液压控制技术第六章.

第六章液压辅助元件液压系统中的辅助装置是指那些既不直接参与能量转换，也不直接参与方向、压力、流量等控制的在液压系统中必不可少的元件或装置，对系统的动态性能、工作稳定性、工作寿命、噪声和温升等有直接影响。主要包括油管、管接头、过滤器、蓄能器、压力计及压力计开关、油箱等。其中油箱需根据系统要求自行设计，其它辅助装置则已标准化，由专业生产制造厂制造为标准件，可以直接选用。本章重点6.1油管及管接头6.2过滤器6.3蓄能器6.4压力计及压力计开关6.5油箱6.1油管及管接头6.1.1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。在选用时要考虑液压系统压力的高低、液压元件安装的位置、液压设备工作的环境等因素。油管的特点及其适用范围如表6-1所示。表6-1液压系统中使用的油管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但装配时不能任意弯曲；在装拆方便处常用作压力管道；中、高压用无缝管，低压用焊接管易弯曲成各种形状，承压能力一般不超过4.5～10MPa，抗振能力较弱，又易使油液氧化；常用在液压装置内配接不便之处种类特点和适用场硬管钢管紫铜管油管、管接头称为连接件，其作用是将分散的液压元件连接起来，构成一个完整的液压系统。连接件的性能与结构对液压系统的工作状态有直接的影响。软管尼龙管塑料管橡胶管乳白色半透明，加热后可以随意弯曲成形或扩口，冷却后又能定形不变，承压能力因材质而异，2.5MPa～8MPa不等质轻耐油，价格便宜，装配方便，但承压能力低，长期使用会变质老化，只宜用作压力低于0.5MPa的回油管、泄油管等高压管由耐油橡胶夹几层钢丝编织网制成，钢丝网层数越多，耐压越高，价格昂贵，用作中、高压系统中两个相对运动件之间的压力管道；低压管由耐油橡胶夹帆布制成，可用作回油管道油管的规格尺寸(管道内径和壁厚)可由式(6-1)、式(6-2)计算出d、δ后，查阅有关标准选定。(6-1)(6-2)2qdvb2pdn式中：d为油管内径；q为管内流量；v为管中油液的流速，吸油管取0.5～1.5m/s，高压管取2.5～5m/s(压力高的取大值，低的取小值)，回油管取1.5～2.5m/s，短管及局部收缩处取5～7m/s；δ为油管壁厚；p为管内工作压力；n为安全系数，对钢管来说，p＜7MPa时取n=8，7MPa＜p＜17.5MPa时取n=6，p＞17.5MPa时取n=4；σb为管道材料的抗拉强度。6.1.2油管接头图6-1快换式管接头1—密封圈；2—接头；3、7、9、12—弹簧；4、11—阀芯；5—填料；6—外套；8—钢球；10—接头芯图6-1所示为快换式管接头。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。表6-2液压系统中常用的管接头名称结构简图特点焊接式管接头卡套式管接头利用环面进行密封,简单可靠；连接牢固；采用厚壁钢管,装拆不便用卡套套住油管进行密封,轴向尺寸要求不严,装拆简便；对油管径向尺寸精度要求较高,采用冷拔无缝钢管管接头的种类很多，按接头的通路分有直通式、角通式、三通式和四通式；按接头与阀体或阀板的连接方式分有螺纹式、法兰式等；按油管与接头的连接方式分有扩口式、焊接式、卡套式、扣压式、快换式等。具体的管接头规格品种可查阅有关手册。油管与管接头的常见连接方式如表6-2所示。扩口式管接头扣压式管接头用油管管端的扩口在管套的压紧下进行密封,结构简单；适用于铜管、薄壁钢管、尼龙管和塑料管等低压管道的连接用来连接高压软管；在中、低压系统中应用固定铰接管接头直角接头,优点是可以随意调整布管方向,安装方便,占用空间小；接头与油管的连接方式有卡套式、焊接式；中间有通孔的固定螺钉，把两个组合垫圈压紧在接头体上进行密封6.1.3软管及管接头选取软管时，用户应选取样本中软管所标明的最大推荐工作压力不小于最大系统压力的软管，否则会降低软管的使用寿命，甚至损坏软管。对于冲击特别频繁的液压系统，建议使用耐脉冲压力的软管。应该在软管质量规范允计的温度范围内使用软管。工作环境的温度长期过高或过低的系统，建议采用软管护套。软管在使用的过程当中，如果经常与硬物接触或摩擦，建议在软管外部加弹簧护套。内径要适当，管径过小会加大管路内介质的流速，使系统发热，降低效率，产生过大的压力降，从而影响整个系统的性能。如果软管采用管夹或软管穿过钢板等间隔物时，应注意软管的外径尺寸。6.1.4油管及管接头的选用及安装管件的选用原则是要保证油管中油液做层流流动，管路应尽量短，以减小损失；要根据工作压力、安装位置确定管材与连接结构；与泵、阀等连接的管件应由其接口尺寸决定管径。液压系统中的泄漏现象大部分都出现在管系中的接头上，为此要特别注意：（1）管道应尽量短，最好横平竖直，转弯少；为避免管道皱褶，减少压力损失，管道装配时的弯曲半径要足够大（见表6-3）；表6-3硬管装配时允许的弯曲半径管子外径D/mm弯曲半径R/mm1050147018752280289034100421305015063190（2）吸油管和回油管应尽量相距远些，两管之间要用隔板隔开，以增加油液循环距离。吸油管入口处要装粗滤油器。（3）油管的管径不宜选得过大，以免使液压装置的结构庞大；选得过小，会造成管内液体流速加大，系统压力损失增加或产生振动和噪声，影响正常工作。（4）随着对油管材质、接头形式和连接方法上的研究，近来出现一种用特殊的镍钛合金制造的管接头，它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除，即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径，然后取出来迅速套装在管端上，便可使它在常温下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已在航空和其它一些加工行业中得到了应用，它能保证在40～55MPa的工作压力下不出现泄漏。6.1.5油管及管接头常见故障和排除方法油管及管接头常见故障和排除方法，见表6-4。表6-4油管及管接头常见故障和排除方法故障现象漏油振动和噪声故障原因排除方法①油管破裂漏油②油管与接头连接处密封不良③卡套式结合面差④螺纹连接处未拧紧或拧得太紧⑤螺纹牙型不一致①更换油管、采用正确的连接方式②连接部位用力均匀，注意表面质量③更换卡套④螺纹连接处用力均匀拧紧⑤螺纹牙型要一致①液压系统共振②双泵双溢流阀调定压力太接近①合理控制振源②控制压力差大于1MPa6．2过滤器6.2.1过滤器功用2．过滤器的基本要求(1)有足够的过滤精度；(2)有足够的过滤能力；(3)滤芯具有足够的强度；(4)滤芯抗腐蚀性能好；(5)滤芯清洗或更换简便。1．功用在液压系统中，由于系统内的生成或系统外的侵入，液压油中会存在污染物，这些污染物的颗粒不仅会加速液压元件的磨损，堵塞阀件的小孔，卡住阀芯，划伤密封件，使液压阀控制失灵，系统产生故障。因此，必须对液压油中的杂质和污染物颗粒进行清理，目前，控制液压油洁净程度的最有效方法就是采用过滤器（滤油器）。过滤器的功用是过滤液压油液中的杂质，控制液压油的洁净程度，降低进入系统中油液的污染度，保证系统正常地工作。1．表面型过滤器2．深度型过滤器3．吸附型过滤器常见的过滤器类型及其特点见表6-5中。表6-5常见的过滤器特点类型结构简图特点表面型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。压力损失不超过0.004MPa。结构简单，通流能力大，清洗方便，但过滤精度低。滤芯由绕在芯架上的一层金属线组成，依靠线间微小间隙来阻止油液中杂质的通过。压力损失约为0.03～0.06MPa。结构简单，通流能力大，过滤精度高，但滤芯材料强度低，不易清洗。用于低压管道中，当用在液压泵吸油管上时，流量规格宜比泵大。6.2.2过滤器结构滤芯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，制出不同过滤精度的滤芯。压力损失约为0.03～0.2MPa。过滤精度高，滤芯能承受高压，但金属颗粒易脱落，堵塞后不易清洗。适用于精过滤。结构与线隙式相同，但滤芯为平纹或波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸制成的纸芯。为了增大过滤面积，纸芯常制成折叠形。压力损失约为0.01～0.04MPa。过滤精度高，但堵塞后无法清洗，必须更换纸芯。常用于精过滤。滤芯由永久磁铁制成，能吸住油液中的铁屑、铁粉、可带磁性的磨料。常与其它型式滤芯合起来制成复合式过滤器。特别适用于加工钢铁件的机床液压系统。磁性过滤器深度型吸附型6.2.3过滤器选用和安装1.选用过滤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。(1)泵的吸油口处(2)泵的出口油路上(3)系统的回油路上(4)系统分支油路上(5)单独过滤系统6.2.4过滤器常见故障和排除方法过滤器常见故障和排除方法，见表6-6表6-6过滤器常见故障和排除方法故障现象故障原因排除方法滤芯变形烧结式滤油器滤芯颗粒脱落滤油器强度低并严重堵塞滤芯质量不符合要求更换滤芯或更换油液更换滤芯2.安装过滤器在液压系统中的安装位置通常有以下几种：6.3蓄能器6.3.1蓄能器功用1.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；还可以用作短时供油和吸收系统的振动和冲击的液压元件。(1)在短期内供应大量压力油液如图6-2所示，实现周期性动作的液压系统，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，需要时再由蓄能器快速释放给系统。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。图6-2液压系统中的流量供应情况T－一个循环周期(2)维持系统压力如图6-3所示，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动力源，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如图6-4所示，动力元件输出的压力油存在压力脉动，执行元件在起动、停止或换向时容易引起液压冲击，在系统中设置蓄能器能起缓冲作用。另外，蓄能器还用作紧急动力源，热膨胀补偿器，以及用来改善压力补偿式变量泵的频率特性。6.3.2蓄能器结构蓄能器主要有重力式、弹簧式和充气式三类；其中充气式又包括气瓶式、活塞式和皮囊式三种。重力式蓄能器因体积庞大，结构笨重，反应迟钝，现在工业上已很少应用。1.重锤式蓄能器重锤式蓄能器的结构原理如图6-5所示。2.弹簧式蓄能器弹簧式蓄能器的结构原理如图6-6所示，3.充气式蓄能器充气式蓄能器是利用气体的压缩和膨胀来储存和释放能量的。为了安全，所充气体一般为惰性气体或氮气。常用的充气式蓄能器有活塞式和气囊式两种，如图6-7所示。（1）活塞式蓄能器图6-7(a)所示为活塞式结构。（2）气囊式蓄能器图6-7(b)所示为气囊式蓄能器结构。图6-7充式蓄器1－充气阀；2－气囊；3－体；4－限位阀(1)充气式蓄能器中应使用惰性气体(一般为氮气)，工作压力视蓄能器结构形式而定（皮囊式为3.5～32MPa）；(2)蓄能器各有其适用的工作范围，皮囊式蓄能器的皮囊强度不高，不能承受很大的压力波动，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；否则使蓄能器的气囊与壳体磨损影响蓄能器的使用寿命；(4)装在管路上的蓄能器须用支板或支架固定，以承受蓄能器蓄能或释放能量时所产生的反作用力；(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。(6)蓄能器安放位置视其功能来确定。(7)拆装及搬运蓄能器时应该先排出压缩气体。6.3.4蓄能器常见故障和排除方法表6-7蓄能器常见故障和排除方法故障现象故障原因排除方法供油不均压力升不起来活塞或气囊运动阻力不均①充气瓶无氮气或压力低②气阀泄漏③气瓶或蓄能器盖向外漏气检查活塞密封圈或气囊运动阻碍并排除①补充氮气②修理或更换已损零件③紧固密封或更换已损零件6.3.3蓄能器的使用和安装供油压力