液压与气压传动第二版姜继海第6章液压辅助元件-lf

1、液压与气压传动第第6 6章章 液压辅助元件液压辅助元件 液 压 辅 件 是 系液 压 辅 件 是 系统的一个重要组成统的一个重要组成部分，它包括蓄能部分，它包括蓄能器、过滤器器、过滤器、油箱、油箱、热交换器、管件、热交换器、管件、密封装置、压力表密封装置、压力表装置等。装置等。 液 压 辅 件 的 合液 压 辅 件 的 合理设计和选用在很理设计和选用在很大程度上影响液压大程度上影响液压系统的效率、噪声、系统的效率、噪声、温升、工作可靠性温升、工作可靠性等技术性能。等技术性能。6.1 6.1 蓄能器蓄能器 6.3 6.3 油箱油箱6.4 6.4 6.5 6.5 6.2 6.2 6.6 6.6 蓄

2、能器的作用： 存储和释放压力油。(a)(b)(c )(d)(e)图6.1 蓄能器的结构形式 蓄能器的结构形式主要有：重力式、弹簧式、充气式。 一、重力式蓄能器一、重力式蓄能器 重力式蓄能器利用重物的位置变化来储存和释放能量。重物作用于油液，油液压力决定于活塞面积和重物质量。 主要用冶金等大型液压系统的恒压供油，其缺点是反应慢，结构庞大，现在已很少使用。二、弹簧式蓄能器二、弹簧式蓄能器 结构简单，反应尚还灵敏，但容量小，易内泄并有压力损失，不适于高压和高频动作的场合。一般可用于小容量、低压系统，用作蓄能和缓冲 。 三、充气式蓄能器三、充气式蓄能器 充气式蓄能器利用压缩气体储存能量。主要有气瓶式、

3、活塞式和气囊式。 （1）气瓶式蓄能器）气瓶式蓄能器 这是一种直接式接触式蓄能器。其结构如图。它是一个下半部盛油液，上半部充压缩气体的气瓶。这种蓄能器容量大，体积小，惯性小，反应灵敏。但是气体容易混入油液中，使油液的可压缩性增加，并且耗气量大，必须经常补气。 活塞式蓄能器中的气体和油液由活塞隔开。活塞1的上部为压缩空气，活塞1随下部压力油的储存和释放而在缸筒2内来回滑动。这种蓄能器活塞有一定的惯性，和O形密封圈存在较大的摩擦力，所以反应不够灵敏。图6.4 活塞式蓄能器 （2）活塞式蓄能器）活塞式蓄能器 皮囊式蓄能器中气体和油液用皮囊隔开。皮囊用耐油橡胶制成，内充入惰性气体，壳体下端的提升阀能防止

4、皮囊膨胀挤出油口。 图6.4皮囊式蓄能器 123 壳体 皮囊 充气阀 提升阀 （3）皮囊式蓄能器）皮囊式蓄能器蓄能器的图形符号蓄能器的图形符号 蓄能器是液压系统中一种储存油液压力能的装置，其主要功用如下： 在液压系统工作循环中不同阶段需要的流量变化很大时，常采用蓄能器和一个流量较小的泵组成油源。当系统需要很小流量时，蓄能器将液压泵多余的流量储存起来；当系统短时期需要较大流量时，蓄能器将储存的液压油释放出来与泵一起向系统供油。 二、 驱 动 泵 的原动机发生故障，蓄能器可作应急能源紧急使用；如现场要求防火防爆，也可用蓄能器作为独立油源。 有的液压系统需要较长时间保压而液压泵卸载，此时可利用蓄能器

5、释放所储存的液压油，补偿系统的泄漏，保持系统的压力。 由于液压阀的突然关闭或换向，系统可能产生压力冲击，此时可在压力冲击处安装蓄能器起吸收作用，使压力冲击峰值降低。如在泵的出口处安装蓄能器，还可以吸收泵的压力脉动，提高系统工作的平稳性。 当蓄能器作动力源时，蓄能器储存和释放的压力油容量和皮囊中气体体积的变化量相等，而气体状态的变化遵守玻义耳定律，即nnnVpVpVp221100（6.1）0p 皮囊的充气压力0V 皮囊充气体积，此时皮囊充满壳体内腔，故亦即蓄能器容量1p 系统最高工作压力，即泵对蓄能器充油结束时的压力1V 皮囊被压缩后相应于时的气体体积 2p 系统最低工作压力，即蓄能器向系统供油

6、结束时的压力2V 气体膨胀后相应于时的气体体积 式中： 12VVV0V 体积差 为供给系统油液的有效体积，将它代入式（6.1），使可求得蓄能器容量 ， 由上式得nnppppVV/112/10201（6.2） 当时，气体压缩过程缓慢，与 外界热交换得以充分进行，可认为是过 程，这时取当时，释放液体的时间短，热交换不充分，这时可视 为，取。 当蓄能器用于时，即2110)0164. 0(004. 0pptLqpV（6.4）式中：1p 允许的最大冲击（MPa） 2p 阀口关闭前管内压力（MPa） 0V 用于冲击的蓄能器的最小容量(L ) mL 发生冲击的管长，即压力油源到阀口的管道长度( ) sT 阀

7、口关闭的时间( )，实然关闭时取t=0 液压油中往往含有杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流孔口堵塞。在系统中安装一定精度的滤油器，是保证液压系统正常工作的必要手段。 一般对过滤器的基本要求是： （1）能满足液压系统对过滤精度要求，即能阻挡 一定尺寸的杂质进入系统。 系统类别系统类别 润滑润滑 传动系统传动系统 伺服伺服 工作压力工作压力(MPa) 02.5 14 1432 32 21 精度精度d( m) 100 2550 25 10 5 表4.1 各种液压系统的过滤精度要求 （2）滤芯应有足够强度，不会因压力而损坏。 （3）通流能力大，压力损失小。 （4）易于清洗或更换滤芯

8、。 按滤油器安放的位置不同，可以分为：吸滤器； 压滤器； 回油过滤器。 按滤芯的材料和结构形式，可分为：按精度可分为：粗过滤器（d100）； 普通过滤器(d10）； 精过滤器（d5）； 特精过滤器（d1）。 （ 过滤器的过滤精度是指滤芯能够滤除的最小杂质颗粒的大小，以直径d作为公称尺寸表示。） 滤芯以铜网为过滤材料，在周围 开有很多孔的塑料或金属筒形骨架上，包着一层或两层铜丝网，其过滤精度取 决于铜网层数和网孔的大小。 这种滤油 器一般用于液压泵的吸油口。 图6.11 网式滤油器 图6.12 线隙式滤油器 如图所示，用钢线或铝 线密绕在筒形骨架的外 部来组成滤芯，依靠铜 丝间的微小间隙滤除混入

9、液体中的杂质。其结构 简单、过滤精度比网式滤油器 高，但不易清洗。多为回油过滤器。 图6.13 烧结式滤油器 滤芯用金属粉末烧结而成，利用颗粒间的微孔来挡住油液中的杂质通过，其滤芯能承受高压。 滤芯为微孔滤纸制成的纸芯，将纸芯围绕在带孔的镀锡铁做成的骨架上，以增大强度。为增加过滤面积，纸芯一般做成折叠形。其过滤精度较高，一般用于油液的精过滤，但堵塞后无法清洗。2341图6.14 纸质滤油器1-发讯装置，2-滤芯，3-滤纸，4-骨架 工作原理:利用磁铁吸附油液中的铁质微粒。 工作原理：用磁环与其它几种过滤器组合而成。 选用滤油器时应考虑以下问题： （1）有足够的过滤能力 （2）能承受一定的工作压

10、力 （3）有足够的过滤精度 过滤精度表示过滤器对各种不同尺寸污染颗粒的滤除能力。滤芯所能滤除最小颗粒度的大小。 （4）过滤器滤芯应易于清洗和更换 （5）在一定的温度下，过滤器应有足够的耐久性一、泵入口的吸油粗滤器一、泵入口的吸油粗滤器 粗滤油器用来保护泵，使其不致吸入较大的机械杂质。为了不影响泵的吸油性能，防止发生气穴现象，滤油器 的过滤能力应为泵流量的两倍以上，压力损失不得超过0.010.035MPa。二、泵出口油路上的高压滤油器二、泵出口油路上的高压滤油器 主要用来滤除进入液压系统的污染杂质，一般采用过 滤精度1015m的滤油器。它应能承受油路上的工作压力 和冲击压力，其压力降应小于0.3

11、5MPa，并应有安全阀或 堵塞状态发讯装置，以防泵过载和滤芯损坏。 大型液压系统可专设一液压泵和滤油器构成的滤油子系统，滤除油液中的杂质，以保护主系统。 一般滤油器只能单向使用，即进、出口不可互换。一般滤油器只能单向使用，即进、出口不可互换。三、系统回油路上的低压滤油器三、系统回油路上的低压滤油器 因回油路压力很低，可采用滤芯强度不高的精滤油器，并允许滤油器有较大的压力降。四、安装在系统以外的旁路过滤系统四、安装在系统以外的旁路过滤系统 功能： 储存油液 散掉系统累计的热量 促进油液中空气的分离 沉淀油液中的污垢 分类：1.开式油箱：油液的液面与大气相通 整体式（利用主机底座等作为油箱） 分离

12、式（与三机分离并与泵组成一个独 立的供油单元（泵站）。 2.闭式油箱：油液的液面与大气隔绝 图图6.18 6.18 开式油箱开式油箱 11回油管回油管;2 ;2 泄油管泄油管;3 ;3 泵吸油管泵吸油管;4 ;4 空气滤清器空气滤清器; ; 5 5 安装板安装板;6 ;6 隔板隔板;7 ;7 放油孔放油孔;8 ;8 粗滤油器粗滤油器;9 ;9 清洗窗侧板清洗窗侧板; ; 10 10 液位计窗口液位计窗口;11 ;11 注油口注油口;12 ;12 油箱上盖油箱上盖 在初步设计时，油箱的有效容量可按下述经验公式确定pmqV （6.5）式中：V 油箱的有效容量pq 液压泵的流量mmmm 经验系数，低

13、压系统： =24，中压系统： =57，中高压或高压系统： =612 设计要点设计要点（根据图6.15所示油箱结构示意图分述如下）:（1 1） ，管口都应插于最低液面以下，但离油，管口都应插于最低液面以下，但离油箱底要大于管径的箱底要大于管径的2-32-3倍，以免吸空和飞溅起泡。倍，以免吸空和飞溅起泡。吸油管端部所安装的滤油器，离箱壁要有吸油管端部所安装的滤油器，离箱壁要有3 3倍管倍管径的距离，以便四面进油。回油管口应截成径的距离，以便四面进油。回油管口应截成4545 斜角，以增大回流截面，并使斜面对着箱壁，以斜角，以增大回流截面，并使斜面对着箱壁，以利散热和沉淀杂质。利散热和沉淀杂质。 （2

14、 2） ，以便将吸、回油隔开，以便将吸、回油隔开，迫使油液循环流动，利于散热和沉淀。迫使油液循环流动，利于散热和沉淀。 （3 3） 空气滤清器的作空气滤清器的作 用是使油相箱与大气相用是使油相箱与大气相 通，保证泵的自吸能力，通，保证泵的自吸能力， 滤除空气中的灰尘杂物，滤除空气中的灰尘杂物， 有时兼作加油口。它一般有时兼作加油口。它一般 布置在顶盖上靠近油箱边布置在顶盖上靠近油箱边 缘处。缘处。（5 5） ，必要，必要时应安装温度控制系统，或设置加热器和冷却器。时应安装温度控制系统，或设置加热器和冷却器。 （6 6） 以便散热、搬移和放油，以便散热、搬移和放油，油箱四周要有吊耳，以便起吊装运

15、。油箱四周要有吊耳，以便起吊装运。 （4 4）将油箱底面做成斜将油箱底面做成斜面，在最低处设放油口，平时用螺塞或放油阀堵住，面，在最低处设放油口，平时用螺塞或放油阀堵住，换油时将其打开放走油污。为了便于换油时清洗油换油时将其打开放走油污。为了便于换油时清洗油箱，大容量的油箱一般均在侧壁设清洗窗口。箱，大容量的油箱一般均在侧壁设清洗窗口。 如果液压系统靠自然冷却仍不能使油温控制在上述范围内时，就须安装冷却器； 液压系统的工作温度一般希望保持在3050C的范围之内， 如环境温度太低，无法使液压泵启动或正常运转时，就须安装加热器。 一般说来，造成油箱散热面积不够，必须采用冷却器来抑制油温的原因有三：

16、 1）因机械整体的体积和空间使油箱的大小受到限制。 2）因经济上的理由，需要限制油箱的大小等。 3）要把液压油的温度控制得更低。 油冷却器可分成水冷式 风冷式 （1）水冷式冷却器 水冷式冷却器分为： 1）蛇形管冷却器 2）多管式冷却器 图6.20 对流式多管头冷却器 （2）风冷式冷却器 油冷却器安装的场所油冷却器安装的场所 油冷却器安装在热发生体附近，且液压油流经油冷却器时，压力不得大于1MPa。有时必须以安全阀来保护，以使它免于高压的冲击而造成损坏。 1）热发生源，如溢流阀附近， 如下图所示。 2）回油回路。 3）如液压装置很大且运转的压力很高，此时使用独立的冷却系统，如图所示。 液压系统的

17、加热一般采用电加热器，用法兰盘水平安装在油箱侧壁上，发热部分全部浸在油液内。 图6.22 加热器的安装 油箱电加热器 一、压力表 液压系统各工作点的压力可通过压力表观测，以便调整和控制。最常用的压力表是弹簧弯管式压力表。压力表的精度等级以其误差占量程的百分数来表示。选用压力表时压力表量程一般为最高工作压力的1.5倍。 二、压力表开关 压力油路与压力表之间往往装有一压力表开关。 功用：用于切断或接通压力表和油路的通道。 结构：相当于一个手动换向转阀。管件包括管道、管接头和法兰等。功用：管道传递工作液体； 管接头连接油管与油管或元件。要求：足够的强度，良好的密封、较小的压力损失、方便的装拆性。一、

18、管道的种类及用途 液压系统中使用的管道分为硬管和软管两类。硬管有无缝钢管、有缝钢管和铜管等；软管则有橡胶管和尼龙管等。硬管软管可采用下列两式计算，并需圆整为标准数值，即 2vqd（6.13） 2pd（6.14）v 允许流速；式中 ： 许用应力，可由材料手册查出。 n 安全系数 nb对钢管 材料抗拉强度，可由材料手册查出。b式中 ：对钢管MPab25二、管道尺寸的确定安装要求 管道应尽量短，最好横平竖直，拐弯少。为避免管道皱折，减少压力损失，管道装配的弯曲半径要足够大，管道悬伸较长时要适当设置管夹。 管道尽量避免交叉，平行管距要大于管道尽量避免交叉，平行管距要大于100mm100mm，以，以防接

19、触振动，并便于安装管接头。防接触振动，并便于安装管接头。 管接头是油管与油管、油管与液压元件的可拆装的连接件。 要求：拆装方便，连接牢固， 密封可靠，外尺寸小， 通油能大，压力损失小， 工艺性好等要求。 按接管接头的通路数量和流向可分为：直通、 弯管、 三通、 四通 按管接头和管道的连接方式分，有三种。 当旋紧螺帽当旋紧螺帽3时，通过套管时，通过套管2使被连接管使被连接管1端部的扩口端部的扩口 压紧在接头体压紧在接头体4的锥面上。的锥面上。 被扩口的被扩口的 管子只管子只能是薄壁且塑性良好能是薄壁且塑性良好的管子如铜管。此种的管子如铜管。此种接头的工作压力不高接头的工作压力不高于于8MPa。

20、图图6.32 6.32 扩口式管接头扩口式管接头 1管子；2一套管； 3一螺帽；4一接头体 图图4.104.10（b)b)卡套式管接头卡套式管接头 1一被连接管；2一螺帽；3一卡套； 4一接头本体拧紧接头螺母2后，卡套3发生弹性变形便将管子1夹紧。它对轴向尺寸要求不严，装拆方便，但对连接用管道的尺寸精度要求较高。 钢管和基体通过 焊接管接头连接。把接管2焊在被连接的钢管端部。接头体1用螺纹拧入某元件的基体。用组合密封垫防止从元件中外漏。将O型密封圈放在接头体1的端面处，将螺帽3拧在接头体1上即完成连接。 图图6.34 6.34 焊接式管接头焊接式管接头 1一接头体；2一接管；3螺帽； 4一密封

21、圃；5一组合密封圈 二、插入快换式接头二、插入快换式接头 三、胶管接头三、胶管接头 胶管接头有可拆式和扣压式两种，各有A、B、C三种类型。 四、快速接头四、快速接头 无须装拆工具，适用于需经常装拆处。 密封装置的作用是防止液压油的泄漏。 可分为动密封和静密封。设计或选用密封装置的基本要求是良好的密封性、耐磨性和经济性。 一、常见的密封方法 1.间隙密封 2.活塞环密封 3.密封圈密封 1.间隙密封 利用相对运动零件配合面之间的微小间隙来防止泄漏。一般间隙为0.010.05mm。 在活塞外表面一般开几道宽0.30.5mm，深0.51mm，间距25mm的环形沟槽，称为平衡槽。其作用：1）自动对中心，减小摩擦力。 2）增大了泄漏阻力，减小了偏心量，提高了密封性能。3）储存油液，自动润滑。 特点：结构简单，摩擦阻力小，耐高温， 但泄漏较大，并且随着时间的增加而增加，加工要求高。 主要用于尺寸小，