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1、第7章 液压传动系统辅助元件7.1 蓄能器7.2 滤油器7.3 油箱7.4 管件返回返回7.1 蓄能器1.蓄能器的功能 （1）作辅助动力源。工作时间较短的间歇工作系统或一个循环内速度差别很大的系统，在系统不需要大流量时，可以把液压泵输出的多余压力油液储存在液压蓄能器内，到需要时再由液压蓄能器快速释放给系统。这样就可以按液压系统循环周期内平均流量选用液压泵，以减小功率消耗，降低系统温升。图7.1所示为一液压机的液压传动系统。当液压缸慢进和保压时，液压泵的部分流量进入液压蓄能器4被储存起来，达到设定压力后，卸荷阀3打开，液压泵卸荷。当液压缸在快速进退时，液压蓄能器与液压泵一起向液压缸供油。因此，在
2、系统设计时可按平均流量选用较小流量规格的液压泵。 图7.1 液压蓄能器作辅助动 力源的液压传动 系统1液压泵；2单向阀；3卸荷阀；4液压蓄能器；5换向阀；6液压缸蓄能器的功能(2/2) （2）维持系统压力。在液压泵停止向系统提供油液的情况下，液压蓄能器将所存储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。 （3）吸收系统脉动，缓和液压冲击。液压蓄能器能吸收系统在液压泵突然启动或停止、液压阀突然关闭或开启、液压缸突然运动或停止时所出现的液压冲击，也能吸收液压泵工作时的压力脉动，大大减小其幅值。 蓄能器的类型(2/6) (1) 活塞式液压蓄能器 活塞式液压蓄能器中
3、的气体和油液由活塞隔开，其结构如图7.3所示。活塞1的上部为压缩空气，气体由气阀3充入，其下部经油孔a通向液压系统。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。为防止活塞上下两腔互通而使气液混合，在活塞上装有O型密封圈。这种液压蓄能器结构简单、寿命长，它主要用于大容量蓄能器。但因活塞有一定的惯性和因O型密封圈的存在有较大的摩擦力，所以反应不够灵敏，因此适用于储存能量。另外，密封件磨损后，会使气液混合，影响系统的工作稳定性。 图7.3 活塞式液压蓄能器1活塞；2缸筒；3气阀 蓄能器的类型(2/6) (2) 皮囊式液压蓄能器 皮囊式液压蓄能器中气体和油液由皮囊隔开，其结构如图7.4所示。皮
4、囊用耐油橡胶制成，固定在耐高压壳体内的上部。皮囊内充入惰性气体（一般为氮气）。壳体下端的提升阀A是一个用弹簧加载的菌形阀。压力油从此通入，并能在油液全部排出时，防止皮囊膨胀挤出油口。这种结构使气液密封可靠，并且因皮囊惯性小，反应灵敏，克服了活塞式液压蓄能器的缺点，因此，它的应用广泛，但工艺性较差。 图7.4 皮囊式液压蓄能器1壳体；2皮囊；3气阀蓄能器的类型(3/6) (3) 薄膜式液压蓄能器 薄膜式液压蓄能器利用薄膜的弹性来储存、释放压力能。主要用于小容量的场合。如用作减震器、缓冲器和用于控制油的循环等。 (4) 弹簧式液压蓄能器 弹簧式液压蓄能器利用弹簧的压缩和伸长来储存、释放压力能。它的
5、结构简单，反应灵敏，但容量小。可用于小容量、低压（p 1 1.2MPa）的回路缓冲；不适用于高压或高频的工作场合。 3.液压蓄能器的容量计算 (1) 作辅助动力源时的容量计算 这时的蓄能器储存和释放压力油的容量和气囊中气体体积的变化量相等，而气体状态的变化应符合玻义耳定律，即：（7.1） 式中 p0 气囊的充气压力； V0 气囊的充气体积，即蓄能器容量，这时气囊充满 壳体内腔； p1 系统最高工作压力，即泵对蓄能器储油结束时的 压力； V1 气囊被压缩后相应于时的气体体积； p2 系统最低工作压力，即蓄能器向系统供油结束时 的压力； V2 气体膨胀后相应于时的气体体积。液压蓄能器的容量计算(2
6、/4) 体积差V=V2-V1为供给系统的油液体积，将它代入式（7.1），便可求得蓄能器容量V0，即 由此得 （7.2） 充气压力p0在理论上可与p2相等，但为保证在压力p2时蓄能器仍有能力补偿系统泄漏，应使p0p00.25p1。在实际选用时，蓄能器的总容积V0比理论计算值大5% 倍为宜。如已知V0，也可反过来求出储能时的供油体积，即 （7.3） 液压蓄能器的容量计算(3/4) 当液压蓄能器用于保压和补漏时，气体膨胀过程缓慢，与外界热交换得充分，可认为是等温变化过程，这时取n = 1；当液压蓄能器作辅助或应急动力源时，释放液体的时间短，气体快速膨胀，热交换不充分，这时可视为绝热过程，取n = 1
7、.4。p V曲线图见图7.5所示。在实际工作中的状态变化在绝热过程和等温过程之间，因此1 n 1.4。图7.5 液压蓄能器的p-V曲线1n = 1等温线；2n = 1.4绝热线液压蓄能器的容量计算(4/4) (2) 作吸收冲击用时的容量计算 这时准确计算比较困难，因其与管路布置、液体流态、阻尼情况及泄漏大小等因素有关。一般按经验公式计算缓和最大冲击压力时所需的液压蓄能器最小容量，即： （6.4） 式中 q 阀口关闭前管内流量； p1 系统允许的最大冲击压力， L 发生冲击的管长，即压力油源到阀口的管道 长度； t 阀口由开到关的时间，突然关闭时取t = 0； p2 阀口关闭前管内压力 。 本式
8、只适用于在数值上t 0.0164 L的情况下。 7.2 滤油器1.滤油器的主要类型及其性能 (1) 网式滤油器(短片) 图7.6所示为网式滤油器，在周围开有很多窗孔的塑料或金属筒形骨架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，有80、100、180 m三个等级。网式滤油器结构简单、清洗方便、通油能力大，但过滤精度低，常用于吸油管路作吸滤器，对油液进行粗滤。 图7.6 网式滤油器1筒形骨架；2铜丝 网滤油器的主要类型及其性能(2/6) (2) 线隙式滤油器 图7.7所示为线隙式滤油器。它用铜线或铝线密绕在筒形芯架1的外部来组成滤芯，并装在壳体3内（用于吸油管路上的滤油器无壳体）
9、。油液经线间间隙和芯架槽孔流入滤油器内，再从上部孔道流出。这种滤油器结构简单、通油能力大、过滤效果好，可用作吸滤器或回流过滤器，但不易清洗。 图7.7 线隙式滤油器 1芯架；2滤芯；3壳体 (3) 纸芯式滤油器 纸芯式滤油器又称纸质滤油器，其结构类同于线隙式，只是滤芯为纸质。图7.8所示为纸质滤油器的结构，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组成。这样就提高了滤芯强度，延长了使用寿命。纸质滤油器的过滤精度高（5 30 m），可在高压（38 MPa）下工作，它结构紧凑、通油能力大，一般配备壳体后用作压滤器。其缺点是无法清洗，需经常更换滤芯。 7
10、.8 纸质滤油器1堵塞状态发讯装置；2滤芯外层；3滤芯中层；4滤芯里层；5支承弹簧滤油器的主要类型及其性能(3/6) 纸质滤油器的滤芯能承受的压力差较小（0.35 MPa），为了保证滤油器能正常工作，不致因杂质逐渐聚积在滤芯上引起压差增大而压破纸芯，故滤油器顶部装有堵塞状态发讯装置。发讯装置与滤油器并联，其工作原理如图7.9所示。滤芯进油和出油的压差作用在活塞2上，与弹簧5的推力相平衡。当滤芯逐渐堵塞时，压差加大，推动活塞2和永久磁铁4右移，干簧管6受磁铁4作用吸合，接通电路，报警器7发出堵塞信号发亮或发声，提醒操作人员更换滤芯。电路上若增设延时继电器，还可在发讯一定时间后实现自动停机保护。
11、图7.9 堵塞状态发讯装置1接线柱；2活塞；3阀体；4永磁铁；5弹簧；6感簧管；7报警器滤油器的主要类型及其性能(4/6) (4) 金属烧结式滤油器 图7.10所示为金属烧结式滤油器。滤芯可按需要制成不同的形状，油液经过金属颗粒间的无规则的微小孔道进入滤芯内。选择不同粒度的粉末烧结成不同厚度的滤芯，可以获得不同的过滤精度（10 100 m之间）。烧结式滤油器的过滤精度较高，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，它可用在不同的位置。缺点是：易堵塞，难清洗，烧结颗粒使用中可能会脱落，再次造成油液的污染。 图7.10 金属粉末烧结 式滤油器滤油器的主要类型及其
12、性能(5/6) (5) 磁性滤油器 磁性滤油器的工作原理就是利用磁铁吸附油液中的铁质微粒。但一般结构的磁性滤油器对其他污染物不起作用，通常用作回流过滤器。它常被用作复式滤油器的一部分。 (6) 复式滤油器 复式滤油器即上述几类滤油器的组合。例如在图7.10所示的滤芯中间，再套入一组磁环即成为磁性烧结式滤油器。复合滤油器性能更为完善，一般设有多种结构原理的堵塞状态发讯装置，有的还设有安全阀。当过滤杂质逐渐将滤芯堵塞时，滤芯进出油口的压力差增大，若超过所调定的发讯压力，发讯装置便会发出堵塞信号。如不及时清洗或更换滤芯，当压差达到所调定的安全压力时，类似于直动式溢流阀的安全阀便会打开，以保护滤芯免遭
13、损坏。 安装在回油路上的纸质磁性滤油器，适用于对铁质微粒要求去除干净的传动系统。 滤油器的主要类型及其性能(6/6)2.对滤油器的基本要求和选用 选用滤油器时，应注意以下几点： (1) 有足够的过滤精度。过滤精度是指通过滤芯的最大尖硬颗粒的大小，以其直径d的公称尺寸（单位）表示。其颗粒越小，精度越高。精度分粗（d100m）、普通（ d10100m ）、精（ d510m ）和特精（ d15m ）四个等级。 应该指出，近年来有一种推广使用高精度滤油器的观点。研究表明，液压元件相对运动表面的间隙大多在15 m范围内。因而工作中首先是这个尺寸范围内的污染颗粒进入运动间隙，引起磨损，扩大间隙，进而更大颗
14、粒进入，造成表面磨损的一系列反应。因此，若能有效地控制15 m的污染颗粒，则这种系列反应就不会发生。试验和严格的检测证实了这种观点。实践证明，采用高精度滤油器，液压泵和液压马达的寿命可延长4 10倍，可基本消除阀的污染、卡紧和堵塞故障，并可延长液压油和滤油器本身的使用寿命。 对过滤器的基本要求和选用(2/2) （2）有足够的过滤能力。过滤能力即一定压降下允许通过滤油器的最大流量。不同类型的滤油器可通过的流量值有一定的限制，需要时可查阅有关样本和手册。 （3）滤芯便于清洗更换。 3.过滤器的安装位置 (1) 安装在泵的吸油路上 这种安装主要用来保护泵不致吸入较大的机械杂质。根据泵的要求，可用粗的
15、或普通精度的滤油器。为了不影响泵的吸油性能，防止发生气穴现象，滤油器的过滤能力应为泵流量的2倍以上，压力损失不得超过0.01 0.035 MPa。必要时，泵的吸入口应置于油箱液面以下。 (2) 安装在泵的出口油路上 这种安装主要用来滤除可能侵入阀类元件的污染物。一般采用10 15 m过滤精度的滤油器。它应能承受油路上的工作压力和冲击压力，其压力降应小于0.35 MPa，并应有安全阀或堵塞状态发讯装置，以防泵过载和滤芯损坏。 过滤器的安装位置(2/3) (3) 安装在系统的回油管路上 这种安装可滤去油液流回油箱以前的污染物，为液压泵提供清洁的油液。因回油路压力极低，可采用滤芯强度不高的精滤油器，
16、并允许滤油器有较大的压力降。滤油器也可简单地并联一单向阀作为安全阀，以防堵塞或低温启动时高粘度油液流过滤油器所引起的系统回油压力的升高。 (4) 安装在系统的分支油路上 当泵流量较大时，若仍采用上述各种油路过滤，滤油器可能过大。为此可在只有泵流量20% 30%左右的支路上安装一小规格滤油器，对油液起滤清作用。 过滤器的安装位置(3/3) (5) 安装在系统外的过滤回油路上 大型液压传动系统可专设一液压泵和滤油器，滤除油液中的杂质，以保护主系统。滤油车即可供此用。研究表明，在压力和流量波动下，滤油器的功能会大幅度降低。显然，前三种安装都有此影响，而系统外的过滤回路却没有，故过滤效果较好。 安装滤油器时应注意，一般滤油器都只能单向使用，即进出油口不可反用，以利于滤芯清洗和安全。因此，滤油器不要安装在液流方向可能变换的油路上。必要时可增设单向阀和滤油器，以保证双向过滤，作为滤油器的新进展，目前双向滤油器也已问世。 7.3 油 箱1.油箱的功用和分类 油箱的主要功用是： 储放系统工作用油； 散发系统工作中产生的热量； 分离油液中混入的空气； 沉淀污物。 按油箱液面是否与大气相通，可分为开式油箱
