Некоторые гидравлические машины работают нормально сразу после запуска. Давление, скорость и шум могут казаться приемлемыми. Однако через 30 минут, час или дольше температура масла может продолжать расти. Машина может затем двигаться медленнее, терять эффективность, активировать сигнализацию о высокой температуре или автоматически отключаться.
Это не всегда означает, что компонент внезапно вышел из строя. Во многих случаях система генерирует тепло быстрее, чем резервуар, трубы и охладитель могут его удалить.
Конечная рабочая температура зависит от двух факторов:
- Тепло, генерируемое за единицу времени
- Тепло, рассеиваемое за единицу времени
Когда генерация тепла остается выше, чем его рассеивание, температура продолжает повышаться, пока система не достигнет нового теплового баланса. Если эта балансировочная температура выше допустимого диапазона, система перегревается.
Тепло накапливается постепенно
Гидравлическая система не достигает своей максимальной температуры сразу после запуска. Масло, резервуар, насос, клапанный блок, трубы и актуаторы поглощают часть тепла в начале рабочего процесса.
В то же время резервуар, трубы, шланги и охладитель передают тепло окружающему воздуху или охлаждающей воде. Вот почему машина может нормально работать в течение короткого теста.
По мере продолжения работы:
- Масло продолжает поглощать тепло
- Насосы и клапаны становятся теплее
- Средняя температура резервуара повышается
- Корпус машины становится горячее
- Охладитель приближается к своему пределу отвода тепла
Если тепло генерируется быстрее, чем его можно удалить, температура продолжает накапливаться. Таким образом, система может пройти несколько испытаний без нагрузки, но перегреется через час производства.
Частота цикла слишком высока
Каждое гидравлическое движение создает потери давления, трение и внутренние утечки. Эти потери преобразуются в тепло.
Когда машина выполняет больше циклов в минуту, насос, клапаны, трубопроводы, цилиндры и гидравлические моторы генерируют больше тепла за тот же период.
Высокие тепловые нагрузки распространены, когда:
- Цилиндры часто выдвигаются и втягиваются
- Гидравлические моторы многократно запускаются и останавливаются
- Несколько исполнительных механизмов работают вместе
- Машина часто меняет скорость или направление
- Между циклами времени простоя мало
- Скорость производства превышает изначальные условия проектирования
Например, увеличение количества циклов машины с трех до пяти в минуту увеличивает тепловую нагрузку, даже если рабочее давление остается неизменным. Если насос, резервуар и охладитель не обновлены, температура масла может быстро повыситься во время непрерывной работы.
Насос работает без полезной работы
Многие системы используют насосы с фиксированным объемом. Пока мотор или двигатель работает, насос продолжает подавать поток.
Машине может не понадобиться полный поток во время ожидания, движения на низкой скорости или остановки исполнительных механизмов. Избыточное масло может возвращаться в резервуар через предохранительный клапан, разгрузочный клапан, центральный проход направляющего клапана, клапан управления потоком или обходной контур.
Если система не разгружается правильно, или давление разгрузки слишком высоко, насос продолжает потреблять мощность без производства полезного выхода. Большая часть этой мощности превращается в тепло.
Эта проблема распространена в машинах с короткими рабочими ходами и длинными периодами ожидания. Система может быть холодной при запуске, но становится горячей, поскольку насос проводит большую часть времени, работая под ненужным давлением или условиями дросселирования.
Долгие периоды удержания давления генерируют тепло
Гидравлические прессы, зажимные устройства, подъемные платформы и цилиндры, поддерживающие статические нагрузки, могут требовать удержания давления в течение длительных периодов.
Если насос продолжает подавать масло для поддержания давления, он должен компенсировать внутренние утечки в клапанах, трубопроводах и приводах. Утечка может быть небольшой, но за несколько часов потери энергии могут привести к значительному нагреву.
Проблема становится более серьезной, когда:
- Насос остается в режиме ожидания с высоким давлением
- Небольшой поток постоянно проходит через предохранительный клапан
- Аккумулятор отсутствует или имеет недостаточный размер
- Проверочные, противовесные или удерживающие нагрузки клапаны имеют внутренние утечки
- Сальник поршня цилиндра протекает
- Пропорциональный клапан постоянно корректирует позицию
Более эффективные решения могут включать аккумулятор, насос с управлением по давлениям, насос с переменным объемом в режиме низкого потока или оптимизированную цепь удержания нагрузки.
Горящее масло увеличивает внутренние утечки
По мере повышения температуры масла вязкость обычно уменьшается. Более тонкое масло легче проходит через внутренние зазоры в насосах, клапанах, моторах и цилиндрах.
Это может создать самоусиливающийся цикл:
Температура масла повышается → вязкость уменьшается → внутренние утечки увеличиваются → эффективность падает → больше энергии превращается в тепло → температура продолжает расти
Холодное масло может временно скрывать износ в насосе или клапане. Как только система нагревается, утечки становятся более очевидными.
Типичные симптомы включают:
- Медленное движение актуатора
- Большее время на увеличение давления
- Худшая производительность по удержанию давления
- Непрерывная работа насоса или мотора
- Горячий корпус насоса или блок клапанов
- Низкий поток насоса, когда масло горячее
Когда производительность и температура ухудшаются одновременно, поток насоса и утечки следует сравнивать как при холодных, так и при горячих условиях эксплуатации.
Охладитель достигает предела своей мощности
Гидравлический охладитель не может удалять неограниченное количество тепла. Его производительность зависит от температуры масла, окружающей температуры, воздушного потока, температуры охлаждающей воды, чистоты и условий установки.
Охлаждение может стать недостаточным, когда:
- Охладитель оказался недостаточным по размеру
- Время непрерывной работы превышает проектные условия
- Окружающая температура выше ожидаемой
- Скорость цикла, давление или поток увеличились
- Радиаторы охлаждения заблокированы
- Воздушный поток вентилятора недостаточен
- Горячий воздух на выходе повторно циркулирует
- Поток охлаждающей воды слишком низок
- Температура охлаждающей воды повышается
- Потеря давления на стороне масла чрезмерна
Краткий тест не может подтвердить, правильно ли подобран охладитель. Эффективность охлаждения следует оценивать после того, как машина приблизится к тепловому равновесию в своем реальном рабочем цикле.
Резервуар слишком мал
Резервуар помогает рассеивать тепло, освобождать захваченный воздух и позволяет загрязняющим веществам оседать.
Если его эффективный объем слишком мал, горячее возвратное масло может быть втянуто обратно в насос до того, как у него будет достаточно времени для охлаждения или освобождения воздуха.
Возможные результаты включают:
- Краткое время пребывания масла
- Быстрое повышение средней температуры
- Плохое разделение воздуха
- Горячее возвратное масло попадает в зону всасывания
- Сниженная теплотворная способность системы
- Большее нагружение на охладитель
Низкий уровень масла создает аналогичную проблему, поскольку доступно меньше масла для поглощения и освобождения тепла.
Резервуар, который был достаточен для первоначальной машины, может стать слишком малым после увеличения потока насоса, частоты циклов или времени непрерывной работы.
Клапаны и трубы создают постоянные потери давления
Масло теряет давление каждый раз, когда проходит через клапаны, трубы, фильтры, фитинги, быстросъемные соединения и охладители. Эта потеря давления превращается в тепло.
Распространенные места с высокими потерями включают:
- Частично закрытые регулирующие клапаны
- Пропорциональные клапаны, используемые постоянно для контроля скорости
- Недостаточные по размеру направляющие клапаны
- Малые возвратные линии
- Ограничительные быстроразъёмные соединения
- Засоренные фильтры
- Избыточные изгибы труб
- Кулеры с высоким сопротивлением
Если один из клапанных блоков, корпус фильтра, фитинг или участок трубы значительно горячее соседних компонентов, это может указывать на непрерывное падение давления в этом месте.
Окружающая среда становится горячее
Воздух вокруг гидравлической системы также может становиться горячее во время непрерывной работы. Моторы, двигатели, гидравлические компоненты и соседнее оборудование выделяют тепло в одно и то же пространство.
Распространённые проблемы включают в себя:
- Гидравлические силовые установки, установленные внутри закрытых шкафов
- Плохая вентиляция вокруг резервуара и кулера
- Выходящий воздух от кулера, забираемый обратно в вентилятор
- Резервуары, установленные рядом с моторами или выхлопными трубами
- Оборудование, подвергающееся прямому солнечному свету
- Печи или горячие материалы, расположенные поблизости
В этих условиях охладитель может работать правильно, но все равно не может отводить достаточно тепла, поскольку окружающий воздух уже слишком теплый.
Как диагностировать проблему теплового баланса в гидравлике
Одного показателя температуры масла недостаточно. Система должна контролироваться в реальных производственных условиях.
Запишите следующие данные через фиксированные интервалы:
- Температура окружающей среды или температура машины
- Температура масла в резервуаре
- Температуры на выходе насоса и в линии возврата
- Температуры на входе и выходе охладителя
- Рабочее, резервное и давление удержания
- Поток насоса в холодных и горячих условиях
- Полное время цикла машины
- Время до появления сигналов тревоги или потери производительности
Если температура масла поднимается, а затем стабилизируется в пределах допустимого рабочего диапазона, система, вероятно, достигла нормального теплового баланса.
Если температура продолжает подниматься без четкой точки стабилизации, генерация тепла по-прежнему превышает его отведение. Проверка должна сфокусироваться на частоте циклов, постоянном сливном потоке, резервном давлении, утечках в насосе и клапанах, объеме резервуара, потерях давления, мощности охладителя и вентиляции.
Заключение
Когда температура гидравлического масла продолжает расти во время непрерывной работы, основной причиной, как правило, является накопленное тепло, а не отказ одного компонента.
Частое цикличное использование, непрерывная работа насоса, длительные периоды удержания давления, внутренние утечки, потери от дросселирования, небольшой резервуар и недостаточное охлаждение могут увеличить генерацию тепла. Повышение температуры затем снижает вязкость масла и увеличивает внутренние утечки, создавая цикл низкой эффективности и дальнейшего повышения температуры.
Диагностика должна проводиться во время реального рабочего цикла, а не только во время запуска. Записывая температуру, давление, поток и время цикла, операторы могут определить, достигает ли система безопасного теплового баланса.
Снижение ненужных энергетических потерь и улучшение емкости резервуара, производительности охладителя и вентиляции оборудования - это наиболее эффективные способы поддержания стабильности гидравлической системы в течение длительных периодов непрерывной работы.
