液气压传动与控制第6章辅助元件

1、第6章 辅助元件,在液气压系统中，除了能量转换装置、执行元件及控制元件之外的其他各类组成元件均称为辅助元件，简称辅件。辅件是液气压系统中不可缺少的重要组成部分。它们的性能对系统的工作可靠性、工作效率、工作稳定性、工作寿命及动态特性、污染控制、噪声和温升等有直接影响。,1,6.1 油 箱,6.1.1 油箱的作用 每个液压设备都有它自己的油箱，其在液压系统中的作用是：贮存供系统工作循环所需的油量，散发系统工作过程中产生的部分热量，促进油液中的空气分离及消除泡沫，为系统提供元件的安装位置等。 6.1.2 对油箱的要求 油箱设计的好坏直接影响到系统的工作质量和系统的寿命，所以对油箱的要求是：能贮存足够

2、的油液，提供一定的所需元件的安装面积，并具有足够的刚性。泵能从油箱中正常吸油。吸油和回油要分隔开，以利于油液中空气的分离和泡沫的消除。,2,3,6.1.3 油箱的分类 按照油箱液面与大气是否相通，可分为开式油箱和闭式油箱。开式油箱又有整体式和分离式之分。和主机做成整体的就叫整体式油箱，如机床的床身内部的空腔可做成不漏的油箱，整体式油箱以最小的空间提供最大的性能，并且通常提供特别整洁的外观，但必须细心的设计，以克服可能存在的安装、维修、清洗不方便和内部发热等问题。,4,5,6,6.1.4 油箱容量 油箱容量是油箱的最基本参数，包括油液容量和空气容量。容量的确定，主要考虑工作循环中的油液温升、运行

3、中的液位变动、调试与维修时向管路及执行器灌油、循环油量等因素。 （1）根据经验确定 一般取油箱油液容量为泵流量的 3 7 倍min，或按系统每千瓦的功率，取油箱油液容量为 30 60LkW 。对于安装位置受到限制的行走机械和设置冷却装置的设备，取偏小值，对于固定设备、空间位置不受限制及没有冷却装置，依靠油箱散热的则取偏大值。,7,（2）根据发热与散热关系确定 油箱的容量可根据液压系统的发热与散热关系的计算以及对油箱允许的温升来确定。按照这个方法计算的结果，可得出如图 6.4 所示的关系图表。如表中已知油箱的允许温升为35 和供油系统的功率为 11kW ，即可查出油箱容量为 800L。一般油温推

4、荐在 30 50 范围内，最高不应超过 65 ，最低不低于 15 。详细计算可参阅有关资料。,8,9,管件包括管子和管接头。有了管件才能把液、气压元件有机地连成一个完整的控制系统，正确地选择管件能使系统装配合理，使用可靠，维修方便。 6.2.1 管子 管子可分为硬管和软管两种。硬管有钢管、铜管等，主要用于高温、高压及固定不动的连接。软管有塑料管、尼龙管、橡胶管等。选用管子时，除选用材质外，还需确定其内径和壁厚。其计算方法在第 9章介绍。,6.2 管 件,10,6.2.2 管接头 管接头是管子与元件、管子与管子之间可拆卸的连接件。管接头的种类很多，按接头的通路分：直通、直角、三通、四通等；按接头

5、与连接体的连接方式分：螺纹连接、法兰连接等；按管子与接头的连接方式分：焊接式、卡套式、扩口式、卡箍式、卡管式、快换式等，如图 6.5 所示是几种常用的管接头。,11,12,13,14,6.3.1 蓄能器的作用 蓄能器是液压系统中贮存和释放液压能的元件，其主要作用是： （1）作辅助动力源 当液压系统工作循环中所需的流量变化较大时，可采用蓄能器与小流量的泵配合使用，组成油源。在短期大流量时，由蓄能器与泵同时供油。所需流量较小时，泵将多余的油液向蓄能器充油贮存起来。 （2）系统保压及补偿泄漏 当对某一动作要求长时间内保持恒定压力而泵卸荷时，可采用蓄能器补偿系统泄漏，稳定系统压力。,6.3 蓄 能 器

6、,15,（3）吸收液压冲击，消除压力脉动 当换向阀突然换向、液压泵突然停车、执行元件突然停止运动、紧急制动等原因使液流速度和方向急剧变化时，将产生液压冲击。其值可高达正常压力的几倍以上，往往造成系统强烈振动，造成仪表、元件等损坏，甚至引起管道破裂，可设蓄能器来吸收和缓和这种液压冲击。,16,6.3.2 蓄能器的类型及选用 蓄能器根据蓄能方式的不同可分为重力式、弹簧式、充气式三类。常用的是充气式，它利用气体（常用氮气）压缩和膨胀贮存、释放液压能。一般常采用隔离式充气蓄能器，它是将油液和气体分开，根据隔离形式的不同，常用的有活塞式和气囊式两种。 （1）活塞式蓄能器 如图 6.6（a）所示，在缸筒内

7、用浮动的活塞将气体与油液隔开，上腔经充气阀充气，下腔接通压力油，活塞上凹主要是增加气室容积。这种蓄能器结构简单，安装和维修方便，寿命长。但存在加工精度要求较高，活塞的密封性问题，充气压力受到限制。,17,18,（2）气囊式蓄能器 如图 6.6（b）所示，气体和油液被气囊隔开，气囊内充入一定压力的氮气，压力油经壳体底部的限位阀通入，皮囊受压而储能，限位阀用于保护气囊不被挤坏。 （3）蓄能器的容量 蓄能器的容量包括气腔和液腔的容积之和，是选用蓄能器时的一个重要参数，其容量大小与用途有关。对气囊式蓄能器，若设充气压力为 p0，充气容积为 V0（容量），工作时要求释放的油液体积为V，系统的最高和最低工

8、作压力为 p1和 p2，相应的容积为 V1和 V2。由气体状态方程有：,19,20,6.3.3 蓄能器的安装 蓄能器在使用安装时，因作用不同，其安装位置也不同，必须注意以下问题： 蓄能器需安装在便于检查、维修的位置，并要远离热源。 蓄能器一般应垂直安装，油口向下，充气阀朝上。 装在管路上的蓄能器，必须有牢固的固定装置加以固定。,21,用于吸收液压冲击、压力脉动和降低噪声的蓄能器应尽可能靠近振源。 蓄能器与液压泵之间应装单向阀，以防液压泵停车或卸荷时，蓄能器内的压力油倒流而使泵反转。 蓄能器与管路之间应装截止阀，以便于充气和检修之用。,22,6.4.1 对过滤器的要求 油液过滤器是液压系统中对油

9、液进行过滤净化的重要元件，它的作用是滤去油液中的杂质，维护其清洁，保证系统的正常工作。如油液中存在颗粒杂质，会造成液压元件相对运动表面的磨损、滑阀卡滞、节流小孔或间隙堵塞而影响系统正常工作和寿命。,6.4 过 滤 器,23,能满足液压系统对过滤精度的要求。过滤精度，是指滤心能够有效滤除的最小颗粒的尺寸，包含有过滤效率和颗粒尺寸的概念，一般用绝对过滤精度，即能够通过的最大球形颗粒的直径，以微米表示。 通油能力要好，即全部油液通过时不会引起过大的压力损失。 纳垢容量大。纳垢容量愈大，使用寿命愈长。 要有一定的机械强度，不致因油压而破坏。 要有良好的抗腐蚀性能，能在一定温度下持久工作，不会对油液造成

10、化学的或机械的污染破坏。 易于拆装清洗，便于更换滤心。,24,6.4.2 过滤器的类型 过滤器的类型可根据过滤精度、结构特点和使用条件等方面来分。按过滤精度分为高精（15m）、精（1020m）、中等（3040m）、粗（50m）四种。按照结构和过滤原理分为表面型和深度型两大类。常用的按滤心形式分网式、线隙式、纸心式、烧结式、磁性式等几种。网式、线隙式属表面型。纸心式、烧结式属深度型。按安装位置分吸油路、压力油路、回油路三种。按有无保护和指示装置分带旁通阀、带堵塞指示器、不带旁通阀和堵塞指示器几种。,25,（1）表面型过滤器 这种过滤器滤除的颗粒污物被截留在滤心元件油液上游一侧的表面，整个过滤作用

11、是由一个几何面来实现，就像丝网一样，把污物阻留在其外表面。由于污物杂质积聚在滤心表面，所以此种过滤器的纳垢容量小，压差小，过滤器极易堵塞。 （2）深度型过滤器 这种过滤器滤心是由多孔隙可透性材料制成，材料内部具有无数贯穿的曲折迂回通道，大于表面孔径的颗粒直接被拦截在靠油液上游的外表面，而较小污染颗粒进入过滤材料内部，撞到通道壁上，滤心的吸附及迂回曲折通道有利于污染粒子的沉积和截留。,26,27,28,29,（3）磁性过滤器 滤心采用永磁性材料，可将油液中对磁性敏感的金属颗粒吸附到上面，过滤效果好。最简单就是在油箱底部放一块永磁板，或往油箱中插一根永磁铁棒。一般常与其他形式的滤心做成复合式过滤器

12、，如图 6.9所示。 （4）滤油装置 为有效控制液压系统污染，除在系统内装设置滤油器外，还要有各种类型的滤油装置，如滤油车，便携式滤油装置，外过滤系统滤油装置、液压清洗装置、油液净化装置等。,30,6.4.3 过滤器的选用及安装 （1）过滤器的选用 在设计液压系统时，应根据系统要求，按过滤精度、通流能力、工作压力、允许压降、油的粘度和工作温度等来选择过滤器。选择时先初步考虑过滤器的类型，如系统中有精密元件可选纸心过滤器；泵出口可选烧结式过滤器；泵吸油口可选网式过滤器。在初步选定类型后，再考虑其规格，主要是流量和过滤精度。,31,（2）过滤器的安装 过滤器的安装主要是指位置，如图 6.10所示。

13、1是注油过滤器，多用网式，它安装在油箱顶盖上。2是泵吸油过滤器，安装在油箱内，液面之下，都采用网式。3 是吸油管路过滤器，它安装在油箱之外，为防止压差过大，泵吸油不足，产生气蚀，也采用网式。4是加压吸油管过滤器，它安装在辅助泵 9和主泵 10之间，使主泵的吸油口形成有压供油，它应能承受一定压力，一般采用线隙式。用辅助泵供主泵吸油，主泵与执行元件 11组成闭式油路。,32,33,在液压系统中，冷却器和加热器统称为热交换器。液压系统在工作时，由于功率损失会转变为热量使油温上升，油温过高会使油液粘度下降，泄漏加大，容积效率降低，油液加速氧化，寿命缩短，密封件加速老化，系统工作精度降低，工作不正常。因

14、结构限制，油箱不能太大，油温不能仅仅依靠油箱表面等自然条件散热。因此必须设置冷却器。 6.5.1 冷却器 对冷却器的基本要求是在保证散热面积足够大，散热效率高和压力损失小的前提下，要求结构紧凑、坚固、体积小、重量轻，最好有自动控温装置，以保证温度控制的准确性。,6.5 热 交 换 器,34,35,6.5.2 加热器 油液加热的方法有用热水或蒸气加热和电加热两种方式。由于电加热器使用方便，易于自动控制温度，故应用较广泛。 加热器的功率不宜太大，且油流过加热器时要有一定流速，主要是防止和加热器接触的油层被烧焦变质。 加热器安装在油箱中，最好水平放置，且应完全没入油面，和油面应保持一定的淹没深度。,

15、36,在液压系统及其元件中，密封装置用来防止工作介质的内外泄漏及外界灰尘和异物的侵入，其中起密封作用的元件叫密封件，主要保证系统建立必须的压力，其性能直接影响系统的工作性能和效率，是衡量系统性能的一个重要指标。 6.6.1 对密封件的要求 在一定的工作压力和温度范围内应具有良好的密封性能； 密封件材料和系统采用的工作介质要有良好的相容性；,6.6 密 封 件,37,摩擦阻力要小，并且摩擦力稳定。避免出现运动偶件咬死或蠕动等情况； 耐磨性好，寿命长，不易老化，抗腐蚀能力强，不损坏被密封零件表面，磨损后在一定程度上能自动补偿； 结构灵巧，制造容易，拆装方便，价格低廉。,38,6.6.2 密封件的分

16、类及特点 密封件的种类很多，根据密封副偶合件在机器运转过程中有无相对运动，将密封分为动密封和静密封。按照密封件使用要求和结构形式及制作的材料种类，又可把密封件分为不同的类型，一般常用的有以下几种。 （1）O 型密封圈 O 型密封圈截面为圆形，由丁晴或氟橡胶压制而成，主要用于静密封和往复运动密封，用于旋转运动密封仅限于低速回转密封。,39,（2）唇形密封圈 唇形密封圈是依靠唇口受液压力作用下的变形，使唇边贴紧密封面而进行密封的压力越高，唇边贴得越紧，并且具有磨损后自动补偿的能力。常见的有 Y 形和 V 形等。,40,41,（3）V 形密封圈 V 形密封圈截面呈 V 形，如图 6.14所示，它由多

17、层涂胶织物压制而成，由支承环、密封环、压环组成。主要用于液压缸活塞和活塞杆的往复运动密封。V 形密封耐压性能好，密封可靠，使用寿命长。当工作压力 p 10M Pa时，可根据使用压力的高低，适当增加密封环的数量，以满足密封要求，并可调整压紧力来获得最佳的密封效果。,42,（4）组合密封 图 6.15所示为最普通、最常见的由 Q235钢 2和耐油橡胶 1组成的组合密封垫，安装时外圈紧贴两密封面，外圈厚度 h 与内圈厚度 s之差为橡胶压缩量。一般用于管接头或油塞的端面密封。因为它安装方便，密封可靠，适用于工作压力 p40M Pa，温度 - 20 + 100 的静密封，应用非常广泛。图 6.16所示为

18、一种组合密封装置。它由 O 形密封圈和聚四氟乙烯做成的格来圈或斯特圈组合而成。,43,44,（5）油封 油封是装在旋转轴和静止件之间，用于防止油液外泄和外界尘土、杂质侵入内部的动密封元件。 油封的种类很多，按其结构可分为骨架式和无骨架式两类。图 6.17所示为有骨架式油封，由橡胶油封体 1，金属加强环 2，自紧螺旋弹簧 3 组成。 （6）防尘圈 防尘圈，装于活塞杆或柱塞密封外侧，用于防止外界尘埃、砂粒等异物侵入液压缸，从而可防止液压油被污染导致元件磨损。防尘圈有普通防尘圈，O 形圈复合防尘圈，双唇型组合防尘圈和旋转轴用防尘圈几种。,45,46,在气压传动与控制系统中，动力源是压缩空气。压缩空气

19、中夹带的油污、水分和灰尘会影响气动元件的可靠性和使用寿命，因此，必须装有过滤净化辅件。此外，气动元件的润滑，气压信号的放大、延时、转换、显示以及气动噪声的消除、管路的连接等，也都需要各种不同的辅件来解决，这些辅件是气动系统中的环节之一，若处理不当，会造成整个系统不能正常工作。,6.7 气 动 辅 件,47,6.7.1 压缩空气净化、储存设备 由于空气压缩机排出的压缩空气的温度一般可达 140 170 。此时，压缩空气中的水分和润滑油的一部分已汽化，与含在空气中的灰尘形成油汽、水汽和灰尘混合而成的胶体微雾杂质。这些杂质若被带进气动设备中，会引起管道堵塞和锈蚀，加速元件的腐蚀和磨损，缩短使用寿命。

20、水汽和油汽还会使膜片、橡胶密封件老化，严重时还会引起燃烧和爆炸。,48,49,50,6.7.2 气动三大件 分水过滤器、减压阀、油雾器一起称为气动三大件，三者的组合件称三联件，它是气动元件及系统使用压缩空气的质量保证。根据用气要求可少于三件，也可多于三件。,51,52,（1）分水滤气器 分水滤气器，其作用是滤去压缩空气中的灰尘、杂质，并将水分分离出来。如图 6.22是它的结构原理图。当空气进入后，被旋风叶子 1迫使其沿切线方向旋转，获得一定的离心力，使较大的水滴、油滴、灰尘与水杯 2的内壁高速碰撞分离出来，通过滤心 4再拦截滤去少量的灰尘、雾状水。挡板 3是为了防止杯中污水被卷取破坏过滤作用。

21、污水由手动排水阀放走。 （2）油雾器 油雾器是一种特殊的注油装置，其作用是使润滑油雾化后注入空气流中，并随气流进入需要润滑的部位，从而达到润滑的目的。油雾器有普通型油雾器（一次油雾器）和微雾型油雾器（二次油雾器），应用较广的是普通型油雾器。,53,（3）减压阀 减压阀起减压、稳压作用，工作原理及结构可参看第 5章。,54,6.7.3 消声器 气动系统中的元件直接向大气排气时，由于气体体积的急剧膨胀，会发出高达 100 120dB 的噪声，为改善工作环境，必须使用消声器来降低排气噪声。常用的消声器主要有：吸收型消声器、膨胀干涉型消声器及膨胀干涉吸收型消声器。吸收型消声器主要利用吸声材料（如玻璃纤

22、维、毛毡、泡沫塑料等）来降低噪声，它能在较宽的中高频范围内消声，特别是对刺耳的高频声波消声效果更显著。,55,56,6.7.4 转换器 在气动控制中，和其他自动控制装置一样，都有发讯、控制和执行部分。其控制部分工作介质是气体，而讯号传感部分和执行部分则不一定全用气体，可能用电、液等。这样，各部分之间就需转换装置转换器。常用的转换器有气电转换器、电气转换器、气液转换器等几种。,57,58,利用低于大气压力的真空状态作为动力源，也是实现自动化的一种手段。真空吸附已广泛应用于电子、轻工、印刷、塑料、液压机械、包装机械、机器人等许多工业设备中。如包装机械中，包装纸的吸附、送标、贴标、包装袋的开启；电视

23、机的显像管、电子枪的加工运输、装配及电视机的组装；印刷机械中的双张、折页的检测，印刷品的运输；机器人抓起重物；锻压件、冲压件的搬运；真空成型、真空卡盘等。,6.8 真空元件,59,6.8.1 真空发生装置 真空发生装置有真空泵和利用压缩空气形成真空的真空发生器两种，其特性如下表 6.1所示。如图 6.26是真空发生器的工作原理。它利用空气射流的卷吸现象，在喷管两端压差高于定值后，喷射管射出高速射流，将扩散腔的气体抽走，使该腔形成很低的真空度。在吸附口装上吸盘就可以形成一定的吸力而工作。,60,61,6.8.2 真空开关 真空开关用于检测真空度范围。实际工作中，当所产生的真空度达不到规定要求时，

24、自动开闭某一电路，整个机构就不会工作；当真空度达到规定的要求时，真空开关便发出电信号，指挥真空吸附机构正常工作。,62,63,6.8.3 吸盘 吸盘是直接吸吊物体的元件。吸盘形状有碗形、矩形、圆弧形等。吸盘材料是由丁晴橡胶、硅橡胶、氟化橡胶和聚氨脂等与金属压制而成。 6.8.4 控制元件 在真空系统中，真空用电磁阀是常用的控制元件之一。控制元件的供给压力是真空压力。有时也可选用按非真空压力设计的一般气动控制元件。一般地，间隙密封的滑阀，没有使用气压密封圈的弹性密封的滑阀，直动式电磁阀、它控式先导电磁阀和非气压密封的截止阀等都可用于真空系统中。,64,6.8.5 使用及安装 因真空发生器的喷口直

25、径为0.5mm 至1.3mm，为防止油及灰尘堵塞小孔，在吸盘与真空发生器或真空阀之间要有滤网或真空过滤器。在真空阀的排气口上也要安装过滤器。 为保证安全，真空回路中宜设置真空罐，以便在发生停电等情况下能保持一定的真空度。 因被吊物表面粗糙、气密性不好，吸盘吸位不准，吸盘使用中破损，吸气管泄漏，吸吊物太重等，都会使真空度达不到要求，导致被吊物不牢，在工作中跌落的事故。,65,真空回路中，最大真空度可达 0.088M Pa。真空配管在此真空度下容易变形塌瘪，故不要使用太软的管子。真空发生器上安装的连接管不要承受过大的力和力矩。 真空发生装置和吸盘之间的接管应尽量短，以防止压力损失大和动作时间长。接

26、管不得有泄漏和扭变。 用几个吸盘同时吸吊物体，不仅增大起吊能力，而且起吊稳定性好。但三个以上吸盘，最好设置气路分配器。 为保证真空发生装置具有所需的供给压力和供给气量，供给回路中的气阀、管道及管接头等的有效面积应足够大。,66,6.9.1 供气系统的类型 供气系统的类型，主要决定于用户对压缩空气的压力、质量（含油、含水、含尘量）和供气可靠性、经济性三方面的要求。 （1）从供气压力要求来确定 若气动系统中各元件或装置对供气只有一种压力要求，则只需一种供气系统。若有多种压力要求，则可有如下供气方式：,6.9 气压传输系统的管理,67,降压供气方式。供气以满足最高压力要求为原则，其余通过减压阀降压后使用。适于用气量不大的情况。 多种压力管网供气方式。适于多种压力要求，耗气量大小不均的复杂情况。可将供气压力大小和位置情况等划分成几个压力区域，设置几种不同压力的管网直接和减压供气。 管道供气与瓶装供气相结合的供气方式。若只有少量气动装置需要高压供气，而其他为低压供气，且压力基本相同，则按低压进行供气，需高压的采用高压气瓶供气方式。,68,（2）从供气质量来确定 全部净化的供气方式。若气动系统中所有气动装置对供气质量均有要求，或绝大部分对供气质量有要求，少数无质量要求且耗气量又不大，为减少供气管网种类，按质量要求标准采用全部净化供气系统。 一般供气方式。若多数气动装置对供气质量