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最全面的液压油箱设计要点,从设计计算,到细节的设计讲述。

摘 要:

油箱必须有足够的容积,须确保油液冷却、不溶物沉淀及空气释放…等功能,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,因此设计满足机能之油箱相当重要,本报告则针对油箱主结构设计及相关要点作说明。

一、 说明:

由机能方面而言,油箱容积(Oil tank capacity)越大越好,但以小型化和操作上的经济性等方面考量,却希望小一点為宜,且油箱须确保油液冷却、不溶物沉淀及空气释放…等功能,因此设计满足机能之油箱结构,则可作详细的讨论。

二、 设计要点:

1. 油箱结构:

一般採用抗腐蚀性钢材製作,且须考量油箱内表面防腐处理,并顾及与介质之相容性、处理后之可加工性及製造之经济性,条件允许时採用不銹钢製作是最理想的选择。

油箱必须有足够的容积,一方面须满足散热的要求,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,工作时又能保持适当的液位。因此油箱结构设计需具下述特点,以下针对其构成零件说明:

(1) 油箱本体:厚度3~4mm,若油箱容积超过320L,厚度取4~6mm,侧壁须安装油位计以掌控实际油位高度。

(2) 维修盖:於本体侧壁设计一或多个维修盖,须配合密合垫、螺栓组装,避免洩漏。其主要功用,便於清洗过滤器及油箱。

(3) 箱底:以倾斜的方式与壁板焊接成形,并於最低处安装洩油口,便於洩油。

(4) 吸油管及回油管应插入至最低液面以下,防止吸空和回油喷溅產生气泡。管口与箱底、箱壁距离不小於3倍管径。

(5) Drain油管:於液压系统中,作為压力控制阀等组件之泄油功用,设计时须注意不可插入油液下,防止背压对系统產生影响。

(6) 回油管口须斜切45°角并面向箱壁,增大回油管口之截面积,可减慢流速防止衝击箱底之沉积物。

(7) 吸油管末端可安装100μm之网式过滤器,防止大形异物吸入系统中,安装位置须利於过滤器的清洗与拆装。

(8) 空气呼吸器:防止油箱出现负压而设置的通气孔上须装空气滤清器,其容量至少為液压泵额定流量的2倍。

(9) 油箱盖:厚度為本体壁厚之3~4倍,製成凹状避免上方组件洩漏污染,并於盖上钻孔(含出回油管孔、注油口、通气孔以及安装液压集成装置的安装孔等)。

(10) 隔板:分隔吸油和回油区域,增加回油路径,有利於回油杂质沉淀、气泡分离及散热等优点。其高度至少取最低油位的1/2,最高不超过最高油位之3/4,厚度与本体壁厚相等。若考虑强制油空分离设计,其隔板高与液位同高,并於下方1/3处安装5mm2 mesh之不銹钢网,让油液通过时达到强制油空分离的效果。

2. 容积计算:

(1) 油箱容积与系统的流量有关,一般於间歇性操作的情况,其容积取泵浦最大流量的3倍(防火型液压油取5倍),如泵浦每分鐘最大可提供50L的流量,则油箱容积须為150L。若属於连续性操作其容积必须再多2倍甚至3倍,即200~300L。容积為1000L以下,则油箱之外形、基础尺寸可参照DIN24339设计;容积為1000L以上,其长宽高比值取1:1:1至3:2:1之范围设计,亦可考虑增加补强板,以增加刚性。其计算式如下:

Vtot=n×Q

其中: Vtot:油箱容积(L)     Q:泵浦最大供油量(L)      n:倍数(矿物油n=3,防火性液压油n=5)

3. 其他要项:

(1) 油箱内回油集中部分及清污口附近宜装设磁性块,以吸附油液中的铁屑和带磁性颗粒

(2) 為运输安装方便,大、中型油箱应设吊耳。

(3) 油液温度建议在30~50℃范围内工作比较合适,最高不应超过60℃,最低不低於15℃。

三。设计细节

1 箱顶结构

油箱的箱顶结构取决于它上面安装的元件。例如,如果液压泵吸油口布置在油箱内部液面以下,则箱顶应为或应有可拆卸的盖。箱盖及管子引出口之类的所有开口都要妥为密封。箱顶上安装液压泵组时,顶板的厚度应为侧板厚度的四倍,以免产生振动。液压泵组与箱顶之间应设置隔振垫。为了便于布置和维修,有时在箱顶上装设回油过滤器。

箱顶上一般要设置空气滤清器、注油口,空气滤清器通常为附带注油口的结构(图1),取下通气帽可以注油 ,放回通气帽即成空气滤清器。注油过滤器的网眼应小于250μ m,过流量应大于 10L/min。空气滤清器的过滤精度起码40μm,其通气量应是液压泵流量的2倍,以便在系统峰值流量期间液面迅速下降时,也能在油箱内部保持大气压力,或者保持通气压降不超过0.1kPa。空气滤清器气帽一般带有保险链用以预防通气帽跌落或丢失。周圈环境较脏时,应采用油浴式空气滤清器。当周围空气湿度较大时,比如在热带使用的液压设备,可采用空气干澡器(也称吸湿器)合用的注油通气器,它兼有除湿、收尘和注油的功能。

油箱箱顶上的螺纹孔应该用盲孔(不通孔),以防污染物落入油箱内。箱顶与箱壁的连接方式见(图2),其中方案D是可拆连接,其他为不可拆连接。另外,方案B、C、D都形成滴油盘来收集检修时滴落的油液(见图2)。

2 箱壁构成

对于钢板焊接的油箱,箱顶上安装液压泵组时,侧板厚度应适当加大。

当箱顶与箱壁之间为不可拆连接时,应在箱壁上至少设置一个清洗孔(俗称人孔)。清洗孔的数量和位置应便于用手清理油箱所有内表面。清洗口法兰盖板应该能由一个人拆装。法兰盖板应配有可以重复使用的弹性密封件。

为了便于搬运.应在油箱箱壁上方的四角焊接吊耳(也称吊环)。吊耳有圆柱形和钩形2种。圆柱形焊接吊耳及其尺寸见图3和表1,钩形焊接吊耳见图4和表2。图中d1、d为 直 径 , R 为 半 径 , L 、l 为 长 度 , b 为 宽 度 ,1h 、2h 、3h 为高度 ,S为厚度 ,1r 、2r 为半径(见图3、4,表1、2)。

液位计通常为带有温度计的结构。液位计一般设在油箱外壁上,并近靠注油口,以便注油时观测液面。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管口上缘高出75mm,以防吸入空气。液位计的上刻线对应着油液的容量。液位计与油箱的连接处有密封措施。对于油温有严格要求的液压装置,可采用传感式液位温度计,它是利用灵敏度较高的双金属片的热胀冷缩原理来测量油温的。对于大型油箱则应设浮子式液面传感器以便在液面高度异常时,发出报警或保护的电信号。

3 箱底结构

应在油箱底部最低点设置放油塞(≥M18× 1.5),以便油箱清洗和油液更换。为此,箱底应朝向清洗孔和放油塞倾斜,倾斜坡度通常为1/25~1/20,这样可以促使沉积物(油泥或水)聚集到油箱的最低点。为了便于放油和搬运,应该把油箱架起来,油箱底部离开地面至少150mm。油箱应设有支脚。支脚应该有足够大的面积,以便可以用垫片和锲铁来调平。

4 隔板设计

为了延长油液在油箱中逗留的时间,促进油液在油箱中的环流,使

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