液压传动辅助元件

本章提要液压辅助元件有滤油器、蓄能器、管件、密封件、油箱和热交换器等。液压辅助元件和液压元件一样，都是液压系统中不可缺少的组成部分。它们对系统的性能、效率、温升、噪声和寿命的影响不亚于液压元件本身。通过学习，要求掌握液压辅件的结构原理，熟知其使用方法及适用场合。本章主要内容为：4.1滤油器（没有）4.1.1对过滤器的要求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。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。按精度可分为粗过滤器（d＜100）、普通过滤器(d＜10）、精过滤器（d＜5）、特精过滤器（d＜1）。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。（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。系统类别润滑传动系统伺服工作压力(MPa)0~2.51414~323221精度d(m)10025~5025105表4.1各种液压系统的过滤精度要求按滤芯的材料和结构形式，滤油器可分为网式、线隙式、纸质滤芯式、烧结式滤油器及磁性滤油器等。按滤油器安放的位置不同，还可以分为吸滤器、压滤器和回油过滤器，考虑到泵的自吸性能，吸油滤油器多为粗滤器。4.1.2过滤器的类型及特点（1）网式滤油器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4.1网式滤油器图4.2线隙式滤油器（2）线隙式滤油器线隙式滤油器如图4.2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液体中的杂质。其结构简单、通流能力大、过滤精度比网式滤油器高，但不易清洗。多为回油过滤器。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4.3纸质滤油器（3）纸质滤油器图4.4烧结式滤油器（4）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。4.1.3过滤器的安装（1）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0.01~0.035MPa。（2）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10~15m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0.35MPa，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。（3）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。（4）安装在系统以外的旁路过滤系统安装滤油器时应注意4.2蓄能器4.2.1蓄能器的作用（1）作辅助动力源在间歇工作或周期性动作中，蓄能器可以把泵输出的多余压力油储存起来。当系统需要时，由蓄能器释放出来。这样可以减少液压泵的额定流量，从而减小电机功率消耗。蓄能器能吸收系统压力突变时的冲击，也能吸收液压泵工作时的流量脉动所引起的压力脉动。（2）系统保压或作紧急动力源对于执行元件长时间不动作，而要保持恒定压力的系统，可用蓄能器来补偿泄漏，从而使压力恒定。对某些系统要求当泵发生故障或停电时，执行元件应继续完成必要的动作时，需要有适当容量的蓄能器作紧急动力源。（3）吸收系统脉动，缓和液压冲击4.2.2蓄能器的结构形式(a)(b)(c)(d)(e)图4.6蓄能器的结构形式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4.7活塞式蓄能器（1）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皮囊膨胀挤出油口。图4.8皮囊式蓄能器123壳体皮囊充气阀提升阀（2）皮囊式蓄能器图4.8气囊式蓄能器l——充气阀2——气囊；3——壳体；4——菌形阀；5——放气螺塞；6——油口重力式蓄能器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。（3）薄膜式蓄能器（4）弹簧式蓄能器（5）重力式蓄能器4.2.3蓄能器的容量计算容量是选用蓄能器的依据，其大小视用途而异。现以皮囊式蓄能器为例加以说明。4.2.3.1作辅助动力源时的容量计算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（4.1）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结束时的压力2V—气体膨胀后相应于时的气体体积式中：VVppppVVppVppVnnnn0/102/1021/1022/102012VVV0V体积差为供给系统油液的有效体积，将它代入式（4.1），使可求得蓄能器容量，即由上式得nnppppVV/112/10201（4-2）0p2p2p0p0p2p充气压力在理论上可与相等，但是为保证在时蓄能器仍有能力补偿系统泄漏，则应使，一般取=（0.8~0.85）nnnpppVV/11/12/10011（4.3）当蓄能器用于保压时，气体压缩过程缓慢，与外界热交换得以充分进行，可认为是等温变化过程，这时取n=1；而当蓄能器作辅助或应急动力源时，释放液体的时间短，热交换不充分，这时可视为绝热过程，取n=1.4。4.2.3.2用来吸收冲击用时的容量计算当蓄能器用于吸收冲击时，一般按经验公式计算缓冲最大冲击力时所需要的蓄能器最小容量，即2110)0164.0(004.0pptLqpV（4.4）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—阀口关闭的时间()，实然关闭时取t=0①储存油液②散掉系统累计的热量③促进油液中空气的分离④沉淀油液中的污垢4.3油箱油箱的基本功能是：储存工作介质；散发系统工作中产生的热量；分离油液中混入的空气；沉淀污染物及杂质。按油面是否与大气相通，可分为开式油箱与闭式油箱。开式油箱广泛用于一般的液压系统；闭式油箱则用于水下和高空无稳定气压的场合，这里仅介绍开式油箱。4.3.1油箱的基本功能图4.9开式油箱1—回油管;2—泄油管;3—泵吸油管;4—空气滤清器;5—安装板;6—隔板;7—放油孔;8—粗滤油器;9—清洗窗侧板;10—液位计窗口;11—注油口;12—油箱上盖4.3.2油箱的容积与结构在初步设计时，油箱的有效容量可按下述经验公式确定pmqV（4.5）式中：V—油箱的有效容量pq—液压泵的流量mmmm—经验系数，低压系统：=2~4，中压系统：=5~7，中高压或高压系统：=6~12对功率较大且连续工作的液压系统，必要时还要进行热平衡计算，以此确定油箱容量。下面根据图4.8所示的油箱结构示意图分述设计要点如下:（1）泵的吸油管与系统回油管之间的距离应尽可能远些，管口都应插于最低液面以下，但离油箱底要大于管径的2-3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3倍管径的距离，以便四面进油。回油管口应截成45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。（2）在油箱中设置隔板，以便将吸、回油隔开，迫使油液循环流动，利于散热和沉淀。（3）设置空气滤清器与液位计。空气滤清器的作用是使油相箱与大气相通，保证泵的自吸能力，滤除空气中的灰尘杂物，有时兼作加油口。它一般布置在顶盖上靠近油箱边缘处。（5）油箱正常工作温度应在15-66C之间，必要时应安装温度控制系统，或设置加热器和冷却器。（6）最高油面只允许达到油箱高度的80%，油箱底脚高度应在150mm以上，以便散热、搬移和放油，油箱四周要有吊耳，以便起吊装运。（4）设置放油口与清洗窗口。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，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。4.4管件管件包括管道、管接头和法兰等。4.4.1管道种类：钢管、紫铜管、橡胶管管道的内径d和壁厚可采用下列两式计算，并需圆整为标准数值，即][2vqd（4.6）][2bpdn（4.7）][v—允许流速；其中：—管道材料的抗拉强度，可由材料手册查出。][bn—安全系数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100mm，以防接触振动，并便于安装管接头。4.4.2管接头（1）硬管接头按管接头和管道的连接方式分，有扩口式管接头，卡套式管接头和焊接式管接头三种。当旋紧螺帽3时，通过套管2使被连接管1端部的扩口压紧在接头体4的锥面上。被扩口的管子只能是薄壁且塑性良好的管子如铜管。此种接头的工作压力不高于8MPa。图4.10(a)扩口式管接头1—管子；2一套管；3一螺帽；4一接头本体扩口式管接头图4.10（b)卡套式管接头1一被连接管；2一螺帽；3一卡套；4一接头本体卡套式管接头：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。焊接式管接头图4.10（c)焊接式管接头1一接头体；2一接管；3←螺帽；4一密封圃；5一组合密封圈图中的接管端部做成球面、螺帽拧紧在接头体上后，球面和接头体的内锥面压紧而防止漏油。接头体的锥螺纹将拧入某元件的基体。焊接式管接头制作简单、工作可靠，对被连接的管件尺寸精度要求不高，工作压力可达32MPa或更高。缺点是对焊接质量要求较高。它是目前应用最多的一种管接头。扣压式胶管接头图4.11（2）软管接头4.5热交换器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；反之，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。液压系统的工作温度一般希望保持在30~50C的范围之内，最高不超过65C，最低不低于15C。4.5.1冷却器图4.11对流式多管头冷却器冷却器的安装位置不论哪一类的冷却器,都应安装在压力很低或压力为零的管路上,这样可防止冷却器承受高压且冷却效果也较好。4.5.2加热器液压系统的加热一般采用电加热器，它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4.12加热器的安装油箱电加热器小结滤油器是液压传动系统最重要的保护元件，通过过滤油液中的杂质来确保液压元件及系统不受污染物的侵袭。从使用场合上可分为高压滤油器和低压滤油器；从过滤精度可分为粗滤器和精滤器，过滤器材料也多种多样。本章介绍了纸质、网式、线隙式及烧结式滤油器的结构。小结蓄能器在大型及高精度液压系统占有重要的地位，通常用于吸收脉动、冲击及作为液压系统的辅助油