第五章液壓輔助元件

第五章

液壓輔助元件主講李壘

第一節(jié)

油管與管接頭

第二節(jié)油箱

第三節(jié)

過濾器

第四節(jié)密封裝置

第五節(jié)蓄能器

液壓系統(tǒng)中除了動力元件、執(zhí)行元件、控制元件外，油箱、慮油器、蓄能器、壓力表、密封裝置、管件等，都稱為液壓系統(tǒng)輔助元件。輔助裝置中的油箱須根據(jù)系統(tǒng)要求自行設計，其他元件均已標準化.可根據(jù)設計需要選用.在液壓傳動系統(tǒng)中，吸油管路和回油管路一般用低壓的有縫鋼管，也可以使用橡膠和塑料軟管，控制油路中流量小，多用小直徑銅管。在中、低壓油路中常使用銅管，高壓油路一般使用冷拔無縫鋼管。高壓軟管是由橡膠管中間加一層或幾層鋼絲編制網(wǎng)制成。

第一節(jié)管路和管接頭一、油管高壓軟管比硬管安裝方便，能吸收振動和脈動。一般移動或擺動的液壓執(zhí)行元件都采用各種軟管輸送液壓油。高壓軟管是由橡膠管中間加一層或幾層鋼絲編織網(wǎng)制成，也有金屬軟管，承壓能力較大。管路內(nèi)徑的選擇主要考慮降低流動時的壓力損失。對于高壓管路，通常流速在3～4m/s范圍內(nèi)，對于吸油管路，考慮泵的吸入和防止氣穴，通常流速在0.6～1.5m/s范圍內(nèi)。在裝配液壓系統(tǒng)時，油管的彎曲半徑不能太小，一般應為管道半徑的3～5倍。應盡量避免小于90°彎管，彎曲處的內(nèi)側(cè)不應有明顯的皺紋、扭傷，橢圓度不應大于管徑的10％。平行或交叉的油管之間應有適當?shù)拈g隔，并用管夾固定，以防振動和碰撞。二、管接頭管接頭是連接油管與液壓元件或閥板的可拆卸的連接件。液壓系統(tǒng)中油液的泄漏多發(fā)生在管接頭處，所以管接頭的重要性不容忽視。常用的管接頭有以下幾種

管接頭有焊接接頭、卡套式接頭、擴口接頭、扣壓式接頭、快速接頭等幾種形式，如圖3-26至圖3-30所示，一般由具體使用需要來決定采用何種連接方式。1、焊接管接頭不用焊接，不用另外的密封件尺寸小裝拆方便。2、卡套式管接頭要求表面精度高，適用于冷拔鋼管，不適用于熱軋鋼管。3、擴口式管接頭工作壓力不大于8MPa4、扣壓式管接頭5、快速管接頭(快速裝拆管接頭)不需要裝拆工具，適用于經(jīng)常裝拆處。需要斷開油路時，可用力把外套向左推，在拉出接頭體，鋼球即從接頭體槽中退出。固定鉸接管接頭第二節(jié)油箱一、作用：儲存油液、沉淀、散熱和溢出氣體。

1）油箱形式：可分為開式和閉式（壓力油箱）兩種，開式油箱中油的液面和大氣相通，而閉式油箱中的油液面和大氣隔絕，液壓系統(tǒng)中大多數(shù)采用開式油箱。

2）油箱結構：開式油箱大部分是以鋼板焊接而成，圖5－6所示為工業(yè)上使用的典型焊接式油箱。

二、油箱的結構圖5-6焊接式油箱1、油箱應有足夠的剛度和強度。三、油箱設計時的注意事項油箱一般用2.5mm-4mm的鋼板焊成。要有適當?shù)募庸獭３叽巛^大的油箱要加角板和加強筋。油箱蓋板上若安裝電動機油泵，不僅要加厚，還要采取措施局部加強。2、要有足夠的有效容積油面高度應為油箱高度的80％時的容量稱為油箱的有效容積。有效容積應根據(jù)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱、散熱平衡的原則計算。一般按液壓泵的額定流量估計計算。低壓系統(tǒng)用油箱有效容積為液壓泵每分鐘排油量的2～4倍；中壓系統(tǒng)為5～7倍；高壓系統(tǒng)為10～12倍。3、吸油管與回油管距離應盡可能遠些，在吸油側(cè)和回油側(cè)之間安裝隔板，以達到沉淀雜質(zhì)、分離氣泡及散熱作用。隔板的位置隔板高度為油面高度的3/44、為防止贓物進入油箱，油箱上部各蓋板、管口處都要妥善密封。

5、吸油管入口處應裝粗過濾器。在最低液面時，過濾器和回油管均應沒入油中，以免液壓泵吸空?；赜凸芏藨谐?5°切口，并面向箱壁,以使回油沖擊箱壁形成回流,以利于散熱和雜質(zhì)沉淀管端與箱底、壁面間距均不宜小于管徑的三倍。

6、為了更好地散熱和便于維護，油箱箱底與地面高度應在150mm以上。箱底應適當傾斜，在最底部裝放油閥。箱體上在注油口的附近應裝液位計。

7、留有安裝熱交換器的位置，油溫控制在15～65℃之間。

8、油箱內(nèi)壁要加工新油箱需經(jīng)噴丸、酸洗和表面清洗，并涂與工作液相容的塑料薄膜或耐油清漆。另外，系統(tǒng)中排泄管應盡量單獨接入油箱。各類控制閥的排泄管端部應在液面以上，以免產(chǎn)生背壓；泵和馬達的外泄油管其端部應在液面之下，以免吸入空氣。

過濾器又叫濾油器一、作用:過濾掉油液中的雜質(zhì)，降低液壓系統(tǒng)中油液的污染度，保證系統(tǒng)正常工作。第三節(jié)過濾器二、對過濾器的要求1、足夠的精度能滿足液壓系統(tǒng)對過濾精度的要求，即能阻擋一定尺寸的機械雜質(zhì)進入系統(tǒng)。過濾器精度是指濾芯能夠濾掉的最小雜質(zhì)顆粒的大小，以直徑d作為公稱尺寸表示，按精度可分為

粗過濾器（d≦100μm），

普通過濾器（d≦10μm），

精過濾器（d≦5μm），

特精過濾器（d≦1μm）。2、通流能力大，不會引起過大的壓力損失。3、濾芯應有足夠的強度，不會因壓力油的作用而損壞。4、濾芯抗腐蝕性能好，并能在規(guī)定的溫度下持續(xù)地工作。5、易于清洗或更換濾芯，便于拆裝和維護。三、過濾器的結構

濾油器一般由濾芯(或濾網(wǎng))和殼體構成，由濾芯上無數(shù)個微小間隙或小孔構成通流面積。當混入油中的污物（雜質(zhì)）大于微小間隙或小孔時，雜質(zhì)被阻隔而濾清出來。若濾芯使用磁性材料時，可吸附油中能被磁化的鐵粉雜質(zhì)。濾芯有網(wǎng)式、線隙式、磁性、燒結式和紙質(zhì)等濾油器四、過濾器的型式按過濾精度分為粗過濾器和精過濾器按過濾方式可分為表面型、深度型和中間型過濾器。1、表面型過濾器表面型過濾器的濾芯表面與液壓介質(zhì)接觸，這種過濾器材料像篩網(wǎng)一樣把雜質(zhì)顆粒阻留在其表面上。最常見的是金屬絲制成的網(wǎng)式過濾器。也是一種粗過濾器。過濾精度低，約為0.08~0.18mm。但是阻力小（可放在泵入口），其壓力損失不超過0.01MPa。線隙式過濾器也是表面型過濾器，由細金屬絲（d＝0.4mm）密集纏繞在圓筒支架上，依靠金屬絲螺旋線間的間隙通過油液并阻留雜質(zhì)。安裝在泵的吸油口時，阻力損失約為0.02MPa，過濾精度約為0.08－0.1mm。安裝于低壓回油管路時，壓力損失約為0.07－0.35

MPa，過濾精度較好，約為0.03－0.05mm。不需要更換濾芯，清洗后可重新使用油箱內(nèi)部使用的濾油器亦稱為濾清器和粗濾器，用來過濾掉一些太大的，容易造成泵損壞的雜質(zhì)（在0.1mm3以上）殼裝濾清器（strainer）裝在泵和油箱吸油管途中。無外殼濾清器，安裝在油箱內(nèi)，拆裝不方便，但價格便宜。無外殼濾清器2、深度型過濾器在深度型過濾器中，油液要流經(jīng)有復雜縫隙的路程達到過濾的目的。濾芯材料有：毛氈、人造絲纖維、不銹鋼纖維、粉末冶金材料。優(yōu)點：過濾精度高，可達0.01－0.06mm，但阻力損失較大，為0.03－0.2MPa。所以不能直接裝于液壓泵的吸油口，多裝在排油或回油路上。深度型過濾器3、中間型過濾器介于表面型過濾器和深度型過濾器之間。如采用有一定厚度的微孔濾紙制成的濾芯的紙質(zhì)過濾器。過濾精度約為10～20μm，高精度的可達1μm左右。適用于一般的高壓液壓系統(tǒng)，是當前中高壓系統(tǒng)應用最廣泛的精過濾器。為增大過濾面積，濾紙做成“W”形。直接更換濾芯，不能清洗壓力損失較大，約為0.08～

0.35MPa之間，所以只能安裝在排油管和回油管路上，不能裝在吸油管上。壓力管路中用的濾清器

三、濾油器的選用選用濾油器時應考慮到如下問題：1、過濾精度原則上大于濾芯網(wǎng)目的污染物就不能通過濾芯。濾油器上的過濾精度常用能被過濾掉的雜質(zhì)顆粒的公稱尺寸大小來表示。系統(tǒng)壓力越高，過濾精度越低。表5－1液壓系統(tǒng)中建議采用的過濾精度

2、液壓油通過的能力液壓油通過的流量大小和濾芯的通流面積有關。一般可根據(jù)要求通過的流量選用相對應規(guī)格濾油器。（為減低阻力，濾油器的容量為泵流量的2倍以上）。3、耐壓選用濾油器時尤須注意系統(tǒng)中沖擊壓力的發(fā)生。而濾油器的耐壓包含濾芯的耐壓和殼體的耐壓。一般濾芯的耐壓為0.01~0.1MPa,這主要靠濾芯有足夠的通流面積，使其壓降小，以避免濾芯被破壞。濾芯被堵塞，壓降便增加。必須注意：濾芯的耐壓和濾油器的使用壓力是不同的，當提高使用壓力時，要考慮殼體是否承受得了,而和濾芯的耐壓無關。四、濾油器的安裝位置

圖5－10濾油器的安裝位置圖5－10列出了液壓系統(tǒng)中濾油器幾種可能的安裝位置濾油器可以安裝在油泵的吸油管路上，或某些重要零件之前。濾油器也可安裝在回油管路上。濾油器可分成液壓管路中使用和油箱使用的兩種。

1、濾油器（濾清器）1安裝在泵的吸入口。2、濾油器2安裝在泵出口，屬于壓力管路用濾油器，在保護泵以外的其它元件。一般裝在溢流閥下游管路上或和安全閥并聯(lián)，以防止濾油器被堵塞時泵形成過載。

3、濾油器3安裝在回油管路上，屬于回油管用濾油器，此濾油器的殼體耐壓性可較低。4、濾油器4安裝在溢流閥的回油管上，因其只通泵部分的流量，故濾油器容量可較小。如其容量2、3相同，則通過流速降低，過濾效果更好。5、濾油器5為獨立的過濾系統(tǒng)，其作用在不斷凈化系統(tǒng)中之液壓油，常用在大型的液壓系統(tǒng)里。五、空氣濾清器

為防止灰塵進入油箱，通常在油箱的上方通氣孔裝了空氣濾清器。有的油箱利用此通氣孔當注油口，如圖所示為帶注油口的空氣濾清器?？諝鉃V清器的容量必須使液壓系統(tǒng)即使達到最大負荷狀態(tài)時，仍能保持大氣壓力的程度。帶注油口的空氣濾清器第四節(jié)密封裝置液壓系統(tǒng)密封不良，將會造成系統(tǒng)泄漏，造成液壓油污染或空氣進入系統(tǒng)。但密封過度會造成密封部位的劇烈磨損，縮短使用壽命，增大液壓元件內(nèi)的運動阻力，減低系統(tǒng)的機械效率。一、對密封裝置的要求1)在工作壓力和一定的溫度范圍內(nèi)，應具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動提高密封性能。2)密封裝置和運動件之間的摩擦力要小，摩擦系數(shù)要穩(wěn)定。3）抗腐蝕能力強，不易老化，工作壽命長，耐磨性好，磨損后在一定程度上能自動補償。4）結構簡單，使用、維護方便，價格低廉。二、密封按其工作原理來分可分為非接觸式密封和接觸式密封。前者主要指間隙密封，后者指密封件密封。1、間隙密封靠相對運動件配合面之間的微小間隙來進行密封。開均壓槽（寬0.3－0.5mm，深0.5－1.0mm）均壓槽可使徑向壓力分布均勻，消除加工和裝配誤差，減小液壓卡緊力，減小間隙，同時形成阻力減少泄漏。2、O形密封圈用耐油橡膠制成，橫截面為圓形。具有良好的密封性能，內(nèi)外側(cè)和端面都能起密封作用。結構緊湊，運動件的摩擦阻力小，制造容易，裝拆方便，成本低。δ1和δ2分別為裝入密封溝槽內(nèi)的預壓縮量其壓縮率w＝〔（d0-h)/d0〕×100％固定密封w＝15％－20％往復運動w＝10％－20％回轉(zhuǎn)運動密封w＝5％－10％壓力p>10MPa時，O形圈在往復運動中容易被擠入間隙而損壞，可在側(cè)面安放1.2－1.5mm厚的聚四氟乙烯擋圈，單向受力時在受力側(cè)的對面安放一個擋圈；雙向受力時在兩側(cè)各放一個擋圈。O形密封圈的使用3、唇形密封圈根據(jù)截面的形狀有Y形、V形、U形、L形等。液壓缸中多使用小Y形密封圈作為活塞與活塞桿的密封。小Y形密封圈的特點：斷面寬度和高度的比值大，增加了底部支承寬度，可以避免摩擦力造成的密封圈翻轉(zhuǎn)和扭曲。在高壓和超高壓情況下，有用V形密封圈，三個圈疊在一起使用。當壓力更高時，可以增加中間密封環(huán)的數(shù)量。安裝時要徑向預壓緊，所以摩擦阻力較大。唇形密封圈安裝時一定要使唇口向著高壓（壓力油）一側(cè)。Y形密封圈的使用活塞桿和端蓋處的密封4、組合式密封裝置可以用于40MPa的高壓，往復運動密封時，速度可達15m/s，往復擺動與螺旋運動密封時，速度可達5m/s。圖b為由支持環(huán)和O形圈組成的軸用組合密封，支持環(huán)采用一種經(jīng)特別處理的化合物，具有極佳的耐磨性、低摩擦和保形性，不存在橡膠密封圈在低速時易產(chǎn)生的“爬行”現(xiàn)象。工作壓力可達80MPa。5、回轉(zhuǎn)軸密封圈圖示為一種耐油橡膠制成的回轉(zhuǎn)軸用密封圈，內(nèi)部有直角形圓環(huán)骨架支撐，密封圈的內(nèi)邊圍著兩條螺旋彈簧，把內(nèi)邊壓緊在軸上。主要用于液壓泵、液壓馬達和回轉(zhuǎn)式液壓缸的伸出軸的密封。工作壓力一般為0.1MPa以下，最大允許線速度為4－8m/s,須在有潤滑情況下工作。第五節(jié)蓄能器(accumulators）一、蓄能器的功用儲存油液的壓力能。1）短時大量供油。2）維持系統(tǒng)壓力。3）吸收液壓沖擊和脈動。

短時間內(nèi)大量供油：

在液壓系統(tǒng)工作循環(huán)中不同階段需要的流量變化很大時，常采用蓄能器和一個流量較小的泵組成油源。在某些特殊的場合：如驅(qū)動泵的原動機發(fā)生故障，蓄能器可作應急能源緊急使用,比如液壓缸需要內(nèi)縮；如現(xiàn)場要求防火防爆，也可用蓄能器作為獨立油源。當系統(tǒng)需要很小流量時，蓄能器將液壓泵多余的流量儲存起來；當系統(tǒng)短時期需要較大流量時，蓄能器將儲存的液壓油釋放出來與泵一起向系統(tǒng)供油。作輔助動力源或緊急動力源的液壓系統(tǒng)補償泄漏,維持系統(tǒng)壓力的液壓系統(tǒng)(2)維持系統(tǒng)壓力：有的液壓系統(tǒng)需要較長時間保壓而液壓泵卸載，此時可利用蓄能器釋放所儲存的液壓油，補償系統(tǒng)的泄漏，保持系統(tǒng)的壓力。(3)吸收壓力沖擊和消除壓力脈動：由于液壓閥的突然關閉或換向，系統(tǒng)可能產(chǎn)生壓力沖擊，此時可在壓力沖擊處安裝蓄能器起吸收作用，使壓力沖擊峰值降低。如在泵的出口處安裝蓄能器，還可以吸收泵的壓力脈動，提高系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性。吸收沖擊和消除壓力沖擊的液壓系統(tǒng)二、蓄能器的類型與結構1、活塞式蓄能器利用在缸筒中浮動的活塞把缸中液壓油和氣體隔開?；钊涎b有密封圈，活塞的凹部面向氣體，以增加氣體室的容積。結構簡單，安裝維修方便；但活塞的密封問題不能完全解決，氣體容易漏入液壓系統(tǒng)中，而且優(yōu)于活塞的慣性和密封件的摩擦力，使活塞動作不夠靈敏。最高壓力為17MPa。容量范圍為1～39L。溫度適用范圍為－4～+80℃2、氣囊式蓄能器工作壓力一般為3.5～35MPa，容量范圍為0.6～200L，溫度適用范圍為－10～65℃。工作前，從充氣閥向皮囊內(nèi)充一定壓力的惰性氣體。慣性小，反應靈敏，且結構小，重量輕，應用非常廣泛。氣囊采用耐油橡膠制成彈簧式蓄能器重錘式蓄能器式三、蓄能器容量計算蓄能器容量的大小和它的用途有關。以氣囊式蓄能器為例。1、作輔助動力源時的容量計算蓄能器儲存和釋放壓力油容量和氣囊中氣體體積的變化量相等，由氣體定律有：（5－1）p0---氣囊工作前的壓力；

p1---氣囊儲油結束時的壓力；V0---氣囊工作前的充氣體積；V1---氣囊被壓縮后相對于p1時的氣體體積；p2---蓄能器向系統(tǒng)供油時的壓力；V2---為氣囊膨脹后相應于p2時的氣體體積；蓄能器氣囊的體積差為ΔV＝V2-V1為供給系統(tǒng)的油液，則有(5-2)充氣壓力p0在理論上可與p2相等，為保證在時蓄能器仍具有一定的補償系統(tǒng)泄漏動能力，應使p0<

p2，一般取p0＝（0.8～0.85）p2若V0已知，則蓄能器的供油體積為（5－3）式中，n為指數(shù)。當蓄能器用來保壓，補償泄漏時，它釋放能量的速度是緩慢的，可以認為氣體在等溫下工作，取n=1；當蓄能器用來作輔助動力源時，它釋放能量的速度是迅速的，可以認為氣體在絕熱條件下工作，取n＝1.42、作緩和液壓沖擊時的容量計算由于作緩和沖擊用的蓄能器容量與管路布置、流動狀態(tài)、阻尼和泄漏等因素有關，所以準確計算較為困難，在實際應用中常使用經(jīng)驗公式計算蓄能器的最小容量，即（5－4）式中，V0為蓄能器的容量；q為閥口關閉前管內(nèi)流量；p2為閥口關閉前管內(nèi)壓力；L為沖擊管長；p1為允許的最大沖擊壓力；t為閥口關閉時間3、吸收液壓泵脈動壓力時容量計算一般采用以下經(jīng)驗公式進行：式中，V為液壓泵的排量；i為排量變化率(ΔV/V)；ΔV為超過平均排量的排除量；K為液壓泵的壓力脈動率（Δp/p泵）；Δp為壓力脈動單側(cè)振幅。在使用時，蓄能器充氣壓力p0＝0.6p泵四、蓄能器的使用與安裝使用蓄能器應注意：（1）充氣式蓄能器中應使用惰性氣體（一般為氮氣），允許工作壓力視蓄能器結構形式而定。（2）蓄能器一般應垂直安裝，油口向下。（3）用于吸收液壓沖擊和壓力脈動的蓄能器應盡可能安裝在振源附近。

（4）蓄能器與液壓泵之間應安裝單向閥，防止停車時蓄能器內(nèi)壓力油倒流。（5）蓄能器與管路之間應按照截止閥，供充氣和檢修時使用。（6）裝在管路上的蓄能器須用支板或支架固定。隔膜式蓄能器第五節(jié)熱交換器液壓系統(tǒng)中的油液工作溫度一般以40°-60°以下為宜，最高不超過65°，最低溫度不低于15°。油溫過高或過低都會影響系統(tǒng)的正常工作。為控制油溫，油箱上常按照冷卻器和加熱器。一、冷卻器一般說來，造成油箱散熱面積不夠，必須采用冷卻器來抑制油溫的原因有三：1）因機械整體的體積和空間使油箱的大小受到限制。2）因經(jīng)濟上的理由，需要限制油箱的大小等。3）要把液壓油的溫度控制得更低。油冷卻器可分成水冷式和氣冷式兩大類。1．水冷式油冷油器

水冷式油冷卻器通常都采用殼管式（shell-and–tubetype）油冷卻器，它是由一束小管子（冷卻管）裝置在一個外殼里所構成。圖6-10直管形油冷卻器殼管式油冷器形式多種，但一般都采用直管形油冷卻器。其構造是把直管形冷卻管裝在一外殼內(nèi)，兩端再用可移動的端蓋（管帽）封閉，金屬隔板裝置在內(nèi)，使液壓油產(chǎn)生垂直于冷卻管流動以加強熱的傳導。冷卻管通常由小直徑管子組成，材料可用鋁、鋼、不銹鋼無縫鋼管，但為增加熱傳效果，一般采用銅管并在銅管上滾牙以增進散熱面積。冷卻管的安裝分為固定式和可移動式兩種，可移動式冷卻器可由外殼中抽出來清洗或修理；固定式固定在內(nèi)不能取出。冷卻器的外殼是由2"~30"開口的管子構成，材料可用鋁、銅或不銹鋼管等。2．氣冷式油冷卻器由風扇和許多帶散熱片的管子所構成。油在冷卻管中流動，風扇使空氣穿過管子和散熱片表面，使液壓油冷卻。其冷卻效率較水冷低，但如果冷卻水取得不易或水冷式油卻器不易安裝的場所，必須采用氣冷式，尤以行走機械的液壓系統(tǒng)使用較多。圖5-11氣冷式油冷卻器圖5-12冷卻溢流閥流出來的油的回路圖5-13冷卻器裝在回油側(cè)的回路

3、油冷卻器安裝的場所3）如液壓裝置很大且運轉(zhuǎn)的壓力很高，此時使用獨立的冷卻系統(tǒng)，如圖6－14所示。圖5－14獨立冷卻回路4．油冷卻器的冷卻水為防止冷卻器累積過多的水垢影響熱交換效率，可在冷卻器裝一濾油器。冷卻水要采用清潔的軟水。第四節(jié)熱交換器一、冷卻器作業(yè)（教材P137）5－1某液壓系統(tǒng)，使用YB型葉片泵，壓力為6.3MPa，流量為40L/min。試選油管的尺寸。解：選取鋼管。抗拉強度為σb＝420MPa取安全系數(shù)n=8，設管內(nèi)流速v＝3m/s，則查有關資料，取公稱通徑為15mm，選Φ22