液压辅助元件.pdf

第 6 章 液压辅助元件 液压辅助元件包括油管和管接头、密封件、过滤器、液压油箱、热交换器、蓄能器等， 它们是液压系统不可缺少的部分。辅助元件对系统的工作稳定性、可靠性、寿命、噪声、 温升甚至动态性能都有直接影响。其中，液压油箱一般根据系统的要求自行设计，其他辅 助元件都有标准化产品供选用。 6.1 管道和管接头 液压管道和管接头是连接液压元件、输送压力油的装置。设计液压系统时要认真选择 管道和管接头。管径过大，会使液压装置结构庞大，增加不必要的成本费用；管径太小， 又会使管内液体流速过高，不但会增大压力损失、降低系统效率，而且易引起振动和噪声， 影响系统的正常工作。 6.1.1 油管的种类和选用 液压系统中使用的油管有钢管、铜管、橡胶软管、塑料管和尼龙管等几种，一般是根 据液压系统的工作压力、工作环境和液压元件的安装位置等因素来选用。现代液压系统一 般使用钢管和橡胶软管，很少使用铜管、塑料管和尼龙管。 液压系统用钢管通常为无缝钢管，分为冷拔精密无缝钢管和热轧普通无缝钢管，材料 为 10 号或 15 号钢。高、中压和大通径情况下用 15 号钢。精密无缝钢管内壁光滑，通油能 力好，而且外径尺寸较精确，适宜采用卡套式管接头连接；普通无缝钢管适宜于采用焊接 式管接头连接。钢管壁厚与承压能力有关。无缝钢管的弯曲半径一般取钢管外径的 5 倍～8 倍，外径大时取大值。 铜管有紫铜管和黄铜管。紫铜管的最大优点是装配时易弯曲成各种需要的形状，但承 压能力较低，一般不超过 6.5MPa～10MPa，抗振能力较差，易使油液氧化，且价格昂贵。 黄铜管可承受 25MPa 的压力，但不如紫铜管那样容易弯曲成形。现代液压系统已经很少使 用铜管。 耐油橡胶软管安装连接方便，适用于有相对运动部件之间的管道连接，或弯曲形状复 杂的地方。橡胶软管分高压和低压两种高压软管是钢丝编织或钢丝缠绕为骨架的软管， 钢丝层数越多、管径越小，耐压能力越大；低压软管是麻线或棉纱编织体为骨架的胶管。 使用高压软管时，要特别注意其弯曲半径的大小，一般取外径的 7 倍～10 倍。 尼龙管是一种新型的乳白色半透明管，承压能力因材料而异，约为 2.5MPa～8MPa。 一般只在低压管道中使用。尼龙管加热后可以随意弯曲、变形，冷却后就固定成形，因此 便于安装。它兼有铜管和橡胶软管的优点。 耐油塑料管价格便宜、装配方便，但耐压能力低，只适用于工作压力小于 0.5MPa 的回 油、泄油油路。塑料管使用时间较长后会变质老化。 第 6 章 液压辅助元件 169 169 6.1.2 管接头的种类和选用 管接头是油管与油管、油管与液压元件之间的可拆式连接件，它应满足装拆方便、连 接牢靠、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、压力损失小、加工工艺性好等要求。 按油管与管接头的连接方式，管接头主要有焊接式、卡套式、扩口式、扣压式等形式； 每种形式的管接头中，按接头的通路数量和方向分有直通、直角、三通等类型；与机体的 连接方式有螺纹连接、法兰连接等方式。此外，还有一些满足特殊用途的管接头。 1. 焊接式管接头 图 6.1 所示为焊接式直通管接头，主要由接头体 4、螺母 2 和接管 l 组成，在接头体和 接管之间用 O 形密封圈 3 密封。当接头体拧入机体时，采用金属垫圈或组合垫圈 5 实现端 面密封。接管与管路系统中的钢管用焊接连接。焊接式管接头连接牢固、密封可靠，缺点 是装配时需焊接，因而必须采用厚壁钢管，且焊接工作量大。 2. 卡套式管接头 图 6.2 所示为卡套式管接头结构。这种管接头主要包括具有 24锥形孔的接头体 4， 带有尖锐内刃的卡套 2，起压紧作用的压紧螺母 3 三个元件。旋紧螺母 3 时，卡套 2 被推 进 24锥孔，并随之变形，使卡套与接头体内锥面形成球面接触密封；同时，卡套的内刃 口嵌入油管 l 的外壁，在外壁上压出一个环形凹槽，从而起到可靠的密封作用。卡套式管 接头具有结构简单、性能良好、质量轻、体积小、使用方便、不用焊接、钢管轴向尺寸要求 不严等优点，且抗振性能好，工作压力可达 31.5MPa，是液压系统中较为理想的管路连接件。 图 6.1 焊接式管接头 图 6.2 卡套式管接头 l接管；2螺母；3O 形密封圈； 4接头体；5组合垫圈 l油管；2卡套；3螺母； 4接头体；5组合垫圈 3. 锥密封焊接式管接头 图 6.3 所示为锥密封焊接式管接头结构。这种管接 头主要由接头体 2、螺母 4 和接管 5 组成，除具有焊接 式管接头的优点外，由于它的 O 形密封圈装在接管 5 的 24锥体上，使密封有调节的可能，密封更可靠。工作 压力为 34.5MPa，工作温度为－25℃～80℃。这种管接 头的使用越来越多。 4. 扩口式管接头 图 6.4 所示是扩口式管接头结构。这种管接头有 A 型和 B 型两种结构形式A 型由具 图 6.3 锥密封焊接式管接头 l组合垫圈；2接头体； 3O 形密封圈；4螺母；5接管 液压传动 170 170 有 74外锥面的管接头体 1、起压紧作用的螺母 2 和带有 60内锥孔的管套 3 组成；B 型 由具有 90外锥的接头体 l 和带有 90内锥孔的螺母 2 组成。将已冲成喇叭口的管子置于 接头体的外锥面和管套或 B 型螺母的内锥孔之间，旋紧螺母使管子的喇叭口受压，挤贴 于接头体外锥面和管套或 B 型的螺母内锥孔所产生的间隙中，从而起到密封作用。 图 6.4 扩口式管接头 1接头体；2螺母；3管套；4油管 扩口式管接头结构简单、性能良好、加工和使用方便，适用于以油、气为介质的中、 低压管路系统，其工作压力取决于管材的许用压力，一般为 3.5MPa～16MPa。 5. 胶管总成 钢丝编织和钢丝缠绕胶管总成包括胶管和接头，有 A，B，C，D，E，J，型，其中 A、B、C 为标准型。A 型用于与焊接式管接头连接，B 型用于与卡套式管接头连接，C 型 用于与扩口式管接头连接。图 6.5 所示是 A、B 型扣压式胶管总成。扣压式胶管接头主要由 接头外套和接头芯组成。接头外套的内壁有环形切槽，接头芯的外壁呈圆柱形，上有径向 切槽。当剥去胶管的外胶层，将其套入接头芯时，拧紧接头外套并在专用设备上扣压，以 紧密连接。 图 6.5 扣压式胶管总成 6. 快速接头 快速接头是一种不需要使用工具就能够实现管路迅速连通或断开的接头。快速接头有 两种结构形式两端开闭式和两端开放式。如图 6.6 所示为两端开闭式快速接头的结构图。 接头体 2、10 的内腔各有一个单向阀阀芯 4，当两个接头体分离时，单向阀阀芯由弹簧 3 推动，使阀芯紧压在接头体的锥形孔上，关闭两端通路，使介质不能流出。当两个接头体 连接时，两个单向阀阀芯前端的顶杆相碰，迫使阀芯后退并压缩弹簧，使通路打开。两个 接头体之间的连接， 是利用接头体 2 上的 6 个或 8 个钢球落在接头体 10 上的 V 形槽内而 实现的。工作时，钢珠由外套 6 压住而无法退出，外套由弹簧 7 顶住，保持在右端位置。 第 6 章 液压辅助元件 171 171 图 6.6 两端开闭式快速接头结构图 1挡圈；2，10接头体；3弹簧；4单向阀阀芯； 5O 形圈；6外套；7弹簧；8钢球；9弹簧圈 6.2 密 封 件 6.2.1 密封件的作用和分类 在液压系统中，密封件的作用是防止工作介质的内、外泄漏，以及防止灰尘、金属屑 等异物侵入液压系统。能实现上述作用的装置称为密封装置，其中起密封作用的关键元件 称为密封件。 系统的内、外泄漏均会使液压系统容积效率下降，或达不到要求的工作压力，甚至使 液压系统不能正常工作。外泄漏还会造成工作介质的浪费，污染环境。异物的侵入会加剧 液压元件的磨损，或使液压元件堵塞、卡死甚至损坏，造成系统失灵。 密封分为间隙密封和非间隙密封，前者必须保证一定的配合间隙，后者则是利用密封 件的变形达到完全消除两个配合面的间隙或使间隙控制在需要密封的液体能通过的最小间 隙以下；最小间隙由工作介质的压力、黏度、工作温度、配合面相对运动速度等决定。 液压系统中的密封装置有各种形式，如活塞环密封、机械密封、组合密封垫圈、金属 密封垫圈、橡胶垫片、橡胶密封圈等。 一般地，液压系统对密封件的主要要求是 1 在一定的压力、温度范围内具有良好的密封性能。 2 有相对运动时，由密封件所引起的摩擦力应尽量小，摩擦系数应尽量稳定。 3 耐腐蚀性、耐磨性好，不易老化，工作寿命长，磨损后能在一定程度上自动补偿。 4 结构简单，装拆方便，成本低廉。 6.2.2 橡胶密封圈的种类和特点 橡胶密封圈有 O 形、Y 形、V 形唇形及组合密封圈等数种。图 6.7 所示为 O 形、Y 形、 V 形密封圈剖面形状图。 1. O 形密封圈 O 形密封圈是一种断面形状为圆形的耐油橡胶环， 如图 6.7a所示。 它是液压设备中使 用得最多、最广泛的一种密封件，可用于静密封和动密封。为减少或避免运动时 O 形圈发 生扭曲和变形，用于动密封的 O 形圈的断面直径较用于静密封的断面直径大。它既可以用 液压传动 172 172 于外径或内径密封也可以用于端面密封。O 形密封圈的特点是结构简单，单圈即可对两个 方向起密封作用，动摩擦阻力较小，对油液种类、压力和温度的适应性好。其缺点是，用 作动密封时，启动摩擦阻力较大，磨损后不能自动补偿，使用寿命短。 O 形密封圈装入沟槽时的情况如图 6.7a右部所示，图中 1 δ和 2 δ为 O 形圈装配后的预 变形量，它是保证密封性能所必须具备的。预变形量的大小应选择适当，过小时会由于安 装部位的偏心、公差波动等而漏油，过大时对用于动密封的 O 形密封圈来说，摩擦阻力会 增加，所以静密封用 O 形圈的预变形量通常取大些，而动密封用 O 形圈的预变形量应取小 些。用于各种情况下的 O 形圈尺寸及其安装沟槽的形状、尺寸和加工精度等都可从液压工 程手册中查到。O 形密封圈一般适用于工作压力 10MPa 以下的元件，当压力过高时，可设 置多道密封圈， 并应该在密封槽内设置密封挡圈， 以防止 O 形圈从密封槽的间隙中挤出。 a O 形密封圈 b Y 形密封困 c V 形密封圈 图 6.7 橡胶密封圈 2. Y 形密封图 Y 形密封圈一般用聚氨酯橡胶和丁腈橡胶制成， 其截面形状呈 Y 形， 如图 6.7 b所示。 这种密封圈有一对与密封面接触的唇边，安装时唇口对着压力高的一边。油压低时，靠预 压缩密封；油压高时，受油压作用两唇张开，贴紧密封面，能主动补偿磨损量，油压越高， 唇边贴得越紧。双向受力时要成对使用。这种密封圈摩擦力较小，启动阻力与停车时间长 短和油压大小关系不大，运动平稳，适用于高速0.5m/s、高压可达 32MPa的动密封。 图 6.8 所示是 Yx 形密封圈，图 6.8a为等高唇结构，图 6.8b为孔用结构，图 6.8c 为轴用结构。它的内、外密封唇根据轴用、孔用的不同而制成不等高，是为了防止被运动 部件切伤。这种密封圈结构紧凑，在密封性、耐油性、耐磨性等方面都比 Y 形密封圈优越， 因而应用广泛。 a 高唇结构 b 孔用结构 c 轴用结构 图 6.8 Yx 形密封圈 3. V 形密封圈 V 形密封圈由多层涂胶织物压制而成，其形状如图 6.7c所示，由三种不同截面形状的 压环、密封环、支承环组成。压力小于 10MPa 时，使用一套三件已足够保证密封；压力更高 时，可以增加中间密封环的个数。这种密封圈安装时应使密封环唇口面对压力油作用方向。 第 6 章 液压辅助元件 173 173 V 形密封圈的接触面较长，密封性能好，耐高压可达 50MPa，寿命长，但摩擦力较大。 4. 同轴组合密封装置 同轴组合密封装置是由加了填充材料的改性聚四氟乙烯滑环和充当弹性体的橡胶环 如 O 形圈、矩形圈或 X 形圈组成，如图 6.9 所示。聚四氟乙烯滑环自润滑性好，摩擦阻 力小，但缺乏弹性，通常将其与弹性体的橡胶环同轴组合使用，利用橡胶环的弹性施加压 紧力，二者取长补短，能产生良好的密封效果。 图 6.9 同轴组合密封装置 1聚四氟乙烯滑环；2橡胶环O 形圈 6.2.3 密封垫圈 密封垫圈用于管接头与液压元件连接处的端面密封。 1. 组合密封垫圈 图 6.10 所示为组合密封垫圈的结构，它由软质密封环和金属环胶合而成，前部分起密 封作用，后部分起支承作用。组合密封垫圈的特点是密封性能好，连接时压紧力小，承压 高，适用于工作压力≤40MPa，温度20℃～80℃情况下的静密封。 图 6.10 组合密封垫圈 1橡胶环；2金属环 2. 金属密封垫圈 金属密封垫圈是用纯铜或纯铝等硬度较低的材料制成的密封圈。它在紧固力作用下产 生变形，充填接触面的凹凸不平，从而实现密封。金属密封垫圈适于在高温下长期使用。 6.3 过 滤 器 6.3.1 液压油的污染度等级和污染度等级的测定 当液压系统油液中混有杂质微粒时，会卡住滑阀，堵塞小孔，加剧零件的磨损，缩短 液压传动 174 174 元件的使用寿命。油液污染越严重，系统工作性能越差、可靠性越低，甚至会造成故障。 油液污染是液压系统发生故障、液压元件过早磨损、损坏的重要原因。经验表明，液压系 统 80以上的故障是由于油液污染造成的。 液压油的污染程度可用污染度等级来评定。 国际标准化组织制定了 ISO 4406 标准液 压系统工作介质固体颗粒污染等级；我国也制定了相应的国家标准 GB/T 140391993 液压系统工作介质固体颗粒污染等级代号。 固体颗粒污染等级代号由斜线隔开的两个标号组成 第一个标号表示 1mL 工作介质中 大于 5m的颗粒数， 第二个标号表示 1mL 工作介质中大于 15m的颗粒数。 颗粒数与其标 号的关系见表 6-1。 工作介质固体颗粒污染等级代号的确定方法如下按显微镜颗粒计数法或自动颗粒计 数法取得颗粒计数依据，对大于 5m的颗粒数规定为第一个标号，对大于 15m的颗粒数 规定为第二个标号，依次写出这两个标号并用斜线隔开。例如代号 18/13 表示在 1mL 的给 定工作介质中，大于 5m的颗粒有 1 300 个～2 500 个，大于 15m的颗粒有 40 个～80 个 见表 6-1。 表 6-1 工作液体中固体颗粒数与标号的对应关系GB/T 140391993 1mL 工作液体中 固体颗粒数/个 标 号 1mL 工作液体中 固体颗粒数/个 标 号 1mL 工作液体中 固体颗粒数/个 标 号 80000～160000 24 160～320 15 0.32～0.64 6 40000～80000 23 80～160 14 0.16～0.32 5 20000～40000 22 40～80 13 0.08～0.16 4 10000～20000 21 20～40 12 0.04～0.08 3 5000～10000 20 10～20 11 0.02～0.04 2 2500～5000 19 5～10 10 0.01～0.02 1 1300～2500 18 2.5～5 9 0.005～0.01 0 640～1300 17 1.3～2.5 8 0.0025～0.005 00 320～640 16 0.64～1.3 7 测定污染度的方法很多，主要有人工计数法、计算机辅助计数法、自动颗粒计数法、 光谱分析法、X 射线能谱或波谱分析法、铁谱分析法、颗粒浓度分析法等。 6.3.2 过滤器的过滤精度 为了保持油液清洁，一方面应尽可能防止或减少油液污染，另一方面要把已污染的油 液净化。在液压系统中，一般采用过滤器来滤除外部混入或系统工作中内部产生在液压油 中的固体杂质，保持液压油的清洁，延长液压元件使用寿命，保证液压系统的工作可靠性。 过滤是指从液压油中分离非溶性固体微粒的过程。它是在压力差的作用下，迫使液压 油通过多孔介质过滤介质，液压油中的固体微粒被截留在过滤介质上，从而达到从液压 油中分离固体微粒的目的。液压系统使用的过滤器，按其采用的过滤材料，可分为表面型 第 6 章 液压辅助元件 175 175 过滤器、深度型过滤器和磁性过滤器。表面型过滤器的过滤材料表面分布着大小相同均匀 的几何形通孔，油液通过时，以直接拦截的方式来滤除污物颗粒；深度型过滤器的过滤材 料为多孔可透性材料，内部具有曲折迂回的通道，如滤纸、化纤、玻璃纤维等纤维毡制品 等都属于这类过滤材料。除表面孔直接拦截颗粒污物外，还可以通过多孔可透性材料内曲 折迂回的通道以吸附、死角沉淀、阻截等方式来滤除颗粒；磁性过滤器中设置高磁能永久 磁铁，以吸附、分离油液中对磁性敏感的金属颗粒，一般与深度型过滤器和表面型过滤器 结合使用。 过滤器的主要性能参数有过滤精度、过滤效率、压降特性、纳垢容量，另外还有工作 压力、工作温度等。这里主要介绍过滤精度，其他性能参数可参阅产品使用说明。 在选用过滤器时，过滤精度是首先要考虑的一项重要性能指标，它直接关系到液压系 统中油液的清洁度等级。过滤精度是指过滤器对各种不同尺寸的固体颗粒的滤除能力，通 常用被过滤掉的杂质颗粒的公称尺寸m直接来度量。过滤器按过滤精度可以分为粗过滤 器、普通过滤器、精过滤器和特精过滤器 4 种，它们分别能滤去公称尺寸为 100m以上、 10m～100m、5m～10m和 5m以下的杂质颗粒。 液压系统所要求的过滤精度应使杂质颗粒尺寸小于液压元件运动表面间的间隙或油膜 厚度，以免卡住运动件或加剧零件磨损，同时也应使杂质颗粒尺寸小于系统中节流孔和节 流间隙的最小开度，以免造成堵塞。液压系统的功用不同，其工作压力不同，对油液的过 滤精度要求也就不同，其推荐值见表 6-2。 表 6-2 过滤精度推荐值表 系统类别 润滑系统 传动系统 伺服系统 系统工作压力/MPa 0～2.5 32 21 过滤精度/m 100 25～50 25 10 5 滤油器精度 粗 普通 普通 普通 精 6.3.3 滤油器的典型结构 液压系统中常用的过滤器，按滤芯形式分，有网式、线隙式、纸芯式、烧结式、磁式 等；按连接方式又可分为管式、板式、法兰式和进油口用四种。 1. 各种形式的滤油器及其特点 1 网式过滤器 网式过滤器结构如图 6.11 所示，它由上盖 2、下盖 4 和几块不同形状的金属丝编织方 孔网或金属编织的特种网 3 组成。为使过滤器具有一定的机械强度，金属丝编织方孔网或 特种网包在四周都开有圆形窗口的金属或塑料圆筒芯架上。标准产品的过滤精度只有 80m、100m、180m三种，压力损失小于 0.01MPa，最大流量可达 630L/min。网式过 滤器属于粗过滤器，一般安装在液压泵吸油路上，用来保护液压泵。它具有结构简单、通 油能力大、阻力小、易清洗等特点。 液压传动 176 176 a 管式 b 法兰式 图 6.11 网式过滤器 1法兰；2上盖；3滤网；4下盖 2 线隙式过滤器 线隙式过滤器结构如图 6.12 所示，它由端盖 1、壳体 2、带有孔眼的筒型芯架 3 和绕 在芯架外部的铜线或铝线 4 组成。过滤杂质的线隙是由每隔一定距离压扁一段的圆形截面 铜线绕在芯架外部时形成的。这种过滤器工作时，油液从孔 a 进入过滤器，经线隙过滤后 进入芯架内部，再由孔 b 流出。它的特点是结构较简单，过滤精度较高，通油性能好；其 缺点是不易清洗，滤芯材料强度较低。这种过滤器一般安装在回油路或液压泵的吸油口处， 有 30m、50m、80m和 100m4 种精度等级，额定流量下的压力损失约为 0.02 MPa～ 0.15 MPa。这种过滤器有专用于液压泵吸油口的 J 型，它仅由筒型芯架 3 和绕在芯架外部 的铜线或铝线 4 组成。 3 纸芯式过滤器 这种过滤器与线隙式过滤器的区别只在于它用纸质滤芯代替了线隙式滤芯，如图 6.13 所示为其结构。纸芯部分是把平纹或波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸绕在带孔的用镀锡铁 片做成的骨架上。为了增大过滤面积，滤纸成折叠形状。这种过滤器的压力损失约为 0.01 MPa～0.12 MPa，过滤精度高，有 5m、10m、20m等规格，但纸质滤芯易堵塞， 无法清洗，经常需要更换，一般用于需要精过滤的场合。 图 6.12 线隙式过滤器 图 6.13 纸芯式过滤器 l端盖；2壳体；3芯架；4铜线或铝线 第 6 章 液压辅助元件 177 177 4 金属烧结式过滤器 金属烧结式过滤器有多种结构形状。如图 6.14 所示是 SU 型结构，由端盖 1、壳体 2、 滤芯 3 等组成。有些结构加有磁环 4 用来吸附油液中的铁质微粒，效果尤佳。滤芯通常由 颗粒状青铜粉压制后烧结而成，它利用铜颗粒的微孔过滤杂质。它的过滤精度一般在 10m～100m之间， 压力损失为 0.03 MPa～0.2 MPa。 其特点是滤芯能烧结成杯状、 管状、 板状等各种不同的形状，制造简单、强度大、性能稳定、抗腐蚀性好、过滤精度高，适用 于精过滤。缺点是铜颗粒易脱落，堵塞后不易清洗。 5 其他形式的过滤器 除了上述几种基本形式外，过滤器还有一些其他的形式。磁性过滤器是利用永久磁铁 来吸附油液中的铁屑和带磁性的磨料；微孔塑料过滤器已推广应用。过滤器也可以做成复 式的，例如液压挖掘机液压系统中的过滤器，在纸芯式过滤器的纸芯内，装置一个圆柱形 的永久磁铁，便于进行两种方式的过滤。为了便于安装，还有 SX 型上置式吸油过滤器、 SH 型上置式回油过滤器和 CX 型侧置式吸油过滤器， 在液压油箱盖板或侧板上开相应的孔 就可以直接安装它们，维护非常方便。 2. 过滤器上的堵塞指示装置和发信号装置 带有指示装置的过滤器能指示出滤芯堵塞的情况，当堵塞超过规定状态时发讯装置便 发出报警信号，报警方法是通过电气装置发出灯光或音响信号或切断液压系统的电气控制 回路使系统停止工作。如图 6.15 所示为滑阀式堵塞指示装置的工作原理，过滤器进、出油 口的压力油分别与滑阀左，右两腔连通，当滤芯通油能力良好时，滑阀两端压差很小，滑 阀在弹簧作用下处于左端，指针指在刻度左端，随着滤芯的逐渐堵塞，滑阀两端压差逐渐 加大，指针将随滑阀逐渐右移，给出堵塞情况的指示。根据指示情况，就可确定是否应清 洗或更换滤芯。堵塞指示装置还有磁力式、片簧式等形式。将指针更换为电气触点开关就 是发讯装置。 图 6.14 SU 型烧结式过滤器 图 6.15 堵塞指示装置的工作原理图 l端盖；2壳体；3滤芯；4磁环 6.3.4 过滤器的选用和安装 1. 过滤器的选用 选用过滤器时，应考虑以下几点 液压传动 178 178 1 过滤精度应满足系统设计要求。 2 具有足够大的通油能力，压力损失小，选择过滤器的流量规格时，一般应为实际 通过流量的 2 倍以上。 3 滤芯具有足够强度，不因压力油的作用而损坏。 4 滤芯抗腐蚀性好，能在规定的温度下长期工作。 5 滤芯的更换、清洗及维护方便。 2. 过滤器的安装位置 过滤器在液压系统中有下列几种安装方式 1 安装在液压泵的吸油管路上 如图 6.16a所示，过滤器 l 安装在液压泵的吸油管路上，保护液压泵。这种方式要求 过滤器具有较大的通油能力和较小的压力损失，通常不应超过 0.01 MPa～0.02 MPa，否则 将造成液压泵吸油不畅或引起空穴。常采用过滤精度较低的网式或线隙式过滤器。 2 安装在液压泵的压油管路上 如图 6.16b所示，过滤器 2 安装在液压泵的出口，这种方式可以保护除液压泵以外的 全部元件。过滤器应能承受系统工作压力和冲击压力，压力损失不应超过 0.35 MPa。为避 免过滤器堵塞，引起液压泵过载或者击穿过滤器，过滤器必须放在安全阀之后或与一压力 阀并联，此压力阀的开启压力应略低于过滤器的最大允许压差。采用带指示装置的过滤器 也是一种方法。 3 安装在回油管路上 如图 6.17 所示，这种安装方式不能直接防止杂质进入液压泵及系统中的其他元件，只 能清除系统中的杂质，对系统起间接保护作用。由于回油管路上的压力低，故可采用低强度 的过滤器， 允许有稍高的过滤阻力。 为避免过滤器堵塞引起系统背压力过高， 应设置旁路阀。 a 安装在吸油管路上 b 安装在压油管路上 图 6.16 过滤器安装在吸油、压油管路上 图 6.17 过滤器安装在回油管路上 4 安装在支管油路上 安装在液压泵的吸油、压油或系统回油管路上的过滤器都要通过泵的全部流量，所以 过滤器流量规格大，体积也较大。若把过滤器安装在经常只通过泵流量 20～30流量的 支管油路上，这种方式称为局部过滤。如图 6.18 所示，局部过滤的方法有很多种，如节流 过滤、溢流过滤等。这种安装方法不会在主油路中造成压力损失，过滤器也不必承受系统 工作压力。其主要缺点是不能完全保证液压元件的安全，仅间接保护系统。 第 6 章 液压辅助元件 179 179 5 单独过滤系统 如图 6.19 所示，用一个专用的液压泵和过滤器组成一个独立于液压系统之外的过滤回 路，它可以经常清除油液中的杂质，达到保护系统的目的，适用于大型机械设备的液压 系统。 对于一些重要元件，如伺服阀等，应在其前面单独安装过滤器来确保它们的性能。 a 节流过滤 b 溢流过滤 图 6.18 局部过滤 图 6.19 单独过滤系统 6.4 热 交 换 器 6.4.1 液压系统的发热和散热 当液压系统工作时，液压泵、液压马达和液压缸的容积损失和机械损失，液压控制装 置及管路的压力损失，工作介质的黏性摩擦等会引起能量损失。系统损耗的能量全部转化 为热能，且大部分被液压油吸收，使得系统工作介质温度升高。油温升高会降低油液的黏 性和润滑性，增加泄漏。若油温过高＞80℃易使油液变质污染，析出沥青状物，它们一 旦进入元件的滑动表面和配合间隙，就会引起种种故障，缩短元件工作寿命，直接影响系 统的正常工作。在高寒地区，因工作环境温度过低＜15℃，会造成系统启动、吸油困难， 产生空穴，也会影响系统的正常工作。 液压系统在适宜的工作温度下保持热平衡，不仅是系统所必需的，而且有利于提高系统 工作稳定性，有利于减小机械设备的热变形，提高工作精度。为了使油温控制在最佳范围 内，可经常使用冷却器强制冷却，使用加热器预热。 液压系统中的热量一般可以通过热传导、热辐射、热对流三种基本方式自然散发，热 量在一定温度下会自动达到热平衡。如果热平衡温度超过了液压系统允许的最高温度，或 是对温度有特殊要求，则应安装冷却器强制冷却；反之， 如果环境温度太低，油泵无法正常启动或对油温有要求 时，则应安装加热器提高油温。 6.4.2 冷却器的结构与选用 冷却器有水冷式、风冷式和冷媒式三种。 最简单的水冷式冷却器是蛇形管式， 如图6.20所示， 图 6.20 蛇形管冷却器 液压传动 180 180 它以一组或几组的形式，直接装在液压油箱内。冷却水从管内流过时，就将油液中的热量 带走。这种冷却器的散热面积小，且因油液流动速度很低，因此冷却效率甚低。 大功率液压系统一般采用多管式冷却器，其结构如图 6.21 所示，它是一种强制对流式 冷却器。冷却水从管内流过，油液从筒体中的管间流过，中间隔板使油流折流，从而增加 油液的循环路线长度，以强化热交换效果。一般可将油液流速控制在 1m/s～1.2m/s。水管 通常采用壁厚为 1mm～1.5mm 的黄铜管，这样不易生锈，且便于清洗。 图 6.21 多管式冷却器 l外壳；2挡板；3铜管；4隔板 如图 6.22 所示为波纹板式冷却器。 它利用板片人字形波纹结构交错排列形成的接触点， 使液流在流速不高的情况下形成紊流，从而提高散热效果。 图 6.22 波纹板式冷却器 l角孔；2双道密封；3密封槽；4信号孔 在水源不方便的地方，如在行走设备上，可以用风冷式冷却器。如图 6.23 所示为板翅 式二次表面换热器的结构示意图。油液从带有板翅散热片的盘管中通过，正面用风扇送风 冷却。这种冷却器结构简单紧凑、散热面积大、散热效率高、适应性好、运转费用较低。 如图 6.24 所示为翅片管式圆管、椭圆管冷却器，其圆管外壁嵌入大量的散热翅片， 第 6 章 液压辅助元件 181 181 翅片一般用厚度为 0.2mm～0.3mm 的铜片或铝片制成，散热面积是光管的 8 倍～10 倍，而 且体积和质量相对减小。椭圆管因涡流区小，所以空气流动性好、散热系数高。 图 6.23 板翅式换热器 图 6.24 翅片管式冷却器 冷媒式是利用冷媒介质如氟里昂在压缩机内做绝热压缩，使散热器散热，蒸发器吸 热的原理，把热油的热量带走，使油液冷却。此种方式冷却效果最好，但价格昂贵，常用 于精密机床等设备。 冷却器有多种安装形式。一般安装在回油路或溢流阀的溢流管路上，因为这时油温较 高，冷却效果好。冷却器的压力损失一般为 0.1MPa 左右。 在选择冷却器时，一般根据系统的工作环境、技术要求、经济性、可靠性和寿命等方 面的要求进行选择，以适应系统的工作要求。系统的工作环境包括环境温度和安装条件， 如可提供的冷却介质的种类及温度即冷却器冷却介质的入口温度，若用水冷却，要了解 水质情况以及可供冷却器占用的空间等；技术要求包括液压系统的工作液体进入冷却器的 温度，冷却器必须带走的热量，通过冷却器油液的流量和压力；经济性包括购置费用和维 护费用等。 6.4.3 加热器的结构和选用 在严寒地区使用液压设备，开始工作时油温低，启动困难，效率也低，所以必须将油 箱中的液压油加热。对于要求在恒温下工作的液压实验装置、精密机床等液压设备，也必 须在开始工作之前，把油温提高到一定值。加热的方法如下。 1 用系统本身的液压泵加热，使全部油液通过溢流阀或安全阀回到油箱，使液压泵 的驱动功率大部分转化为热量，从而油液升温。 2 用表面加热器加热，可以用蛇形管蒸汽加热，也可用电加热器加热。为了不使油 液局部高温导致烧焦，表面加热器的表面功率密度不应大于 3W/cm2。 在油箱中设置蛇形管，用通入热水或蒸汽来加热的方法比较麻烦，效果也差。因此一 般都采用电热器加热，如图 6.25 所示。这种加热器结构简 单，可根据最高和最低使用油温实现自动控制。电加热器 的加热部分必须全部浸入油中，最好横向水平安装在油箱 侧壁上，以避免油面降低时加热器表面露出油面。由于油 液是热的不良导体，所以应注意油的对流。加热器最好设 置在油箱回油管一侧，以便加速热量的扩散，必要时可设 置搅拌装置。单个加热器的功率不宜太大，以免周围温度 过高使油液变质污染，必要时可多装几个小功率加热器。 图 6.25 电热器加热 液压传动 182 182 6.5 液 压 油 箱 油箱的用途是储油、散热、沉淀油液中的杂质及逸出渗入油液中的空气。 液压油箱有总体式和分离式两种。 总体式油箱是利用机械设备机体的空腔设计而成的， 如利用机床床身、工程机械的机体作为油箱；分离式油箱是一个独立于机械设备之外的或 能与机械设备分离的油箱，这种油箱布置灵活、维修方便，能设计成通用的标准的形式。 根据油箱液面是否与大气相通，又可分为开式油箱和闭式油箱。闭式油箱内液面不与 大气接触。 1. 开式油箱 图 6.26 所示是一种分离式开式油箱结构示意图，它由油箱体 l 和两个侧盖 2 组成。箱 体内装有若干隔板 9，将液压泵吸油口 11、滤油器 12 与回油口 7 分隔开来。隔板的作用是 使回油受隔板阻挡后再进入吸油腔一侧，这样可以增加油液在油箱中的流程，增强散热效 果，并使油液有足够长的时间去分离空气泡和沉淀杂质。油箱盖板上装有空气过滤器 6， 底部装有排放污油的堵塞 3；安装油泵和马达的安装板 10 固定在油箱盖板上，油箱的一个 侧板上装有液位计 5，卸下侧盖和盖板便可清洗油箱内部和更换过滤器。箱底板 4 设计成 倾斜的目的是便于放油和清洗。 图 6.26 开式油箱结构示意图 1油箱体；2侧盖；3排污堵塞；4箱底；5液位计；6空气过滤器； 7回油口；8，9隔板；10安装板；11泵吸油口；12过滤器 2. 挠性隔离式油箱 图 6.27 所示是一种挠性隔离式油箱，常用在粉尘特别多的场合。大气压经气囊作用在液 面上，气囊使油箱内液面与外界隔离。该油箱气囊的容积应比液压泵每分钟流量大 25以上。 第 6 章 液压辅助元件 183 183 图 6.27 挠性隔离式油箱 l气囊；2气囊进排气口；3液压装置；4液面；5油箱 3. 压力油箱 图 6.28 所示是一种压力油箱，其充气压力通常为 0.05MPa～0.07MPa。该压力油箱改 善了液压泵的吸油条件，但要求系统回油管及泄油管能承受背压。 图 6.28 压力油箱 1液压泵；2，9滤油器；3压力油箱；4电接点压力表； 5安全阀；6减压阀；7分水滤清器；8冷却器；10电接点温度表 6.6 蓄 能 器 6.6.1 蓄能器的作用 蓄能器是储存和释放液体压力能的装置，它储存高压油，在需要的场合和时间使用。 在液压系统中，蓄能器的主要用途如下。 1. 作为辅助动力源，短期大量供油 这是蓄能器最常见的用途，用于在短时间内系统需要大量压力油的场合。在执行元件 有间歇动作的液压系统中，当系统不需要大量油液时，蓄能器将液压泵输出的压力油储存 起来；在需要时，再快速释放出来，以实现系统动作循环。这样系统可采用小流量规格的 液压泵，既能减少功率损耗，又能降低系统温升。 液压传动 184 184 2. 维持系统压力 在液压泵卸荷或停止向执行元件供油时，由蓄能器释放储存的压力油，补偿系统泄漏， 维持系统压力。此外，蓄能器还可用作应急液压源，这样可在一段时间内维持系统压力， 避免因原动机或液压泵出现故障时液压源突然中断造成机件损坏等事故。 3. 吸收冲击压力和脉动压力 蓄能器能吸收冲击和脉动压力是因为它除有储能作用外，还有缓冲作用。常用蓄能器 吸收系统中因液压泵、液压缸突然启动或停止、液压阀突然关闭或换向引起的液压冲击及 液压泵因流量脉动而引起的压力脉动。 6.6.2 蓄能器的类型 蓄能器按储能方式分，主要有重力加载式、弹簧加载式和气体加载式三种类型。 1. 重力加载式蓄能器 这种蓄能器的结构原理如图 6.29 所示，它利用重锤的势能变化来储存、释放能量。重 锤通过柱塞作用在油液上，蓄能器产生的压力取决于重锤的质量和柱塞的大小。它的特点 是结构简单、压力恒定、能提供大容量、压力高的油液，最高工作压力可达 45MPa。但它 体积大、笨重、运动惯性大、反应不灵敏、密封处易泄漏、摩擦损失大。因此常用于大型 固定设备。 2. 弹簧加载式蓄能器 这种蓄能器的结构原理如图 6.30 所示，它利用弹簧的压缩能来储存能量，产生的压力 取决于弹簧的刚度和压缩量。它的特点是结构简单、反应较灵敏。但容量小、有噪声，使 用寿命取决于弹簧的寿命。所以不宜用于高压和循环频率较高的场合，一般在小容量或低 压系统中做缓冲之用。