第五章 液压辅助装置.docx

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第五章液压辅助装置

第五章辅助装置

液压系统中的辅助装置，如蓄能器、滤油器、油箱、热交换器、管件等，对系统的动态性能、工作稳定性、工作寿命、噪声和温升等都有直接影响，必须予以重视。

其中油箱需根据系统要求自行设计，其它辅助装置则做成标准件，供设计时选用。

第一节蓄能器

一、功用和分类

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。

在液压系统中蓄能器常用来：

1.1.              

图6-1液压系统中的流量供应情况T—一个循环周期

（1）在短时间内供应大量压力油液：

实现周期性动作的液压系统（见图6-1），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，到需要时再由蓄能器快速释放给系统。

这样就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。

（2）维持系统压力：

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能源，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。

（3）减小液压冲击或压力脉动：

蓄能器能吸收，大大减小其幅值。

2.分类蓄能器主要有弹簧式和充气式两大类，其中充气式又包括气瓶式、活塞式和皮囊式三种，它们的结构简图和特点见表6-1。

过去有一种重力式蓄能器，体积庞大，结构笨重，反应迟钝，现在工业上已很少应用。

二、容量计算蓄能器容量的大小和它的用途有关。

下面以皮囊式蓄能器为例进行说明。

蓄能器用于储存和释放压力能时（图6-2），蓄能器的容积VA是由其充气压力pA、工作中要求输出的油液体积VW、系统最高工作压力p1和最低工作压力p2决定的。

由气体定律有

图6-2皮囊式蓄能器储存和释放能量的工作过程

pAVnA=p1Vn1=p2Vn2=const（6-1）

式中:

V1和V2分别为气体在最高和最低压力下的体积；n为指数。

n值由气体工作条件决定：

当蓄能器用来补偿泄漏、保持压力时，它释放能量的速度是缓慢的，可以认为气体在等温条件下工作，n=1；当蓄能器用来大量提供油液时，它释放能量的速度是很快的，可以认为气体在绝热条件下工作，n=1.4。

由于VW=V1-V2，因此由式（6-1）可得：

（6-2）

pA值理论上可与p2相等，但为了保证系统压力为p2时蓄能器还有能力补偿泄漏，宜使pA＜p2，一般对折合型皮囊取pA=（0.8～0.85）p2，波纹型皮囊取pA=（0.6～0.65）p2。

此外，如能使皮囊工作时的容腔在其充气容腔1/3至2/3的区段内变化，就可使它更为经久耐用。

蓄能器用于吸收液压冲击时，蓄能器的容积VA可以近似地由其充气压力pA、系统中允许的最高工作压力p1和瞬时吸收的液体动能来确定。

例如，当用蓄能器吸收管道突然关闭时的液体动能为ρAlυ2/2时，由于气体在绝热过程中压缩所吸收的能量为：

故得：

（6-3）

上式未考虑油液压缩性和管道弹性，式中pA的值常取系统工作压力的90%。

蓄能器用于吸收液压泵压力脉动时，它的容积与蓄能器动态性能及相应管路的动态性能有关。

三、使用和安装

蓄能器在液压回路中的安放位置随其功用而不同：

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。

使用蓄能器须注意如下几点：

（1）充气式蓄能器中应使用惰性气体（一般为氮气），允许工作压力视蓄能器结构形式而定，例如，皮囊式为3.5～32MPa。

（2）不同的蓄能器各有其适用的工作范围，例如，皮囊式蓄能器的皮囊强度不高，不能承受很大的压力波动，且只能在-20～70℃的温度范围内工作。

（3）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。

（4）装在管路上的蓄能器须用支板或支架固定。

（5）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。

第二节滤油器

一、功用和类型

1.功用滤油器的功用是过滤混在液压油液中的杂质，降低进入系统中油液的污染度，保证系统正常地工作。

2.类型滤油器按其滤心材料的过滤机制来分，有表面型滤油器、深度型滤油器和吸附型滤油器三种。

（1）表面型滤油器：

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心元件靠油液上游的一面。

在这里，滤心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心表面上，因此它很容易被阻塞住。

编网式滤心、线隙式滤心属于这种类型。

（2）深度型滤油器：

这种滤心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。

纸心、毛毡、烧结金属、陶瓷和各种纤维制品等属于这种类型。

（3）吸附型滤油器：

这种滤心材料把油液中的有关杂质吸附在其表面上。

磁心即属于此类。

常见的滤油器式样及其特点示于表6-2中。

二、滤油器的主要性能指标

1.过滤精度它表示滤油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心的最大坚硬球状颗粒的尺寸（y），它反映了过滤材料中最大

表6-2常见的滤油器及其特点

类型

名称及结构简图

特点说明

表面型

1.1.    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、150、200目（每英寸长度上孔数）的铜丝网，在液压泵吸油管路上常采用20～40目铜丝网

2.2.    2.压力损失不超过0.004Mpa

3.3.    3.结构简单，通流能力大，清洗方便，但过滤精度低

1.滤心由绕在心架上的一层金属线组成，依靠线间微小间隙来挡住油液中杂质的通过2.压力损失约为0.03～0.06MPa

3.结构简单，通流能力大，过滤精度高，但滤心材料强度低，不易清洗

4.用于低压管道中，当用在液压泵吸油管上时，它的流量规格宜选得比泵大

深度型

1.1.    结构与线隙式相同，但滤心为平纹或波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸制成的纸心。

为了增大过滤面积，纸心常制成折叠形

2.2.    2.压力损失约为0.01～0.04MPa

3.过滤精度高，但堵塞后无法清洗，必须更换纸心4.通常用于精过滤

1.1.    滤心由金属粉末烧结而成，利用金属颗粒间的微孔来挡住油中杂质通过。

改变金属粉末的颗粒大小，就可以制出不同过滤精度的滤心

2.2.    压力损失约为0.03～0.2MPa

3.3.    过滤精度高，滤心能承受高压，但金属颗粒易脱落，堵塞后不易清洗

4.4.    适用于精过滤

吸附型

磁性滤油器

1.1.    滤心由永久磁铁制成，能吸住油液中的铁屑、铁粉、可带磁性的磨料

2.2.    常与其它型式滤心合起来制成复合式滤油器

3.3.    对加工钢铁件的机床液压系统特别适用

通孔尺寸，以μm表示。

它可以用试验的方法进行测定。

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：

βx=Nu/Nd（6-4）

式中：

Nu为上游油液中大于某一尺寸x的颗粒浓度；Nd为下游油液中大于同一尺寸x的颗粒浓度。

从上式可看出，βx愈大，过滤精度愈高。

当过滤比的数值达到75时，y即被认为是滤油器的绝对过滤精度。

过滤比能确切地反映滤油器对不同尺寸颗粒污染物的过滤能力，它已被国际标准化组织采纳作为评定滤油器过滤精度的性能指标。

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6-3。

过滤效率Ec可以通过下式由过滤比βx值直接换算出来：

Ec=（Nu-Nd）/Nu=1-1/βx（6-5）

表6-3过滤精度推荐值表

系统类别

润滑系统

传动系统

伺服系统

工作压力/MPa

0～2.5

≤14

14＜p＜21

≥21

21

过滤精度/μm

100

25～50

25

10

5

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，因而油液通过滤心时必然要出现压力降。

一般来说，在滤心尺寸和流量一定的情况下，滤心的过滤精度愈高，压力降愈大；在流量一定的情况下，滤心的有效过滤面积愈大，压力降愈小；油液的粘度愈大，流经滤心的压力降也愈大。

滤心所允许的最大压力降，应以不致使滤心元件发生结构性破坏为原则。

在高压系统中，滤心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心亦能在高压系统中使用的道理。

油液流经滤心时的压力降，大部分是通过试验或经验公式来确定的。

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。

滤油器的纳垢容量愈大，使用寿命愈长，所以它是反映滤油器寿命的重要指标。

一般来说，滤心尺寸愈大，即过滤面积愈大，纳垢容量就愈大。

增大过滤面积，可以使纳垢容量至少成比例地增加。

滤油器过滤面积A的表达式为：

A=qμ/aΔp（6-6）

式中：

q为滤油器的额定流量（L/min）；μ为油液的粘度（Pa·s）；Δp为压力降（Pa）；a为滤油器单位面积通过能力（L/cm2），由实验确定。

在20℃时，对特种滤网，a=0.003～0.006；纸质滤心，a=0.035；线隙式滤心，a=10；一般网式滤心，a=2。

式（6-6）清楚地说明了过滤面积与油液的流量、粘度、压降和滤心形式的关系。

三、选用和安装

1.选用滤油器按其过滤精度（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）滤心具有足够的强度，不因液压的作用而损坏。

（4）滤心抗腐蚀性能好，能在规定的温度下持久地工作。

（5）滤心清洗或更换简便。

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、油液粘度、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）要装在泵的吸油口处：

泵的吸油路上一般都安装有表面型滤油器，目的是滤去较大的杂质微粒以保护液压泵，此外滤油器的过滤能力应为泵流量的两倍以上，压力损失小于0.02MPa。

（2）安装在泵的出口油路上：

此处安装滤油器的目的是用来滤除可能侵入阀类等元件的污染物。

其过滤精度应为10～15μm，且能承受油路上的工作压力和冲击压力，压力降应小于0.35MPa。

同时应安装

安全阀以防滤油器堵塞。

（3）安装在系统的回油路上：

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）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滤油器组成独立过滤回路。

液压系统中除了整个系统所需的滤油器外，还常常在一些重要元件（如伺服阀、精密节流阀等）的前面单独安装一个专用的精滤油器来确保它们的正常工作。

第三节油箱

一、功用和结构

图6-3油箱

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

1.功用油箱的功用主要是储存油液，此外还起着散发油液中热量（在周围环境温度较低的情况下则是保持油液中热量）、释出混在