第五章-液壓及氣壓傳動輔助元件

第6章液壓與氣壓傳動系統(tǒng)輔助元件2012－11－2705二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動本章提要

液壓輔助元件有濾油器、蓄能器、油箱和熱交換器等。

液壓輔助元件和液壓元件一樣，都是液壓系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。它們對系統(tǒng)的性能、效率、溫升、噪聲和壽命的影響不亞于液壓元件本身。通過學(xué)習(xí)，要求掌握液壓輔件的結(jié)構(gòu)原理，熟知其使用方法及適用場合。本章主要內(nèi)容為：05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動6.1.1蓄能器的功能

蓄能器是液壓系統(tǒng)中一種儲存油液壓力能的裝置，其主要功用如下：1）短時間內(nèi)大量供油（協(xié)助泵供油、作應(yīng)急動力源）；

2）吸收液壓沖擊和壓力脈動；

3）維持系統(tǒng)壓力（保壓補漏）。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動（1）作輔助動力源和應(yīng)急動力源

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。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。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(yīng)急能源緊急使用；如現(xiàn)場要求防火防爆，也可用蓄能器作為獨立油源。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

(2)保壓和補充泄漏

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。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動(3)

吸收壓力沖擊和消除壓力脈動

由于液壓閥的突然關(guān)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。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動6.1.2蓄能器的類型圖6.1蓄能器的結(jié)構(gòu)形式

6.1蓄能器

蓄能器的結(jié)構(gòu)形式主要有重力式、充氣式和彈簧式三種類型。05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

1重力式蓄能器6.1蓄能器2彈簧式蓄能器結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)尚還靈敏，但容量小，易內(nèi)泄并有壓力損失，不適于高壓和高頻動作的場合。一般可用于小容量、低壓系統(tǒng)，用作蓄能和緩沖。

重力式蓄能器利用重物的位置變化來儲存和釋放能量。重物作用于油液，油液壓力決定于彈簧的預(yù)緊力和活塞面積。這種蓄能器目前已很少采用，只有在個別的低壓系統(tǒng)中還能見到。05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動3充氣式蓄能器

充氣式蓄能器利用壓縮氣體儲存能量。主要有氣瓶式、活塞式和氣囊式。

（1）氣瓶式蓄能器

這是一種直接式接觸式蓄能器。其結(jié)構(gòu)如圖。它是一個下半部盛油液，上半部充壓縮氣體的氣瓶。這種蓄能器容量大，體積小，慣性小，反應(yīng)靈敏。但是氣體容易混入油液中，使油液的可壓縮性增加，并且耗氣量大，必須經(jīng)常補氣。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

活塞式蓄能器中的氣體和油液由活塞隔開?；钊?的上部為壓縮空氣，活塞1隨下部壓力油的儲存和釋放而在缸筒2內(nèi)來回滑動。這種蓄能器活塞有一定的慣性，和O形密封圈存在較大的摩擦力，所以反應(yīng)不夠靈敏。圖6.4活塞式蓄能器（2）活塞式蓄能器

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

皮囊式蓄能器中氣體和油液用皮囊隔開。皮囊用耐油橡膠制成，內(nèi)充入惰性氣體，殼體下端的提升閥能防止皮囊膨脹擠出油口。

圖6.4皮囊式蓄能器

殼體

皮囊

充氣閥

提升閥

（3）皮囊式蓄能器6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動6.1蓄能器4薄膜式蓄能器

薄膜式蓄能器利用薄膜的彈性來儲存、釋放壓力能。主要用于小體積和小流量的航空機械中，如用作減振器、緩沖器等。6.1.3蓄能器的容量計算

容量是選用蓄能器的依據(jù)，其大小視用途而異。現(xiàn)以皮囊式蓄能器為例加以說明。蓄能器的圖形符號05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動1作輔助動力源時的容量計算

當蓄能器作動力源時，蓄能器儲存和釋放的壓力油容量和皮囊中氣體體積的變化量相等，而氣體狀態(tài)的變化遵守玻義耳定律，即（6.1）—皮囊的充氣壓力—皮囊充氣體積，此時皮囊充滿殼體內(nèi)腔，故亦即蓄能器容量—系統(tǒng)最高工作壓力，即泵對蓄能器充油結(jié)束時的壓力—皮囊被壓縮后相應(yīng)于時的氣體體積

—系統(tǒng)最低工作壓力，即蓄能器向系統(tǒng)供油結(jié)束時的壓力—氣體膨脹后相應(yīng)于時的氣體體積

式中：

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

體積差為供給系統(tǒng)油液的有效體積，將它代入式（6.1），使可求得蓄能器容量，即

由上式得（6.2）05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

充氣壓力在理論上可與相等，但是為保證在時蓄能器仍有能力補償系統(tǒng)泄漏，則應(yīng)使<，一般取=（0.8~0.85）

（6.3）

當蓄能器用于保壓時，氣體壓縮過程緩慢，與外界熱交換得以充分進行，可認為是等溫變化過程，這時取n=1；而當蓄能器作輔助或應(yīng)急動力源時，釋放液體的時間短，熱交換不充分，這時可視為絕熱過程，取n=1.4。

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動2用來吸收沖擊用時的容量計算

當蓄能器用于吸收沖擊時，一般按經(jīng)驗公式計算緩沖最大沖擊力時所需要的蓄能器最小容量，即（6.4）式中：—允許的最大沖擊（MPa）

—閥口關(guān)閉前管內(nèi)壓力（MPa）

—用于沖擊的蓄能器的最小容量(L)

L—發(fā)生沖擊的管長，即壓力油源到閥口的管道長度()

T—閥口關(guān)閉的時間()，實然關(guān)閉時取t=0

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

液壓油中往往含有雜質(zhì)，會造成液壓元件相對運動表面的磨損、滑閥卡滯、節(jié)流孔口堵塞。在系統(tǒng)中安裝一定精度的濾油器，是保證液壓系統(tǒng)正常工作的必要手段。

過濾器的過濾精度是指濾芯能夠濾除的最小雜質(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＜100）、普通過濾器(d＜10）、精過濾器（d＜5）、特精過濾器（d＜1）。

6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

一般對過濾器的基本要求是：（1）能滿足液壓系統(tǒng)對過濾精度要求，即能阻擋一定尺寸的雜質(zhì)進入系統(tǒng)。（2）濾芯應(yīng)有足夠強度，不會因壓力而損壞。（3）通流能力大，壓力損失小。（4）易于清洗或更換濾芯。

系統(tǒng)類別潤滑傳動系統(tǒng)伺服工作壓力(MPa)0~2.51414~323221精度d(m)10025~5025105表4.1 各種液壓系統(tǒng)的過濾精度要求

6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動按濾芯的材料和結(jié)構(gòu)形式，濾油器可分為網(wǎng)式、線隙式、紙質(zhì)濾芯式、燒結(jié)式濾油器及磁性濾油器等。按濾油器安放的位置不同，還可以分為吸濾器、壓濾器和回油過濾器，考慮到泵的自吸性能，吸油濾油器多為粗濾器。

6.2.1過濾器的類型及特點

6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動1網(wǎng)式濾油器

濾芯以銅網(wǎng)為過濾材料，在周圍開有很多孔的塑料或金屬筒形骨架上，包著一層或兩層銅絲網(wǎng)，其過濾精度取決于銅網(wǎng)層數(shù)和網(wǎng)孔的大小。這種濾油器一般用于液壓泵的吸油口。

圖6.11網(wǎng)式濾油器

6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

圖6.12線隙式濾油器

2線隙式濾油器

線隙式濾油器如圖4.2所示，用鋼線或鋁線密繞在筒形骨架的外部來組成濾芯，依靠銅絲間的微小間隙濾除混入液體中的雜質(zhì)。其結(jié)構(gòu)簡單、通流能力大、過濾精度比網(wǎng)式濾油器高，但不易清洗。多為回油過濾器。6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

圖6.13燒結(jié)式濾油器

3燒結(jié)式濾油器

濾芯用金屬粉末燒結(jié)而成，利用顆粒間的微孔來擋住油液中的雜質(zhì)通過，其濾芯能承受高壓。6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

濾芯為微孔濾紙制成的紙芯，將紙芯圍繞在帶孔的鍍錫鐵做成的骨架上，以增大強度。為增加過濾面積，紙芯一般做成折疊形。其過濾精度較高，一般用于油液的精過濾，但堵塞后無法清洗。4紙質(zhì)濾油器圖6.14紙質(zhì)濾油器

6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動6.2.2過濾器的選用

選用濾油器時應(yīng)考慮一下以下問題：（1）有足夠的過濾能力（2）能承受一定的工作壓力（3）有足夠的過濾精度過濾精度—表示過濾器對各種不同尺寸污染顆粒的濾除能力。旅芯所能濾除最小顆粒度的大小。（4）過濾器旅芯應(yīng)易于清洗和更換（5）在一定的溫度下，過濾器應(yīng)有足夠的耐久性6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動6.2.3過濾器的安裝（1）泵入口的吸油粗濾器

粗濾油器用來保護泵，使其不致吸入較大的機械雜質(zhì)。為了不影響泵的吸油性能，防止發(fā)生氣穴現(xiàn)象，濾油器的過濾能力應(yīng)為泵流量的兩倍以上，壓力損失不得超過0.01~0.035MPa。（2）泵出口油路上的高壓濾油器

主要用來濾除進入液壓系統(tǒng)的污染雜質(zhì)，一般采用過濾精度10~15m的濾油器。它應(yīng)能承受油路上的工作壓力和沖擊壓力，其壓力降應(yīng)小于0.35MPa，并應(yīng)有安全閥或堵塞狀態(tài)發(fā)訊裝置，以防泵過載和濾芯損壞。

6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

大型液壓系統(tǒng)可專設(shè)一液壓泵和濾油器構(gòu)成的濾油子系統(tǒng)，濾除油液中的雜質(zhì)，以保護主系統(tǒng)。一般濾油器只能單向使用，即進、出口不可互換。（3）系統(tǒng)回油路上的低壓濾油器

因回油路壓力很低，可采用濾芯強度不高的精濾油器，并允許濾油器有較大的壓力降。（4）安裝在系統(tǒng)以外的旁路過濾系統(tǒng)

安裝濾油器時應(yīng)注意6.2過濾器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動①儲存油液②散掉系統(tǒng)累計的熱量③促進油液中空氣的分離④沉淀油液中的污垢

油箱的基本功能是：儲存工作介質(zhì)；散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量；分離油液中混入的空氣；沉淀污染物及雜質(zhì)。

油箱可分為開式油箱和閉式油箱兩種。開式油箱中的油液的液面與大氣相通，而閉式油箱中油液的液面與大氣隔絕。開式油箱又分為整體式和分離式。所謂整體式是指利用主機的底座等作為油箱。而分離式油箱則與三機分離并與泵組成一個獨立的供油單元（泵站）。6.3.1油箱6.3油箱、熱交換器、壓力表1油箱的基本功能和分類05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

圖6.18開式油箱1—回油管;2—泄油管;3—泵吸油管;4—空氣濾清器;5—安裝板;6—隔板;7—放油孔;8—粗濾油器;9—清洗窗側(cè)板;10—液位計窗口;11—注油口;12—油箱上蓋6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動2油箱的容積與結(jié)構(gòu)

在初步設(shè)計時，油箱的有效容量可按下述經(jīng)驗公式確定（6.5）式中：—油箱的有效容量—液壓泵的流量—經(jīng)驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)：=2~4，中壓系統(tǒng)：

=5~7，中高壓或高壓系統(tǒng)：=6~12

對功率較大且連續(xù)工作的液壓系統(tǒng)，必要時還要進行熱平衡計算，以此確定油箱容量。

6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

下面根據(jù)圖6.18所示的油箱結(jié)構(gòu)示意圖分述設(shè)計要點如下:（1）泵的吸油管與系統(tǒng)回油管之間的距離應(yīng)盡可能遠些，管口都應(yīng)插于最低液面以下，但離油箱底要大于管徑的2-3倍，以免吸空和飛濺起泡。吸油管端部所安裝的濾油器，離箱壁要有3倍管徑的距離，以便四面進油?；赜凸芸趹?yīng)截成45斜角，以增大回流截面，并使斜面對著箱壁，以利散熱和沉淀雜質(zhì)。（2）在油箱中設(shè)置隔板，以便將吸、回油隔開，迫使油液循環(huán)流動，利于散熱和沉淀。6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動（3）設(shè)置空氣濾清器與液位計?？諝鉃V清器的作用是使油相箱與大氣相通，保證泵的自吸能力，濾除空氣中的灰塵雜物，有時兼作加油口。它一般布置在頂蓋上靠近油箱邊緣處。6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動（5）油箱正常工作溫度應(yīng)在15-66C之間，必要時應(yīng)安裝溫度控制系統(tǒng)，或設(shè)置加熱器和冷卻器。（6）最高油面只允許達到油箱高度的80%，油箱底腳高度應(yīng)在150mm以上，以便散熱、搬移和放油，油箱四周要有吊耳，以便起吊裝運。

（4）設(shè)置放油口與清洗窗口。將油箱底面做成斜面，在最低處設(shè)放油口，平時用螺塞或放油閥堵住，換油時將其打開放走油污。為了便于換油時清洗油箱，大容量的油箱一般均在側(cè)壁設(shè)清洗窗口。6.3.1油箱05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

如果液壓系統(tǒng)靠自然冷卻仍不能使油溫控制在上述范圍內(nèi)時，就須安裝冷卻器；反之，如環(huán)境溫度太低，無法使液壓泵啟動或正常運轉(zhuǎn)時，就須安裝加熱器。

液壓系統(tǒng)的工作溫度一般希望保持在30~50C的范圍之內(nèi)，最高不超過65C，最低不低于15C。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

1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風(fēng)冷式兩大類。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

（1）水冷式冷卻器

水冷式冷卻器分為蛇形管式、多管式和板式等型式。

1）蛇形管冷卻器

2）多管式冷卻器（2）風(fēng)冷式冷卻器

6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動圖6.20對流式多管頭冷卻器

6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

油冷卻器安裝的場所油冷卻器安裝在熱發(fā)生體附近，且液壓油流經(jīng)油冷卻器時，壓力不得大于1MPa。有時必須以安全閥來保護，以使它免于高壓的沖擊而造成損壞。

1）熱發(fā)生源，如溢流閥附近，如下圖所示。

2）回油回路。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動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)，如圖所示。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動2加熱器

液壓系統(tǒng)的加熱一般采用電加熱器，它用法蘭盤水平安裝在油箱側(cè)壁上，發(fā)熱部分全部浸在油液內(nèi)。

圖6.22加熱器的安裝

6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動1.壓力表

液壓系統(tǒng)各工作點的壓力可通過壓力表觀測，以便調(diào)整和控制。最常用的壓力表是彈簧彎管式壓力表。壓力表的精度等級以其誤差占量程的百分數(shù)來表示。選用壓力表時壓力表量程一般為最高工作壓力的1.5倍。為防止壓力沖擊損壞壓力表，常在通至壓力表的通道上設(shè)置阻尼器。6.3.2壓力表及壓力輔件05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動2.壓力表開關(guān)

壓力油路與壓力表之間往往裝有一壓力表開關(guān)。功用：用于切斷或接通壓力表和油路的通道。結(jié)構(gòu)：相當于一個手動換向轉(zhuǎn)閥。6.3.2壓力表及壓力輔件05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動管件包括管道和管接頭。6.6.1管道1管道的種類及用途6.6管件功用：管道—傳遞工作液體；管接頭—連接油管與油管或元件。要求：足夠的強度，良好的密封、較小的壓力損失、方便的裝拆性。

液壓系統(tǒng)中使用的管道分為硬管和軟管兩類。硬管有無縫鋼管、有縫鋼管和銅管等；軟管則有橡膠管和尼龍管等。05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動6.6.1管道硬管軟管2管道尺寸的確定液壓系統(tǒng)油管的選擇與計算主要是計算管子的內(nèi)徑和壁厚。05二月2023湖南工程學(xué)院——液壓與氣壓傳動

管道的內(nèi)徑d和壁厚可采用下列兩式計算，并需圓整為標準數(shù)值，即

（6.13）（6.14）—允許流速；式中：—許用應(yīng)力，可由材料手冊查出。n—安全系數(shù)對鋼管—材料抗拉強度，可由材料手冊查出。式中：對銅管6.6