第5章液压辅助元件.

1第5章液压辅助元件液压辅助元件有蓄能器、过滤器、油箱、热交换器、密封装置、管件和管接头、压力计等。从液压传动系统的工作原理来看这些元件起辅助作用，但从保证液压系统能够正常、可靠、有效地工作的观点出发，这些元件又是十分重要和必不可少的。本章主要内容为：25.1蓄能器5.1.1蓄能器的作用蓄能器的作用是将液压系统中的能量储存起来，在需要时重新释放出来。（1）作辅助动力源某些液压系统的执行元件是间歇动作，总的工作时间很短，有些液压系统的执行元件虽然不是间歇动作，但在一个工作循环内（或一次行程内）速度差别很大。这些系统设置蓄能器后，在系统不需要大流量时，可以把液压泵输出的多余的压力油储存在蓄能器内，等到需要时再由蓄能器快速向系统释放，这样就可以减小液压泵的容量以及电动机的功率消耗。34（2）补充泄漏和保持恒压对于执行元件长时间不动作，而要保持恒定压力的系统，可用蓄能器来补偿泄漏，从而使压力恒定；在液压泵卸荷停止向系统提供油液的情况下，蓄能器所存储的压力油液向系统补充，使系统在一段时间内保持一定的压力。5液压系统在运行过程中，由于换向阀突然换向，液压泵突然停车，执行元件的运动突然停止，甚至人为的需要执行元件紧急制动等，都会使管路内液体流动发生急剧变化，而产生冲击压力。虽然系统设有安全阀，但仍然难免产生压力的短时剧增从而造成冲击。这种冲击压力往往引起系统中的仪表、元件和密封装置发生故障甚至损坏或者管道破裂，此外还会使系统产生明显的振动。若在控制阀或液压缸冲击源之前设置蓄能器，就可以吸收和缓和这种液压冲击。（3）吸收液压冲击6（4）作为紧急动力源•某些工况要求液压系统在液压泵突然发生故障、或突然停电等导致液压系统不能向执行机构提供压力油时，执行元件仍需完成必要的动作或供应必要的压力油，例如，为了安全起见，液压缸的活塞缸必须内缩到缸体内。这种场合需要有适当容量的蓄能器作为紧急动力源。7（5）消除脉动、降低噪声•液压泵，尤其是柱塞泵和齿轮泵，当其柱塞或齿轮数较少时，其液压系统中的流量或压力脉动很大，以致影响执行机构运动速度的均匀性或使液压控制形同的性能变差。严重的压力脉动会引起振动、噪声和事故。若在泵出口安装蓄能器，则可使脉动降低到最小限度，从而使对振动敏感的仪表、管路接头、控制阀的事故减少，并降低噪声。8（6）作液体补充装置用•在封闭的液压系统中，蓄能器可以有效地作为一个液体补充装置。例如，可以用蓄能器补充液压缸有杆端和无杆端之间体积之差。•当液压缸的活塞杆被很大的外力驱动内缩时，无杆腔的油液经节流阀挤向液压缸有杆腔（采用节流阀是为了减慢活塞杆的运动，防止行程终点的冲击）。由于活塞两端有效作用面积不相等，活塞向下移动时，无杆腔排出的油液多于有杆腔需要的油液。设置蓄能器就可使多余的油液流入蓄能器并建立一定的压力。•当外负载从活塞杆去掉后，蓄能器放出它所储存的能量而使活塞杆外伸。通过向系统放液，蓄能器液压缸无杆腔补油。9（7）输送异性液体、有毒气体等•利用蓄能器内的隔离件（隔膜、气囊或活塞）将被输送的异性液体隔开，通过隔离件的往复动作传递给异性液体。102蓄能器的分类(a)(b)(c)(d)(e)图4.6蓄能器的结构形式a－重力式；b－弹簧式；c－活塞式；d－皮囊式；e－薄膜式112蓄能器的分类122蓄能器的分类13活塞式蓄能器中的气体和油液由活塞隔开。活塞1的上部为压缩空气，活塞1随下部压力油的储存和释放而在缸筒2内来回滑动。这种蓄能器活塞有一定的惯性，和O形密封圈存在较大的摩擦力，所以反应不够灵敏。5章动画\柱塞式蓄能器.avi图4.7活塞式蓄能器（1）活塞式蓄能器14皮囊式蓄能器中气体和油液用气囊隔开。气囊用耐油橡胶制成，内充入惰性气体，壳体下端的提升阀能防止皮囊膨胀挤出油口。5章动画\皮囊式蓄能器.avi图4.8皮囊式蓄能器123壳体皮囊充气阀提升阀（2）囊式蓄能器15（3）重力式蓄能器重力式蓄能器主要用冶金等大型液压系统的恒压供油，其缺点是反应慢，结构庞大，现在已很少使用。（4）弹簧式蓄能器弹簧式蓄能器利用弹簧的弹性来储存、释放压力能，它的结构简单，反应灵敏，但容量小，可用于小容量、低压回路起缓冲作用，不适用于高压或高频的工作场合。工程上广泛应用的是活塞式和气囊式两种蓄能器。165.1.3蓄能器的参数计算与选择蓄能器压力技术参数主要有充气压力p0、最高工作压力p2和最低工作压力p1。（1）蓄能器最低工作压力的确定蓄能器的最低工作压力应能满足执行机构最大负载工作时所需压力。可按下式计算：1maxmaxippp17（2）蓄能器最高工作压力的确定蓄能器最高工作压力的确定，既要考虑到蓄能器寿命，还要考虑到能适当增加有效排油量；系统压力又不至于过高，且相对稳定。常用的经验公式为：12)18.1~25.1(pp18•（3）蓄能器的充气压力的确定•①用于蓄能的蓄能器（包括用作辅助动力源、泄漏补偿、紧急动力源等）充气压力的确定•这种蓄能器充气压力的确定首先应考虑使蓄能器体积最小，而单位体积的蓄能器的储能量最大，然后考虑其寿命，尽量延长寿命期。目前常用的经验公式有：•对于气囊式蓄能器：折合性气囊一般取：波纹行气囊一般取：10)85.0~8.0(pp10)65.0~6.0(pp1920•对于隔膜式蓄能器：或•对于气液直接作用式蓄能器：•对于活塞式蓄能器：010.25pp010.3pp10)85.0~75.0(pp10)9.0~8.0(pp21•2)用于吸收液压冲击的蓄能器充气压力的确定这种蓄能器的充气压力应等于蓄能器设置点的工作压力（既蓄能器最低工作压力）。即：（5.9）•3)用于消除液压泵脉动、降低噪声用的蓄能器充气压力的确定或（5.10）式中：pm是蓄能器设置点脉动的平均压力，01pp00.6mpp01pp12()/2mppp225.1.3.2容积的计算(1)作辅助动力源时的容量计算当蓄能器作动力源时，蓄能器储存和释放的压力油容量和皮囊中气体体积的变化量相等，而气体状态的变化遵守玻义耳定律，即nnnVpVpVp221100（5-11）0p—皮囊的充气压力0V—皮囊充气体积，此时皮囊充满壳体内腔，故亦即蓄能器容量1p—系统最低工作压力，即蓄能器向系统供油结束时的压力1V—气囊膨胀后相应于P1时的气体体积2p—系统最高工作压力，即泵对蓄能器充油结束时的压力2V—被压缩后相应于P2时的气体体积式中：2321VVV0V体积差为供给系统油液的有效体积，将它代入式（5-11），使可求得蓄能器容量，即nnppppVVVV110120012nnppppVV1101200由式(5.12)，便可求得蓄能器容积V024充气压力P0在理论上可与P2相等，但是为保证在P2时蓄能器仍有能力补偿系统泄漏，则应使p0p1，一般取P0=(0.8~0.85)p1。当蓄能器用于保压时，气体压缩过程缓慢，与外界热交换得以充分进行，可认为是等温变化过程，这时取n=1；而当蓄能器作辅助或应急动力源时，释放液体的时间短，热交换不充分，这时可视为绝热过程，取n=1.4。nnppppVVVV11012001225(2)用来吸收冲击用时的容量计算当蓄能器用于吸收冲击时，一般按经验公式计算缓冲最大冲击力时所需要的蓄能器最小容量，即2110)0164.0(004.0pptLqpV（4.4）式中：1p—允许的最大冲击（MPa）2p—阀口关闭前管内压力（MPa）0V—用于冲击的蓄能器的最小容量(L)mL—发生冲击的管长，即压力油源到阀口的管道长度()sT—阀口关闭的时间()，实然关闭时取t=026275.2过滤器•5.2.1液压介质的污染组成液压系统的元件在制造、储存、安装、跑和、正常运行和维修过程会产生污染物。这些污染物可以分为以下五类：1.残留污染物液压元件在制造、储存、运输、安装过程中带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片和灰尘，虽经清洗，但可能未清洗干净而残留下来。2.生成污染物（1）液压油氧化变质析出物液压系统工作时,因压力损失而消耗的能量全部转化为热量，使系统温度升高。当液压油处于高温时，一方面空气中的氧分子引起油液氧化，生成有机酸，对金属表面起腐蚀作用；另一方面，油液氧化析出粘滞物和浸漆物。28（2）液压油中混入水分和空气多数液压油中含有微量的水分，过多的含水量会使液压油乳浊化，使其润滑性能下降，对液压油的氧化起触媒作用，加剧污垢集积。同时，混入液压油的空气还会增加油液的氧化作用，并引起系统的振动、爬行和气蚀。（3）元件磨损、损坏生成的污染物液压元件工作时，运动件之间的金属与金属、金属与密封材料的磨损颗粒以及液流冲刷下的软管胶料、过滤材料脱落的颗粒和纤维、剥落的油漆皮生成污染物。293.侵入污染物液压系统在工作时，周围环境中的污染物通过一切可能的侵入点，如外露的往复运动的活塞杆、油箱的进气孔、注油孔等侵入系统。4.微生物微生物也可能像其他微小颗粒一样侵入液压介质，如果不加以阻止，微生物将繁殖生长并表现为粘滞物，污染油液。5.逃脱污染物逃脱污染物指通过过滤器附近潜在的液流通道（如密封不严的溢流阀或旁通阀及滤材的裂口等），以及当被截留颗粒上的粘性拖曳力大于过滤器纤维表面的吸附力从而进入系统的污染物。30过滤器按过滤精度分为粗过滤器和精过滤器两大类，其职能符号如图5.5所示，其中精过滤器分为普通、精、特精三级。5.2.2过滤器的种类31（1）网式过滤器如图5.6所示，网式滤芯是在周围开有很多孔的金属骨架1上，包着一层或两层铜丝网2，过滤精度由网孔大小和层数决定。网式滤芯结构简单，清洗方便，通油能力大，过滤精度低，常作为吸油过滤器。1按滤芯的结构分类32•线隙式过滤器如图5.7所示，由铜线或铝线密绕在筒形骨架的外部来组成滤芯，油液经线间间隙和筒形骨架槽孔汇入滤芯内，再从上部孔道流出。这种过滤器结构简单，通油能力大，过滤效果好，多作为回油过滤器。图4.2线隙式滤油器（2）线隙式滤油器333）纸质过滤器纸质滤芯，结构同于线隙式。纸质滤芯过滤精度可达5～30，可在32MPa的高压下工作。它结构紧凑，通油能力大，在配备壳体后用作压力油的过滤；其缺点是无法清洗，需经常更换滤芯。滤芯由三层组成，外层2为粗眼钢板网，中层3为折叠成星状的滤纸，里层4由金属丝网与滤纸折叠而成。为了保证过滤器能正常工作，不致因杂质逐渐聚集在滤芯上引起压差增大而损坏滤芯，过滤器顶部装有阻塞状态发讯装置1，当滤芯逐渐阻塞时，压差增大，感应活塞推动电气开关并接通电路，发出阻塞报警信号，提醒操作人更换滤芯。34图4.4烧结式滤油器（4）烧结式滤油器滤芯可按需要制成不同的形状，选择不同粒度的粉末烧结成不同厚度的滤芯，其过滤精度范围在10～100μm之间。过滤精度较高，滤芯的强度高，抗冲击性能好，能在较高温度下工作，有良好的抗腐蚀性，且制造简单，可以安装在不同的位置。35按照过滤机理分•表面型：网式、线隙式•深度型：纸芯式、烧结式•吸附型：磁性磁性过滤器的工作原理就是利用磁铁吸附油液中的铁质微粒。但一般的磁性过滤器对其他非铁质污染物不起作用，通常作为回油过滤或辅助其他形式的过滤器滤除油液中的磁性颗粒污染物。（5）磁性滤油器36•2按过滤器的安装位置分类（1）油箱加油口或通气口用过滤器（即空气滤清器）（2）吸油管路用过滤器（3）回油管路用过滤器（4）压油管路用过滤器这四类过滤器中第1类为粗过滤器，第3、4类过滤器为精过滤器，第2类可以是粗或精过滤器。375.2.3过滤器的选择根据液压系统对过滤器的基本要求，选择过滤器时应考虑以下性能：（1）要有足够的过滤精度。过滤精度是指油液通过过滤器时滤芯能够滤除的杂质的最小颗粒的公称尺寸大小。这里需要补充的是，此最小颗粒的过滤效率应大于95%。不同结构形式的过滤器的过滤精度不同，选择过滤器时应根据液压系统的实际需要进行。过滤器对某一尺寸的颗粒（杂质）的过滤效率定义为：121nnn