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)停止工作時應能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì);而工作時又能保持適當?shù)囊何唬虼嗽O(shè)計滿足機能之油箱相當重要,本報告則針對油箱主結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)要點作說明。
一、 說明:
由機能方面而言,油箱容積(Oil tank capacity)越大越好,但以小型化和操作上的經(jīng)濟性等方面考量,卻希望小一點為宜,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)計滿足機能之油箱結(jié)構(gòu),則可作詳細的討論。
二、 設(shè)計要點:
1. 油箱結(jié)構(gòu):
一般採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)濟性,條件允許時採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)停止工作時應能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì),工作時又能保持適當?shù)囊何?。因此油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計需具下述特點,以下針對其構(gòu)成零件說明:
(1) 油箱本體:厚度3~4mm,若油箱容積超過320L,厚度取4~6mm,側(cè)壁須安裝油位計以掌控實際油位高度。
(2) 維修蓋:於本體側(cè)壁設(shè)計一或多個維修蓋,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)計時須注意不可插入油液下,防止背壓對系統(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)式過濾器,防止大形異物吸入系統(tǒng)中,安裝位置須利於過濾器的清洗與拆裝。
(8) 空氣呼吸器:防止油箱出現(xiàn)負壓而設(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。其高度至少取最低油位的1/2,最高不超過最高油位之3/4,厚度與本體壁厚相等。若考慮強制油空分離設(shè)計,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),讓油液通過時達到強制油空分離的效果。
2. 容積計算:
(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;容積為1000L以上,其長寬高比值取1:1:1至3:2:1之范圍設(shè)計,亦可考慮增加補強板,以增加剛性。其計算式如下:
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:
(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) 為運輸安裝方便,大、中型油箱應設(shè)吊耳。
(3) 油液溫度建議在30~50℃范圍內(nèi)工作比較合適,最高不應超過60℃,最低不低於15℃。
三。設(shè)計細節(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,則箱頂應為或應有可拆卸的蓋。箱蓋及管子引出口之類的所有開口都要妥為密封。箱頂上安裝液壓泵組時,頂板的厚度應為側(cè)板厚度的四倍,以免產(chǎn)生振動。液壓泵組與箱頂之間應設(shè)置隔振墊。為了便于布置和維修,有時在箱頂上裝設(shè)回油過濾器。
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。注油過濾器的網(wǎng)眼應小于250μ m,過流量應大于 10L/min。空氣濾清器的過濾精度起碼40μm,其通氣量應是液壓泵流量的2倍,以便在系統(tǒng)峰值流量期間液面迅速下降時,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0.1kPa??諝鉃V清器氣帽一般帶有保險鏈用以預防通氣帽跌落或丟失。周圈環(huán)境較臟時,應采用油浴式空氣濾清器。當周圍空氣濕度較大時,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(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都形成滴油盤來收集檢修時滴落的油液(見圖2)。
2 箱壁構(gòu)成
對于鋼板焊接的油箱,箱頂上安裝液壓泵組時,側(cè)板厚度應適當加大。
當箱頂與箱壁之間為不可拆連接時,應在箱壁上至少設(shè)置一個清洗孔(俗稱人孔)。清洗孔的數(shù)量和位置應便于用手清理油箱所有內(nèi)表面。清洗口法蘭蓋板應該能由一個人拆裝。法蘭蓋板應配有可以重復使用的彈性密封件。
為了便于搬運.應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圖3和表1,鉤形焊接吊耳見圖4和表2。圖中d1、d為 直 徑 , R 為 半 徑 , L 、l 為 長 度 , b 為 寬 度 ,1h 、2h 、3h 為高度 ,S為厚度 ,1r 、2r 為半徑(見圖3、4,表1、2)。
液位計通常為帶有溫度計的結(jié)構(gòu)。液位計一般設(shè)在油箱外壁上,并近靠注油口,以便注油時觀測液面。液位計的下刻線至少應比吸油過濾器或吸油管口上緣高出75mm,以防吸入空氣。液位計的上刻線對應著油液的容量。液位計與油箱的連接處有密封措施。對于油溫有嚴格要求的液壓裝置,可采用傳感式液位溫度計,它是利用靈敏度較高的雙金屬片的熱脹冷縮原理來測量油溫的。對于大型油箱則應設(shè)浮子式液面?zhèn)鞲衅饕员阍谝好娓叨犬惓r,發(fā)出報警或保護的電信號。
3 箱底結(jié)構(gòu)
應在油箱底部最低點設(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。為了便于放油和搬運,應該把油箱架起來,油箱底部離開地面至少150mm。油箱應設(shè)有支腳。支腳應該有足夠大的面積,以便可以用墊片和鍥鐵來調(diào)平。
4 隔板設(shè)計
為了延長油液在油箱中逗留的時間,促進油液在油箱中的環(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100L的油箱中應設(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,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)有溢流式標準型、溢流式和回流式等多種型式。溢流式隔板的高度不應低于液面高度的2/3;隔板下部應開有缺口,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)的回油管要分別進入由隔板隔開的吸油區(qū)和回油區(qū),管端應加工成朝向箱壁的45°斜口,這樣既可增加開口面積、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,管口下緣至少離開箱底最高點50mm。
吸油管前必須安裝粗過濾器,以清除較大顆粒雜質(zhì),保護液壓泵。建議在回油管上安裝精過濾器,以濾除細微顆粒雜質(zhì),保護液壓元件。
(2)泄油管。泄油管應盡量單獨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一個小孔。
(3)穿孔的密封。油管常從箱頂或箱壁穿過而進入油箱,穿孔處要妥為密封。最好在接口處焊出高出箱頂20mm的凸臺,以免維修時箱頂上的污物落入油箱。
6 過濾器選用
過濾器的功用是過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)中的過濾器顯得非常重 要 。
在選擇過濾器時,一方面要根據(jù)液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求,確定過濾器類型、過濾精度及尺寸規(guī)格,同時過濾器還應具有足夠的通流能力,濾芯要有足夠的強度和抗腐蝕性能,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,并通過螺釘實現(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清理,嚴重銹蝕和氧化的表面應噴丸處理。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。在預處理之后鍍鋅。
8 結(jié)語
過去認為,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容污納垢的場合,而要求在油箱中的油液本身是達到一定清潔度等級的油液,并以這樣清潔的油液提供給液壓泵和整個液壓系統(tǒng)的工作回路,因此對油箱的設(shè)計、制造、運行和維護都應按照以上這些功能要求來實施。
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