液压辅助元件ppt

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第6章 液压辅助元件 6.1 蓄能器 6.2 过滤器 6.3 油箱 6.4 热交换器 6.5 压力表及压力表开关 6.6 管件 6.7 密封元件 6.1 蓄能器 6.1.1 蓄能器的分类和功用 1.蓄能器的分类 蓄能器有重锤式、弹簧式和充气式三类，常用的是充气式蓄能器。 充气式蓄能器利用压缩气体储存能量。为安全考虑，所充气体一般为氮气。按蓄能器的结构又可分为直接接触式和隔离式两类。隔离式又分为活塞式和气囊式两种。在此主要介绍活塞式及气囊式两种蓄能器。 (1)活塞式蓄能器 活塞式蓄能器是一种隔离式蓄能器，如图6-1。这种蓄能器结构简单，易安装维修方便;但活塞的密封问题不能完全解决，有压气体容易漏入液压系统中，而且由于活塞的惯性和密封件的摩擦力，使活塞动作不够灵敏。 6.1 蓄能器 (2)气囊式蓄能器 图6-2 (a)所示为NXQ型皮囊拆合式蓄能器。它由限位阀1、皮囊2、壳体3、充气阀4等组成，工作压力为3.5~35MPa，容量范围为0.6~200L，温度适用范围为-10℃~65℃。 2.蓄能器的功用 (1)作辅助动力源 可节省能源，降低温升。另一方面，在有些特殊的场合为防止停电或驱动液压泵的原动力发生故障，蓄能器可作应急能源短期使用。 (2)保压和补充泄漏 当液压系统要求较长时间内保压时，可采用蓄能器，补充其泄漏，使系统压力保持在一定范围内。 6.1 蓄能器 (3)缓和冲击压力 当阀门突然开启或闭合时，可能在液压系统中产生冲击压力，在产生冲击压力的部位加接蓄能器，可使冲击压力得到缓和。 (4)吸收脉动压力 泵的输出口并接一蓄能器，可使泵的流量脉动以及因之而引起的压力脉动减小。 6.1.2 蓄能器的使用和安装 1)气囊式蓄能器安装时，应将油口垂直朝下。 2)装在管路上的蓄能器必须用支架固定。 3)蓄能器与管路系统之间应安装截止阀，这便于在系统长期停止工作以及充气或检修时，将蓄能器与主油路切断。 6.1 蓄能器 (4)蓄能器是压力容器，搬运和装拆时应先排除内部的气体，工作中要注意安全。 (5)用于吸收液压冲击和脉动压力的蓄能器，应尽可能装在振源附近，并便于检修。 (6)蓄能器与液压泵之间应设单向阀，以防止液压泵停转时蓄能器内的压力油倒流。 6.2 过滤器 6.2.1 过滤器的主要性能指标 1.过滤精度 它表示过滤器对各种不同尺寸的污染颗粒的滤除能力，用绝对过滤精度、过滤比和过滤效率等指标来评定。 绝对过滤精度是指通过滤芯滤过的最大坚硬球状颗粒的尺寸(y)。过滤比(βx值)是指滤油器上游油液单位容积中大于某给定尺寸的颗粒数与下游油液单位容积中大于同一尺寸的颗粒数之比，即对于某一尺寸x的颗粒来说，其过滤比βx的表达式为 式Nu—上游油液中大于某一尺寸x的颗粒浓度; Nd—下游油液中大于同一尺寸x的颗粒浓度。 6.2 过滤器 一般要求系统的过滤精度要小于运动副间隙的一半。此外，压力越高，对过滤精度要求越高。其推荐值见表6-1。 过滤效率Ec可以通过下式由过滤比βx直接换算出来: 2.压降特性 液压回路中的滤油器对油液流动来说是一种阻力，因而油液通过滤芯时必然要出现压力降。 滤芯所允许的最大压力降，应以不致使滤芯元件发生结构性破坏为原则。在高压系统中，滤芯在稳定状态下工作时承受到的仅仅是它那里的压力降，这就是为什么纸质滤芯亦能在高压系统中使用的道理。油液流经滤芯时的压力降，大部分是通过试验或经验公式来确定的。 6.2 过滤器 3.纳垢容量 这是指滤油器在压力降达到其规定限值之前可以滤除并容纳的污染物数量。这项性能指标可以用多次通过性试验来确定。滤油器的纳垢容量越大，使用寿命越长，所以它是反映滤油器寿命的重要指标。 滤油器过滤面积A的表达式为 式中q滤油器的额定流量，L/min;μ—油液的黍占度，Pa·s; Δp—压力降，Pa; a滤油器单位面积通过能力，L/cm2，由实验确定。 6.2 过滤器 6.2.2 过滤器的类型和结构特点 过滤器按过滤精度来分可分为粗过滤器和精过滤器两大类;按滤芯的结构可分为网式、线隙式、磁性、烧结式和纸质等;按过滤的方式可分为表面型、深度型和中间型过滤器，见表6-2，下面将分别叙述。 1.表面型过滤器 整个过滤作用是由一个几何面来实现的。滤下的污染杂质被截留在滤芯元件靠油液上游的一面。在这里，滤芯材料具有均匀的标定小孔，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。编网式滤芯、线隙式滤芯属于这种类型。 6.2 过滤器 2.深度型过滤器 这种滤芯材料为多孔可透性材料，内部具有曲拆迁回的通道。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。滤材内部曲拆的通道也有利于污染杂质的沉积。 3.中间型过滤器 中间型过滤器的过滤方式介于上述两者之间，如采用有一定厚度0.35~0.75mm的微孔滤纸制成的滤芯的纸质过滤器。它的过滤精度比较高，一般约为10~20μm，高精度的可达1μm左右。这种过滤器的过滤精度适用于一般的高压液压系统，它是当前在中高压液压系统中使用最为普遍的精过滤器。 6.2 过滤器 6.2.3 选用和安装 1.选用 过滤器按其过滤精度(滤去杂质的颗粒大小)的不同，有粗过滤器、普通过滤器、精密过滤器和特精过滤器四种。它们分别能滤去大于100μm ， 10~100μm ， 5~10μm和1~5μm大小的杂质。 选用滤油器时，要考虑下列几点: (1)过滤精度应满足预定要求。 (2)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。 6.2 过滤器 因此，滤油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、油液黏度、工作温度等条件选定其型号。 2.安装 滤油器在液压系统中的安装位置通常有以下几种: (1)安装在泵的吸油口处 (2)安装在泵的出口油路上 (3)安装在系统的回油路上 (4)安装在系统分支油路上。 (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过滤回路。 6.3 油箱 6.3.1 油箱的功用和种类 1.油箱的功用 油箱的功用是储存液压系统所需足够的油液(液压液)、散发油液中的热量、沉淀油液中的污染物和释放溶入油液中的气体。 2.油箱的种类 油箱可分为开式油箱和闭式油箱。开式邮箱通过空气过滤器与大气连通，油箱中的液体受到大气压的作用，一般固定作业和行走作业机械均采用开式油箱;闭式油箱完全与大气隔绝，箱体内设置气囊或者弹簧活塞对箱中油液施加一定压力，闭式油箱适用于水下作业机械或海拔较高地区及飞行器的液压系统中。 油箱的典型结构如图6-3所示。 6.3 油箱 6.3.2 油箱的结构设计 (1)油箱的有效容积(油面高度为油箱高度80%时的容积)应根据液压系统发热、散热平衡的原则来计算。但对于一般情况来说，油箱的有效容积可以按液压泵的额定流量qn(L/min)估计出来。 (2)吸油管和回油管应尽量相距远些。隔板高度最好为箱内油面高度的3/4。吸油管入口处要装粗滤油器。精滤油器与回油管管端在油面最低时仍应没在油中，防止吸油时卷吸空气或回油冲入油箱时搅动油面而混入气泡。回油管管端宜斜切450，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，以利于油液散热。 管端与箱底、箱壁间距离均不宜小于管径的3倍。粗滤油器距箱底不应小于20mm。 6.3 油箱 (3)为了防止油液污染，油箱上各盖板、管口处都要妥善密封。注油器上要加滤油网。空气滤清器的容量至少应为液压泵额定流量的2倍。油箱内回油集中部分及清污口附近宜装设一些磁性块，以去除油液中的铁屑和带磁性颗粒。 (4)为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养，按GB 3766-1983规定，箱底离地至少应在150 mm以上。箱底应适当倾斜，在最低部位处设置堵塞或放油阀，以便排放污油。按照GB 3766-1983规定，箱体上注油口的近旁必须设置液位计。滤油器的安装位置应便于装拆。箱内各处应便于清洗。 (5)油箱中如要安装热交换器，必须考虑好它的安装位置，以及测温、控制等措施。 6.3 油箱 (6)分离式油箱一般用2.5~4mm钢板焊成。箱壁越薄，散热越快。有资料建议100L容量的油箱箱壁厚度取1.5mm ， 400L以下的取3mm ， 400 L以上的取6 mm，箱底厚度大于箱壁，箱盖厚度应为箱壁的4倍。大尺寸油箱要加焊角板、筋条，以增加刚性。当液压泵及其驱动电机和其他液压件都要装在油箱上时，油箱顶盖要相应地加厚。 (7)油箱内壁应涂上耐油防锈的涂料。外壁如涂上一层极薄的黑漆(不超过0.025mm厚度)，会有很好的辐射冷却效果。铸造的油箱内壁一般只进行喷砂处理，不涂漆。 6.4 热交换器 液压系统的工作温度一般希望保持在30℃~50℃的范围之内，最高不超过65℃，最低不低于15℃。液压系统如依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。 6.4.1 冷却器 液压系统中的冷却器，最简单的是蛇形管冷却器(图6-4)，它直接装在油箱内，冷却水从蛇形管内部通过，带走油液中热量。这种冷却器结构简单，但冷却效率低，耗水量大。 液压系统中用得较多的冷却器是强制对流式多管冷却器(图6-5)。通过图6-5可知，多根水管后由出水口1流出。油液在水管外部流动时，它的行进路线因冷却器内设置了隔板而加长，因而增加了热交换效果。 6.4 热交换器 近来出现一种翅片管式冷却器，水管外面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。图6-6所示为翅片管式冷却器的一种形式。它是在圆管或椭圆管外嵌套上许多径向翅片，其散热面积可达光滑管的8~10倍。椭圆管的散热效果一般比圆管更好。 液压系统亦可以用汽车上的风冷式散热器来进行冷却。这种用风扇鼓风带走流入散热器内油液热量的装置不需另设通水管路，结构简单，价格低廉，但冷却效果较水冷式差。 冷却器一般应安放在回油管或低压管路上，如溢流阀的出口、系统的主回流路上或单独的冷却系统。 冷却器所造成的压力损失一般约为0.01~0.1MPa。 6.4 热交换器 6.4.2 加热器 液压系统的加热一般常采用结构简单、能按需要自动调节最高和最低温度的电加热器。这种加热器的安装方式是用法兰盘横装在箱壁上，发热部分全部浸在油液内。加热器应安装在箱内油液流动处，以有利于热量的交换。由于油液是热的不良导体，单个加热器的功率容量不能太大，以免其周围油液过度受热后发生变质现象。 6.5 压力表及压力表开关 6.5.1 压力表 力表的作用是用于检测和显示液压系统工作压力的。液压系统使用的压力表按功能划分为普通压力表、真空压力表和电接点压力表。 压力表用于观察液压系统中某一工作点的油液压力，以便调整系统的工作压力。在液压系统中最常用的是如图6-7所示的弹簧管式压力表。 6.5.2 压力表开关 压力表应通过阻尼小孔以及压力表开关接入压力管道，以防止系统压力突变或压力脉动损坏压力表。压力表开关相当于一个小型截止阀，用于切断和接通压力表与油路的通道。压力表开关有一点、三点等几种类型。多点压力表开关用一个压力表可与几个测压点油路相通，可分时测出相应点的油压力。 6.6 管件 6.6.1 油管 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，须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。油管的特点及其适用范围如表6-3所示。 油管的规格尺寸(管道内径和壁厚)可由式(6-5)、式(6-6)算出d， δ后，查阅有关的标准选定: 式中d—油管内径;q—管内流量; v—管中油液的流速;δ—油管壁厚; p—管内工作压力;n—安全系数;σn—管道材料的抗拉强度。 6.6 管件 油管的管径不宜选得过大，以免使液压装置的结构庞大;但也不能选得过小，以免使管内液体流速加大，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。 6.6.2 接头 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。 6.6 管件 管接头的种类很多，其规格品种可查阅有关手册。液压系统中油管与管接头的常见连接方式如表6-4所示。管路旋入端用的连接螺纹采用国家标准米制锥螺纹(ZM)和普通细牙螺纹(M)。 锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统;细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要采用组合垫圈或O形圈进行端面密封，有时也可用紫铜垫圈。 国外对管子材质、接头形式和连接方法上的研究工作从未间断，最近出现一种用特殊的镍钦合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除，这种“热缩”式的连接已在航空和其他一些加工行业中得到了应用。它能保证在40~ 55 MPa的工作压力下不出现泄漏。这是一个十分值得注意的动向。 6.7 密封元件 6.7.1 间隙密封 间隙密封是靠相对运动件配合面之间的微小间隙来进行密封的，常用于柱塞、活塞或阀的圆柱配合副中，一般在阀芯的外表面开有几条等距离的均压槽，它的主要作用是使径向压力分布均匀，减少液压卡紧力，同时使阀芯在孔中对中性好，以减小间隙的方法来减少泄漏。同时槽所形成的阻力，对减少泄漏也有一定的作用。均压槽一般宽0.3~0.5mm，深为0.5~1.0mm。圆柱面配合间隙与直径大小有关，对于阀芯与阀孔一般取0.005~0.017mm。 这种密封的优点是摩擦力小，缺点是磨损后不能自动补偿，主要用于直径较小的圆柱面之间，如液压泵内的柱塞与缸体之间、滑阀的阀芯与阀孔之间的配合。 6.7 密封元件 6.7.2 接触密封 接触密封主要指密封件密封，主要包括O形密封圈、唇形密封圈、组合密封圈和回转轴密封装置。 1. O形密封圈 O形密封圈一般用耐油橡胶制成，其横截面呈圆形。它具有良好的密封性能，内外侧和端面都能起到密封作用，且结构紧凑，运动件的摩擦阻力小，制造容易，装拆方便，成本低，在液压系统中得到广泛应用。 O形密封圈的安装沟槽，除矩形外，也有V形、燕尾形、半圆形、三角形等，实际应用中可查阅有关手册及国家标准。 图6-8所示为O形密封圈的结构和工作情况。 6.7 密封元件 2.唇形密封圈 唇形密封圈根据截面的形状可分为Y形、V形、U形、L形等。其工作原理如图6-9所示。这种密封作用的特点是能随着工作压力的变化自动调整密封性能，压力越高则唇边被压得越紧，密封性越好;当压力降低时唇边压紧程度也随之降低，从而减少了摩擦阻力和功率消耗，除此之外，还能自动补偿唇边的磨损，保持密封性能不降低。 目前，液压缸中普遍使用如图6-10所示的所谓小Y形密封圈作为活塞和活塞杆的密封。 在高压和超高压情况下(压力大于25 MPa) V形密封圈也有应用，V形密封圈的形状如图6-11所示。 6.7 密封元件 3.组合密封圈 组合密封圈是由金属外圈和橡胶内圈整体硫化而成。特点是使用方便，密封可靠。 这种组合密封圈的工作原理是:金属圈保护橡胶圈并起支承作用，橡胶内圈起密封作用。橡胶内圈高度和金属外圈高度之差即为可压缩量。根据实际工作压力，施加适当压紧力起到密封作用。 图6-12(a)所示的为O形密封圈与截面为矩形的聚四氟乙烯塑料滑环组成的组合密封装置。(b)为由支持环2和O形圈1组成的轴用组合密封。 组合式密封装置由于充分发挥了橡胶密封圈和滑环(支持环)的长处，因此不仅工作可靠，摩擦力低而稳定，而且使用寿命比普通橡胶密封提高近百倍，在工程上的应用日益广泛。 6.7 密封元件 4.回转轴密封装置 回转轴密封装置很多。图6-13所示是一种耐油橡胶制成的回转轴用密封圈。它的内部有直角形圆环铁骨架支撑着，密封圈的内边围着一条螺旋弹簧，把内边收紧在轴上来进行密封。这种密封圈主要用作液压泵、液压马达和回转式液压缸的伸出轴的密封，以防止油液漏到壳体外部。它的工作压力一般不超过0.1MPa，最大允许线速度为4~8 m/s，须在有润滑情况下工作。 6.7.3 密封圈使用注意事项 (1)在工作压力和一定的温度范围内，应具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高密封性能。 (2)密封装置和运动件之间的摩擦力要小，摩擦系数要稳定。 图6-1 活塞式蓄能器 图6-2 气囊式蓄能器 表6-1 过滤精度推荐值表 表6-2 常见的过滤器及其特点 图6-3 油箱 图6-4 蛇形管冷却器 图6-5 多管式冷却器 图6-6 翅片管式冷却器 图6-7 弹簧管式压力表 表6-3 液压系统中使用的油管 表6-4 液压系统中常用的管接头 图6-8 O形密封圈 图6-9 唇形密封圈的工作原理 图6-10 小Y形密封圈 图6-11 V形密封圈 图6-12 组合式密封装置 图6-13 回转轴用密封圈okD红软基地