《液压与气动技术》-第6章 液压系统的辅助装置

1第6章液压系统的辅助装置蓄能器过滤器油箱、换热器及压力表辅件管件6.16.26.36.4密封元件6.52液压系统的辅助装置是指除动力装置、执行装置和控制装置以外的其他装置，包括蓄能器、过滤器、油箱、换热器、压力表、管件及密封元件等。这些装置是构成一个完整液压系统、保证系统可靠运转不可或缺的组成部分，对液压系统效率、温升、噪声和寿命等有直接影响。应达成的能力要求：了解蓄能器、过滤器、油箱、换热器、管件、密封等液压辅助装置的结构及特点；能针对不同液压系统正确选择和设计其辅助装置的能力。6.1

蓄能器3蓄能器是一种能量储存装置，它将液压能存储在耐压容器里，当工作时再将其释放出来。改善系统动态响应特性提高系统工作稳定性延长系统工作寿命降低工作噪声提高系统节能环保水平适用于具有间歇、短时操作的液压传动中。特点：6.1

蓄能器4蓄能器在液压系统中的用途很多，主要有以下几个方面：存储能量：①辅助动力源，减少装机容量；②补偿泄漏；③热膨胀补偿；④紧急动力源；⑤构成恒压油源。吸收液压冲击消除压力脉动、降低噪声回收能量其他:①输送异性液体②作液压空气弹簧功用：6.1

蓄能器5蓄能器的种类、图形符号、特点及用途名称结构简图图形符号特点和说明用途蓄能吸收脉动冲击传递异性液体

重锤式（1）利用重锤的位能来储存、释放压力能。（2）结构简单、压力稳定，但容量小、体积大、重量重。（3）响应慢，噪声大，不适用高速反应的工作场合。可不好不可弹簧式（1）利用弹簧的势能来储存、释放压力能。（2）结构简单，但容量小，不能用于高压。（3）仅供小容量及低压系统作蓄能及缓冲用。可不太好可气体式直接接触式（1）利用气体的内能来存储、释放压力能；气液直接接触。（2）容积大、惯性小、反应灵敏、无机械磨损。（3）气体容易渗入油中，因此气体消耗大，需经常灌注新气（通常为氮气），维护费用较高。可可不可6.1

蓄能器6蓄能器的种类、图形符号、特点及用途名称结构简图图形符号特点和说明用途蓄能吸收脉动冲击传递异性液体

气体式活塞式（1）利用气体的内能来存储、释放压力能；气液由活塞隔开。（2）油与空气隔离，油不易氧化，寿命长，尺寸小，结构简单、易安装，易维护。（3）由于活塞的惯性及密封摩擦损失，不适用于低压吸收脉动用。（4）受密封限制，充气压力不能太高。可不太好可气囊式（1）利用气体的内能来存储、释放压力能；气液由气囊隔开。（2）油与空气隔离，油不易氧化，尺寸小，结构简单、易安装，充气方便，反应性好。（3）容量小，胶囊及壳体制造成本高。可可可隔膜式（1）利用气体的内能来存储、释放压力能；气液由膜片隔开。（2）容器为球形，其重量与容积的比值最小，但容量很小。可可可6.1

蓄能器7作介质粘度和使用温度应与液压系统工作介质的要求相匹配。应安装在易于检修之处。用于吸收脉动冲击时，要尽量紧靠振源安装、安装在易受到冲击处；用于补油保压时，应尽可能靠近相关的执行元件。远离热源，以防蓄能器内的气体因受热膨胀造成系统工作压力升高。固定要牢固，但不允许焊接在主机上，应用支板或支架加以固定，必要时应设置抱箍。与泵之间应安装单向阀；与系统间应装设截止阀。囊式蓄能器原则上应该油口向下垂直安装，以利于气囊的正常伸缩。充气式蓄能器应填充惰性气体，在装拆和搬运时，必须放出气体。活塞式蓄能器的充气压力一般为液压系统最低工作压力的80%~90%，气囊式蓄能器的充气压力可在系统最低工作压力的70%~90%之间。蓄能器的选用、安装及维护6.1

蓄能器8蓄能器的选用、安装及维护类型故障现象产生原因排除方法活塞式气体消耗量大活塞密封不好端盖密封不好充气阀漏气更换或重装密封件气囊式压力下降严重经常需要补气芯阀松动密封处粘有污物重装芯阀清洗密封处气囊使用寿命短储能器公称容量不匹配油温太高或太低往复频率过高气囊的收缩和膨胀幅度过大检查容量、油温、往复频率和工作压力范围是否合适蓄能器不起作用气阀漏气严重气囊内无氮气气囊破损进油拆开检查吸收脉动效果差连接管道过长通径过小离脉动源过远更改设计6.2

过滤器9为了保证液压系统的正常工作，提高液压元件寿命和系统可靠性，必须在适当部位上安装过滤器，截留油液中不可溶的污染物，使油液保持清洁。过滤精度过滤能力强度良好的抗腐蚀性易清洗、易更换基本要求6.2

过滤器10推荐采用的油液过滤精度系统类型工作类型过滤精度(μm)中、低压液压系统松配合20紧配合15中、高压液压系统往复运动机构15往复运动的速控伺服机构10~15机床进给装置10高压液压系统一般要求10位置状态控制装置5~8精密液压系统5高效能液压系统一般要求2~5电液精密液压系统2~5伺服控制系统1~26.2

过滤器11按过滤方式可分为表面型过滤器、深度型过滤器和吸附型过滤器。按滤芯材料和结构分为网式、线隙式、片式、纸芯式、烧结式和磁性式过滤器等。按过滤器安装位置的不同还可分为加油口用过滤器、吸油口用过滤器、回油管路用过滤器和压油管路用过滤器等。常见的过滤器及其特点型式结构简图用途网孔(μm)精度(μm)特性网式过滤器装在油泵吸油管路上以保护油泵200~300

结构简单，通油能力大，过滤效果差线隙式过滤器一般用于中、低压液压系统线隙100~200

结构简单，过滤效果较好，通油能力大，但不易清洗12常见的过滤器及其特点6.2

过滤器型式结构简图用途网孔(μm)精度(μm)特性烧结式过滤器用于要求过滤质量高的液压系统中

5~50能在温度很高、压力较大的情况下工作，抗腐蚀性好纸芯过滤器用于要求过滤质量高的液压系统中30~725~30过滤效果好，精度高，但易堵塞，无法清洗，需经常更换磁性过滤器用于吸附铁屑，与其他过滤器配合使用

结构简单，滤清效果好13吸油管路。保证液压系统不受杂质影响，但增大了液压泵的吸油阻力。排油管路。保护液压系统中除液压泵以外的全部元件，要求过滤器有一定的强度，能承受系统工作压力和冲击压力。回油管路。只能清除系统中已有的杂质。可采用强度和刚度较低但过滤精度较高的过滤器。辅助泵的排油管路。过滤器处于较小的油压下工作，而且通过流量较小，所以允许采用过滤精度较高的精过滤器。支流管路。又称为局部过滤，通过过滤器的油量不少于总油量的20%~30%。不宜在重要的液压传动系统中采用。单独过滤系统。使用专用液压泵和过滤器单独组成一个独立于系统外的过滤回路。可用在大型液压系统中。过滤器的安装6.2

过滤器6.3油箱、换热器及压力表辅件14油箱的用途主要是储油、散热和分离油中的泡沫、杂质等。液压系统中的油箱有整体式和分离式两种。15基本结构：立方体或长六面体；最高油面只允许达到箱高80%；2.5~4mm不锈钢板焊接、镀锌钢板、普通钢板内涂防锈耐油涂料；油箱底脚高度应在150mm以上，以便散热、搬运和放油；油箱要有吊耳，方便吊装运输。过滤器：过滤能力为液压泵吸入量两倍以上，以免吸油阻力太大。油位及温度控制：油箱侧壁应设置与壁等高的油位指示计；注油器应带有过滤网；油箱上应装设温度计。吸油管与回油管：吸油管与回油管应尽量远离，吸油管与箱底不小于两倍管径，与箱边不小于三倍管径；回油管插入最低油面之下，以防止回油时空气进入，与箱底不小于两倍管径。油排口面向箱壁，管端斜切45°。隔板：吸油侧和回油侧要用隔板隔开，使油液按一定方向流动，分离回油过程中的气泡和杂质。隔板高度不低于油面到箱底高度的75%。内壁：涂耐油涂料。箱底应作成适当斜度，并设置放油塞和手孔或人孔。油箱的设计要点6.3油箱、换热器及压力表辅件6.3油箱、换热器及压力表辅件16在液压系统中，换热器包括冷却器和加热器两种。其作用在于控制液压系统油液的正常工作温度。一般希望保持在30℃~60℃之间，最高不超过65℃，最低不低于15℃。液压系统在工作时存在能量损失，这些损失大多变成热能使油温升高，如果液压系统靠自然冷却无法使油温达到上述范围时，就需要安装冷却器；在某些特殊情况下，如环境温度太低，无法使液压泵启动或正常运转，就需要安装加热器。17水冷蛇形管：冷却效率低、水耗量大、运转费用高；强制对流多管式冷却器：回油系统中普遍采用；冷却介质水在水管中流动，而油液在水管外部筒体内流动的对流式冷却方式；翅片管式冷却器：在水管外增加了许多横向或纵向的散热翅片，大大扩大了散热面积和热交换效果，其散热面积可达光滑管的8倍至10倍。

水冷蛇形管强制对流多管式冷却器翅片管式冷却器换热器的种类6.3油箱、换热器及压力表辅件6.3油箱、换热器及压力表辅件18液压系统和各局部回路的压力大小可以通过压力表观测，以便调整和控制液压系统各工作点的压力。最常用的压力表是弹簧弯管式，利用放大机构将弹簧的变形转变成指针的摆动，压力越高，指针偏转角越大，精度等级和量程：量程应大于系统最高压力。在压力稳定的系统中，压力表量程一般为最高工作压力的1.5倍；压力波动较大的系统中，压力表量程应为最大工作压力的2倍，或选用带油阻尼耐振压力表。常设压力表与系统连接应通过压力表开关或限压器加以保护。注意：6.4管件19管件包括管道和管接头，是连接液压元件，输送压力油的装置。横截面：关键的是要保证油管中油液做层流流动；长度：管路应尽量短，以减少损失；管径：过大会使液压装置结构庞大，增加不必要的成本，过小会使管内流速过高，增大压力损失、降低系统效率，且容易引起振动和噪声；连接形式：要根据工作压力、安装位置确定管件及其连接形式。管件的选用原则20常用管道的特点和适用场合6.4管件液压传动系统中的管道可分为刚性管（硬管）和挠性管（软管）两种。常用的刚性管有钢管、铜管、尼龙管等；挠性管有橡胶管、塑料管和金属软管等。种类用途优缺点钢管常在装拆方便处用作压力管道。中压以上用10号或15号冷拔无缝钢管，低压用焊接钢管能承受高压、耐油、抗腐蚀、不易氧化、刚性好，价格较低，但装配时不易弯曲成形紫铜管在中、低压液压系统中采用，机床中应用较多，可用于仪表和装配不便之处装配时较易弯曲，管壁光滑，摩擦阻力小，但价格较贵，抗振能力差黄铜管适用于流量不大的中、低压液压系统中。能承受较高压力，但不如紫铜管易弯曲，价格较贵，抗振能力差尼龙管多在低压管道中使用加热后可随意弯曲成形，冷却后又能固定成形，并能观察油管内油流动情况，但承压能力较低塑料管应用较少，只用做低于0.5MPa的回油管与卸油管装配方便，价格便宜，但承压能力低橡胶管常用于两个具有相对运动部件间的连接，不宜用于精密的液压系统具有可挠性、吸振性和消声性，但弹性变形较大，容易引起运动部件动作滞后和爬行6.4管件21管道应尽量短，最好横平竖直，转弯少。为避免管道皱褶带来压力损失，管道装配时的弯曲半径要足够大。管道悬伸较长时要适当加设管夹固定。管道应避免交叉。平行管间距要大于100mm，以防接触振动，并方便安装管接头。软管直线安装时要留有3%~4%左右的余量，以适应油温变化、受拉和振动的需要，弯曲半径要大于9倍的管径，管接头至弯曲处距离大于管径的6倍，远离热源。管道安装注意点6.4管件22管接头是管道和管道、管道和其他液压元件之间的可拆卸连接件。连接牢固密封可靠外形尺寸小通油能力大压力损失小拆装方便及工艺性好要求:6.4管件23硬管接头：包括扩口式、卡套式和焊接式三种。①扩口式管接头适用于紫铜管、薄钢管、尼龙管和塑料管等低压管道的连接，其工作压力取决于管材的许用压力，一般为3.5MPa~16MPa。②卡套式管接头是通过拧紧接头螺母，使卡套发生弹性变形而将管子夹紧，要求管道表面有较高的尺寸精度，需采用冷拔无缝钢管，可用于高压系统。③焊接式管接头在装配时需焊接，因而必须采用厚壁钢管，制造工艺简单、工作可靠，对被连接的油管尺寸及表面精度要求不高，工作压力可达32MPa以上。胶管接头：有可拆式和扣压式两种，各有A，B和C三种标准型。随关键不同可用于工作压力在6~40MPa的液压系统中。快速管接头：适用于需经常装拆处。结构复杂，压力损失较大。管接头的种类及特点6.5密封元件24在液压传动系统中，油液在系统及元件的容腔内流动或暂存时，由于压力、间隙、黏度等因素的存在，从而导致少量油液越过容腔边界，由高压腔向低压腔或外界流出，这种现象称为泄漏。分为内泄漏和外泄漏：内泄漏：系统或元件内部油液由高压腔向低压腔的泄漏：降低液压系统效率和工作性能、达不到工作压力、油温升高，设备无法正常运转；外泄漏则是由系统或元件内部向外界的泄漏。单位时间内泄漏的体积称为泄漏量：造成环境污染和油液的浪费。泄露的存在6.5密封元件25良好的密封性能：即在工作压力和一定的温度范围内，有适宜的弹性，能补偿密封面在制造上的误差和工作中产生的磨损，并随压力的增大自动提高密封性能。良好的适应性：即油液浸泡、温度等对其形状尺寸、弹性和硬度变化影响较小。摩擦系数小，耐磨性好，工作寿命长。结构简单，使用、维护方便，价格低廉。对密封元件的要求密封元件是保证液压系统正常工作的最基本也是最重要的装置。按需要密封的耦合面间有无相对运动，可把密封分为动密封和静密封。正确和合理地使用密封元件是液压传动系统正常运转的重要保证。6.5密封元件26丁腈橡胶：最常用的耐油橡胶，可用作大部分工作介质（除磷酸氨酯）动密封和静密封材料，具有良好的弹性与耐磨性，动密封时，适应温度-40~100℃；静密封时，适应温度-40~120℃，有一定强度，摩擦系数较大。聚氨酯橡胶：耐油性较丁腈橡胶好，具有高强高弹性，抗拉强度比一般橡胶高，耐磨性较好，广泛用作动密封材料，适应温度-30~90℃。聚四氟乙烯树脂：在聚四氟乙烯树脂中掺入不同的充填材料，可改善和提高其综合物理化学性能，可用作各种常见工作介质的密封材料，具有极佳耐磨性和优良耐热、耐寒性，但弹性差、热膨胀系数大。金属密封材料：主要用于静密封，适用于高温、高压油、高压水蒸气等特殊场合。常用密封元件材料常用的密封元件材料可分为合成橡胶、合成树脂和金属密封材料等。6.5密封元件27间隙密封：常用的密封方法。依靠相对运动的零件配合面间的微小间隙来防止泄漏，一般间隙为0.01~0.05mm。因此，间隙密封要求配合面有较高的加工精度。常用于柱塞、活塞或阀的圆柱配合副中。优点是摩擦力小，缺点是磨损后不能自动补偿。活塞环密：利用金属密封材料加工而成的弹性金属环，安装在活塞的环形槽内，并紧贴缸筒内壁实现密封。其密封效果比间隙密封好，有自动补偿磨损和温度变化的功能，摩擦小，工作可靠，寿命长，一般用于高温、高压和高速的场合。密封圈密封：应用最广泛。密封圈有O形、U形、V形、Y形等。常见的密封方法及特点根据密封的工作原理可分为非接触式密封和接触式密封。前者主要指间隙密封，后者主要指利用密封件进行密封。接触式密封主要指的是活塞环密封和密封圈密封。6.5密封元件28O形密封圈的工作原理及挡圈的安装O形密封圈为保证间隙密封性能，在装入沟槽时需选择适当的预变形量。O形密封圈的预变形量过小时会由于安装部位的偏心、公差波动等漏油，过大时对动密封而言，