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文檔簡介

輔助元件【教學(xué)目標】通過本章的學(xué)習(xí),使讀者能過掌握車輛液壓傳動系統(tǒng)中各種油箱、濾油器、蓄能器、密封件、油管的工作原理、基本參數(shù)和結(jié)構(gòu)特性等方面的知識,并能合理設(shè)計和選用輔助元件。【教學(xué)要求】上一頁下一頁【導(dǎo)入案例】

在新一代的ZF公司8檔自動變速器中將集成一個液壓蓄能器。它可以提供車輛起步時變速器換檔元件所需的液壓油。配備起動/停止功能的車輛,其被關(guān)閉的發(fā)動機能更快速的啟動。發(fā)動機啟動后僅需350毫秒,車輛即可進行起步。有了支持起動/停止功能的液壓蓄能器,可以使燃料消耗降低5%。

圖6.1蓄能器在汽車變速器中的應(yīng)用液壓系統(tǒng)中除液壓泵、液壓缸、液壓馬達、液壓閥以外的其他各類組成元件,如油箱、濾油器、蓄能器、壓力表、密封件、油管等,統(tǒng)稱為輔助裝置(元件)。它們是液壓系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。

6.1蓄能器1.蓄能器的應(yīng)用1)短期大量供油

對于短時間內(nèi)需要大量壓力油的液壓系統(tǒng),采用蓄能器輔助供油可減小液壓泵容量,從而可減少發(fā)動機功率消耗和系統(tǒng)發(fā)熱。圖6.2所示液壓系統(tǒng),當(dāng)液壓缸停止工作時,液壓泵排出的壓力油儲存在蓄能器中;液壓缸工作時,蓄能器和液壓泵同時供油,使液壓缸快速運動。2)維持系統(tǒng)壓力

圖6.3所示是蓄能器用于夾緊油路中,當(dāng)系統(tǒng)達到夾緊壓力時液壓泵卸荷,靠蓄能器補償保持夾緊,圖中單向閥用來防止蓄能器壓力油向液壓泵回油。3)吸收沖擊壓力

圖6.4所示蓄能器裝在液壓泵出口處,可吸收液壓泵的脈動壓力以及泵、閥等液壓件突然啟停、換向引起的液壓沖擊。4)作應(yīng)急動力源

圖6.5中蓄能器作應(yīng)急動力源用。工作時壓力油推開液動二位二通閥,多余的壓力油進入蓄能器被儲存起來,當(dāng)液壓泵產(chǎn)生故障時靠蓄能器供油。這種作為能源用的蓄能器要有足夠大的容量。上一頁下一頁返回

圖6.2蓄能器用于短期供油圖6.3蓄能器用于夾緊系統(tǒng)

6.4蓄能器用于吸收沖擊壓力圖6.5蓄能器作應(yīng)急動力源

閱讀材料6-1

當(dāng)車輛行駛在不平坦的道路或軌道上時,會產(chǎn)生機械沖擊,損壞車身和底盤。蓄能器能吸收這些液壓沖擊。使用液-氣式懸掛系統(tǒng),可由液壓缸將機械沖擊轉(zhuǎn)化為液壓沖擊。如圖6.6所示。

圖6.6車輛油氣懸架示意圖使用液-氣式懸掛系統(tǒng)的好處:—減少事故風(fēng)險

—延長使用壽命

—允許運行于高速

—保持載荷處于要求位置

—減小材料負荷—降低運行費用2.蓄能器的種類蓄能器根據(jù)蓄能方式分為重力式、彈簧式、充氣式等幾種類型,應(yīng)用最多的是彈簧式、充氣式,這里僅介紹充氣式蓄能器。

1)活塞式蓄能器圖6.7a活塞l的上腔中充有高壓氣體,下腔與液壓系統(tǒng)管路相通。活塞隨蓄能器中油壓的增減在缸筒內(nèi)移動。這種蓄能器結(jié)構(gòu)簡單,油氣隔離,油液不易氧化又能防止氣體進入,工作可靠,壽命長;缺點是活塞有一定慣量,并在密封處有摩擦阻力。主要用來吸收沖擊壓力,用來蓄壓。

2)氣囊式蓄能器圖6.7b氣囊3用特殊耐油橡膠制成,固定在殼體2的上半部。氣體從氣門1充入,氣囊外面為壓力油。在蓄能器下部有一受彈簧力作用的提升閥,它的作用是防止油液全部排出時氣囊脹出殼體之外。這種蓄能器的優(yōu)點是氣囊的慣性小,因而反應(yīng)快,容易維護,質(zhì)量輕,尺寸小,安裝容易;缺點是氣囊制造困難。3)氣瓶式蓄能器圖6.7c這是一種直接式接觸式蓄能器。其結(jié)構(gòu)如圖。2腔內(nèi)盛油液,l腔中充有高壓氣體。這種蓄能器容量大,體積小,慣性小,反應(yīng)靈敏。缺點是但是氣體容易混入油液中,使油液的可壓縮性增加,并且耗氣量大,必須經(jīng)常補氣。上一頁下一頁返回3.蓄能器容量計算1)儲存能量時容量計算方法。由氣體定律可知

=常數(shù)

(6-1)其中——蓄能器容量(供油前蓄能器氣體體積);

——壓力為p1時氣體容積(即蓄能器充油后氣體的體積);

——壓力為P2時氣體容積(即蓄能器排油后氣體的體積);

——最高工作壓力;

——最低工作壓力;

——充氣壓力(供油前蓄能器充氣壓力);

——指數(shù),當(dāng)蓄能器用于保持系統(tǒng)壓力、補償泄漏時,它釋放能量的速度緩慢,認為氣體在等溫下工作,取n=1;當(dāng)蓄能器用來大量供應(yīng)油液時,它釋放能量速度是迅速的,可認為氣體在絕熱條件下工作,取n=1.4。上一頁下一頁返回

a)b)c)

圖6.7蓄能器a)活塞式蓄能器b)氣囊式蓄能器c)氣瓶式蓄能器

從上面公式中可看出,當(dāng)工作壓力從p1降為p2時,蓄能器排出的油量

(6-2)上一頁下一頁返回理論上p0=p2,由于系統(tǒng)中有泄漏,為了保證系統(tǒng)壓力為p2時蓄能器還可能補償泄漏,取p2=(0.8-0.85)p0。2)吸收液壓沖擊時蓄能器容量計算。常用下述經(jīng)驗計算公式:

(6-3)其中——蓄能器容量;

——閥口關(guān)閉前管內(nèi)流量(L/min);

——閥口由開到關(guān)閉持續(xù)時間(s);

——閥口關(guān)閉前的工作壓力(bar);

——閥口關(guān)閉后允許的最大沖擊壓力(bar)(一般可取p2=1.5p1);

L——發(fā)生沖擊的管子長度,即液壓油源到閥口的長度(m)。

3)吸收液壓泵脈動壓力時蓄能器容量計算。常用以下經(jīng)驗公式

(6-4)上一頁下一頁返回式中——泵的每轉(zhuǎn)排量,L/r;

——排量變化率,Δq是超過平均排量的過剩排出量L;

——液壓泵的壓力脈動率();

——液壓泵的壓力脈動(bar);

——液壓泵的工作壓力(bar)。上一頁下一頁返回6.2濾油器灰塵,鐵屑等臟物侵入油箱,以及由于零件的磨損、裝配時元件及油管中殘留物(切屑、氧化皮等)和油液氧化變質(zhì)析出物等混在油路系統(tǒng)中,導(dǎo)致相對運動零件的劃傷、磨損甚至卡死,或者堵塞節(jié)流閥和管道小孔,所以必須對油液進行過濾。一般對過濾器的基本要求是:①較好的過濾能力,即能阻擋一定尺寸以上的機械雜質(zhì);②通油性能好,即油液全部通過時不致引起過大的壓力損失;③過濾材料耐腐蝕,在一定溫度下工作有足夠的耐久性;④濾油器有足夠的機械強度,容易清洗,便于更換濾芯。濾油器精度分四級:粗濾油器(濾去雜質(zhì)直徑大于0.1mm);普通濾油器(濾去雜質(zhì)直徑等于0.1~0.0lmm);精濾油器(濾去雜質(zhì)直徑等于0.01~0.005mm);特精濾油器(濾去雜質(zhì)直徑等于0.005~0.001mm)。上一頁下一頁返回閱讀材料6-2

濾油器是從流體中分離固態(tài)顆粒的設(shè)備。用于分離液體中的固態(tài)顆粒或氣體中的塵埃的過濾器,是由纖維或細小過濾顆粒組成的。表6-1為不同傳動介質(zhì)的過濾要求。

表6-1不同傳動介質(zhì)的過濾要求1.濾油器的類型

1)網(wǎng)式濾油器(見圖6.8)這是一種銅絲網(wǎng)為過濾材料構(gòu)成的,一般裝在液壓泵系統(tǒng)的吸油管路入口處,避免吸入較大的雜質(zhì),以保護液壓泵。結(jié)構(gòu)簡單,通過性能好,但過濾精度低。也可以用較密的銅絲網(wǎng)或多層銅網(wǎng)做成過濾精度較高的過濾器,裝在壓油管路中使用,如用于調(diào)速閥的入口處。

2)線隙式濾油器(見圖6.9)線隙式濾油器是用銅線或鋁線繞在筒形芯架上,利用線間縫隙過濾油液,主要用于壓油管路中。若用于液壓泵吸油口,則只允許通過它的額定流量的2/3~1/2,以免泵的吸油口壓力損失過大。這種過濾器結(jié)構(gòu)簡單,過濾精度較高,但過濾材料強度較低,不易清洗。

3)金屬燒結(jié)式濾油器(見圖6.10)燒結(jié)式濾油器的濾芯是用青銅粉壓制后燒結(jié)而成,具有杯狀、管狀、碟狀和板狀等形狀,靠其粉末顆粒間的間隙微孔濾油。選擇不同粒度的粉末能得到不同的過濾精度,目前常用的過濾精度一般為0.01~0.1mm。這種過濾器的強度大,抗腐蝕性好,制造簡單,適合做精過濾,是一種使用日趨廣泛的精濾油器。缺點是清洗比較困難,如有顆粒脫落會影響過濾精度,最好與其他過濾器配合使用。上一頁下一頁返回4)紙芯濾油器(見圖6.11)這種濾油器的濾芯一般采用機油微孔濾紙制成,如圖6.11所示的形狀。紙芯1做成折疊形是為了增加過濾面積。紙芯繞在帶孔的鍍錫鐵皮骨架2上,以支撐紙芯免被壓力油壓破。這種濾油器的過濾精度超過0.005mm,是精濾油器。缺點是紙芯易堵塞,無法洗清,需經(jīng)常換紙芯。

圖6.8網(wǎng)式濾油器

圖6.9線式隙濾油器

圖6.10金屬燒結(jié)式濾油器上一頁下一頁返回圖6.11紙芯濾油器5)磁性濾油器磁性濾油器靠磁性材料把混在油中的鐵屑、鑄鐵粉之類的雜質(zhì)吸住,過濾效果好。這種濾油器常與其他種類的濾油器配合使用。2.濾油器的選用選用濾油器時應(yīng)考慮以下三個問題:1)濾孔尺寸濾芯的濾孔尺寸可根據(jù)過濾精度或過濾比的要求來選取。2)通過能力濾芯應(yīng)有足夠的通流面積。通過的流量愈高,則要求通流面積愈大。一般可按要求通過的流量,由樣本選用相應(yīng)的規(guī)格的濾芯。上一頁下一頁返回3)耐壓包括濾芯的耐壓以及殼體的耐壓。這主要靠設(shè)計時的濾芯有足夠的通流面積,使濾芯上的壓降足夠小,以避免濾芯被破壞。當(dāng)濾芯堵塞時,壓降便增加,故要在濾油器上裝置安全閥或發(fā)訊裝置報警。必須注意濾芯的耐壓與濾油器的使用壓力是兩回事。當(dāng)提高使用壓力時,只需考慮殼體(以及相應(yīng)的密封裝置)是否能承受,而與濾芯的耐壓無關(guān)。3.濾油器的安裝1)安裝在泵吸油路上如圖6.12所示。在泵吸油路上安裝濾油器可保護液壓系統(tǒng)所有元件,但由于泵的吸油口一般不允許有較大阻力,因此只能安裝網(wǎng)孔較大的濾油器,過濾精度低,而且液壓泵磨損產(chǎn)生的顆粒仍將進入系統(tǒng)內(nèi),結(jié)果這種安裝方式主要起保護液壓泵的作用。近來也有在某些自吸能力強而要求較高的液壓泵的吸油口處安裝較細濾油器的趨勢,從而在系統(tǒng)中其他地方可不必再安裝濾油器。上一頁下一頁返回

圖6.12濾油器的布置上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回2)安裝在壓油路上

這種安裝方法對泵以外的元件都有保護作用,但是濾油器在壓力作用下,必須有足夠的強度,因而濾油器質(zhì)量加大??膳c濾油器并聯(lián)一個旁通閥或堵塞指示器,以提高安全性。3)安裝在回油路上

這種安裝方法可降低對濾油器的強度要求,但只能經(jīng)常清除油中雜質(zhì),不能保證雜質(zhì)不進入系統(tǒng)。4)安裝在旁路上

主要裝在溢流閥的回油路上,這時不是所有的油量都通過濾油器,這樣可降低濾油器的流量,但不能保證雜質(zhì)不進入系統(tǒng)。

在液壓系統(tǒng)中為獲得好的過濾效果,上述幾種安裝方法經(jīng)常綜合起來采用。特別是在一些重要元件(如伺服閥、節(jié)流閥)的前面,單獨安裝一個精濾油器來保證它們的正常工作。6.3油箱油箱的作用是保證供給系統(tǒng)充分的工作油液,同時具有沉淀油液中的污物、逸出油中空氣和散熱作用。通常油箱的有效容積取為液壓泵每分鐘流量的3~6倍。油箱分總體式和分離式兩種。總體式油箱利用設(shè)備內(nèi)腔作油箱??傮w式油箱結(jié)構(gòu)緊湊,但散熱不利。分離式油箱是設(shè)置一個與設(shè)備分開的油箱,這是常用的一種油箱。圖6.13為分離式油箱的結(jié)構(gòu)簡圖。圖中1為吸油管,4為回油管,中間有兩個隔板7和9,隔板7用作阻擋沉淀物進入吸油管,隔板9用來阻擋泡沫進入吸油管,油閥8為定期釋放沉淀物用,濾油網(wǎng)2用作加油口,6是油面指示器。徹底清洗油箱時可將上蓋5卸開。油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意幾個問題:①油箱要有足夠的剛度和強度。油箱一般用2.5~4mm的鋼板焊接而成,尺寸高大的直油箱要加焊角板、筋條以增加剛度。泵和電機直立安裝時,振動一般比橫放安裝時要好。上一頁下一頁返回

②吸油管和回油管之間的距離應(yīng)盡量遠些,最好用隔板隔開兩管,以增加油液循環(huán)流動距離,使油液有足夠長的時間放出氣泡和沉淀雜質(zhì)。隔板高度約為最低油面高度的2/3。圖6.13油箱結(jié)構(gòu)簡圖1—吸油管;2—濾油網(wǎng);3—注油口;4—回油管;5—上蓋;6—油面指示器;7,9—隔板;8—油閥;吸油管離油箱底面的距離應(yīng)不小于管徑的兩倍,距油箱側(cè)面應(yīng)不小于管徑的三倍,以使油流暢通?;赜凸軕?yīng)插入最低油面以下,以防回油沖入油液使油中混入氣泡?;赜凸芄芏饲谐?5°,以增大排油口面積,排油口應(yīng)面向箱壁,利于散熱。泄油管不應(yīng)插入油中,以免增大元件泄漏腔處的背壓。吸油管入口處最好裝粗濾油器,它的額定通過流量應(yīng)為液壓泵流量的兩倍以上。液壓泵的安裝要正確。液壓泵軸通常不應(yīng)該承受徑向荷載,故液壓泵常用電機直接通過彈性聯(lián)軸節(jié)傳動,不同心度不能過大,以免增加泵軸的額外荷載引起噪音。為了避免氣蝕,一般規(guī)定液壓泵吸油口距離油面高度不大于0.5m。使用時還必須注意泵的轉(zhuǎn)向及吸、排油口方向。6.4管道元件及密封1.油管液壓系統(tǒng)中使用的油管,有鋼管、銅管、尼龍管、橡膠軟管和塑料管等。鋼管、銅管和尼龍管屬硬管,用于連接相對位置不變的固定元件。鋼管能承受高壓,但不能任意彎曲,常用于裝配方便的壓力管道處。銅管彎曲方便,便于裝配,但不能承受高壓。尼龍管耐壓可達2.5MPa,在油中加熱到160~170℃后可任意彎曲,常用作回油路。橡膠管、塑料管屬軟管,用于兩個相對運動元件之間的連接。橡膠管分高壓和低壓兩種。高壓橡膠管是在橡膠管中間加一層或幾層編織鋼絲而成。低壓橡膠管則以編織棉、麻線代替編織鋼絲,多用于低壓回油管道。軟管彎曲半徑應(yīng)大于9倍外徑,至少應(yīng)在離接頭6倍直徑處彎曲,因此軟管所占空間大。在液壓缸和調(diào)速閥間不宜接軟管,否則運動部件容易產(chǎn)生爬行。軟管長度一般應(yīng)有富裕,接上后應(yīng)避免油管受拉或扭,如圖6.14a、b所示;接頭處應(yīng)避免油管受彎,如圖6.14c、d所示;可將油管縛在一個可彎曲的薄鋼板上,使油管質(zhì)量由鋼板承受,如圖6.14e所示。上一頁下一頁返回圖6.14軟管連接2.管接頭管接頭種類很多,按接頭的通路分:有直通、角通和四通等;按管接頭與液壓件連接方式分:有螺紋式、法蘭式等;按油管與管接頭的連接方式分:有焊接式、卡套式、擴口式、快換式等。焊接式管接頭如圖6.15a所示,它用于鋼管連接中。這種管接頭結(jié)構(gòu)簡單,連接牢固。缺點是裝配時球形接頭1需與油管焊接??ㄌ资焦芙宇^如圖6.15b所示,也用在鋼管連接中,利用卡套2卡住油管1進行密封,軸向尺寸要求不嚴,裝拆簡便,不需要事先焊接或擴口。要用精度高的冷拔無縫鋼管作油管。擴口式管接頭如圖6.15c所示,適用于銅管和薄壁鋼管。它利用油管l管端的擴口在管套2的壓緊下進行密封,結(jié)構(gòu)簡單,裝拆方便,但承壓能力較低。快換式管接頭如圖6.15d所示。這種管接頭能快速裝拆,適用于經(jīng)常裝拆的地方。圖中為油路接通時的情況,外套6把鋼球8壓入槽底使件10和件2連接起來。單向閥閥芯4和11互相擠緊頂開,使油路接通。當(dāng)需拆開時,可用力把外套向左推,同時拉出接頭體10,管路就斷開了。與此同時,單向閥閥芯4

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