《液压与气压传动》 课件 单元6 液压辅助元件

液压与气压传动单元6液压辅助元件学习目标

熟悉油管、管接头、过滤器、蓄能器、压力计和油箱的类型、结构及应用。了解油管、管接头、过滤器、蓄能器、压力计和油箱的安装及选用原则。了解油管、管接头、过滤器、蓄能器、压力计和油箱的常见故障和排除方法。树立大局意识，培养绿叶、默默耕耘、爱岗敬业、乐于奉献的螺丝精神。液压系统中的辅助装置是指那些既不直接参与能量转换，也不直接参与方向、压力、流量等控制的在液压系统中必不可少的元件或装置，对系统的动态性能、工作稳定性、工作寿命、噪声和温升等有直接影响。主要包括油管、管接头、过滤器、蓄能器、压力计及压力计开关、油箱等。目录CONTENTS单元6液压辅助元件油管及管接头6.1过滤器6.2蓄能器6.3压力计及压力计开关6.4油箱6.501油管及管接头油管6.1.1油管、管接头称为连接件，其作用是将分散的液压元件连接起来，构成一个完整的液压系统。连接件的性能与结构对液压系统的工作状态有直接的影响。液压系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等。在选用时要考虑液压系统压力的高低、液压元件安装的位置、液压设备工作的环境等因素。

表6-1

液压系统中使用的油管种类特点和适用场硬管钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配时不能任意弯曲；在装拆方便处常用作压力管道；中、高压用无缝管，低压用焊接管

紫筒管易弯曲成各种形状，承压能力一般不超过4.5～10MPa，抗振能力较弱，又易使油液氧化；常用在液压装置内配接不便之处

软管尼龙管乳白色半透明，加热后可以随意弯曲成形或扩口，冷却后又能定形不变，承压能力因材质而异，2.5MPa～8MPa不等

塑料管质轻耐油，价格便宜，装配方便，但承压能力低，长期使用会变质老化，只宜用作压力低于0.5MPa的回油管、泄油管等橡胶管高压管由耐油橡胶夹几层钢丝编织网制成，钢丝网层数越多，耐压越高，价格昂贵，用作中、高压系统中两个相对运动件之间的压力管道；低压管由耐油橡胶夹帆布制成，可用作回油管道油管接头6.1.2管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式连接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各项条件。管接头的种类很多，按接头的通路分有直通式、角通式、三通式和四通式；按接头与阀体或阀板的连接方式分有螺纹式、法兰式等；按油管与接头的连接方式分有扩口式、焊接式、卡套式、扣压式、快换式等。图6-1

快换式管接头1—密封圈；2—接头；3、7、9、12—弹簧；4、11—阀芯；5—填料；6—外套；8—钢球；10—接头芯(a)结构

(b)

实物图6-1所示为快换式管接头，装拆快速，适用于经常装拆的地方；图示为油路接通时的情况，外套6把钢球8压入槽底使件10和件2连接起来；单向阀阀芯4和11互相挤紧顶开使油路接通；当用力把外套6向左推的同时拉出接头体10，管路就断开。与此同时，单向阀阀芯4和11分别在各自的弹簧3和12的作用下外伸顶在件2和件10的阀底上使两边油管内的油封闭在管中不致流出。

表6-2

液压系统中常用的管接头名称结构简图特点焊接式管接头利用环面进行密封,简单可靠；连接牢固；采用厚壁钢管,装拆不便卡套式管接头用卡套套住油管进行密封,轴向尺寸要求不严,装拆简便；对油管径向尺寸精度要求较高,采用冷拔无缝钢管扩口式管接头用油管管端的扩口在管套的压紧下进行密封,结构简单；适用于铜管、薄壁钢管、尼龙管和塑料管等低压管道的连接扣压式管接头用来连接高压软管；在中、低压系统中应用固定铰接管接头直角接头,优点是可以随意调整布管方向,安装方便,占用空间小；接头与油管的连接方式有卡套式、焊接式；中间有通孔的固定螺钉，把两个组合垫圈压紧在接头体上进行密封软管及管接头6.1.3选取软管时，用户应选取样本中软管所标明的最大推荐工作压力不小于最大系统压力的软管，否则会降低软管的使用寿命，甚至损坏软管。对于冲击特别频繁的液压系统，建议使用耐脉冲压力的软管。油管及管接头的选用及安装6.1.4管件的选用原则是要保证油管中油液做层流流动，管路应尽量短，以减小损失；要根据工作压力、安装位置确定管材与连接结构；与泵、阀等连接的管件应由其接口尺寸决定管径。液压系统中的泄漏现象大部分都出现在管系中的接头上，为此要特别注意：管道应尽量短，最好横平竖直，转弯少；为避免管道皱褶，减少压力损失，管道装配时的弯曲半径要足够大（见表6-3）；管道悬伸较长时要适当设置管夹；管道尽量避免交叉，平行管的间距要大于100mm，以防接触振动并便于安装管接头；软管直线安装时要有30%左右的余量，以适应油温变化、受拉和振动的需要；弯曲半径大于9倍的软管外径，弯曲处到管接头的距离至少等于6倍外径。

表6-3

硬管装配时允许的弯曲半径管子外径D/mm101418222834425063弯曲半径R/mm5070758090100130150190吸油管和回油管应尽量相距远些，两管之间要用隔板隔开，以增加油液循环距离。吸油管入口处要装粗滤油器。回油管管端宜斜切45°，以增大出油口截面积，减慢出口处油流速度；此外，应使回油管斜切口面对箱壁，以利油液散热。当回油管排回的油量很大时，宜使它出口处高出油面，向一个带孔或不带孔的斜槽(倾角为5°～15°)排油，一方面减慢流速，另一方面排走油液中空气。减慢回油流速、减少它的冲击搅拌作用，也可以采取让它通过扩散室的办法来达到。泄油管管端也可斜切并面对箱壁，但不可没入油中。油管的管径不宜选得过大，以免使液压装置的结构庞大。选得过小，会造成管内液体流速加大，系统压力损失增加或产生振动和噪声，影响正常工作。在保证强度的情况下，管壁可尽量选得薄些。薄壁易于弯曲，规格较多，装接较易，采用它可减少管系接头数目，有助于解决系统泄漏问题。特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除，即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它在常温下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已在航空和其它一些加工行业中得到了应用，它能保证在40～55MPa的工作压力下不出现泄漏。

油管及管接头常见故障和排除方法6.1.5油管及管接头常见故障和排除方法，见表6-4。

表6-4

油管及管接头常见故障和排除方法故障现象故障原因排除方法漏油①油管破裂漏油①更换油管，采用正确的连接方式②油管与接头连接处密封不良②连接部位用力均匀，注意表面质量③卡套式结合面差③更换卡套④螺纹连接处未拧紧或拧得太紧④螺纹连接处用力均匀拧紧⑤螺纹牙型不一致⑤螺纹牙型要一致震动和噪声①液压系统共振①合理控制震源②双泵双溢流阀调定压力太接近②控制压力差大于1MPa02过滤器过滤器功用6.2.1功用目前，控制液压油洁净程度的最有效方法就是采用过滤器（滤油器）。过滤器的功用是过滤液压油液中的杂质，控制液压油的洁净程度，降低进入系统中油液的污染度，保证系统正常地工作。过滤器的基本要求(1)有足够的过滤精度：过滤器按其过滤精度(过滤器滤芯滤去杂质的颗粒度大小，以其直径d为公称尺寸，um表示)的不同，分为粗过滤器、普通过滤器、精过滤器和特精过滤器四种，分别能滤去大于100μm、10～100μm、5～10μm和1～5μm大小的杂质；(2)有足够的过滤能力：能在较长时间内保持足够的通流能力；(3)滤芯具有足够的强度，不因液压力的作用而损坏；(4)滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下持久地工作；(5)滤芯清洗或更换简便。过滤器结构6.2.2过滤器按过滤机理可分为机械滤油器和磁性滤油器两类；前者是使液压油通过滤芯的孔隙时将污物的颗粒阻挡在滤芯的一侧；后者用磁性滤芯将所通过的液压油内铁磁颗粒吸附在滤芯上。在一般液压系统中常用机械过滤器，在要求较高的系统可将上述两类过滤器联合使用。按滤芯材料的过滤机制来分，有表面型过滤器、深度型过滤器和吸附型过滤器三种。表面型过滤器整个过滤作用是由一个几何面来实现的。杂质被截留在滤芯元件靠油液上游的一面；滤芯材料具有均匀的标准小孔，可以滤除比小孔尺寸大的杂质。由于污染杂质积聚在滤芯表面上，因此它很容易被阻塞住。滤网式滤芯、线隙式滤芯属于这种类型。深度型过滤器滤芯材料为多孔可透性材料，内部具有曲折迂回的通道。大于表面孔径的杂质直接被截留在外表面，较小的污染杂质进入滤材内部，撞到通道壁上，由于吸附作用而得到滤除。滤材内部曲折的通道也有利于污染杂质的沉积。纸芯、毛毡、烧结金属、陶瓷和各种纤维制品等属于这种类型。吸附型过滤器这种滤芯材料把油液中的有关杂质吸附在其表面上。磁芯即属于此类。常见的过滤器类型及其特点见表6-5中。表6-5

常见的过滤器类型、结构及特点类型结构特点表面型

过滤精度与铜丝网层数及网孔大小有关。在压力管路上常用

100目、150目、200目(每英寸长度上的孔数)的铜丝网，在液压泵吸油管路上常采用20～40目铜丝网。压力损失不

超过0.004MPa。结构简单，通流能力大，清洗方便，但过滤精度低

滤芯由绕在芯架上的一层金属线组成，依靠线间微小间隙来

阻止油液中杂质的通过，压力损失为0.03～0.06MPa。结构简单，通流能力大，过滤精度高，但滤芯材料强度低，

不易清洗。用于低压管道中，当用在液压泵吸油管上时，流量规格宜比

泵大表6-5

常见的过滤器类型、结构及特点类型结构特点深度型

与线隙式滤芯结构相同，但滤芯为平纹或波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸制成的纸芯。为了增大过滤面积，纸芯常制成折叠形。压力损失为0.01～0.04MPa。过滤精度高，但堵塞后无法清洗，必须更换纸芯。常用于精过滤

滤芯由金属粉末烧结而成，利用金属颗粒间的微孔阻挡油中杂质通过。改变金属粉末的颗粒大小，可制出不同过滤精度的滤芯。压力损失为0.03～0.2MPa。过滤精度高，滤芯能承受高压，但金属颗粒易脱落，堵塞后不易清洗。适用于精过滤吸附型磁性过滤器滤芯由永久磁铁制成，能吸住油液中的铁屑、铁粉、带磁性的磨料。其常与其他形式的滤芯合起来制成复合式过滤器。特别适用于加工钢铁件的机床液压系统过滤器选用和安装6.2.3选用过滤器应根据液压系统的技术要求，按过滤精度、通流能力、工作压力、油液粘度、工作温度等条件选定其型号。安装过滤器在液压系统中的安装位置通常有以下几种：(1)泵的吸油口处泵的吸油路上一般都安装有表面型过滤器，目的是滤去较大的杂质微粒以保护液压泵。(2)泵的出口油路上此处安装过滤器的目的是用来滤除可能侵入阀类等元件的污染物。同时应安装安全阀以防过滤器堵塞。(3)系统的回油路上这种安装起间接过滤作用。一般与过滤器并连安装一背压阀，当过滤器堵塞达到一定压力值时，背压阀打开。(4)系统分支油路上可在只有泵流量20%～30%左右的支路上安装一小规格过滤器，对油液起滤清作用。(5)单独过滤系统大型液压系统可专设一液压泵和过滤器组成独立的过滤回路。过滤器常见故障和排除方法6.2.4过滤器常见故障和排除方法，见表6-6。表6-6

过滤器常见故障和排除方法故障现象故障原因排除方法滤芯变形滤油器强度低并严重堵塞更换滤芯或更换油液烧结式滤油器滤芯颗粒脱落滤芯质量不符合要求更换滤芯03蓄能器蓄能器功用6.3.11.功用蓄能器的功用主要是储存油液多余的压力能，并在需要时释放出来；还可以用作短时供油和吸收系统的振动和冲击的液压元件。在短期内供应大量压力油液图6-2

液压系统中的流量供应情况T－一个循环周期如图所示，实现周期性动作的液压系统，在系统不需大量油液时，可以把液压泵输出的多余压力油液储存在蓄能器内，需要时再由蓄能器快速释放给系统。可使系统选用流量等于循环周期内平均流量qm的液压泵，以减小电动机功率消耗，降低系统温升。维持系统压力如图所示，在液压泵停止向系统提供油液的情况下，蓄能器能把储存的压力油液供给系统，补偿系统泄漏或充当应急动力源，使系统在一段时间内维持系统压力，避免停电或系统发生故障时油源突然中断所造成的机件损坏。图6-3

夹紧系统中的应用

9图6-4

吸收冲击压力的应用蓄能器结构6.3.2蓄能器主要有重力式、弹簧式和充气式三类；其中充气式又包括气瓶式、活塞式和皮囊式三种。重力式蓄能器因体积庞大，结构笨重，反应迟钝，现在工业上已很少应用。1.重锤式蓄能器1—重锤；2—柱塞；3—液压油图6-5

重锤式蓄能器的结构和实物重锤式蓄能器的结构和实物如图6-5所示，它利用重物位置的变化来储存和释放能量。重

锤1通过柱塞2作用于液压油3上，使之产生压力。2.弹簧式蓄能器1—弹簧；2—活塞；3—液压油图6-6

弹簧式蓄能器的结构和实物弹簧式蓄能器的结构原理如图所示，利用弹簧的伸缩来储存和释放能量的。弹簧1的力通过活塞2作用于液压油面3上。液压的作用力取决于弹簧的预紧力和活塞的面积。3.充气式蓄能器1－充气阀；2－气囊；3－壳体；4－限位阀图6-7

充气式蓄能器充气式蓄能器是利用气体的压缩和膨胀来储存和释放能量的。为了安全，所充气体一般为惰性气体或氮气。常用的充气式蓄能器有活塞式和气囊式两种，如图6-7所示。活塞式蓄能器图6-7(a)所示为活塞式结构，压力油从进油口进入，推动活塞，压缩活塞上腔的气体而储存能量；当系统压力低于蓄能器内压力时，气体推动活塞，释放压力油，满足系统需要；主要用来蓄压。气囊式蓄能器图6-7(b)所示为气囊式蓄能器结构，气囊2安装在壳体3内，充气阀1为气囊充入氮气，压力油从入口顶开限位阀4进入蓄能器压缩气囊，气囊内的气体被压缩而储存能量；当系统压力低于蓄能器压力时，气囊膨胀使压力油输出，蓄能器释放能量。在蓄能器下部有一受弹簧力作用的限位阀(提升阀)，其作用是防止气囊膨胀时从蓄能器油口处凸出而损坏。蓄能器的使用和安装6.3.3使用蓄能器必须注意以下内容：(充气式蓄能器中应使用惰性气体(一般为氮气)，工作压力视蓄能器结构形式而定（皮囊式为3.5～32MPa）；蓄能器各有其适用的工作范围，皮囊式蓄能器的皮囊强度不高，不能承受很大的压力波动，只能在-20～70℃的温度范围内工作；皮囊式蓄能器原则上应垂直安装(油口向下)，只有在空间位置受限制时才允许倾斜或水平安装；否则使蓄能器的气囊与壳体磨损影响蓄能器的使用寿命；装在管路上的蓄能器须用支板或支架固定，以承受蓄能器蓄能或释放能量时所产生的反作用力；蓄能器与管路系统之间应安装截止阀，供充气、检修时使用。蓄能器与液压泵之间应安装单向阀，防止液压泵停车时蓄能器内储存的压力油液倒流；蓄能器安放位置视其功能来确定：吸收液压冲击或压力脉动时宜放在冲击源或脉动源近旁；补油保压时宜放在尽可能接近有关的执行元件处；拆装及搬运蓄能器时应该先排出压缩气体。蓄能器常见故障和排除方法6.3.4蓄能器常见故障和排除方法，见表6-7。表6-7

蓄能器常见故障和排除方法故障现象故障原因排除方法供油不均活塞或气囊运动阻力不均检查活塞密封圈或气囊运动阻碍并排除

压力升不起来①充气瓶内无氮气或压力低①补充氮气②气阀泄漏②修理或更换已损零件③气瓶或蓄能器盖向外漏气③紧固密封或更换已损零件供油压力太低①充气压力低①及时充气②蓄能器漏气②紧固密封或更换已损零件

供油量不足①充气压力低①及时充气②系统工作压力范围小且压力过高②调整系统压力③蓄能器容量偏小③查明原因，修复或更换

不向外供油①充气压力低①及时充气②蓄能器内部泄油②检查原因，修复或更换③系统工作压力范围小且压力过高③调整系统压力

系统工作不稳定①充气压力低①及时充气②蓄能器漏气②紧固密封或更换已损零件③活塞或气囊运动阻力不均③检查并排除04压力计及压力计开关压力计及压力计开关的功用6.4.1压力计可以观测液压系统和各局部回路的压力大小，以便调整和控制液压系统及各工作点的压力。在液压系统中，压力值主要是通过压力表测量。对于不同的压力(稳态压力或瞬态压力)测量，对压力表的测量要求也不同。压力计开关是一种小型的截止阀，主要用于接通或切断压力表与油路的连接，以测量油路的压力；压力表开关的阻尼作用可以减轻压力表的急剧跳动，从而起到保护压力表的作用。压力计6.4.2根据压力计（压力表）工作原理分类，主要有弹簧式、液柱式和电气式压力表等。还有特殊用途的压力仪表，如为了测量试验系统中某处真空度的真空表以及由压力值控制触点开闭的电接点压力表。1.弹簧管压力计1—表盘；2—指针；3——游丝；4—波登管；5—连杆；6—摆轮图6-8

弹簧管式压力计的结构、实物和图形符号(a)

结构(b)

实物(c)

图形符号图所示为弹簧管式压力计的结构。或最低工作压力时接通或切断电路，使电接点压力表除了普通压力表测量压力作用外，还用来限制系统的最高和最低工作压力。图所示为电接点式压力计的结构。2.电接点压力表1—压力下限设定指针；2—指示指针；3—压力下限触头；4—动触头；5—压力上限触头；6—压力上限设定指针；7—拨针；8—钥匙；9—弹簧图6-9

电接点压力计的结构和实物(a)

结构(b)

实物压力计开关6.4.3根据压力表开关的结构及工作原理分类，有单点式、多点式、限压式以及卸荷式等。根据连接方式分类，有直接连接和间接连接两种方式；前者压力表和开关直接连接，后者则是通过管道连接。根据安装方式分类，有管式和板式两种。1.单点式压力表开关右图所示为KF型单点式压力表开关的结构，其中图(a)为直接连接式结构，即压力表开关能够与压力表直接连接，形成一个整体。同时，观测者为了便于观测还可通过接头螺母4任意调整压力表的表盘方向。图(b)为间接连接式结构，由于没有接头螺母需要通过另外的管件(管路与管接头)与压力表连接。1—压力计接口；2—阻尼孔；3—进油腔；4一接头螺母；5—阀体；6—阀杆；7—手轮；8—接头图6-10KF型单点式压力计开关的结构2.多点式压力表开关此种类型的压力表开关采用转阀式结构，P1～P6是各测压口的接口，各测量点的压力靠间隙密封隔开。测压时，先拉出手柄7卸压后，转动手柄至相应测压点的位置，再推入测压。该类型的压力表一般只用于低压系统，如机床液压系统。1—压力计接口；2、4—测量点；3—回油腔；5—阀杆；6—阀体；7—手柄图6-11K-6B型多点式压力计开关的结构和实物压力计及压力计开关常见故障和排除方法6.4.4压力计及压力计开关常见故障和排除方法，见表6-8。表6-8

压力计及压力计开关常见故障和排除方法故障现象故障原因排除方法压力计指针剧烈跳动阻尼孔堵塞清洗或换油压力计指针摆动迟缓阻尼调节过大重新调节阻尼压力计的接口处有泄漏接口处的密封失效更换密封圈压力计开关无法关闭阀口磨损后导致内泄漏增大修复或更换被磨损的零件05油箱油箱功用6.5.1油箱的功用主要是储存油液，此外还起着散发油液中热量释放出混在油液中的气体、沉淀油液中污物以及作为其它液压元件的安装平台等作用。油箱结构6.5.2液压系统中的油箱可分为开式结构和闭式结构两种，开式结构油箱中的油液具有与大气相同的自由液面，常用于各种固定设备；闭式结构油箱中的油液与大气是隔绝的，常应用于行走设备及车辆。开式结构的油箱又分为整体式和分离式。整体式油箱利用主机的底座内腔作为油箱，结构紧凑，各处液压元件漏油易于回收，但增加了设计和制造的复杂性，维修不便，散热条件不好，且会使主机产生热变形。分离式油箱单独设置，与主机分开，减少了油箱发热和液压源振对主机工作精度的影响，因此得到了普遍的采用，特别是在精密机械上。油箱结构6.5.2

由图可见，油箱内部用隔板7、9将吸油管1与回油管4隔开。顶部、侧部和底部分别装有滤油网2、液位计6和排放污油的放油阀8。液压泵及其驱动电机的安装板5则固定在油箱顶面上。1—吸油管；2—滤油网；3—盖；4—回油管；5—上盖；6—油位计；7、9—隔板；8—放油阀