【重庆大学 流体传动与控制】第6章

重庆大学机械工程学院,主讲：刘振军 博士 教授,流体传动与控制,2010年9月,2,第6章 辅助元件,辅助装置功用,创造必要条件，保证液压系统可靠、稳定、持久地工作。,辅助装置分类,蓄能器 滤油器 油箱 管件 密封 热交换器,对系统的性能、效率、温升、噪声和寿命的影响不亚于液压元件本身。,通过学习，要求掌握液压辅件的结构原理，熟知其使用方法及适用场合。,3,6.1 油箱,功 用,储存油液、散发热量、沉淀杂质、逸出空气,结构与分类,结构,开式,整体式,分离式,闭式,利用主机的内腔作为油箱，结构紧凑，各处漏油易于回收，但增加了设计和制造的复杂性，维修不便，散热条件不好，且会使主机产生热变形。,单独设置，与主机分开，减少了油箱发热和液压源振对主机工作精度的影响，因此得到了普遍的采用，特别在精密机械上。,4,1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,6.1 油箱,5,6.1 油箱,6,油箱的设计,油箱容积计算,经验估算法,公式： V = k qn 低压 24 min k 中压 57 min 高压 612 min,6.1 油箱,经验估算法,热平衡计算法,7,热平衡计算法,功率损失： P = P（1-） 散热量： QR = kAt 油箱散热面积： A = QR/kt =P/kt = P（1-）/kt 当油箱长、宽、高之比为1：1：1 或1：2：3时， A = 0、065V2,对功率较大且连续工作的液压系统，必要时还要进行热平衡计算，以此确定油箱容量。,6.1 油箱,8,油箱结构设计,1 基本结构-应有足够的刚度和强度 2 吸、回和泄油管的设置 吸、回油管尽可能远 3吸油口装粗过滤器 3防污密封 4设置放油阀与液位计 5清洗窗的设置 6 油温控制,6.1 油箱,9,1） 泵的吸油管与系统回油管之间的距离应尽可能远些，管口都应插于最低液面以下，但离油箱底要大于管径的2-3倍，以免吸空和飞溅起泡。吸油管端部所安装的滤油器，离箱壁要有3倍管径的距离，以便四面进油。回油管口应截成45斜角，以增大回流截面，并使斜面对着箱壁，以利散热和沉淀杂质。,2） 在油箱中设置隔板，以便将吸、回油隔开，迫使油液循环流动，利于散热和沉淀。,6.1 油箱,10,3） 设置空气滤清器与液位计。空气滤清器的作用是使油相箱与大气相通，保证泵的自吸能力，滤除空气中的灰尘杂物，有时兼作加油口。它一般布置在顶盖上靠近油箱边缘处。,4）设置放油口与清洗窗口。将油箱底面做成斜面，在最低处设放油口，平时用螺塞或放油阀堵住，换油时将其打开放走油污。为了便于换油时清洗油箱，大容量的油箱一般均在侧壁设清洗窗口。,5）最高油面只允许达到油箱高度的80%，油箱底脚高度应在150mm以上，以便散热、搬移和放油，油箱四周要有吊耳，以便起吊装运。,6.1 油箱,11,6.2 管 件,管件 包括管道、管接头和法兰等。,作用：保证油路的连通，并便于拆卸、安装；根据工作压力、安装位置确定管件的连接结构；与泵、阀等连接的管件应由其接口尺寸决定管径。,种类：钢管、紫铜管、橡胶管,管道的内径d和壁厚可采用下列两式计算，并需圆整为标准数值，即,12,允许流速，推荐值为：吸油管为0.51.5m/s， 回油管为1.52m/s， 压力油管为2.55m/s， 控制油管取23m/s， 橡胶软管应小于4m/s。,n安全系数，对于钢管，p7MPa时，n=8； 7MPap17.5MPa时，n=6； p17.5MPa时，n=4。,管道材料的抗拉强度，可由材料手册查出。,6.2 管 件,管径过大液压装置的结构庞大； 过小管内液体流速加大，系统压力损失增加或产生 振动和噪声，影响正常工作。,13,管道应尽量短，最好横平竖直，拐弯少，为避免管道皱折，减少压力损失，管道装配的弯曲半径要足够大，管道悬伸较长时要适当设置管夹。,管道尽量避免交叉，平行管距要大于100mm，以防接触振动，并便于安装管接头。,软管直线安装时要有30%左右的余量，以适应油温变化、受拉和振动的需要。弯曲半径要大于9倍软管外径，弯曲处到管接头的距离至少等于6倍外径。,6.2 管 件,管件设计安装要求,14,管接头,管接头是管道和管道，管道和其它元件，如泵、阀、集成块等的可拆卸连接件。,管接头与其它元件之间可采用普通细牙螺纹连接或锥螺纹连接,6.2 管 件,固定铰接接头,15,按连接方式分,6.2 管 件,扩口式管接头,卡套式管接头,焊接式管接头,按通路数量和流向分,直通,弯管,三通,四通,应满足拆装方便，连接牢固，密封可靠，外尺寸小，通油能大，压力损失小以及工艺性好等要求。,胶管管接头,快速接头,16,6.2 管 件,17,6.3 蓄能器,蓄能器的作用,作辅助动力源,某些系统的执行元件是间歇动作，总的工作时间很短，有些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。在这种系统中设置蓄能器后，即可采用一个功率较小的泵，以减小主传动的功率，使整个液压系统的尺寸小、重量轻、价格便宜。,功用：储存能量，必要时释放。,主要作用表现在以下几个方面：,18,作紧急动力源,吸收脉动、降低噪声,泵的脉动流量会引起压力脉动，使执行元件的运动速度不均匀，产生振动、噪声等。在泵的出口处并联一个反应灵敏而惯性小的蓄能器，即可吸收流量和压力的脉动，降低噪声。,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，使压力恒定。对某些系统要求当泵发生故障或停电时，执行元件应继续完成必要的动作时，需要有适当容量的蓄能器作紧急动力源。,6.3 蓄能器,19,吸收液压冲击,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原因，都会使管路内的液体流动发生急剧变化，而产生冲击压力。虽然系统中设有安全阀，但仍然难免产生压力的短时剧增和冲击。冲击引起系统中的仪表、元件和密封装置发生故障甚至损坏或者管道破裂，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装设蓄能器，即可吸收和缓和这种冲击。,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。,6.3 蓄能器,20,蓄能器的类型及特点,按结构形式,弹簧式,重锤式,充气式,活塞式,隔离式,气囊式,隔膜式,非隔离式,6.3 蓄能器,21,重锤式蓄能器,重物势能 油压 储油,重物势能 油压 释放能量,性能特点,结构简单，容量大，工作过程中，无论油液进出多少和快慢，均可获得恒定的液体压力，但结构尺寸大而笨重，运动惯性大，反应不灵敏，易漏油，有摩擦损失。,工作原理,利用重物垂直位置变化来储存、释放液压能。压力取决于重物的重量和柱塞面积的大小。,6.3 蓄能器,22,弹簧式蓄能器,利用弹簧压缩来储存能量。压力取决于弹簧的刚度和压缩量。,特点：结构简单、容量小。易内泄并有压力损失，不适于高压和高频动作的场合。一般用于小流量、低压（p1.2MPa）、循环频率低的场合。,6.3 蓄能器,重物势能 油压 释放能量,23,充气式蓄能器,按气体与液体是否接触分为,非隔离式蓄能器，由于压缩空气直接与液压油接触，气体容易混入油液，影响工作的稳定性。这种蓄能器适用于大流量的低压回路中。 常用的隔离式蓄能器有活塞式和气囊式两种。,非隔离式（直接接触式）,隔离式,6.3 蓄能器,24,气囊式蓄能器，利用气体压缩和膨胀储存、释放液压能。气囊3将液体和气体隔开，提升阀4允许液体进出蓄能器，而防止气囊从油口挤出。充气阀1只在为气囊充气时打开，蓄能器工作时该阀关闭。,特点：体积小，重量轻，反应灵敏，可吸收液力冲击和脉动。,工作原理： 气压 油压 释放能量,6.3 蓄能器,25,6.3 蓄能器,26,活塞式蓄能器,活塞式蓄能器结构,工作原理,气压 油压 储油,气压 油压 释放能量,性能特点,结构简单，工作可靠，安装容易，维修方便，寿命长，但因有摩擦，反应不灵敏，容量较小。一般用于蓄能。,6.3 蓄能器,27,蓄能器容量计算,容量是选用蓄能器的依据，其计算视用途而异，现以气囊式为例加以说明,作蓄能使用时蓄能器容量的计算, 蓄能器存储和释放的压力油容量和气囊中气体体积的变化量相等，而气体状态变化应符合气体定律 p0V0n = p1V1n = p2V2n V=V2-V1 V0 = V (p2/p0)1/n /1-(p2/p0)1/n 一般取p0 = （0.80.85）p 2,6.3 蓄能器,28,吸收冲击时蓄能器的容量计算,V0 = 0、004qp2(0.0164L-t)/（p2-p1）,吸收压力脉动时蓄能器的容量计算,V0 = Vi/0.6k,6.3 蓄能器,29,蓄能器的使用和安装,1 充气式蓄能器中应使用惰性气体（一般为氮气）。 2 蓄能器一般应垂直安装，油口向下。 3 必须用支架或支板将蓄能器固定，且便于检查、维修的位置，并远离热源。 4 用作降低噪声、吸收脉动和冲击的蓄能器应尽可能靠近振源。 5 蓄能器与管路之间应安装截止阀，供充气或检修时用，与液压泵之间应安装单向阀，防止油液倒流保护泵与系统。 6 搬运和拆装时应排出压缩气体注意安全。,6.3 蓄能器,30,6.3 蓄能器,31,6.3 蓄能器,32,功用：滤除油中杂质，保持油液清洁,对过滤器的要求,1）满足液压系统过滤精度要求 2）通流能力要大 3）强度要高 4）易于清洗和更换，便于拆装与维护,6.4 过滤器（滤油器）,油液中的各种污染物,外部污染物：切屑、锈垢、橡胶颗粒、漆片、棉丝,内部污染物：零件磨损的脱落物、油液因理化作用的生成物,33,过滤器的类型及特点,过滤精度指滤芯能够滤除的最小杂质颗粒的大小，以直径d作为公称尺寸表示。 按精度可分为粗过滤器（d100）、普通过滤器(d10）、精过滤器（d5）、特精过滤器（d1）。,各种液压系统的过滤精度要求,6.4 过滤器（滤油器）,34,6.4 过滤器（滤油器）,35,过滤器的类型及特点,6.4 过滤器（滤油器）,滤油器的种类很多，主要类型有：,机械式滤油器,网式滤油器； 线隙式滤油器； 片式滤油器； 纸芯式滤油器； 烧结式滤油器；,磁性滤器,机械式滤油器主要靠过滤介质阻挡杂质；磁性滤油器则靠过滤介质的磁性吸出油液中的铁末。,36,网式过滤器,特征：,用金属网包在支架上而成。一般装在系统中泵入口处做粗滤，过滤精度为80180m。,性能特点：,结构简单，清洗方便，通流能力大，压降小，但过滤精度低。,6.4 过滤器（滤油器）,37,线隙式过滤器,特征,特形金属线缠绕在筒形芯架上，制成滤芯，利用线间间隙过滤杂质。过滤精度为30100m,性能特点,结构简单，过滤精度较高，通流能力大，但不易清洗，一般用于低压回路或辅助回路,磁性过滤器,工作原理,利用磁铁吸附油液中的铁质微粒,6.4 过滤器（滤油器）,38,金属烧结式过滤器,特征,由颗粒状锡青铜粉末压制后烧结而成，利用颗粒之间的微小间隙过滤。,性能特点,强度高，抗冲击性能好，抗腐蚀性好，耐高 温，过滤精度高，制造简单，但易堵塞，难清洗，颗粒会脱落，一般用于精密过滤。,6.4 过滤器（滤油器）,39,纸质过滤器,特征,用微孔过滤纸折迭成星状绕在骨架上形成，利用滤纸的微孔过滤。,性能特点,结构紧凑，重量轻，过滤精度高，但通流能小，强度低，易堵塞，无法清洗，需经常更换滤芯，特别适用于精滤。,6.4 过滤器（滤油器）,40,磁性过滤器,工作原理,利用磁铁吸附油液中的铁质微粒,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,常与其它型式滤心合起来制成复合式滤油器,对加工钢铁件的机床液压系统特别适用,6.4 过滤器（滤油器）,41,过滤器的安装,1 安装在吸油管路上 作用：保护液压泵，q = 2qp p 0.010、035Mpa 2 安装在压油管路上 作用：保护除泵和溢流阀以外的所有元 件，p 0.35Mpa，强度足够， 且应并联一安全阀。 3 安装在回油管路上 4 安装在系统的分支旁油路）油管路上 5 单独过滤系统,6.4 过滤器（滤油器）,42,过滤器安装注意,一般过滤器只能单方向使用，即进出油口不可反接，以利于滤芯清洗和安全。必要时可增设单向阀和过滤器，以保证双向过滤。,粗过滤器,精过滤器,磁性过滤器,带旁通阀过滤器,6.4 过滤器（滤油器）,43,热交换器功用,保证系统在正常工作温度（30800c）下工作,分类,冷却器（散热器）、加热器,最高不超过80C，最低不低于15C。,如果液压系统靠自然冷却仍不能使油温控制在上述范围内时，就须安装冷却器；反之，如环境温度太低，无法使液压泵启动或正常运转时，就须安装加热器。,6.5 热交换器,44,水冷式冷却器,结构,蛇形管式,多管式,翅片管式,冷却器,按冷却介质分为,风冷、水冷、氨冷,6.5 热交换器,45,6.5 热交换器,46,水冷式冷却器特点,蛇形管式冷却器效果较差，耗水量大，转费用高，但结构简单。 多管式冷却器效果好，但结构复杂。 翅片管式冷却器效果更好，但结构更复杂。,水冷式冷却器安装方式,应安装在系统回油路或溢流阀溢流油路上,6.5 热交换器,47,风冷式冷却器,组成,油散热器+风扇 也可用汽车上的散热器代替,特点,结构简单，缺水或不便用水处皆可冷却但冷却效果较差。,6.5 热交换器,48,冷却器的安装位置,不论哪一类的冷却器,都应安装在压力很低或压力为零的管路上,这样可防止冷却器承受高压且冷却效果也较好。,6.5 热交换器,49,加热器,分类,蛇形管式,电加热式,6.5 热交换器,50,电加热器使用注意事项,1）水平安装于油箱侧面 2）加热部分全部侵入油内 3）功率不宜过高，以使油液老化，可在不同部位多装几个加热器。,6.5 热交换器,51,密封装置功用,防止液压油的泄漏。,对密封装置的要求,常见密封形式,（1）间隙密封 （2）密封圈密封,1.在工作压力和一定的温度范围内，应具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高密封性能。 2.密封装置和运动件之间的摩擦力要小，摩擦系数要稳定。 3.抗腐蚀能力强，不易老化，工作寿命长，耐磨性好，磨损后在一定程度上能自动补偿。 4.结构简单，使用、维护方便，价格低廉。,6.6 密封装置,52,间隙密封,密封原理,利用相对运动零件配合面之间的微小间隙来防止泄漏。,间隙密封平衡槽作用,1） 自动对中心，减小摩擦力 2） 增大了泄漏阻力，减小了偏心量，提高了密封性能。 3） 储存油液，自动润滑,间隙密封特点应用, 结构简单，摩擦阻力小，耐高温，但泄漏较大，并且随着时间的增加而增加，加工要求高 主要用于尺寸小，压力低，速度高的液压缸或各种阀。,6.6 密封装置,53,密封圈密封,密封圈类型,O、LX、Y、 V型和组合式等,密封圈材料,耐油橡胶、尼龙,6.6 密封装置,54,O型密封圈,密封原理,利用密封圈的安装变形来密封,特点, 一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内以实现密封。 又 O型圈一般为橡胶制成运动密封（动） p10Mpa 压力高时 32Mpa，, O型圈截面为圆形，结构简单，制造方便，密 封性能好，摩擦力小。,6.6 密封装置,55,O型密封圈应用,应用相当广泛 既可用于动密封又可用于静密封,6.6 密封装置,56,6.6 密封装置,组合密封垫,57,唇形密封圈,密封原理,密封圈受油压作用使两唇张开并贴紧在轴或孔的表面实现密封。,分类,6.6 密封装置,唇形密封圈根据截面的形状可分为Y形、V形、U形、L形等,58,Y型密封圈应用,宽断面Y型密封圈：p20Mpa T在-300+1000 通常 v 0.5/s 窄断面Y型密封圈： p32Mpa T在-300+1000,特点, Y型圈靠唇边张开后实现密封 安装时唇边必须对着压力油腔 又 Y型圈密封可靠，摩擦力小，寿命长 常用于速度较高的液压缸,6.6 密封装置,Y型密封圈,59,V型密封圈,结构,截面为V型，由支承环、密封环、压紧环叠合而成，开口面向高压侧。,6.6 密封装置,60,密封原理,当压紧环压紧密封环时，支承环使密封环产生变形而实现密封。,特点应用, V型密封圈是组合装置 密封效果良好，耐高压，寿命长，增加密封环可提高密封效果，但摩阻力增大，尺寸大，成本高。 故常用于压力较高p50Mp），温度为-400+800，运动速度较低的场合实现密封。,6.6 密封装置,61,6.6 密封装置,组合式密封装置,O形密封圈与截面为矩形的聚四氟乙烯塑料滑环组成的组合密封装置。,滑环2紧贴密封面，O形圈1为滑环提供弹性预压力，在压力等于零时构成密封，由于密封间隙靠滑环，而不是O形圈，因此摩擦阻力小而且稳定，可以用于40MPa的高压。,62,油 封,油封的功用,设置在液压泵或液压马达的伸轴处，对外防尘，对内防漏。,油封的分类,骨架式 无骨架式 防尘圈,6.6 密封装置,