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液壓油箱設(shè)計(jì)要點(diǎn),從設(shè)計(jì)計(jì)算,到細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)講述

2018-07-13 by Jun Tai


  摘 要:
  油箱必須有足夠的容積,須確保油液冷卻、不溶物沉淀及空氣釋放…等功能,另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì);而工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何?,因此設(shè)計(jì)滿足機(jī)能之油箱相當(dāng)重要,本報(bào)告則針對(duì)油箱主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)要點(diǎn)作說(shuō)明。
  一、 說(shuō)明:
  由機(jī)能方面而言,油箱容積(Oil tank capacity)越大越好,但以小型化和操作上的經(jīng)濟(jì)性等方面考量,卻希望小一點(diǎn)為宜,且油箱須確保油液冷卻、不溶物沉淀及空氣釋放…等功能,因此設(shè)計(jì)滿足機(jī)能之油箱結(jié)構(gòu),則可作詳細(xì)的討論。
  二、 設(shè)計(jì)要點(diǎn):
  1. 油箱結(jié)構(gòu):
  一般採(cǎi)用抗腐蝕性鋼材製作,且須考量油箱內(nèi)表面防腐處理,并顧及與介質(zhì)之相容性、處理后之可加工性及製造之經(jīng)濟(jì)性,條件允許時(shí)採(cǎi)用不銹鋼製作是最理想的選擇。
  油箱必須有足夠的容積,一方面須滿足散熱的要求,另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì),工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何弧R虼擞拖浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需具下述特點(diǎn),以下針對(duì)其構(gòu)成零件說(shuō)明:
  (1) 油箱本體:厚度3~4mm,若油箱容積超過(guò)320L,厚度取4~6mm,側(cè)壁須安裝油位計(jì)以掌控實(shí)際油位高度。
  (2) 維修蓋:於本體側(cè)壁設(shè)計(jì)一或多個(gè)維修蓋,須配合密合墊、螺栓組裝,避免洩漏。其主要功用,便於清洗過(guò)濾器及油箱。
  (3) 箱底:以傾斜的方式與壁板焊接成形,并於最低處安裝洩油口,便於洩油。
  (4) 吸油管及回油管應(yīng)插入至最低液面以下,防止吸空和回油噴濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離不小於3倍管徑。
  (5) Drain油管:於液壓系統(tǒng)中,作為壓力控制閥等組件之泄油功用,設(shè)計(jì)時(shí)須注意不可插入油液下,防止背壓對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
  (6) 回油管口須斜切45°角并面向箱壁,增大回油管口之截面積,可減慢流速防止衝擊箱底之沉積物。
  (7) 吸油管末端可安裝100μm之網(wǎng)式過(guò)濾器,防止大形異物吸入系統(tǒng)中,安裝位置須利於過(guò)濾器的清洗與拆裝。
  (8) 空氣呼吸器:防止油箱出現(xiàn)負(fù)壓而設(shè)置的通氣孔上須裝空氣濾清器,其容量至少為液壓泵額定流量的2倍。
  (9) 油箱蓋:厚度為本體壁厚之3~4倍,製成凹狀避免上方組件洩漏污染,并於蓋上鉆孔(含出回油管孔、注油口、通氣孔以及安裝液壓集成裝置的安裝孔等)。
  (10) 隔板:分隔吸油和回油區(qū)域,增加回油路徑,有利於回油雜質(zhì)沉淀、氣泡分離及散熱等優(yōu)點(diǎn)。其高度至少取最低油位的1/2,最高不超過(guò)最高油位之3/4,厚度與本體壁厚相等。若考慮強(qiáng)制油空分離設(shè)計(jì),其隔板高與液位同高,并於下方1/3處安裝5mm2 mesh之不銹鋼網(wǎng),讓油液通過(guò)時(shí)達(dá)到強(qiáng)制油空分離的效果。
  2. 容積計(jì)算:
  (1) 油箱容積與系統(tǒng)的流量有關(guān),一般於間歇性操作的情況,其容積取泵浦最大流量的3倍(防火型液壓油取5倍),如泵浦每分鐘最大可提供50L的流量,則油箱容積須為150L。若屬於連續(xù)性操作其容積必須再多2倍甚至3倍,即200~300L。容積為1000L以下,則油箱之外形、基礎(chǔ)尺寸可參照DIN24339設(shè)計(jì);容積為1000L以上,其長(zhǎng)寬高比值取1:1:1至3:2:1之范圍設(shè)計(jì),亦可考慮增加補(bǔ)強(qiáng)板,以增加剛性。其計(jì)算式如下:
  Vtot=n×Q
  其中: Vtot:油箱容積(L) Q:泵浦最大供油量(L) n:倍數(shù)(礦物油n=3,防火性液壓油n=5)
  3. 其他要項(xiàng):
  (1) 油箱內(nèi)回油集中部分及清污口附近宜裝設(shè)磁性塊,以吸附油液中的鐵屑和帶磁性顆粒
  (2) 為運(yùn)輸安裝方便,大、中型油箱應(yīng)設(shè)吊耳。
  (3) 油液溫度建議在30~50℃范圍內(nèi)工作比較合適,最高不應(yīng)超過(guò)60℃,最低不低於15℃。
  三。設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)
  1 箱頂結(jié)構(gòu)
  油箱的箱頂結(jié)構(gòu)取決于它上面安裝的元件。例如,如果液壓泵吸油口布置在油箱內(nèi)部液面以下,則箱頂應(yīng)為或應(yīng)有可拆卸的蓋。箱蓋及管子引出口之類的所有開(kāi)口都要妥為密封。箱頂上安裝液壓泵組時(shí),頂板的厚度應(yīng)為側(cè)板厚度的四倍,以免產(chǎn)生振動(dòng)。液壓泵組與箱頂之間應(yīng)設(shè)置隔振墊。為了便于布置和維修,有時(shí)在箱頂上裝設(shè)回油過(guò)濾器。
  箱頂上一般要設(shè)置空氣濾清器、注油口,空氣濾清器通常為附帶注油口的結(jié)構(gòu)(圖1),取下通氣帽可以注油 ,放回通氣帽即成空氣濾清器。注油過(guò)濾器的網(wǎng)眼應(yīng)小于250μ m,過(guò)流量應(yīng)大于 10L/min。空氣濾清器的過(guò)濾精度起碼40μm,其通氣量應(yīng)是液壓泵流量的2倍,以便在系統(tǒng)峰值流量期間液面迅速下降時(shí),也能在油箱內(nèi)部保持大氣壓力,或者保持通氣壓降不超過(guò)0.1kPa。空氣濾清器氣帽一般帶有保險(xiǎn)鏈用以預(yù)防通氣帽跌落或丟失。周圈環(huán)境較臟時(shí),應(yīng)采用油浴式空氣濾清器。當(dāng)周圍空氣濕度較大時(shí),比如在熱帶使用的液壓設(shè)備,可采用空氣干澡器(也稱吸濕器)合用的注油通氣器,它兼有除濕、收塵和注油的功能。
  油箱箱頂上的螺紋孔應(yīng)該用盲孔(不通孔),以防污染物落入油箱內(nèi)。箱頂與箱壁的連接方式見(jiàn)(圖2),其中方案D是可拆連接,其他為不可拆連接。另外,方案B、C、D都形成滴油盤來(lái)收集檢修時(shí)滴落的油液(見(jiàn)圖2)。
  2 箱壁構(gòu)成
  對(duì)于鋼板焊接的油箱,箱頂上安裝液壓泵組時(shí),側(cè)板厚度應(yīng)適當(dāng)加大。
  當(dāng)箱頂與箱壁之間為不可拆連接時(shí),應(yīng)在箱壁上至少設(shè)置一個(gè)清洗孔(俗稱人孔)。清洗孔的數(shù)量和位置應(yīng)便于用手清理油箱所有內(nèi)表面。清洗口法蘭蓋板應(yīng)該能由一個(gè)人拆裝。法蘭蓋板應(yīng)配有可以重復(fù)使用的彈性密封件。
  為了便于搬運(yùn).應(yīng)在油箱箱壁上方的四角焊接吊耳(也稱吊環(huán))。吊耳有圓柱形和鉤形2種。圓柱形焊接吊耳及其尺寸見(jiàn)圖3和表1,鉤形焊接吊耳見(jiàn)圖4和表2。圖中d1、d為 直 徑 , R 為 半 徑 , L 、l 為 長(zhǎng) 度 , b 為 寬 度 ,1h 、2h 、3h 為高度 ,S為厚度 ,1r 、2r 為半徑(見(jiàn)圖3、4,表1、2)。
  液位計(jì)通常為帶有溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)。液位計(jì)一般設(shè)在油箱外壁上,并近靠注油口,以便注油時(shí)觀測(cè)液面。液位計(jì)的下刻線至少應(yīng)比吸油過(guò)濾器或吸油管口上緣高出75mm,以防吸入空氣。液位計(jì)的上刻線對(duì)應(yīng)著油液的容量。液位計(jì)與油箱的連接處有密封措施。對(duì)于油溫有嚴(yán)格要求的液壓裝置,可采用傳感式液位溫度計(jì),它是利用靈敏度較高的雙金屬片的熱脹冷縮原理來(lái)測(cè)量油溫的。對(duì)于大型油箱則應(yīng)設(shè)浮子式液面?zhèn)鞲衅饕员阍谝好娓叨犬惓r(shí),發(fā)出報(bào)警或保護(hù)的電信號(hào)。
  3 箱底結(jié)構(gòu)
  應(yīng)在油箱底部最低點(diǎn)設(shè)置放油塞(≥M18× 1.5),以便油箱清洗和油液更換。為此,箱底應(yīng)朝向清洗孔和放油塞傾斜,傾斜坡度通常為1/25~1/20,這樣可以促使沉積物(油泥或水)聚集到油箱的最低點(diǎn)。為了便于放油和搬運(yùn),應(yīng)該把油箱架起來(lái),油箱底部離開(kāi)地面至少150mm。油箱應(yīng)設(shè)有支腳。支腳應(yīng)該有足夠大的面積,以便可以用墊片和鍥鐵來(lái)調(diào)平。
  4 隔板設(shè)計(jì)
  為了延長(zhǎng)油液在油箱中逗留的時(shí)間,促進(jìn)油液在油箱中的環(huán)流,使更多的油液參與系統(tǒng)的循環(huán),從而更好地發(fā)揮油箱的散熱、除氣、沉淀等功能,油箱中,尤其在油液容量超過(guò)100L的油箱中應(yīng)設(shè)置內(nèi)部隔板。隔板要把系統(tǒng)回油區(qū)與吸油區(qū)隔開(kāi),并盡可能使油液在油箱內(nèi)沿著油箱壁環(huán)流。隔板缺口處要有足夠大的過(guò)流面積,使環(huán)流流速為0.3~0.6m/s。隔板結(jié)構(gòu)有溢流式標(biāo)準(zhǔn)型、溢流式和回流式等多種型式。溢流式隔板的高度不應(yīng)低于液面高度的2/3;隔板下部應(yīng)開(kāi)有缺口,以使吸油側(cè)的沉淀物經(jīng)此缺口至回油側(cè),并經(jīng)放油口排出。
  5 管路配置
  液壓系統(tǒng)的管路要進(jìn)入油箱并在油箱內(nèi)部終結(jié)。
  (l)吸油管和回油管。液壓泵的吸油管和系統(tǒng)的回油管要分別進(jìn)入由隔板隔開(kāi)的吸油區(qū)和回油區(qū),管端應(yīng)加工成朝向箱壁的45°斜口,這樣既可增加開(kāi)口面積、又有利于沿箱壁環(huán)流。為了防止空氣吸入(吸油管)或混入(回油管),以免攪動(dòng)或吸入箱底沉積物。管口上緣至少要低于最低液面75mm,管口下緣至少離開(kāi)箱底最高點(diǎn)50mm。
  吸油管前必須安裝粗過(guò)濾器,以清除較大顆粒雜質(zhì),保護(hù)液壓泵。建議在回油管上安裝精過(guò)濾器,以濾除細(xì)微顆粒雜質(zhì),保護(hù)液壓元件。
  (2)泄油管。泄油管應(yīng)盡量單獨(dú)接入油箱并在液面以上終結(jié)。如果泄油管通入液面以下,要采取措施防止出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象。例如可在泄油管露出液面的部分開(kāi)一個(gè)小孔。
  (3)穿孔的密封。油管常從箱頂或箱壁穿過(guò)而進(jìn)入油箱,穿孔處要妥為密封。最好在接口處焊出高出箱頂20mm的凸臺(tái),以免維修時(shí)箱頂上的污物落入油箱。
  6 過(guò)濾器選用
  過(guò)濾器的功用是過(guò)濾液壓油液中的雜質(zhì),降低油液污染度,保證液壓系統(tǒng)正常上作。由于液壓系統(tǒng)的故障絕大多數(shù)由油液污染造成,而過(guò)濾器是保持油液清潔的主要手段,所以合理選擇和設(shè)置液壓系統(tǒng)中的過(guò)濾器顯得非常重 要 。
  在選擇過(guò)濾器時(shí),一方面要根據(jù)液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求,確定過(guò)濾器類型、過(guò)濾精度及尺寸規(guī)格,同時(shí)過(guò)濾器還應(yīng)具有足夠的通流能力,濾芯要有足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕性能,清洗和更換方便等。
  7 油箱的材料和表面處理
  多數(shù)油箱采用焊接方法獲得。油箱的箱頂、箱壁、箱底、和隔板的常用材料為Q235A鋼板 ,吊耳常用材料為 35鋼。箱頂與箱壁常用可拆連接(例如箱壁內(nèi)側(cè)四周焊接角鋼,箱頂放置在角鋼上,并通過(guò)螺釘實(shí)現(xiàn)箱頂與箱壁的連接)。焊接而成的油箱須徹底清理以便清除所有泥上、切屑和毛刺、氧化皮。輕度銹蝕可用鋼絲刷或砂輪機(jī)清理,嚴(yán)重銹蝕和氧化的表面應(yīng)噴丸處理。涂漆方式取決于使用油液的種類。涂漆之前一般要磷化處理或噴丸,并用稀料等溶劑洗凈脫脂后用壓縮空氣吹干。使用石油基液壓油的鋼板焊接油箱涂40μm以上的環(huán)氧底漆;長(zhǎng)期存放或出口設(shè)備涂30μm以上的底漆和30μm以上的環(huán)氧面漆。使用乳化液或水乙二醇介質(zhì)的油箱不涂漆,在磷化或噴丸處理后直接涂布防銹油。在預(yù)處理之后鍍鋅。
  8 結(jié)語(yǔ)
  過(guò)去認(rèn)為,油箱有分離和沉積油液中污物的作用,但近期的液壓系統(tǒng)污染控制理論,要求油箱不再是一個(gè)容污納垢的場(chǎng)合,而要求在油箱中的油液本身是達(dá)到一定清潔度等級(jí)的油液,并以這樣清潔的油液提供給液壓泵和整個(gè)液壓系統(tǒng)的工作回路,因此對(duì)油箱的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和維護(hù)都應(yīng)按照以上這些功能要求來(lái)實(shí)施。

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