全液压推土机液压系统散热方案

方面采取有效措施降低行走闭式回路内部油温， 另
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一方面采用多种方式对整个液压系统进行散热， 降 低液压油箱内的液压油温度。
１ 行走闭式回路散热
闭式回路如图 １ 所示， 液压泵、马达一般采用以 下方式进行散热。
闭式系统工作时， 补油泵补给的液压油温度较 低， 其中一部分液压油从补油单向阀 ２ 进入闭式回 路， 另一部分多余的冷液压油则通过补油溢流阀 １ 冲洗液压泵运动部件和壳体， 对液压泵运动零件的 表面进行冷却， 带走了大量的热量。因此一般来说， 行走液压泵的散热条件相对较好。
的限制， 油箱往往设计得较小， 因而散热面积不可能 时， 阀芯位置如图所示， 液压油不经散热器直接回油
太大。②增大液压系统管径， 减小管路的压力损失， 箱， 液压泵、液压马达壳体压力降低； 油温超过设定
同时管路应尽可能使用散热性能良好的钢管。③采 范围时， 温控阀推动阀芯右移， 液压泵、液压马达壳
用液压油散热器。由于推土机底盘输入功率大， 需要 体回油全部经过散热器后回油箱； 当油温处于设定
Ｈｙｄｒｏｓ ｔａ ｔｉｃｓ ａ ｎｄ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａ ｍｉｃｓ
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液 压
全液压推土机液压系统散热方案
液 力
三一重工股份有限公司 熊逸群 彭继文
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摘 要： 对全液压推土机行走油路发热进行分析， 介 绍 了 利 用 闭 式 系 统 回 油 散 热 、补 油 系 统 高 压 回 路
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１．液压泵 ２．风扇马达 ３．电比例阀 ４．单向阀 ５．发动机 图 ４ 节能型散热系统
以上对全液压推土机液压系统几种散热方案进 行简要分析， 并分析了各方案的优缺点。其中具有控 温、节能效果的电子控制智能型散热系统必将得到 更加广泛的应用。
参考文献 ［１］ 焦生杰等． 工程机械机电液一体化［Ｍ］． 北京：人民交通
散发的热量极大， 特别是在闭式系统处于低效区（ 如 值区域时， 一部分油液流经散热器， 另一部分油液直
液压泵排量不足额定排量的 １／４， 或液压马达在小排 接回油箱， 系统油温处于平衡状态。
量、高转速工况） 时， 用温度传感器检测闭式系统温 ２．２ 利用补油系统高压回路散热
度， 可以发现其持续升高。单靠自然散热冷却不足以
Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ７
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｉｎ Ｅｎｇｌｉｓｈ
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ｏｆ ａ ｍｕｌｔｉ － ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｉｄｅ － ｌｏａｄｉｎｇ ｂａｔｔｅｒｙ ｆｏｒｋｌｉｆｔ． Ｔｈｅｎ ｉｔ ｉｓ ｅｎ－ Ｏｉｌ Ｔａｎｋ ｏｆ Ｔｒ ｕｃｋ Ｃｒ ａｎｅ
位的油膜被破坏、油液泄漏增加、密封材料加速老
化、液压元件中热膨胀系数不同的运动副之间间隙
变小发生卡滞等现象， 直接导致液压系统性能和可
靠性的降低。因此， 液压系统内部油温是决定系统工
作寿命， 甚至能否正常工作的重要因素之一， 一般认
为理想液压油温在 ５５￣７０ ℃为宜。
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全液压推土机散热系统主要考虑两个方面， 一
散 热 、工 作 装 置 液 压 系 统 回 油 散 热 等 几 种 散 热 方 案 并 分 析 了 各 种 方 案 的 特 点 。
关键词： 全液压推土机 液压系统 散热
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全液压推土机的底盘传动液压系统一般采用由
变量液压泵、液压马达组成的闭式回路， 闭式系统液
通常液压马达上均带有标准冲洗阀， 利用置换 低压油的方式对液压马达进行散热， 一般情况下可 保证液压马达工作在正常温度下。但对于以土石方 作业为主的全液压推土机而言， 如采用标准节流孔 的冲洗阀， 马达液压油温度仍可能超过允许值， 这时 可采用两种办法解决： 一是加大液压马达冲洗流量， 如适当加大冲洗节流孔或补油压力， 但此时应计算 加大冲洗流量后补油流量是否足够， 如不够则需增 大补油泵排量； 二是引入外部冷油对液压马达壳体
ｔｅｒｅｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｉｎｔｏ Ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｏｗ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ａｌｌｏｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｓｔ ｗｉｔｈ Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ ｍｏｄｕｌａｒ． Ｔｈｅ ａｌｌｏｙｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ． Ｄｒａｗｉｎｇ ｄｉｅ ｆｏｒ ｏｉｌ ｔａｎｋ ｏｆ
目前广泛使用的是由双向变量泵和变量（ 或定量） 马 油系统全部流量， 故散热效果很好。不过也有明显的
达组成的闭式系统。其液压泵、马达液压效率极高， 缺点： 在寒冷地区， 冷机启动时由于液压油黏度太
在额定使用条件下， 其容积效率可 达 到 ９７％ ， 机 械 高， 旁通单向阀开启特性变差， 油散热器产生的背压
图 ３ 补油高压油路散热
点是： ①无论何时， 散热流量为补油系统全流量， 流 量大且稳定， 同时散热后的冷油（ 大大低于液压油箱 温度） 直接进入闭式油路， 故可直接降低闭式回路内 部油温， 这对提高闭式系统效率和元件寿命大有裨 益。②采用该散热方案的液压泵、液压马达回油可直 接回油箱， 一举解决泵、马达壳体压力高的隐患。该 系统的缺点是散热器持续承受较高压力 （ 约 ２ ＭＰａ） ， 但近年来国内铝翅片散热器生产材料和工艺 有长足进步， 现已出现能长时间承受 ３ ＭＰａ 以内压 力， 瞬时承受 １０ ＭＰａ 以上压力的液压油散热器， 因 此该散热方案的实施将不再有任何障碍。 ２．３ 利用工作装置液压系统的回油散热
ｍａｓｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｔｅｓｔ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｒｕｃｋ ｃｒａｎｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ａｌｌｏｙ． Ｉｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｅｎｇｉ－ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｓｏｍｅ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ
压马达轴承进行冲洗。
不可少的选择。
２ 整机液压系统散热
全液压推土机一般采用风冷散热， 按散热系统 的位置和原理不同大概分为以下几种：
降低整机液压油温主要从节能和加大散热能力 ２．１ 利用闭式系统回油散热
两方面考虑。节能方面主要是控制发热源， 让系统尽
将液压泵、液压马达 Ｔ 口回油直接接入散热器，
可能地少产生热量， 而加大散热能力则是尽可能多 如三一重工 ＤＨ 系列全液压推土机。原理图见图 １。
地带走热量， 使系统温度降低。
液压油散热器由柴油机风扇散热， 旁通单向阀 ４ 用
从节能上讲主要方法有： ①闭式回路使用传动 来保护散热器， 开启压力一般为 ０．２～０．３ ＭＰａ。这种
效率高的液压泵、液压马达。齿轮泵、齿轮马达组成 散热方式的优点是： 液压泵、液压马达的壳体回油温
的闭式系统由于其工作压力低、效率低已很少使用。 度高， 旁通单向阀关闭时， 流经散热器的液压油为补
推土机工作装置系统通常流量较大， 因此散热 系统的另一种方案是利用工作装置液压系统回油散 热。其优点是能彻底解决闭式系统液压泵、液压马达 壳体压力高的问题， 但缺点也较明显： ①由于工作液 压缸存在缸径比， 故液压缸动作时， 多路阀回油流量 瞬时波动较大， 导致散热器承受的流量和背压冲击 较大， 这对液压油散热器抗冲击能力有较高要求。②
效率可高达 ９５％ 。②工作装置液压系统采用负载敏 可能大大超过液压泵、液压马达轴端油封的耐压值，
感泵和多路阀。
导致油封损坏。
从加大散热能力而言主要方法有： ①增大液压
一个较好的解决办法是在该系统中增加一个机
油箱散热面积。但对于推土机来说， 由于受结构条件 械式温控阀， 如图 ２ 所示。液压油温低于设定范围
（ １）
式中：Ｑ 为闭式系统流量， Ｌ／ｍｉｎ； "ｐ 为系统的工作压
差（ ＭＰａ） ； η为传动总效率。
式（１）说明， 闭式系统发热量与系统流量、压差和
传动效率相关， 系统流量越大、压差越大、传动效率
越低， 则系统发热量越大。
全液压推土机属于循环作业机械， 前进时慢速
大负荷推土， 后退时高速倒车（ 液压马达处于小排量
将液压油散放在补油系统的高压油路， 如
使油温保持在 ７０℃以下， 应在液压系统中设置冷却 ＬＩＥＢＨＥＲＲ 的 ＰＲ７３２ 推土机（ 见图 ３） 。该系统的优
工程机械 ２００６（７）
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图 ２ 带温控阀的回油散热系统
相比之下， 液压马达工况更为恶劣。一方面， 外 界急剧变化的负载转矩直接作用在液压马达上， 系 统压力波动频繁且剧烈； 另一方面推土机倒车和转 场时， 通常将液压马达置于小排量状态 （ 排量比 β≤０．５） ， 此 时 液 压 马 达 转 速 、压 力 均 很 高 ， 但 其 容 积效率和机械效率却较低， 这就直接导致液压马达 发热严重， 通常液压马达内部油温比液压泵内油温 高 １０ ℃以上。因此对于闭式回路而言， 温度最高的 地 方 一 般 出 现 在 行 走 液 压 马 达 上 。闭 式 油 路 最 高 油 温通常取决于液压马达允许的最高油温， 如力士乐 Ａ６Ｖ 系列液压马达要求壳体油温不得超过 １１５ ℃。
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Ｈｙｄｒｏｓ ｔａ ｔｉｃｓ ａ ｎｄ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａ ｍｉｃｓ
液 压
液 力
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１．补油溢流阀 ２．补油单向阀 ３．马达冲洗阀 ４．旁通单向阀 ５．液压油散热器
图 １ 闭式系统回路图
进行冲洗， 如从控制油路引入 Ａ６Ｖ 马达的 Ｕ 口对液 器进行强制冷却， 此时使用液压油散热器就成为必
出版社， ２０００． ［２］ 姚 怀 新 ， 陈 波． 工 程 机 械 底 盘 及 其 液 压 传 动 理 论［Ｍ］．
北京：人民交通出版社， ２００１．
通信地址： 湖南长沙三一重工股份有限公司（４１０１００） （收稿日期：２００５－ １２－ ０５）
工程机械 ２００６（７）
Ｃｏｎｓｔｒ ｕｃｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒ ｙ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
压泵、液压马达在工作过程中由于高压泄漏、内部运
动部件的机械摩擦（ 如轴承高速转动、柱塞在柱塞腔
内往复运动、缸体与配流盘相对转动等） 会导致一部
分系统功率损失， 这一部分损失的功率将全部转化
成热能被系统的油液及元器件所吸收， 使液压系统
温度升高。
闭式系统发热功率 Ｐｔ 为：
Ｐｔ＝Ｑ!ｐ（ １－ !） ／６０（ ｋＷ）
状态） ， 其行走闭式回路输入功率大， 散热条件不好，
造成内部油温（ 特别是对于行走液压马达） 比液压油
箱内的油温高得多。除此之外， 控制铲刀及松土器动
作的开式液压系统同样由于系统溢流、节流损失、摩
擦、容积效率等原因产生大量的热量， 上述因素均使
全液压推土机液压油温度升高。
液压油温度升高， 将出现油液黏度降低、润滑部
由于散热器回油背压的存在， 工作装置液压系统空 载压力损失增加， 造成发动机功率损失。
３ 发展趋势
随着电子技术在工程机械上得到广泛使用， 其 在全液压推土机上也开始得到应用。图 ４ 所示的电 子控制散热系统为利勃海尔的新型推土机所采用。 图中传感器 Ｒ８ 用于检测液压油温， 电比例阀 ３ 由 ＣＰＵ 输出电流控制。当发动机转速一定时， 液压泵 输出流量恒定。机器刚开始启动时， 油温低于设定 值， 此时控制器 ＣＰＵ 输出较大电流， 电比例阀 ３ 开 度最大， 液压油大部分被旁通， 风扇转速较低； 随着 液 压 油 温 的 不 断 升 高 ， ＣＰＵ 输 出 电 流 渐 渐 减 小 ， 电 比例阀 ３ 开度也减小， 风扇转速增高； 当油温超过设 定上限时， 控制器输出电流较小， 风扇以最高转速运 转。这样就把液压油温控制到合理的使用范围内， 而 且具有一定的节能作用。