液壓系統(tǒng)風(fēng)冷卻器的選用方法

風(fēng)冷式油冷卻器（簡(jiǎn)稱風(fēng)冷卻器）是一種以空氣為冷卻源的鋁合金板翅式熱交換器，其特點(diǎn)是熱交換器芯體的油通道和風(fēng)通道均設(shè)換熱翅片，同體積比換熱面積大，傳熱效率高，以空氣為介質(zhì)進(jìn)行熱量交換。與水冷式散熱器相比，不僅安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，更可避免銅管爆裂造成的油水混合，對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的毀壞。其次，對(duì)于需要變換工作地點(diǎn)的設(shè)備（如工程機(jī)械）來(lái)說(shuō)，不需考慮水源的供應(yīng)，不存在水循環(huán)系統(tǒng)的拆裝和重建，是應(yīng)用日益廣泛的環(huán)保型產(chǎn)品。

目前，國(guó)內(nèi)的風(fēng)冷卻器生產(chǎn)廠家很多，型號(hào)也不盡相同，性能參數(shù)、安裝尺寸等出入較大，對(duì)用戶的選型和使用造成一定的困擾。在此，結(jié)合我廠開(kāi)發(fā)生產(chǎn)和客戶使用的經(jīng)驗(yàn)，談幾點(diǎn)風(fēng)冷卻器選用中應(yīng)注意的問(wèn)題，供大家參考并希望指正。

任何一款產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先考慮的是達(dá)成其功能性，或者說(shuō)功能性是第一位的，這是設(shè)計(jì)最基本的要素，風(fēng)冷卻器也一樣，給合常用設(shè)備液壓系統(tǒng)的油溫散熱要求，它的功能性著重體現(xiàn)在三個(gè)主要方面：一、適用壓力；二、適用流量；三、換熱效率。選用風(fēng)冷卻器時(shí)，這三個(gè)方面必須同時(shí)滿足，才算基本達(dá)到你的使用要求。下面就從這三個(gè)方面展開(kāi)談?wù)劇?

一、適用的壓力

通常指允許最大的工作壓力，或稱設(shè)計(jì)壓力。風(fēng)冷卻器屬于壓力容器，在液壓系統(tǒng)中，只適合用于回路的回油冷卻，所以要根據(jù)回路的最大壓力來(lái)選用風(fēng)冷卻器。為什么只用于回油冷卻呢？暫且不論油溫升高的成因，就風(fēng)冷卻器本身而言，其散熱主體（換熱芯）的耐壓能力是有限度的，板翅式鋁合金換熱芯的耐壓能力取決于其材質(zhì)物理性能、結(jié)構(gòu)和加工工藝。比方說(shuō)，結(jié)構(gòu)和加工工藝相同，材質(zhì)也一樣，油通道材料的厚度不同，耐壓能力也不同，越厚耐壓力越高。板翅式鋁合金風(fēng)冷卻器的設(shè)計(jì)壓力一般小于3.5Mpa，基于成本和實(shí)用性等原因通常是小于2.0Mpa,國(guó)外同行設(shè)計(jì)壓力多為1.6 Mpa，均遠(yuǎn)小于油路的最大工作壓力。顯然，壓力過(guò)高會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱芯爆裂損壞。

市面上流通的風(fēng)冷卻器產(chǎn)品，設(shè)計(jì)壓力一般分為三級(jí)：1，1.0Mpa(如AF系列)；2，2.0Mpa(如AH系列)；3,  3.5Mpa。設(shè)計(jì)壓力1.0Mpa的僅適用于變量葉片泵的泄油冷卻。

考慮到液壓系統(tǒng)回路壓力不穩(wěn)定以及回油瞬間可能產(chǎn)生的高壓脈沖，為確保風(fēng)冷卻器的使用壽命，生產(chǎn)產(chǎn)商強(qiáng)烈推薦----優(yōu)先采用獨(dú)立循環(huán)的冷卻方式。獨(dú)立循環(huán)就是風(fēng)冷卻器不再接到工作液壓系統(tǒng)的回路中，而是設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的冷卻回路，即加裝一個(gè)冷卻泵，直接從油箱吸取高溫的液壓油，經(jīng)風(fēng)冷卻器冷卻后直接送回油箱，這樣就可避免回油壓力過(guò)高而損壞風(fēng)冷卻器了。獨(dú)立循環(huán)冷卻泵的流量通常選取小于液壓油容積的三分之一。

當(dāng)需要接于定量泵的回油冷卻時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮到液壓系統(tǒng)中回油壓力的不穩(wěn)性，將風(fēng)冷卻器聯(lián)接于溢流閥的回油口，并于風(fēng)冷卻器的進(jìn)、出油口之間并聯(lián)一個(gè)開(kāi)啟壓力0.5Mpa的背壓閥，這是正確使用的方法（見(jiàn)下圖示）。當(dāng)用于變量泵的泄油冷卻時(shí)，由于其壓力通常小于1Mpa，只要流量合適，那么直接接于變量泵泄油口便可以了。筆者遇到這樣一個(gè)案例：一個(gè)客戶將一臺(tái)型號(hào)為AH0608TL（適用壓力2.0M0pa，流量50L/min）接于一臺(tái)快進(jìn)--工進(jìn)--快退的工作機(jī)上，結(jié)果在機(jī)械調(diào)試的過(guò)程中就發(fā)現(xiàn)換熱芯漏油，一看油通道爆開(kāi)了。該客戶原來(lái)使用水冷卻器，應(yīng)用戶要求改用風(fēng)冷卻器，由于風(fēng)冷卻器是直接接于回油路中，并沒(méi)有加裝背壓閥，而且系統(tǒng)回油速度很快，回油產(chǎn)生的脈沖壓力過(guò)高瞬間就將風(fēng)冷卻器擊爆了。

二、適用流量

風(fēng)冷卻器生產(chǎn)商提供的性能參數(shù)表中，就有適用流量這一項(xiàng)，常指靜壓狀態(tài)下低粘度液體每分鐘的通過(guò)量。在液體流速0.2-0.4m/s的范圍內(nèi)，風(fēng)冷卻器油通道是不容易爆裂的，故風(fēng)冷卻器適用流量值是理論的計(jì)算結(jié)合實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)測(cè)試綜合得出。

對(duì)于選用產(chǎn)品的工程師而言，準(zhǔn)確的回油流量計(jì)算往往較為復(fù)雜。所以，結(jié)合油路實(shí)際工況，用經(jīng)驗(yàn)的方法，就簡(jiǎn)便得多了。經(jīng)驗(yàn)計(jì)算如下：

風(fēng)冷卻器的工作流量=油泵流量×油缸有效面積比×安全系數(shù)             其中：

油缸有效面積比=無(wú)桿腔受壓面積÷有桿腔受壓面積（＞1）

安全系數(shù)：1.2～1.8，常取1.5

如果是多支油缸同時(shí)回油，視具體的情況要考慮在內(nèi)，流量相應(yīng)要加大，乘以相應(yīng)的倍數(shù)。

案例一：已知系統(tǒng)油泵GPY-10（10.06ml/rev）,電機(jī)轉(zhuǎn)速1390rpm,一支工作油缸(液壓缸內(nèi)徑50mm,活塞桿直徑20mm)，求風(fēng)冷卻器的工作流量？

油泵流量=10.06×1390=1398.34ml≈14L/min

無(wú)桿腔受壓面積＝(50/2)2  ×π=625π mm 2

有桿腔受壓面積=(50/2)2  ×π－(20/2)2×π=525π mm 2

油缸有效面積比=625π mm 2 /525π mm 2=1.19

安全系數(shù)取1.5,則有:

風(fēng)冷卻器的工作流量=14×1.19×1.5≈25L/min

故選用風(fēng)冷卻器的適用流量值大于或等于25L即可，再結(jié)合系統(tǒng)的發(fā)熱功率的大小，選定型號(hào)。

需要注意的是，靜壓（壓力基本恒定）狀態(tài)下，液壓油會(huì)通過(guò)換熱芯所有的油通道，但在有脈沖的情況下，液壓油只會(huì)通過(guò)部分的油通道，形成瞬間壓力過(guò)高是導(dǎo)致?lián)Q熱芯爆裂的常發(fā)原因,這也是調(diào)機(jī)時(shí)應(yīng)多加注意的事項(xiàng)。因此，不能按照風(fēng)冷卻器的工作流量等于油泵的排量來(lái)選型。

三、換熱效率

通俗地說(shuō)，就是風(fēng)冷卻器的散熱效率。許多用戶在選型時(shí)，往往選好適用的流量就OK了，然后根據(jù)流量值對(duì)應(yīng)的型號(hào)，選用一款風(fēng)冷卻器，這是不全面的。因?yàn)榱髁繚M足你的使用要求，并不代表該風(fēng)冷卻器的散熱效率也同時(shí)滿足你的要求。前面講到：一、適用壓力；二、適用流量；三、換熱效率。選用風(fēng)冷卻器時(shí)，這三個(gè)方面必須同時(shí)滿足，才算基本達(dá)到你的使用要求。

常有客戶打電話問(wèn),說(shuō)我的主油泵才30L/min,而我選了某牌子的60L/min的風(fēng)冷卻器，怎么油溫還降不下來(lái)啊.....,我第一句話就說(shuō)那可能是冷卻器的散熱效率不夠，舉個(gè)例字：同樣是30L/min主油泵系統(tǒng)，有的電機(jī)功率是3kw,有的配5.5kw甚至更大，系統(tǒng)熱損耗當(dāng)然不同。另外，就算是電機(jī)功率也一樣，你的系統(tǒng)工況不一樣，有的保壓時(shí)間長(zhǎng)，有的保壓時(shí)間短，系統(tǒng)的熱損耗也不一樣，你就要考慮使用的風(fēng)冷卻器的換熱效率了。