(shí)，工作粘度在15min內(nèi)應(yīng)達(dá)到100mm2/s以下）。液壓油粘度在16～100mm2/s范圍內(nèi)，機(jī)器可以連續(xù)操作。最佳工作的粘度范圍為16～36mm2/s。液壓油粘度和溫度關(guān)系曲線見(jiàn)圖2。

2 液壓系統(tǒng)預(yù)熱方式

根據(jù)環(huán)境溫度的不同，液壓系統(tǒng)預(yù)熱方式通常分為液壓系統(tǒng)啟動(dòng)前預(yù)熱和啟動(dòng)后預(yù)熱。為了降低液壓油采購(gòu)成本，客戶在冬季采用通用油而非冬季專用油。某些低溫性能較好的液壓油高溫性能比較差，例如殼牌S4 VX系列液壓油能夠在環(huán)境溫度為-50℃地帶工作，但要求用于持續(xù)油溫不超過(guò)75℃液壓系統(tǒng)，啟動(dòng)前預(yù)熱采用加熱器及外部加熱方式。本文著重介紹液壓系統(tǒng)加熱器預(yù)熱，將液壓油加熱到粘度≤1000mm2/s，根據(jù)采用的不同油品來(lái)確定加熱溫度值。啟動(dòng)后預(yù)熱通常采用節(jié)流和溢流預(yù)熱，使得液壓油粘度達(dá)到100mm2/s以內(nèi)，根據(jù)采用的不同油品來(lái)確定加熱溫度值。液壓系統(tǒng)預(yù)熱的前提需要將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行怠速暖機(jī)，根據(jù)水溫分3種情況：（1）如果水溫≥0℃，發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間大約需要15min；（2）如果-18℃≤水溫≤0℃，發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間大約需要30min；（3）如果水溫＜-18℃，發(fā)動(dòng)機(jī)需要采取特殊方式進(jìn)行啟動(dòng)和暖機(jī)。

圖2 液壓油粘度與溫度關(guān)系

2.1 主油路節(jié)流自動(dòng)預(yù)熱

大型液壓挖掘機(jī)在怠速情況下，主泵的流量經(jīng)過(guò)主閥后回到液壓油箱。為了降低能量損失，此時(shí)主泵出口的壓力比較低。通常正流量液壓系統(tǒng)只有3～5bar，所以這時(shí)液壓系統(tǒng)預(yù)熱時(shí)間比較長(zhǎng)。如果急于操作機(jī)器，會(huì)對(duì)液壓元件造成損害。首先發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)暖機(jī)，將轉(zhuǎn)速設(shè)定為中速（通常為1400～1500rpm）。當(dāng)安全手柄處于鎖止?fàn)顟B(tài)，通過(guò)油溫傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控液壓系統(tǒng)溫度。檢測(cè)到液壓油溫低于25℃，自動(dòng)預(yù)熱功能將啟動(dòng)。在主泵出口和進(jìn)口設(shè)置三位二通電液換向閥，正常工作時(shí)處于完全打開(kāi)狀態(tài)，降低壓力損失。自動(dòng)預(yù)熱狀態(tài)時(shí)，該換向閥處于節(jié)流狀態(tài)，增加主泵出口壓力，加速液壓油溫升。通常主泵出口壓力設(shè)定為10～15MPa，加熱時(shí)間大約為15min。

如果安全手柄打開(kāi)，該換向閥切換到完全打開(kāi)狀態(tài)，否則會(huì)影響正常操作，但儀表會(huì)提示司機(jī)預(yù)熱操作。如果液壓油溫高于25℃，自動(dòng)預(yù)熱功能取消。當(dāng)處于怠速且不需要預(yù)熱時(shí)，該閥處于關(guān)閉狀態(tài)，即閉中心，將主泵的流量降到最低僅滿足泄漏量和潤(rùn)滑要求，降低液壓系統(tǒng)能耗。液壓原理見(jiàn)圖3。

2.2 主油路溢流主動(dòng)預(yù)熱

發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱后，將其轉(zhuǎn)速設(shè)定為中速（通常為1400～1500rpm），緩慢移動(dòng)手柄使鏟斗外擺并保持不動(dòng)。由于鏟斗油缸完全收回，主泵流量通過(guò)主閥溢流閥后回到液壓油箱，溢流產(chǎn)生的能量加熱液壓油。運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)5min，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整為最高轉(zhuǎn)速，緩慢操作動(dòng)臂、斗桿和鏟斗動(dòng)作使液壓油缸至行程末端。緩慢操作行走和旋轉(zhuǎn)功能，只允許進(jìn)行短距離操作，將液壓油溫上升為標(biāo)準(zhǔn)值且動(dòng)作時(shí)間正常。每次連續(xù)溢流的時(shí)間不能超過(guò)10s，且務(wù)必要有5～10s時(shí)間間隔，否則會(huì)導(dǎo)致主控制閥因溫度過(guò)高出現(xiàn)故障。

2.3 采用加熱器預(yù)熱

在液壓系統(tǒng)啟動(dòng)前通常采用加熱器預(yù)熱形式，液壓油采用浸入式加熱器和強(qiáng)制循環(huán)加熱系統(tǒng)。

金屬管電熱元件首先要滿足JB/T 2379-2016標(biāo)準(zhǔn)要求，其次還要考慮表面負(fù)荷參數(shù)，主要涉及液壓油的熱穩(wěn)定性，溫度過(guò)高會(huì)致液壓油老化、炭化等。殼牌液壓油的表面負(fù)荷≤11.5kJ/m2。在選用時(shí)主要考慮加熱器是安裝在非流動(dòng)介質(zhì)或流動(dòng)介質(zhì)。在自然對(duì)流狀態(tài)下，潤(rùn)滑油的對(duì)流傳熱系數(shù)只有67～114W/（m2K）。在強(qiáng)制對(duì)流狀態(tài)下，潤(rùn)滑油的對(duì)流傳熱系數(shù)一般為170～280W/（m2K）。當(dāng)加熱到指定溫度時(shí)，加熱器自動(dòng)停止加熱，加熱器本身可集成該功能。加熱時(shí)間和油品種類確定之后，可計(jì)算加熱器所需總功率

式中P——加熱器所需功率，kW；

V——液壓油體積，m3；

c——液壓油比熱容，J/kg·K；

ρ——液壓油密度，kg/m3；

T1——目標(biāo)溫度，℃；

T2——初始溫度，℃；

Z——加熱時(shí)間，h。

2.4 減少散熱加速預(yù)熱

通過(guò)減少液壓油散熱同樣可以加快液壓系統(tǒng)預(yù)熱，通常采取降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和風(fēng)量。大型液壓挖掘機(jī)出于節(jié)能考慮，液壓油和發(fā)動(dòng)機(jī)采用獨(dú)立散熱。液壓油溫度低于25℃時(shí)，獨(dú)立散熱泵出口流量直接回到液壓油箱而非驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)。此時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為零，加快液壓油溫升，同時(shí)降低液壓系統(tǒng)能耗。液壓原理見(jiàn)圖4。

圖4 風(fēng)扇零轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)液壓原理圖

3 結(jié)束語(yǔ)

大型液壓挖掘機(jī)在低溫情況下采用高粘度指數(shù)液壓油，在液壓系統(tǒng)啟動(dòng)前和油溫低于25℃時(shí)，需要對(duì)液壓系統(tǒng)預(yù)熱。本文就其主要預(yù)熱形式——節(jié)流預(yù)熱、溢流預(yù)熱和加熱器預(yù)熱等進(jìn)行了闡述。