第五章液压辅助元件

第五章

液压辅助元件主讲李垒

第一节

油管与管接头

第二节油箱

第三节

过滤器

第四节密封装置

第五节蓄能器

液压系统中除了动力元件、执行元件、控制元件外，油箱、虑油器、蓄能器、压力表、密封装置、管件等，都称为液压系统辅助元件。辅助装置中的油箱须根据系统要求自行设计，其他元件均已标准化.可根据设计需要选用.在液压传动系统中，吸油管路和回油管路一般用低压的有缝钢管，也可以使用橡胶和塑料软管，控制油路中流量小，多用小直径铜管。在中、低压油路中常使用铜管，高压油路一般使用冷拔无缝钢管。高压软管是由橡胶管中间加一层或几层钢丝编制网制成。

第一节管路和管接头一、油管高压软管比硬管安装方便，能吸收振动和脉动。一般移动或摆动的液压执行元件都采用各种软管输送液压油。高压软管是由橡胶管中间加一层或几层钢丝编织网制成，也有金属软管，承压能力较大。管路内径的选择主要考虑降低流动时的压力损失。对于高压管路，通常流速在3～4m/s范围内，对于吸油管路，考虑泵的吸入和防止气穴，通常流速在0.6～1.5m/s范围内。在装配液压系统时，油管的弯曲半径不能太小，一般应为管道半径的3～5倍。应尽量避免小于90°弯管，弯曲处的内侧不应有明显的皱纹、扭伤，椭圆度不应大于管径的10％。平行或交叉的油管之间应有适当的间隔，并用管夹固定，以防振动和碰撞。二、管接头管接头是连接油管与液压元件或阀板的可拆卸的连接件。液压系统中油液的泄漏多发生在管接头处，所以管接头的重要性不容忽视。常用的管接头有以下几种

管接头有焊接接头、卡套式接头、扩口接头、扣压式接头、快速接头等几种形式，如图3-26至图3-30所示，一般由具体使用需要来决定采用何种连接方式。1、焊接管接头不用焊接，不用另外的密封件尺寸小装拆方便。2、卡套式管接头要求表面精度高，适用于冷拔钢管，不适用于热轧钢管。3、扩口式管接头工作压力不大于8MPa4、扣压式管接头5、快速管接头(快速装拆管接头)不需要装拆工具，适用于经常装拆处。需要断开油路时，可用力把外套向左推，在拉出接头体，钢球即从接头体槽中退出。固定铰接管接头第二节油箱一、作用：储存油液、沉淀、散热和溢出气体。

1）油箱形式：可分为开式和闭式（压力油箱）两种，开式油箱中油的液面和大气相通，而闭式油箱中的油液面和大气隔绝，液压系统中大多数采用开式油箱。

2）油箱结构：开式油箱大部分是以钢板焊接而成，图5－6所示为工业上使用的典型焊接式油箱。

二、油箱的结构图5-6焊接式油箱1、油箱应有足够的刚度和强度。三、油箱设计时的注意事项油箱一般用2.5mm-4mm的钢板焊成。要有适当的加固。尺寸较大的油箱要加角板和加强筋。油箱盖板上若安装电动机油泵，不仅要加厚，还要采取措施局部加强。2、要有足够的有效容积油面高度应为油箱高度的80％时的容量称为油箱的有效容积。有效容积应根据液压系统的发热、散热平衡的原则计算。一般按液压泵的额定流量估计计算。低压系统用油箱有效容积为液压泵每分钟排油量的2～4倍；中压系统为5～7倍；高压系统为10～12倍。3、吸油管与回油管距离应尽可能远些，在吸油侧和回油侧之间安装隔板，以达到沉淀杂质、分离气泡及散热作用。隔板的位置隔板高度为油面高度的3/44、为防止赃物进入油箱，油箱上部各盖板、管口处都要妥善密封。

5、吸油管入口处应装粗过滤器。在最低液面时，过滤器和回油管均应没入油中，以免液压泵吸空。回油管端应切成45°切口，并面向箱壁,以使回油冲击箱壁形成回流,以利于散热和杂质沉淀管端与箱底、壁面间距均不宜小于管径的三倍。

6、为了更好地散热和便于维护，油箱箱底与地面高度应在150mm以上。箱底应适当倾斜，在最底部装放油阀。箱体上在注油口的附近应装液位计。

7、留有安装热交换器的位置，油温控制在15～65℃之间。

8、油箱内壁要加工新油箱需经喷丸、酸洗和表面清洗，并涂与工作液相容的塑料薄膜或耐油清漆。另外，系统中排泄管应尽量单独接入油箱。各类控制阀的排泄管端部应在液面以上，以免产生背压；泵和马达的外泄油管其端部应在液面之下，以免吸入空气。

过滤器又叫滤油器一、作用:过滤掉油液中的杂质，降低液压系统中油液的污染度，保证系统正常工作。第三节过滤器二、对过滤器的要求1、足够的精度能满足液压系统对过滤精度的要求，即能阻挡一定尺寸的机械杂质进入系统。过滤器精度是指滤芯能够滤掉的最小杂质颗粒的大小，以直径d作为公称尺寸表示，按精度可分为

粗过滤器（d≦100μm），

普通过滤器（d≦10μm），

精过滤器（d≦5μm），

特精过滤器（d≦1μm）。2、通流能力大，不会引起过大的压力损失。3、滤芯应有足够的强度，不会因压力油的作用而损坏。4、滤芯抗腐蚀性能好，并能在规定的温度下持续地工作。5、易于清洗或更换滤芯，便于拆装和维护。三、过滤器的结构

滤油器一般由滤芯(或滤网)和壳体构成，由滤芯上无数个微小间隙或小孔构成通流面积。当混入油中的污物（杂质）大于微小间隙或小孔时，杂质被阻隔而滤清出来。若滤芯使用磁性材料时，可吸附油中能被磁化的铁粉杂质。滤芯有网式、线隙式、磁性、烧结式和纸质等滤油器四、过滤器的型式按过滤精度分为粗过滤器和精过滤器按过滤方式可分为表面型、深度型和中间型过滤器。1、表面型过滤器表面型过滤器的滤芯表面与液压介质接触，这种过滤器材料像筛网一样把杂质颗粒阻留在其表面上。最常见的是金属丝制成的网式过滤器。也是一种粗过滤器。过滤精度低，约为0.08~0.18mm。但是阻力小（可放在泵入口），其压力损失不超过0.01MPa。线隙式过滤器也是表面型过滤器，由细金属丝（d＝0.4mm）密集缠绕在圆筒支架上，依靠金属丝螺旋线间的间隙通过油液并阻留杂质。安装在泵的吸油口时，阻力损失约为0.02MPa，过滤精度约为0.08－0.1mm。安装于低压回油管路时，压力损失约为0.07－0.35

MPa，过滤精度较好，约为0.03－0.05mm。不需要更换滤芯，清洗后可重新使用油箱内部使用的滤油器亦称为滤清器和粗滤器，用来过滤掉一些太大的，容易造成泵损坏的杂质（在0.1mm3以上）壳装滤清器（strainer）装在泵和油箱吸油管途中。无外壳滤清器，安装在油箱内，拆装不方便，但价格便宜。无外壳滤清器2、深度型过滤器在深度型过滤器中，油液要流经有复杂缝隙的路程达到过滤的目的。滤芯材料有：毛毡、人造丝纤维、不锈钢纤维、粉末冶金材料。优点：过滤精度高，可达0.01－0.06mm，但阻力损失较大，为0.03－0.2MPa。所以不能直接装于液压泵的吸油口，多装在排油或回油路上。深度型过滤器3、中间型过滤器介于表面型过滤器和深度型过滤器之间。如采用有一定厚度的微孔滤纸制成的滤芯的纸质过滤器。过滤精度约为10～20μm，高精度的可达1μm左右。适用于一般的高压液压系统，是当前中高压系统应用最广泛的精过滤器。为增大过滤面积，滤纸做成“W”形。直接更换滤芯，不能清洗压力损失较大，约为0.08～

0.35MPa之间，所以只能安装在排油管和回油管路上，不能装在吸油管上。压力管路中用的滤清器

三、滤油器的选用选用滤油器时应考虑到如下问题：1、过滤精度原则上大于滤芯网目的污染物就不能通过滤芯。滤油器上的过滤精度常用能被过滤掉的杂质颗粒的公称尺寸大小来表示。系统压力越高，过滤精度越低。表5－1液压系统中建议采用的过滤精度

2、液压油通过的能力液压油通过的流量大小和滤芯的通流面积有关。一般可根据要求通过的流量选用相对应规格滤油器。（为减低阻力，滤油器的容量为泵流量的2倍以上）。3、耐压选用滤油器时尤须注意系统中冲击压力的发生。而滤油器的耐压包含滤芯的耐压和壳体的耐压。一般滤芯的耐压为0.01~0.1MPa,这主要靠滤芯有足够的通流面积，使其压降小，以避免滤芯被破坏。滤芯被堵塞，压降便增加。必须注意：滤芯的耐压和滤油器的使用压力是不同的，当提高使用压力时，要考虑壳体是否承受得了,而和滤芯的耐压无关。四、滤油器的安装位置

图5－10滤油器的安装位置图5－10列出了液压系统中滤油器几种可能的安装位置滤油器可以安装在油泵的吸油管路上，或某些重要零件之前。滤油器也可安装在回油管路上。滤油器可分成液压管路中使用和油箱使用的两种。

1、滤油器（滤清器）1安装在泵的吸入口。2、滤油器2安装在泵出口，属于压力管路用滤油器，在保护泵以外的其它元件。一般装在溢流阀下游管路上或和安全阀并联，以防止滤油器被堵塞时泵形成过载。

3、滤油器3安装在回油管路上，属于回油管用滤油器，此滤油器的壳体耐压性可较低。4、滤油器4安装在溢流阀的回油管上，因其只通泵部分的流量，故滤油器容量可较小。如其容量2、3相同，则通过流速降低，过滤效果更好。5、滤油器5为独立的过滤系统，其作用在不断净化系统中之液压油，常用在大型的液压系统里。五、空气滤清器

为防止灰尘进入油箱，通常在油箱的上方通气孔装了空气滤清器。有的油箱利用此通气孔当注油口，如图所示为带注油口的空气滤清器。空气滤清器的容量必须使液压系统即使达到最大负荷状态时，仍能保持大气压力的程度。带注油口的空气滤清器第四节密封装置液压系统密封不良，将会造成系统泄漏，造成液压油污染或空气进入系统。但密封过度会造成密封部位的剧烈磨损，缩短使用寿命，增大液压元件内的运动阻力，减低系统的机械效率。一、对密封装置的要求1)在工作压力和一定的温度范围内，应具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高密封性能。2)密封装置和运动件之间的摩擦力要小，摩擦系数要稳定。3）抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿。4）结构简单，使用、维护方便，价格低廉。二、密封按其工作原理来分可分为非接触式密封和接触式密封。前者主要指间隙密封，后者指密封件密封。1、间隙密封靠相对运动件配合面之间的微小间隙来进行密封。开均压槽（宽0.3－0.5mm，深0.5－1.0mm）均压槽可使径向压力分布均匀，消除加工和装配误差，减小液压卡紧力，减小间隙，同时形成阻力减少泄漏。2、O形密封圈用耐油橡胶制成，横截面为圆形。具有良好的密封性能，内外侧和端面都能起密封作用。结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，制造容易，装拆方便，成本低。δ1和δ2分别为装入密封沟槽内的预压缩量其压缩率w＝〔（d0-h)/d0〕×100％固定密封w＝15％－20％往复运动w＝10％－20％回转运动密封w＝5％－10％压力p>10MPa时，O形圈在往复运动中容易被挤入间隙而损坏，可在侧面安放1.2－1.5mm厚的聚四氟乙烯挡圈，单向受力时在受力侧的对面安放一个挡圈；双向受力时在两侧各放一个挡圈。O形密封圈的使用3、唇形密封圈根据截面的形状有Y形、V形、U形、L形等。液压缸中多使用小Y形密封圈作为活塞与活塞杆的密封。小Y形密封圈的特点：断面宽度和高度的比值大，增加了底部支承宽度，可以避免摩擦力造成的密封圈翻转和扭曲。在高压和超高压情况下，有用V形密封圈，三个圈叠在一起使用。当压力更高时，可以增加中间密封环的数量。安装时要径向预压紧，所以摩擦阻力较大。唇形密封圈安装时一定要使唇口向着高压（压力油）一侧。Y形密封圈的使用活塞杆和端盖处的密封4、组合式密封装置可以用于40MPa的高压，往复运动密封时，速度可达15m/s，往复摆动与螺旋运动密封时，速度可达5m/s。图b为由支持环和O形圈组成的轴用组合密封，支持环采用一种经特别处理的化合物，具有极佳的耐磨性、低摩擦和保形性，不存在橡胶密封圈在低速时易产生的“爬行”现象。工作压力可达80MPa。5、回转轴密封圈图示为一种耐油橡胶制成的回转轴用密封圈，内部有直角形圆环骨架支撑，密封圈的内边围着两条螺旋弹簧，把内边压紧在轴上。主要用于液压泵、液压马达和回转式液压缸的伸出轴的密封。工作压力一般为0.1MPa以下，最大允许线速度为4－8m/s,须在有润滑情况下工作。第五节蓄能器(accumulators）一、蓄能器的功用储存油液的压力能。1）短时大量供油。2）维持系统压力。3）吸收液压冲击和脉动。

短时间内大量供油：

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。在某些特殊的场合：如驱动泵的原动机发生故障，蓄能器可作应急能源紧急使用,比如液压缸需要内缩；如现场要求防火防爆，也可用蓄能器作为独立油源。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。作辅助动力源或紧急动力源的液压系统补偿泄漏,维持系统压力的液压系统(2)维持系统压力：有的液压系统需要较长时间保压而液压泵卸载，此时可利用蓄能器释放所储存的液压油，补偿系统的泄漏，保持系统的压力。(3)吸收压力冲击和消除压力脉动：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。吸收冲击和消除压力冲击的液压系统二、蓄能器的类型与结构1、活塞式蓄能器利用在缸筒中浮动的活塞把缸中液压油和气体隔开。活塞上装有密封圈，活塞的凹部面向气体，以增加气体室的容积。结构简单，安装维修方便；但活塞的密封问题不能完全解决，气体容易漏入液压系统中，而且优于活塞的惯性和密封件的摩擦力，使活塞动作不够灵敏。最高压力为17MPa。容量范围为1～39L。温度适用范围为－4～+80℃2、气囊式蓄能器工作压力一般为3.5～35MPa，容量范围为0.6～200L，温度适用范围为－10～65℃。工作前，从充气阀向皮囊内充一定压力的惰性气体。惯性小，反应灵敏，且结构小，重量轻，应用非常广泛。气囊采用耐油橡胶制成弹簧式蓄能器重锤式蓄能器式三、蓄能器容量计算蓄能器容量的大小和它的用途有关。以气囊式蓄能器为例。1、作辅助动力源时的容量计算蓄能器储存和释放压力油容量和气囊中气体体积的变化量相等，由气体定律有：（5－1）p0---气囊工作前的压力；

p1---气囊储油结束时的压力；V0---气囊工作前的充气体积；V1---气囊被压缩后相对于p1时的气体体积；p2---蓄能器向系统供油时的压力；V2---为气囊膨胀后相应于p2时的气体体积；蓄能器气囊的体积差为ΔV＝V2-V1为供给系统的油液，则有(5-2)充气压力p0在理论上可与p2相等，为保证在时蓄能器仍具有一定的补偿系统泄漏动能力，应使p0<

p2，一般取p0＝（0.8～0.85）p2若V0已知，则蓄能器的供油体积为（5－3）式中，n为指数。当蓄能器用来保压，补偿泄漏时，它释放能量的速度是缓慢的，可以认为气体在等温下工作，取n=1；当蓄能器用来作辅助动力源时，它释放能量的速度是迅速的，可以认为气体在绝热条件下工作，取n＝1.42、作缓和液压冲击时的容量计算由于作缓和冲击用的蓄能器容量与管路布置、流动状态、阻尼和泄漏等因素有关，所以准确计算较为困难，在实际应用中常使用经验公式计算蓄能器的最小容量，即（5－4）式中，V0为蓄能器的容量；q为阀口关闭前管内流量；p2为阀口关闭前管内压力；L为冲击管长；p1为允许的最大冲击压力；t为阀口关闭时间3、吸收液压泵脉动压力时容量计算一般采用以下经验公式进行：式中，V为液压泵的排量；i为排量变化率(ΔV/V)；ΔV为超过平均排量的排除量；K为液压泵的压力脉动率（Δp/p泵）；Δp为压力脉动单侧振幅。在使用时，蓄能器充气压力p0＝0.6p泵四、蓄能器的使用与安装使用蓄能器应注意：（1）充气式蓄能器中应使用惰性气体（一般为氮气），允许工作压力视蓄能器结构形式而定。（2）蓄能器一般应垂直安装，油口向下。（3）用于吸收液压冲击和压力脉动的蓄能器应尽可能安装在振源附近。

（4）蓄能器与液压泵之间应安装单向阀，防止停车时蓄能器内压力油倒流。（5）蓄能器与管路之间应按照截止阀，供充气和检修时使用。（6）装在管路上的蓄能器须用支板或支架固定。隔膜式蓄能器第五节热交换器液压系统中的油液工作温度一般以40°-60°以下为宜，最高不超过65°，最低温度不低于15°。油温过高或过低都会影响系统的正常工作。为控制油温，油箱上常按照冷却器和加热器。一、冷却器一般说来，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三：1）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和气冷式两大类。1．水冷式油冷油器

水冷式油冷却器通常都采用壳管式（shell-and–tubetype）油冷却器，它是由一束小管子（冷却管）装置在一个外壳里所构成。图6-10直管形油冷却器壳管式油冷器形式多种，但一般都采用直管形油冷却器。其构造是把直管形冷却管装在一外壳内，两端再用可移动的端盖（管帽）封闭，金属隔板装置在内，使液压油产生垂直于冷却管流动以加强热的传导。冷却管通常由小直径管子组成，材料可用铝、钢、不锈钢无缝钢管，但为增加热传效果，一般采用铜管并在铜管上滚牙以增进散热面积。冷却管的安装分为固定式和可移动式两种，可移动式冷却器可由外壳中抽出来清洗或修理；固定式固定在内不能取出。冷却器的外壳是由2"~30"开口的管子构成，材料可用铝、铜或不锈钢管等。2．气冷式油冷却器由风扇和许多带散热片的管子所构成。油在冷却管中流动，风扇使空气穿过管子和散热片表面，使液压油冷却。其冷却效率较水冷低，但如果冷却水取得不易或水冷式油却器不易安装的场所，必须采用气冷式，尤以行走机械的液压系统使用较多。图5-11气冷式油冷却器图5-12冷却溢流阀流出来的油的回路图5-13冷却器装在回油侧的回路

3、油冷却器安装的场所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6－14所示。图5－14独立冷却回路4．油冷却器的冷却水为防止冷却器累积过多的水垢影响热交换效率，可在冷却器装一滤油器。冷却水要采用清洁的软水。第四节热交换器一、冷却器作业（教材P137）5－1某液压系统，使用YB型叶片泵，压力为6.3MPa，流量为40L/min。试选油管的尺寸。解：选取钢管。抗拉强度为σb＝420MPa取安全系数n=8，设管内流速v＝3m/s，则查有关资料，取公称通径为15mm，选Φ22