Sự gia tăng nhất định về nhiệt độ là điều bình thường khi một hệ thống thủy lực hoạt động.
Các bơm thủy lực, van điều khiển, ống, ống mềm và cơ cấu chấp hành đều tạo ra ma sát, rò rỉ bên trong và tổn thất áp suất trong khi truyền tải áp suất và lưu lượng. Do đó, một phần công suất được cung cấp bởi động cơ điện hoặc động cơ sẽ được chuyển đổi thành nhiệt.
Mối quan tâm thực sự là liệu hệ thống có tạo ra nhiều nhiệt hơn những gì bể chứa, ống dẫn và bộ làm mát có thể loại bỏ.
Khi việc tạo ra nhiệt vẫn cao hơn việc tản nhiệt, nhiệt độ dầu thủy lực sẽ tiếp tục tăng. Máy có thể trải qua các cảnh báo nhiệt độ cao, chuyển động chậm hơn, hiệu suất giảm, áp suất không ổn định, quá trình lão hóa dầu tăng tốc hoặc tự động ngắt.
Hầu hết các vấn đề quá nhiệt của hệ thống thủy lực có thể được chia thành ba loại:
- Tạo ra nhiệt quá mức bên trong hệ thống
- Tản nhiệt không đủ
- Chọn sai dầu thủy lực hoặc điều kiện dầu kém
Hiểu danh mục nào chịu trách nhiệm là bước đầu tiên để tìm ra giải pháp hiệu quả.
Van điều áp hoạt động liên tục
Van điều áp là một trong những nguồn sinh nhiệt phổ biến nhất trong hệ thống thủy lực.
Khi áp suất trong hệ thống đạt đến cài đặt của van điều áp, dòng bơm thừa sẽ chảy từ phía áp suất cao quay trở lại bể chứa. Sự giảm áp suất lớn qua van chuyển đổi năng lượng thủy lực thành nhiệt.
Trong điều kiện bình thường, van điều áp chủ yếu nên bảo vệ hệ thống khỏi áp suất quá mức. Nó không nên liên tục điều khiển hoặc xả dòng bơm đầy.
Dòng xả liên tục có thể xảy ra khi:
- Xi lanh đạt đến cuối hành trình trong khi bơm vẫn tiếp tục cung cấp dầu.
- Tải trọng vượt quá khả năng của hệ thống.
- Áp suất điều áp được cài đặt quá thấp.
- Cơ cấu bít van bị ô nhiễm, mòn, hoặc không thể đóng hoàn toàn.
- Hệ thống bơm có độ lệch cố định không có mạch xả hiệu quả.
- Người điều khiển giữ van điều khiển ở vị trí vận hành quá lâu.
Nếu van điều áp và đường trở lại gần đó nóng hơn đáng kể so với phần còn lại của hệ thống, cần xem xét dòng xả liên tục.
Sự điều tiết quá mức tạo ra nhiệt
Các hệ thống thủy lực thường điều khiển tốc độ của cơ cấu chấp hành thông qua các van tiết kiệm, van điều khiển dòng chảy, van tỷ lệ, hoặc lỗ điều khiển nhỏ.
Bất cứ khi nào dầu đi qua một lỗ hẹp, áp suất sẽ bị mất. Nếu dòng chảy lớn, lỗ van nhỏ, hoặc chênh lệch áp suất lớn, một lượng đáng kể năng lượng thủy lực sẽ được chuyển đổi thành nhiệt.
Ví dụ, nếu bơm cung cấp dòng chảy nhiều hơn yêu cầu của cơ cấu chấp hành, dòng thừa phải đi qua van tiết lưu hoặc van điều áp. Tốc độ của cơ cấu chấp hành có thể được kiểm soát, nhưng hiệu suất tổng thể của hệ thống trở nên kém.
Nguyên nhân phổ biến bao gồm:
- Một bơm thủy lực quá lớn.
- Một van điều khiển dòng chảy được điều chỉnh quá đóng.
- Một van tỷ lệ kiểm soát dòng chảy lớn qua một lỗ nhỏ.
- Nhiều hạn chế của van hoạt động nối tiếp.
- Thiếu một hệ thống bơm có độ lệch biến hoặc hệ thống điều khiển cảm biến tải.
Nếu một khối van nóng hơn nhiều so với các thành phần xung quanh, nó có thể chứa một điểm tiết chế liên tục.
Rò rỉ bên trong ở bơm và van
Bơm thủy lực và van điều khiển chứa các khoảng cách bên trong được kiểm soát.
Khi các thành phần bị mài mòn, hoặc khi dầu thủy lực trở nên mỏng hơn ở nhiệt độ cao, nhiều dầu có thể bị rò rỉ nội bộ từ các khu vực áp lực cao sang các khu vực áp lực thấp.
Bơm có thể tiếp tục tiêu thụ điện năng của động cơ trong khi sản xuất lưu lượng đầu ra kém hiệu quả hơn. Năng lượng mất đi sẽ được chuyển hóa thành nhiệt bên trong bơm hoặc van.
Các triệu chứng điển hình bao gồm:
- Hoạt động bình thường khi lạnh nhưng chuyển động chậm hơn khi nóng.
- Nhiệt độ vỏ bơm hoặc khối van cao bất thường.
- Hiệu suất giữ áp suất kém
- Chuyển động của cơ cấu chấp hành yếu mặc dù bơm hoạt động liên tục.
- Lưu lượng đầu ra thực tế của bơm dưới mức lưu lượng mong đợi.
Nếu lưu lượng bơm giảm đáng kể sau khi hệ thống nóng lên, hiệu suất bơm và mức rò rỉ của van cần được kiểm tra.
Sự giảm áp suất ống quá mức và áp suất hồi trở
Dầu thủy lực gặp phải lực cản khi đi qua các ống, ống mềm, phụ kiện, bộ lọc, khớp nối nhanh, van và bộ làm mát.
Nếu một đường ống quá nhỏ, quá dài, bị cong góc cạnh, hoặc bị tắc một phần, bơm phải tạo ra áp lực bổ sung để duy trì lưu lượng cần thiết. Mất áp suất bổ sung này trở thành nhiệt.
Những khu vực có vấn đề có thể bao gồm:
- Đường ống chịu áp suất hoặc hồi về quá nhỏ
- Ống mềm dài hoặc bị cong gắt
- Khớp nối nhanh có khả năng lưu lượng không đủ
- Bộ lọc tắc nghẽn hoặc quá tải
- Bộ làm mát có cản trở lưu lượng quá mức
- Ống mềm bị bẹp hoặc hư hại bên trong
- Phụ kiện hoặc bộ chuyển đổi hạn chế
Áp suất hồi cao cũng có thể làm tăng lực cản của bộ hành động và ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ thủy lực, van và xi lanh.
Áp suất hồi và áp suất chênh lệch bộ lọc nên được đo dưới lưu lượng làm việc thực tế của máy.
Tần suất chu kỳ cao hoặc hoạt động áp suất cao liên tục
Càng thường xuyên một hệ thống thủy lực hoạt động, nó càng chuyển giao nhiều năng lượng thủy lực hơn mỗi đơn vị thời gian.
Các điều kiện hoạt động sau đây có thể gây ra nhiệt độ dầu tăng liên tục:
- Mở rộng và thu hồi xi lanh thường xuyên
- Nhiều bộ hành động hoạt động cùng lúc
- Thời gian giữ áp suất dài
- Hoạt động máy liên tục
- Tăng tốc và giảm tốc thường xuyên
- Tần số chu kỳ cao hơn yêu cầu thiết kế ban đầu
- Tăng tốc độ bộ phận truyển động mà không cần nâng cấp hệ thống làm mát
Một số hệ thống thủy lực vẫn giữ được độ mát trong một bài kiểm tra ngắn nhưng sẽ quá nhiệt sau khi hoạt động liên tục.
Điều này thường có nghĩa là hệ thống có thể đáp ứng áp suất tức thời và yêu cầu lưu lượng, nhưng sự cân bằng nhiệt lâu dài của nó là không đủ.
Kích thước hoặc thiết kế bể chứa không đủ
Một bể chứa thủy lực không chỉ lưu trữ dầu. Nó còn giúp giải phóng nhiệt, tách không khí, lắng đọng tạp chất và cung cấp điều kiện hút bơm ổn định.
Nếu bể chứa quá nhỏ, dầu sẽ lưu thông quá nhanh và không ở lại đủ lâu để giải phóng nhiệt hoặc không khí bị cuốn theo.
Thiết kế bên trong kém có thể cho phép dầu nóng quay lại chảy trực tiếp về khu vực hút bơm.
Một số vấn đề thường gặp với bể chứa bao gồm:
- Thể tích dầu hiệu quả không đủ
- Cổng trả dầu và cổng hút quá sát nhau
- Baffles bên trong thiết kế kém
- Mức dầu thấp
- Lắp đặt gần động cơ hoặc nguồn nhiệt bên ngoài
- Bụi hoặc dầu che phủ bề mặt bể chứa
Chỉ thêm dầu có thể không giải quyết được vấn đề. Đường dẫn lưu lượng trả về, cấu trúc hút, tách không khí và thông gió bể chứa cũng cần được kiểm tra.
Khả năng làm mát không đủ
Khi sự tản nhiệt tự nhiên từ bể chứa và ống dẫn không đủ, hệ thống yêu cầu một bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí hoặc nước.
Vào mùa hè, sự chênh lệch nhiệt độ giữa dầu và không khí xung quanh trở nên nhỏ hơn, giảm hiệu suất của bộ làm mát bằng không khí.
Hiệu suất làm mát cũng có thể giảm do:
- Bộ làm mát dầu không đủ kích thước
- Bụi hoặc dầu chặn các cánh tản nhiệt
- Quay quạt không đúng hướng
- Lưu thông không khí không đủ
- Lỗi động cơ quạt hoặc công tắc nhiệt độ
- Thông gió kém quanh bộ làm mát
- Không khí nóng trở lại cửa vào bộ làm mát
- Cặn bên trong bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng nước
- Nhiệt độ nước làm mát cao hoặc dòng nước không đủ
Một bộ làm mát chỉ có thể loại bỏ nhiệt đã được sinh ra.
Nếu hệ thống có dòng xả liên tục, rò rỉ nghiêm trọng bên trong hoặc hạn chế quá mức, lắp đặt một bộ làm mát lớn hơn có thể làm giảm nhiệt độ nhưng sẽ không khắc phục được vấn đề hiệu suất cơ bản.
Dầu thủy lực không đúng hoặc bị suy giảm
Cả độ nhớt dầu quá cao và quá thấp đều có thể góp phần vào tình trạng quá nhiệt.
Dầu quá đặc tạo ra thêm sức cản trong các đường ống hút, bộ lọc, van và ống trở về. Dầu quá loãng làm tăng rò rỉ bên trong trong các bơm, van, động cơ và xy lanh.
Các vấn đề liên quan đến dầu thường gặp bao gồm:
- Độ nhớt không phù hợp với nhiệt độ môi trường
- Pha trộn các loại hoặc cấp độ dầu thủy lực khác nhau
- Dầu bị oxi hóa hoặc đã quá tuổi thọ
- Nhiễm bẩn do nước, nhiên liệu hoặc hóa chất
- Chỉ số độ nhớt không phù hợp cho những thay đổi nhiệt độ lớn
- Lọc kém hoặc ô nhiễm hạt quá mức
Dầu thủy lực phải được chọn theo loại bơm, nhiệt độ hoạt động dự kiến, điều kiện môi trường, áp suất làm việc và khuyến nghị của nhà sản xuất thiết bị.
Dầu không nên chỉ được thay đổi theo mùa mà không xem xét đầy đủ các yêu cầu của hệ thống.
Nguồn nhiệt bên ngoài ảnh hưởng đến hệ thống
Nhiệt độ môi trường cao làm giảm khả năng của bể dầu và bộ làm mát trong việc thải nhiệt.
Nhiệt độ thực tế quanh hệ thống thủy lực có thể cao hơn nhiều so với nhiệt độ ngoài trời khi thiết bị được lắp đặt trong một khoang kín hoặc gần nguồn nhiệt.
Các nguồn nhiệt bên ngoài phổ biến bao gồm:
- Động cơ và ống xả
- Lò và thiết bị sưởi
- Vật liệu nóng hoặc quy trình sản xuất
- Ánh sáng mặt trời trực tiếp
- Không khí nóng bị kẹt bên trong máy móc kín
- Không khí nóng thoát ra từ bộ làm mát
Các giải pháp khả thi bao gồm cải thiện thông gió, lắp đặt màn chắn nhiệt, di dời các thành phần, thêm cách nhiệt hoặc thiết kế lại luồng không khí.
Cách xác định nguồn nhiệt chính
Một cuộc điều tra thực tế về hiện tượng quá nhiệt nên so sánh nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và hiệu suất máy móc.
Nhiệt độ
Đo nhiệt độ của bể chứa, vỏ bơm, khối van, đường ống áp suất, đường ống trả và đầu vào, đầu ra của bộ làm mát. Một điểm nóng cục bộ thường cho thấy sự rò rỉ nội bộ, nghẽn hoặc mất áp suất quá mức.
Áp lực
Kiểm tra áp suất đầu ra của bơm, áp suất tải thực tế, áp suất đường ống trả và áp suất chênh lệch bộ lọc. Điều này có thể tiết lộ dòng xả liên tục, nghẽn quá mức, áp suất ngược cao hoặc tắc nghẽn.
Lưu lượng
Đo lường lưu lượng thực tế của máy bơm và so sánh tốc độ dòng chảy lạnh và nóng. Sự giảm sút đáng kể sau khi khởi động có thể chỉ ra sự hao mòn của bơm hoặc rò rỉ van.
Hiệu suất
So sánh tốc độ của bộ truyền động, thời gian chu trình, khả năng giữ áp suất, tiếng ồn và dòng điện của động cơ trước và sau khi dầu nóng lên.
Nếu áp suất bơm cao hơn nhiều so với áp suất yêu cầu bởi tải, hãy kiểm tra hiện tượng chèn ép, áp suất ngược và tổn thất van xả.
Nếu lưu lượng, tốc độ hoặc hiệu suất giữ giảm sau khi khởi động, hãy kiểm tra độ nhớt của dầu, hiệu suất của bơm và rò rỉ bên trong ở các van và bộ truyền động.
Kết luận
Sự quá nhiệt của hệ thống thủy lực hiếm khi được gây ra bởi một thành phần đơn lẻ.
Dòng xả liên tục, chèn ép quá mức, rò rỉ từ bơm và van, ống dẫn hạn chế, áp suất ngược cao, dung tích bể chứa không đủ, hiệu suất làm mát kém và dầu thủy lực bị suy giảm có thể tạo ra hoặc giữ lại nhiệt độ quá cao.
Nhiệt độ mùa hè làm giảm khả năng tản nhiệt, khiến cho các hệ thống đã hoạt động gần với giới hạn thiết kế của chúng có nguy cơ bị quá nhiệt hơn.
Giải pháp đúng không chỉ đơn giản là theo dõi nhiệt độ bể chứa hoặc lắp đặt một bộ làm mát lớn hơn.
Quá trình khắc phục sự cố hiệu quả nên đầu tiên xác định nơi phát sinh nhiệt, xác định lý do vì sao nó không thể được loại bỏ, và so sánh áp suất, lưu lượng, và hiệu suất của bộ truyền động dưới các điều kiện vận hành lạnh và nóng.
Một khi nguồn nhiệt chính được xác định, bơm, van, ống dẫn, bể chứa, dầu thủy lực và hệ thống làm mát có thể được tối ưu hóa để giảm nhiệt độ hoạt động và cải thiện độ tin cậy lâu dài.
AiSoar Hydraulics cung cấp các đơn vị công suất thủy lực, bộ điều khiển van, xi lanh thủy lực và dịch vụ thiết kế và tối ưu hóa hệ thống thủy lực hoàn chỉnh cho thiết bị di động và công nghiệp.
Để đánh giá kỹ thuật, khách hàng có thể cung cấp sơ đồ thủy lực, áp suất làm việc, lưu lượng bơm, công suất động cơ, dung tích bể chứa, chu kỳ làm việc, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ dầu bình thường, nhiệt độ dầu tối đa và mô tả về các triệu chứng quá nhiệt.
