流體傳動(dòng)與控制 第6章.ppt

重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 主講 劉振軍博士教授 流體傳動(dòng)與控制 2010年9月 2 第6章輔助元件 輔助裝置功用 創(chuàng)造必要條件 保證液壓系統(tǒng)可靠 穩(wěn)定 持久地工作 輔助裝置分類 蓄能器濾油器油箱管件密封熱交換器 對(duì)系統(tǒng)的性能 效率 溫升 噪聲和壽命的影響不亞于液壓元件本身 通過(guò)學(xué)習(xí) 要求掌握液壓輔件的結(jié)構(gòu)原理 熟知其使用方法及適用場(chǎng)合 3 6 1油箱 功用 儲(chǔ)存油液 散發(fā)熱量 沉淀雜質(zhì) 逸出空氣 結(jié)構(gòu)與分類 結(jié)構(gòu) 開式 整體式 分離式 閉式 利用主機(jī)的內(nèi)腔作為油箱 結(jié)構(gòu)緊湊 各處漏油易于回收 但增加了設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜性 維修不便 散熱條件不好 且會(huì)使主機(jī)產(chǎn)生熱變形 單獨(dú)設(shè)置 與主機(jī)分開 減少了油箱發(fā)熱和液壓源振對(duì)主機(jī)工作精度的影響 因此得到了普遍的采用 特別在精密機(jī)械上 4 1 吸油管2 濾油網(wǎng)3 蓋4 回油管5 上蓋6 油位計(jì)7 9 隔板8 放油閥 6 1油箱 5 6 1油箱 6 油箱的設(shè)計(jì) 油箱容積計(jì)算 經(jīng)驗(yàn)估算法 公式 V kqn低壓2 4mink中壓5 7min高壓6 12min 6 1油箱 經(jīng)驗(yàn)估算法 熱平衡計(jì)算法 7 熱平衡計(jì)算法 功率損失 P P 1 散熱量 QR kA t油箱散熱面積 A QR k t P k t P 1 k t當(dāng)油箱長(zhǎng) 寬 高之比為1 1 1或1 2 3時(shí) A 0 065 V2 對(duì)功率較大且連續(xù)工作的液壓系統(tǒng) 必要時(shí)還要進(jìn)行熱平衡計(jì)算 以此確定油箱容量 6 1油箱 8 油箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1基本結(jié)構(gòu) 應(yīng)有足夠的剛度和強(qiáng)度2吸 回和泄油管的設(shè)置 吸 回油管盡可能遠(yuǎn)3吸油口裝粗過(guò)濾器3防污密封4設(shè)置放油閥與液位計(jì)5清洗窗的設(shè)置6油溫控制 6 1油箱 9 1 泵的吸油管與系統(tǒng)回油管之間的距離應(yīng)盡可能遠(yuǎn)些 管口都應(yīng)插于最低液面以下 但離油箱底要大于管徑的2 3倍 以免吸空和飛濺起泡 吸油管端部所安裝的濾油器 離箱壁要有3倍管徑的距離 以便四面進(jìn)油 回油管口應(yīng)截成45 斜角 以增大回流截面 并使斜面對(duì)著箱壁 以利散熱和沉淀雜質(zhì) 2 在油箱中設(shè)置隔板 以便將吸 回油隔開 迫使油液循環(huán)流動(dòng) 利于散熱和沉淀 6 1油箱 10 3 設(shè)置空氣濾清器與液位計(jì) 空氣濾清器的作用是使油相箱與大氣相通 保證泵的自吸能力 濾除空氣中的灰塵雜物 有時(shí)兼作加油口 它一般布置在頂蓋上靠近油箱邊緣處 4 設(shè)置放油口與清洗窗口 將油箱底面做成斜面 在最低處設(shè)放油口 平時(shí)用螺塞或放油閥堵住 換油時(shí)將其打開放走油污 為了便于換油時(shí)清洗油箱 大容量的油箱一般均在側(cè)壁設(shè)清洗窗口 5 最高油面只允許達(dá)到油箱高度的80 油箱底腳高度應(yīng)在150mm以上 以便散熱 搬移和放油 油箱四周要有吊耳 以便起吊裝運(yùn) 6 1油箱 11 6 2管件 管件包括管道 管接頭和法蘭等 作用 保證油路的連通 并便于拆卸 安裝 根據(jù)工作壓力 安裝位置確定管件的連接結(jié)構(gòu) 與泵 閥等連接的管件應(yīng)由其接口尺寸決定管徑 種類 鋼管 紫銅管 橡膠管 管道的內(nèi)徑d和壁厚可采用下列兩式計(jì)算 并需圓整為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值 即 12 允許流速 推薦值為 吸油管為0 5 1 5m s 回油管為1 5 2m s 壓力油管為2 5 5m s 控制油管取2 3m s 橡膠軟管應(yīng)小于4m s n 安全系數(shù) 對(duì)于鋼管 p 7MPa時(shí) n 8 7MPa p 17 5MPa時(shí) n 6 p 17 5MPa時(shí) n 4 管道材料的抗拉強(qiáng)度 可由材料手冊(cè)查出 6 2管件 管徑過(guò)大 液壓裝置的結(jié)構(gòu)龐大 過(guò)小 管內(nèi)液體流速加大 系統(tǒng)壓力損失增加或產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲 影響正常工作 13 管道應(yīng)盡量短 最好橫平豎直 拐彎少 為避免管道皺折 減少壓力損失 管道裝配的彎曲半徑要足夠大 管道懸伸較長(zhǎng)時(shí)要適當(dāng)設(shè)置管夾 管道盡量避免交叉 平行管距要大于100mm 以防接觸振動(dòng) 并便于安裝管接頭 軟管直線安裝時(shí)要有30 左右的余量 以適應(yīng)油溫變化 受拉和振動(dòng)的需要 彎曲半徑要大于9倍軟管外徑 彎曲處到管接頭的距離至少等于6倍外徑 6 2管件 管件設(shè)計(jì)安裝要求 14 管接頭 管接頭是管道和管道 管道和其它元件 如泵 閥 集成塊等的可拆卸連接件 管接頭與其它元件之間可采用普通細(xì)牙螺紋連接或錐螺紋連接 6 2管件 固定鉸接接頭 15 按連接方式分 6 2管件 擴(kuò)口式管接頭 卡套式管接頭 焊接式管接頭 按通路數(shù)量和流向分 直通 彎管 三通 四通 應(yīng)滿足拆裝方便 連接牢固 密封可靠 外尺寸小 通油能大 壓力損失小以及工藝性好等要求 膠管管接頭 快速接頭 16 6 2管件 17 6 3蓄能器 蓄能器的作用 作輔助動(dòng)力源 某些系統(tǒng)的執(zhí)行元件是間歇?jiǎng)幼?總的工作時(shí)間很短 有些系統(tǒng)的執(zhí)行元件雖然不是間歇?jiǎng)幼?但在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi) 或一次行程內(nèi) 速度差別很大 在這種系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器后 即可采用一個(gè)功率較小的泵 以減小主傳動(dòng)的功率 使整個(gè)液壓系統(tǒng)的尺寸小 重量輕 價(jià)格便宜 功用 儲(chǔ)存能量 必要時(shí)釋放 主要作用表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 18 作緊急動(dòng)力源 吸收脈動(dòng) 降低噪聲 泵的脈動(dòng)流量會(huì)引起壓力脈動(dòng) 使執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度不均勻 產(chǎn)生振動(dòng) 噪聲等 在泵的出口處并聯(lián)一個(gè)反應(yīng)靈敏而慣性小的蓄能器 即可吸收流量和壓力的脈動(dòng) 降低噪聲 對(duì)于執(zhí)行元件長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)作 而要保持恒定壓力的系統(tǒng) 可用蓄能器來(lái)補(bǔ)償泄漏 使壓力恒定 對(duì)某些系統(tǒng)要求當(dāng)泵發(fā)生故障或停電時(shí) 執(zhí)行元件應(yīng)繼續(xù)完成必要的動(dòng)作時(shí) 需要有適當(dāng)容量的蓄能器作緊急動(dòng)力源 6 3蓄能器 19 吸收液壓沖擊 由于換向閥突然換向 液壓泵突然停車 執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)突然停止 甚至人為的需要執(zhí)行元件緊急制動(dòng)等原因 都會(huì)使管路內(nèi)的液體流動(dòng)發(fā)生急劇變化 而產(chǎn)生沖擊壓力 雖然系統(tǒng)中設(shè)有安全閥 但仍然難免產(chǎn)生壓力的短時(shí)劇增和沖擊 沖擊引起系統(tǒng)中的儀表 元件和密封裝置發(fā)生故障甚至損壞或者管道破裂 還會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的振動(dòng) 若在控制閥或液壓缸沖擊源之前裝設(shè)蓄能器 即可吸收和緩和這種沖擊 補(bǔ)充泄漏和保持恒壓 對(duì)于執(zhí)行元件長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)作 而要保持恒定壓力的系統(tǒng) 可用蓄能器來(lái)補(bǔ)償泄漏 從而使壓力恒定 6 3蓄能器 20 蓄能器的類型及特點(diǎn) 按結(jié)構(gòu)形式 彈簧式 重錘式 充氣式 活塞式 隔離式 氣囊式 隔膜式 非隔離式 6 3蓄能器 21 重錘式蓄能器 重物勢(shì)能 油壓儲(chǔ)油 重物勢(shì)能 油壓釋放能量 性能特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 容量大 工作過(guò)程中 無(wú)論油液進(jìn)出多少和快慢 均可獲得恒定的液體壓力 但結(jié)構(gòu)尺寸大而笨重 運(yùn)動(dòng)慣性大 反應(yīng)不靈敏 易漏油 有摩擦損失 工作原理 利用重物垂直位置變化來(lái)儲(chǔ)存 釋放液壓能 壓力取決于重物的重量和柱塞面積的大小 6 3蓄能器 22 彈簧式蓄能器 利用彈簧壓縮來(lái)儲(chǔ)存能量 壓力取決于彈簧的剛度和壓縮量 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 容量小 易內(nèi)泄并有壓力損失 不適于高壓和高頻動(dòng)作的場(chǎng)合 一般用于小流量 低壓 p 1 2MPa 循環(huán)頻率低的場(chǎng)合 6 3蓄能器 重物勢(shì)能油壓釋放能量 23 充氣式蓄能器 按氣體與液體是否接觸分為 非隔離式蓄能器 由于壓縮空氣直接與液壓油接觸 氣體容易混入油液 影響工作的穩(wěn)定性 這種蓄能器適用于大流量的低壓回路中 常用的隔離式蓄能器有活塞式和氣囊式兩種 非隔離式 直接接觸式 隔離式 6 3蓄能器 24 氣囊式蓄能器 利用氣體壓縮和膨脹儲(chǔ)存 釋放液壓能 氣囊3將液體和氣體隔開 提升閥4允許液體進(jìn)出蓄能器 而防止氣囊從油口擠出 充氣閥1只在為氣囊充氣時(shí)打開 蓄能器工作時(shí)該閥關(guān)閉 特點(diǎn) 體積小 重量輕 反應(yīng)靈敏 可吸收液力沖擊和脈動(dòng) 工作原理 氣壓油壓釋放能量 6 3蓄能器 25 6 3蓄能器 26 活塞式蓄能器 活塞式蓄能器結(jié)構(gòu) 工作原理 氣壓 油壓儲(chǔ)油 氣壓 油壓釋放能量 性能特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作可靠 安裝容易 維修方便 壽命長(zhǎng) 但因有摩擦 反應(yīng)不靈敏 容量較小 一般用于蓄能 6 3蓄能器 27 蓄能器容量計(jì)算 容量是選用蓄能器的依據(jù) 其計(jì)算視用途而異 現(xiàn)以氣囊式為例加以說(shuō)明 作蓄能使用時(shí)蓄能器容量的計(jì)算 蓄能器存儲(chǔ)和釋放的壓力油容量和氣囊中氣體體積的變化量相等 而氣體狀態(tài)變化應(yīng)符合氣體定律 p0V0n p1V1n p2V2n V V2 V1V0 V p2 p0 1 n 1 p2 p0 1 n 一般取p0 0 8 0 85 p2 6 3蓄能器 28 吸收沖擊時(shí)蓄能器的容量計(jì)算 V0 0 004qp2 0 0164L t p2 p1 吸收壓力脈動(dòng)時(shí)蓄能器的容量計(jì)算 V0 Vi 0 6k 6 3蓄能器 29 蓄能器的使用和安裝 1充氣式蓄能器中應(yīng)使用惰性氣體 一般為氮?dú)?2蓄能器一般應(yīng)垂直安裝 油口向下 3必須用支架或支板將蓄能器固定 且便于檢查 維修的位置 并遠(yuǎn)離熱源 4用作降低噪聲 吸收脈動(dòng)和沖擊的蓄能器應(yīng)盡可能靠近振源 5蓄能器與管路之間應(yīng)安裝截止閥 供充氣或檢修時(shí)用 與液壓泵之間應(yīng)安裝單向閥 防止油液倒流保護(hù)泵與系統(tǒng) 6搬運(yùn)和拆裝時(shí)應(yīng)排出壓縮氣體 注意安全 6 3蓄能器 30 6 3蓄能器 31 6 3蓄能器 32 功用 濾除油中雜質(zhì) 保持油液清潔 對(duì)過(guò)濾器的要求 1 滿足液壓系統(tǒng)過(guò)濾精度要求2 通流能力要大3 強(qiáng)度要高4 易于清洗和更換 便于拆裝與維護(hù) 6 4過(guò)濾器 濾油器 油液中的各種污染物 外部污染物 切屑 銹垢 橡膠顆粒 漆片 棉絲 內(nèi)部污染物 零件磨損的脫落物 油液因理化作用的生成物 33 過(guò)濾器的類型及特點(diǎn) 過(guò)濾精度指濾芯能夠?yàn)V除的最小雜質(zhì)顆粒的大小 以直徑d作為公稱尺寸表示 按精度可分為粗過(guò)濾器 d 100 普通過(guò)濾器 d 10 精過(guò)濾器 d 5 特精過(guò)濾器 d 1 各種液壓系統(tǒng)的過(guò)濾精度要求 6 4過(guò)濾器 濾油器 34 6 4過(guò)濾器 濾油器 35 過(guò)濾器的類型及特點(diǎn) 6 4過(guò)濾器 濾油器 濾油器的種類很多 主要類型有 機(jī)械式濾油器 網(wǎng)式濾油器 線隙式濾油器 片式濾油器 紙芯式濾油器 燒結(jié)式濾油器 磁性濾器 機(jī)械式濾油器主要靠過(guò)濾介質(zhì)阻擋雜質(zhì) 磁性濾油器則靠過(guò)濾介質(zhì)的磁性吸出油液中的鐵末 36 網(wǎng)式過(guò)濾器 特征 用金屬網(wǎng)包在支架上而成 一般裝在系統(tǒng)中泵入口處做粗濾 過(guò)濾精度為80 180 m 性能特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 清洗方便 通流能力大 壓降小 但過(guò)濾精度低 6 4過(guò)濾器 濾油器 37 線隙式過(guò)濾器 特征 特形金屬線纏繞在筒形芯架上 制成濾芯 利用線間間隙過(guò)濾雜質(zhì) 過(guò)濾精度為30 100 m 性能特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 過(guò)濾精度較高 通流能力大 但不易清洗 一般用于低壓回路或輔助回路 磁性過(guò)濾器 工作原理 利用磁鐵吸附油液中的鐵質(zhì)微粒 6 4過(guò)濾器 濾油器 38 金屬燒結(jié)式過(guò)濾器 特征 由顆粒狀錫青銅粉末壓制后燒結(jié)而成 利用顆粒之間的微小間隙過(guò)濾 性能特點(diǎn) 強(qiáng)度高 抗沖擊性能好 抗腐蝕性好 耐高溫 過(guò)濾精度高 制造簡(jiǎn)單 但易堵塞 難清洗 顆粒會(huì)脫落 一般用于精密過(guò)濾 6 4過(guò)濾器 濾油器 39 紙質(zhì)過(guò)濾器 特征 用微孔過(guò)濾紙折迭成星狀繞在骨架上形成 利用濾紙的微孔過(guò)濾 性能特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊 重量輕 過(guò)濾精度高 但通流能小 強(qiáng)度低 易堵塞 無(wú)法清洗 需經(jīng)常更換濾芯 特別適用于精濾 6 4過(guò)濾器 濾油器 40 磁性過(guò)濾器 工作原理 利用磁鐵吸附油液中的鐵質(zhì)微粒 濾芯由永久磁鐵制成 能吸住油液中的鐵屑 鐵粉 可帶磁性的磨料 常與其它型式濾心合起來(lái)制成復(fù)合式濾油器 對(duì)加工鋼鐵件的機(jī)床液壓系統(tǒng)特別適用 6 4過(guò)濾器 濾油器 41 過(guò)濾器的安裝 1安裝在吸油管路上作用 保護(hù)液壓泵 q 2qp p 0 01 0 035Mpa2安裝在壓油管路上作用 保護(hù)除泵和溢流閥以外的所有元件 p 0 35Mpa 強(qiáng)度足夠 且應(yīng)并聯(lián)一安全閥 3安裝在回油管路上4安裝在系統(tǒng)的分支旁油路 油管路上5單獨(dú)過(guò)濾系統(tǒng) 6 4過(guò)濾器 濾油器 42 過(guò)濾器安裝注意 一般過(guò)濾器只能單方向使用 即進(jìn)出油口不可反接 以利于濾芯清洗和安全 必要時(shí)可增設(shè)單向閥和過(guò)濾器 以保證雙向過(guò)濾 粗過(guò)濾器 精過(guò)濾器 磁性過(guò)濾器 帶旁通閥過(guò)濾器 6 4過(guò)濾器 濾油器 43 熱交換器功用 保證系統(tǒng)在正常工作溫度 30 800c 下工作 分類 冷卻器 散熱器 加熱器 最高不超過(guò)80 C 最低不低于15 C 如果液壓系統(tǒng)靠自然冷卻仍不能使油溫控制在上述范圍內(nèi)時(shí) 就須安裝冷卻器 反之 如環(huán)境溫度太低 無(wú)法使液壓泵啟動(dòng)或正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 就須安裝加熱器 6 5熱交換器 44 水冷式冷卻器 結(jié)構(gòu) 蛇形管式 多管式 翅片管式 冷卻器 按冷卻介質(zhì)分為 風(fēng)冷 水冷 氨冷 6 5熱交換器 45 6 5熱交換器 46 水冷式冷卻器特點(diǎn) 蛇形管式冷卻器效果較差 耗水量大 轉(zhuǎn)費(fèi)用高 但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 多管式冷卻器效果好 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 翅片管式冷卻器效果更好 但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜 水冷式冷卻器安裝方式 應(yīng)安裝在系統(tǒng)回油路或溢流閥溢流油路上 6 5熱交換器 47 風(fēng)冷式冷卻器 組成 油散熱器 風(fēng)扇也可用汽車上的散熱器代替 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺水或不便用水處皆可冷卻但冷卻效果較差 6 5熱交換器 48 冷卻器的安裝位置 不論哪一類的冷卻器 都應(yīng)安裝在壓力很低或壓力為零的管路上 這樣可防止冷卻器承受高壓且冷卻效果也較好 6 5熱交換器 49 加熱器 分類 蛇形管式 電加熱式 6 5熱交換器 50 電加熱器使用注意事項(xiàng) 1 水平安裝于油箱側(cè)面2 加熱部分全部侵入油內(nèi)3 功率不宜過(guò)高 以使油液老化 可在不同部位多裝幾個(gè)加熱器 6 5熱交換器 51 密封裝置功用 防止液壓油的泄漏 對(duì)密封裝置的要求 常見(jiàn)密封形式 1 間隙密封 2 密封圈密封 1 在工作壓力和一定的溫度范圍內(nèi) 應(yīng)具有良好的密封性能 并隨著壓力的增加能自動(dòng)提高密封性能 2 密封裝置和運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦力要小 摩擦系數(shù)要穩(wěn)定 3 抗腐蝕能力強(qiáng) 不易老化 工作壽命長(zhǎng) 耐磨性好 磨損后在一定程度上能自動(dòng)補(bǔ)償 4 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 使用 維護(hù)方便 價(jià)格低廉 6 6密封裝置 52 間隙密封 密封原理 利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件配合面之間的微小間隙來(lái)防止泄漏 間隙密封平衡槽作用 1 自動(dòng)對(duì)中心 減小摩擦力2 增大了泄漏阻力 減小了偏心量 提高了密封性能 3 儲(chǔ)存油液 自動(dòng)潤(rùn)滑 間隙密封特點(diǎn)應(yīng)用 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 摩擦阻力小 耐高溫 但泄漏較大 并且隨著時(shí)間的增加而增加 加工要求高 主要用于尺寸小 壓力低 速度高的液壓缸或各種閥 6 6密封裝置 53 密封圈密封 密封圈類型 O LX Y V型和組合式等 密封圈材料 耐油橡膠 尼龍 6 6密封裝置 54 O型密封圈 密封原理 利用密封圈的安裝變形來(lái)密封 特點(diǎn) 一般安裝在外圓或內(nèi)圓上截面為矩形的溝槽內(nèi)以實(shí)現(xiàn)密封 又 O型圈一般為橡膠制成運(yùn)動(dòng)密封 動(dòng) p 10Mpa 壓力高時(shí)32Mpa O型圈截面為圓形 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便 密封性能好 摩擦力小 6 6密封裝置 55 O型密