第5章液压辅助元件

第5章液压辅助元件

液压系统中的辅助元件包括油箱、滤油器、蓄能器、压力表、油管、管接头和密封装置等。这些辅助元件数量多、分布广、影响大，如果使用不当，也会影响液压系统的工作性能，甚至无法正常工作。因此，对辅助元件也必须给予足够的重视。

5.1油箱油箱的主要功能是储存油液。此外，还能为油液起散热、沉淀杂质和分离气泡等辅助作用。

5.1.1．油箱的形式油箱可分为开式和闭式两种。开式油箱中的油液和大气相通，在液压系统中使用最为广泛。闭式油箱中的油液和大气隔绝，通常利用有压气体对油液施压为系统供油。

5.1.2．开式油箱的基本结构开式油箱由箱体、盖板、注油口、放油口、油位计、通气口、空气过滤器、吸油管、吸油管用滤清器、回油管、排泄油管、隔板和安装台等组成，如图5-1所示。图5-1开式油箱的基本结构

(1)箱体

箱体是油箱的储油主体。箱体的有效容量通常不宜太小，否则油温容易快速上升。根据经验，箱体的有效容量一般低压系统为泵额定流量的2~4倍，中压系统为5~7倍，高压系统为10~12倍。箱体的总容量一般为有效容量的1.25倍.

(2)盖板盖板是为拆装和清洗油箱提供方便的装置。

(3)注油口和放油口注油口是给油箱注入或补充油液的通道口；放油口是在更换油液或清洗油箱时把油箱里的油液流放出来的通道口。

(4)油位计

油位计是在油箱外引出的一根有标尺的透明管或一块有标尺的透明平面，用以观察油箱内油液的高度。对于小型油箱通常不用透明管或透明平面，而是在注油口的螺盖中间安装一根金属标尺。打开注油口螺盖，可同时抽取标尺，用标尺上粘连的油液高度，查看油箱里的油高。

(5)通气口和空气清滤器

通气口是保持油面与大气相通的联通口，有的油箱常利用通气口作为油箱的注油口。为了防止灰尘和杂质从通气口进入油箱，在油箱的通气口上都安装有空气滤清器。在空气滤清器的使用过程中，有二点需要引起注意：一是空气滤清器的通气容量必须足够大，当液压泵的流量最大时，要能保证油面仍能处在大气压力状态下。二是要定期检查空气滤清器的堵塞现象，如果周围环境太差，空气滤清器很容易被杂物严重堵塞，液压泵的吸油能力不仅会严重下降，甚至会产生空穴现象。

(6)吸油管

吸油管是液压泵的吸油管道。为了避免因液压泵吸油不良产生空穴现象，吸油管的口径应为其余供油管径的1.5倍；为了防止杂物从吸油管吸入液压泵，吸油管的吸油口必须安装吸油管用滤油器。

(7)吸油管用滤油器

吸油管用滤油器是安装在吸油管口的一种油液过滤器，常称为滤清器或粗滤器。滤清器通常采用网式滤油器，主要滤除油液中一些颗粒较大（一般在0.1mm以上），易于损坏液压泵的杂质。为了防止杂物吸附在滤清器的过滤网上，滤清器的最下面应比油箱底部高50～100mm；为了防止空气窜入吸油管，滤清器的最上面应比油面低50mm以上

(8)回油管

回油管是工作后的液压油液流回油箱的管道。为了防止回油冲击液面产生气泡，回油管末端要浸在液面以下。同时，管口应切成45°角，且面向箱壁，以使回油冲击油箱外壁形成回流，有利于冷却油温和沉淀杂质。回油管的出口离箱底的高度不宜太低，一般要大于管径的两倍以上，以免冲动了油箱底部的杂质，损坏了油液的质量。液压马达的外泄油管也是一种回油管。为了防止吸入空气，其末端也应浸在液面以下

(9)排泄油管

减压阀、顺序阀等一些液压控制阀都有泄油口，连接这些泄油口的油管就是排泄油管。排泄油管应单独接入油箱，而且出油口一定要安放在液面以上。如果排泄油管的出油口安放在液面以下，会在排泄油管内产生背压，使控制阀产生误动作，甚至完全不能工作。

(10)隔板

隔板安装在吸油侧和回油侧之间，便于液压油沉淀杂质、分离气泡和散热，如图5-2所示。图5-2油箱中的隔板

(11)安装台

装台是用来安装液压泵和部分液压控制元件的平台。

5.2滤油器

在液压系统中，绝大部分的故障都是因为液压油中混入的杂质引起的，所以，对液压油的过滤是液压传动中一个非常重要的问题。油液的过滤元件是滤油器，常用的滤油器除吸油管用滤油器外，还有压力管用滤油器和回油管用滤油器。

5.2.1滤油器的基本结构滤油器有壳装滤油器和无外壳滤油器两种。压力管和回油管用滤油器基本都是壳装滤油器（部分安放在油箱中的回油管用滤油器也有无外壳滤油器）。壳装滤油器主要由端盖、滤芯和壳体组成，其基本结构如图5-3(a)所示。

在图5-3(a)中，油液从a口进入，通过滤芯，从b口流出。滤油器的滤芯上有无数个微小间隙或小孔，当油液通过滤芯时，混入油液中的杂质就会被阻隔和过滤出来，产生滤油的效果。无外壳滤油器没有外壳2和进油口a，结构简单，安置方便，吸油管用滤油器（即滤清器或粗滤器）大都是无外壳滤油器。滤油器的职能符号如图5-3(b)、(c)所示。图5-3滤油器的基本结构(a)壳装滤油器(b)壳装滤油器的职能符号(c)无外壳滤油器的职能符号

5.2.2滤油器的结构类型

滤油器的核心部分是滤芯，按滤芯的材质和过滤方式不同可分为网式，线隙式，纸芯式，烧结式和磁性式等多种。

(1)网式滤油器

网式滤器的滤芯是金属丝(常用黄铜丝)织成的细小方格网，其过滤精度取决于丝网层数和网孔的大小。网式滤油器具有压力损失小、结构简单、通流能力大、清洗方便等特点，但过滤精度不高，一般用于液压泵吸油管口的粗滤器。

(2)线隙式滤油器

线隙式滤油器的滤芯是由带有孔眼的筒形芯架和绕在芯架外部的铜线或铝线组成。由于滤芯的滤油孔是由线与线间的缝隙形成的，所以称为线隙式滤油器。线隙式滤油器的特点是结构简单，通流能力大，过滤精度较高，但不易清洗。

(3)纸芯式滤油器图5-4纸芯式滤油器的滤芯1-滤芯；2-芯架

纸芯式滤油器的滤芯是采用平纹或波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸制成的。为了增大过滤纸的过滤面积，纸芯一般做成折叠式，其结构如图5-4所示。为了增加纸芯的强度，纸芯内部通常利用带孔的镀锡铁皮做成芯架。纸芯式滤油器过滤精度较高，但通流能力差，无法清洗，经常需要更换滤芯。

(4)烧结式滤油器图5-5烧结式滤油器

1-端盖；2-壳体；3滤芯

烧结式滤油器的结构如图5-5所示，它是由壳体2、烧结式青铜滤芯3和端盖1组合而成的。烧结式过滤器的青铜滤芯是由青铜的微小球状颗粒用粉末冶金烧结工艺烧结而成，利用青铜颗粒之间的微孔滤去油液中的杂质。烧结式滤油器的滤芯强度高，抗腐蚀性好，过滤精度高，能在高温下工作，但滤芯基本不能清洗。

(5)磁性式滤油器图5-6磁性式滤油器1-铁环2-圆罩3-永久磁铁

磁性滤油器是利用磁化原理滤去油液中铁屑、铸铁粉末等铁磁性物质的一种过滤器.

磁性滤油器的结构形式如图5-6所示，它的中心是一个圆筒式的永久磁铁3，在磁铁的外部罩有一个非磁性的圆罩2，圆罩外面镶着几圈铁环1，铁环由垂直铜条连接并隔开。油液从a口进入，从b口流出，当油液中能磁化的杂质经过铁环周围时，会吸附在铁环上，起到过滤的作用。为了便于清洗，铁环分为两半，当杂质将铁环周围堵塞时，可将两只半圆铁环取下清洗后，再装上反复使用。磁性滤油器特别适用于经常加工铸件的机床液压系统。在生产实践中也有将几块永久性磁铁投放在油箱里，同样可达到滤除油液中磁性杂质的作用。磁性滤油器不能过滤油液中的非磁性杂质，所以要和其他过滤器组合使用。

5.2.3滤油器的选用

在滤油器的产品技术规格中，通常标有过滤精度、额定流量（或流量）、额定压力、压力损失和通径五项指标（无外壳滤油器无额定压力指标），用于选用。

(1)过滤精度滤油器是依靠滤芯中具有一定尺寸的滤孔来过滤污染物，其过滤精度常用能被过滤孔过滤的杂质颗粒的公称尺寸大小(μm)来表示。滤油器的过滤精度通常与系统控制元件的精密程度或控制系统的类别有关，另外，系统压力越高，对过滤精度的要求也越高。滤油器过滤精度的推荐值可参考表5-1。

表5-１过滤精度推荐值系统类别液压传动系统伺服系统过滤精度/μm工作压力＜21MPa时工作压力≥21MPa时≤5≤25≤10

近年来，有一种推广高精度滤油器的观点。研究和实践证明，采用高精度滤油器，可提高液压泵和液压马达的工作寿命，也可基本消除阀的污染，卡紧和堵塞故障，应引起液压工作者的重视和注意。

(2)通油能力

滤油器技术规格中的额定流量（或流量）即为滤油器的通油能力。滤油器的通油能力必须大于管道中油液的最大工作流量，通常为管道中最大工作流量的2倍以上。

(3)耐压能力滤油器的耐压能力包括壳体和滤芯两部分。

压力管用滤油器的壳体相当于液压系统液中油管的外壁，所以壳体的耐压（即技术规格中的额定压力）一定要大于管道中的最大工作压力和有可能出现的液压冲击。回油管用滤油器通常不考虑壳体的耐压能力。无外壳滤油器不存在壳体的耐压，也没有额定压力的指标。

滤油器中有油液流过，在滤芯两面会产生压降。技术规格中的压力损失，就是滤油器在额定流量状态下，在滤芯两面产生的压降，这也是该滤油器在额定流量状态下，滤芯能够保证的基本耐压能力。显然，如果滤油器中的实际流量比额定流量大，压力损失也会相应增大；如果滤油器中的实际流量比额定流量小，压力损失也会相应减小。所以，为了防止因流量脉动出现过高的瞬时流量，保证滤芯的工作安全，通常应选用额定流量较大一些的滤油器。

(4)通径

滤油器的通径应与工作油管相匹配，便于正常连接。

5.2.4滤油器的安装位置液压系统中滤油器的几种可能的安装位置如图5-7所示。图5-7滤油器的安装位置

(1)泵的吸油口

1是泵的吸油管用滤油器，即滤清器，主要作用是保护液压泵。为了液压泵吸油通畅，滤清器的通油能力应大于液压泵最大工作流量的2倍以上。滤芯的压力损失应小于0.02MPa。

(2)泵的出口

2是压力管用滤油器，主要作用是用来保护液压泵以外的其它液压元件。压力管用滤油器除了要有足够的通油能力和较小的压力损失以外，壳体一定要有足够的耐压能力。另外，为了监视压力管用滤油的通油状态，可在滤油器入口安装堵塞指示装置（如压力表）；为了使压力管用滤油器堵塞后不影响停工，可与滤油器并接应急旁路阀。

(3)执行元件的回油管路

3是回油管用滤油器，它的主要作用是用来过滤液压系统在工作过程中因元件磨损和沿途污染产生的油液杂质。为了防止杂物堵塞回油管用滤油器，回油管用滤油器应并联回油单向阀，回油单向阀同时可为滤油器入油口提供一定的入油压力，使油液能顺利地流入滤油器；为了便于拆装和清洗，回油管用滤油器的入口应安装截至阀。

(4)溢流阀的回油管路

4也是回油管用滤油器，它主要是再一次滤除油液中更为细小的杂质颗粒，充分保证油品的工作质量。

(5)系统外这是一种独立的过滤系统，其作用是不断净化系统中的液压油，常用在较大型的液压系统里。

5.3热交换器为了提高液压系统的工作稳定性，应使液压油在正常温度下工作并保持热平衡。液压系统工作时，通常希望油温能保持在30-50℃范围内，如果油温过低或过高，都会影响液压系统的正常运行。当液压系统仅靠自然散热不能使油液升温限制在正常值以内时，就必须安装油冷却器；反之，如果环境温度太低，致使油温太低，则必须安装油加热器。油冷却器和油加热器统称为热交换器。

5.3.1油冷却器油冷却器通常可分为水冷式和风冷式两大类。

(1)水冷式油冷却器图5-8对流多管式油冷却器

1-端盖；2-隔板；3-水管水冷式油冷却器通常采用对流多管式冷却器。它由多条水管（冷却管）安装在一个密封的外壳里，对油液进行冷却，如图5-8所示。在图5-8中，油液从c口进入，通过隔板2增加油液冷却的路线长度，然后从b口流出。冷却水从右端d口进入，通过水管3，从a口流出。两端的盖板可以拆卸，便于维修。

(2)风冷式油冷却器图5-9风冷式油冷却器风冷式油冷却器的构造如图5-9所示，它由风扇和许多带散热片的冷却管构成。油液在冷却管中流动，风扇使空气穿过冷却管和散热片表面，冷却液压油。风冷式油冷却器的冷却效率虽然较水冷低，但风冷式油冷却器比水冷式油冷却器经济、方便，所以，在中小型液压系统中，大多采用风冷式油冷却器。特别是在不易获取冷却水的场所，通常必须采用风冷式冷却器，如行走机械等。

(3)油冷却器的安装油冷却器通常安装在容易使油体发热的液压元件和有外来热辐射的管道附近，例如常和单向阀并联安装在溢流阀的回油口（如同图5-7中滤油器4的位置，图中的单向阀一方面可防止油冷却器堵塞后出现安全事故，一方面可为油冷却器的入油口提供一定的输入压力），对于较大型液压系统，也可和图5-7中的滤油器5一样，安装独立的油冷却系统。油冷却器不是高压容器，当油液流经油冷却器时，压力不得大于1Mpa，所油冷却器的回油口通常都要接入油箱

5.3.2加热器油液加热的方法可采用蒸汽、热水和电加热等多种方式。由于电加热方便，温度易于控制，故应用较广泛。加热元件宜放在油液的流动处，便于热量的交换。另外，加热器的功率不宜太大，以免油液升温过快，增加了油温的控制难度。

5.4蓄能器

蓄能器是液压系统中储存液体压力能的装置，平时将压力油储存起来，需要时将压力油释放给液压系统。

5.4.1蓄能器的分类蓄能器有弹簧式、重锤式和充气式等，常用的是充气式。充气式蓄能器是利用气体的压缩和膨胀来储存和释放油液的压力能。为了安全起见，充气式蓄能器的所充气体通常采用惰性气体(一般为氮气)。在充气式蓄能器中，气体和油液被隔开，构成了相互隔离的充气腔和储油腔。根据隔离方式的不同，充气式蓄能器又分为活塞式、气囊式和气瓶式三种。下面介绍的是常用的活塞式和气囊式两种蓄能器图5-10充气式蓄能器图5-10(a)为活塞式蓄能器。活塞式蓄能器依靠浮动活塞1将气体与油液隔开。浮动活塞1的凹部面向上腔（充气腔），以增加气室的容积，气体可经充气阀3充入充气腔。蓄能器下腔(储油腔)可经输油口a充入液压油，通过活塞压缩气体，使蓄能器储存压力油。

活塞式蓄能器结构简单，安装和维修方便，寿命长。但是，由于活塞的惯性和密封部件的摩擦力，使其动态响应较慢。活塞式蓄能器适用于压力低于20MPa的系统储能或吸收压力脉动

(1)活塞式蓄能器

(2)气囊式蓄能器

如图5-10(b)所示为气囊式蓄能器。气囊式蓄能器是采用耐油橡胶制成的气囊2构成充气腔，与外面的储油腔隔离，从充气阀3可以向充气腔充入一定压力的惰性气体。为了防止因充气过量，气囊从下面的输油口挤出，造成气囊磨损破裂，所以在输油口安置了一个限位阀4。当气囊充气过多时，限位阀4被气囊压下，把输油口完全封闭，用以保护气囊。气囊式蓄能器体积小，重量轻，惯性小，动作灵敏，但气囊的制造工艺较难，成本较高。气囊式蓄能器适用于较高压力的系统储能和吸收压力冲击，工作压力可达32MPa。图5-10(c)所示为蓄能器的职能符号。

5.4.2蓄能器的功用

(1)作辅助动力源在液压系统短时需要大流量压力油时，可利用蓄能器储存的压力油作为辅助动力源，与液压泵同时为系统供油。

(2)作应急动力源系统突然断电时，蓄能器可作为应急能源，为执行元件短时提供压力油，使执行元件能够继续完成余下动作。

(3)保压和补充泄漏利用蓄能器储存的压力油可为执行元件保压。保压时，蓄能器可为执行元件补充泄漏，不仅保压时间长，而且压力稳定。

(4)缓和液压冲击在液压系统中产生液压冲击的部位可安装蓄能器，用于吸收压力能力，缓和液压冲击。

(5)吸收脉动压力在液压泵的出口并接蓄能器，可减小泵的流量脉动和压力脉动。

5.4.3蓄能器的使用蓄能器在使用时需要注意以下几点：

①安装时，应将油口朝下垂直安装。

②为了便于系统检修，蓄能器与系统管路之间要安装截止阀。

③为了防止液压泵停转时蓄能器内的压力油倒流，蓄能器与液压泵之间要安装单向阀。

④用于缓合液压冲击和吸收脉动压力的蓄能器，应当尽可能装在振源附近。

⑤蓄能器是压力容器，搬运和拆装时应先卸载，以保障工作安全。

5.5油管与管接头

液压系统的动力元件，执行元件和控制元件都是利用油管和管接头连接在一起的，并通过油管和管接头来传送工作介质，所以油管和管接头也是液压系统中不可缺少的重要组成部分。液压系统中的油管与管接头需要有足够的强度、良好的密封性、较小的压力损失、较强的抗腐蚀能力和便于拆装等要求。

5.5.1油管

(1)油管的种类及应用液压传动中常用的油管有钢管、铜管、橡胶软管、尼龙管和塑料管等。

钢管能承受高压，油液不易氧化，价格低廉，但弯曲和装配都比较困难，多用于装配部位受限、装配位置定型和大功率的液压传动系统。钢管有焊接钢管、无缝钢管和不锈钢管。压力小于2.5MPa的场合可用焊接钢管；压力大于2.5MPa的场合常用冷拔无缝钢管；需要防腐蚀、防锈的场合可选用不锈钢管；超高压系统可选用合金钢管。在液压系统中常用的铜管主要是紫铜管，所能承受的工作压力一般不超过6.5~10MPa。由于铜材价格较高，且铜管易使液压油氧化，抗振能力也较差，所以仅应用在流量不大，工作压力较低的中、小型机床液压系统。橡胶软管可分为高压和低压两种，高压软管是钢丝编织的橡胶管，其最高承受压力可达42MPa；低压软管是麻线或棉线编织的橡胶管，承受压力一般在10MPa以下。由于橡胶软管安装方便，不怕振动，能承受高压，还能吸收部分液压冲击，所以，广泛应用于档次较高的液压系统。尼龙和塑料管的耐压能力都比较低，但价格便宜，常用于压力较低的回油管道。

(2)油管内径油管的内径取决于管道中的最大流量和油液在管道中的允许流速。通常，吸油管道的允许流速取0.6~1.5m/s；压油管道的允许流速取2.5~5m/s；回油管道的允许流速取1.5~2.5m/s(流量大，压力高，取值可相应偏高)。因为所以

（5-1）式中，d为管径，Q为管内最大流量，u为管内允许流速。

(

3)油管壁厚金属油管的壁厚可由下式计算：

（5-2）式中，p为工作压力（MPa）；d为油管内径（mm）；

为许用应力（MPa）。对于钢管（为的抗拉强度，单位为MPa，s为安全系数，时，s=8；时，s=6；时，s=4。。当当当当对于铜管至于橡胶软管，可通过油管的计算内径和工作压力，查询供应商的产品资料，直接选用适合内径和压力要求的工作油管，无需计算壁厚。

5.5.2管接头管接头有焊接接头、卡套式接头、扩口接头、扣压式接头、快速接头等多种形式。

(1)扩口式管接头扩口式管接头如图5-11(a)所示。扩口式管接头是先将油管端部利用专用工具扩成喇叭口，如图5-11(b)所示，然后利用导套2和螺母3，将油管紧压在接头体上。这种管接头适用于铜管和薄壁钢管，也可以用来连接尼龙管和塑料管。图5-11扩口式管接头1、7-油管；2-导套；3-螺母；4-接头体；5-冲头；6-扩口坐

(2)焊接式管接头焊接式管接头如图5-12所示。焊接式管接头主要由、螺母和接管组成，接管与管路系统中的钢管采用焊接连接。