第5章 液壓輔助元件課件

第5章液壓輔助元件

液壓輔助元件有蓄能器、過濾器、油箱、熱交換器、密封裝置、管件和管接頭、壓力計(jì)等。從液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理來看這些元件起輔助作用，但從保證液壓系統(tǒng)能夠正常、可靠、有效地工作的觀點(diǎn)出發(fā)，這些元件又是十分重要和必不可少的。

本章主要內(nèi)容為：1第5章液壓輔助元件5.1蓄能器5.1.1蓄能器的作用

蓄能器的作用是將液壓系統(tǒng)中的能量儲存起來，在需要時(shí)重新釋放出來。

（1）作輔助動(dòng)力源

某些液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件是間歇?jiǎng)幼?，總的工作時(shí)間很短，有些液壓系統(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。這些系統(tǒng)設(shè)置蓄能器后，在系統(tǒng)不需要大流量時(shí)，可以把液壓泵輸出的多余的壓力油儲存在蓄能器內(nèi)，等到需要時(shí)再由蓄能器快速向系統(tǒng)釋放，這樣就可以減小液壓泵的容量以及電動(dòng)機(jī)的功率消耗。2第5章液壓輔助元件3第5章液壓輔助元件（2）補(bǔ)充泄漏和保持恒壓

對于執(zhí)行元件長時(shí)間不動(dòng)作，而要保持恒定壓力的系統(tǒng)，可用蓄能器來補(bǔ)償泄漏，從而使壓力恒定；在液壓泵卸荷停止向系統(tǒng)提供油液的情況下，蓄能器所存儲的壓力油液向系統(tǒng)補(bǔ)充，使系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)保持一定的壓力。4第5章液壓輔助元件

液壓系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，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，都會使管路內(nèi)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)設(shè)有安全閥，但仍然難免產(chǎn)生壓力的短時(shí)劇增從而造成沖擊。這種沖擊壓力往往引起系統(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，此外還會使系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的振動(dòng)。若在控制閥或液壓缸沖擊源之前設(shè)置蓄能器，就可以吸收和緩和這種液壓沖擊。（3）吸收液壓沖擊5第5章液壓輔助元件（4）作為緊急動(dòng)力源某些工況要求液壓系統(tǒng)在液壓泵突然發(fā)生故障、或突然停電等導(dǎo)致液壓系統(tǒng)不能向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供壓力油時(shí)，執(zhí)行元件仍需完成必要的動(dòng)作或供應(yīng)必要的壓力油，例如，為了安全起見，液壓缸的活塞缸必須內(nèi)縮到缸體內(nèi)。這種場合需要有適當(dāng)容量的蓄能器作為緊急動(dòng)力源。6第5章液壓輔助元件（5）消除脈動(dòng)、降低噪聲

液壓泵，尤其是柱塞泵和齒輪泵，當(dāng)其柱塞或齒輪數(shù)較少時(shí)，其液壓系統(tǒng)中的流量或壓力脈動(dòng)很大，以致影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度的均勻性或使液壓控制形同的性能變差。嚴(yán)重的壓力脈動(dòng)會引起振動(dòng)、噪聲和事故。若在泵出口安裝蓄能器，則可使脈動(dòng)降低到最小限度，從而使對振動(dòng)敏感的儀表、管路接頭、控制閥的事故減少，并降低噪聲。7第5章液壓輔助元件（6）作液體補(bǔ)充裝置用在封閉的液壓系統(tǒng)中，蓄能器可以有效地作為一個(gè)液體補(bǔ)充裝置。例如，可以用蓄能器補(bǔ)充液壓缸有桿端和無桿端之間體積之差。當(dāng)液壓缸的活塞桿被很大的外力驅(qū)動(dòng)內(nèi)縮時(shí)，無桿腔的油液經(jīng)節(jié)流閥擠向液壓缸有桿腔（采用節(jié)流閥是為了減慢活塞桿的運(yùn)動(dòng)，防止行程終點(diǎn)的沖擊）。由于活塞兩端有效作用面積不相等，活塞向下移動(dòng)時(shí)，無桿腔排出的油液多于有桿腔需要的油液。設(shè)置蓄能器就可使多余的油液流入蓄能器并建立一定的壓力。當(dāng)外負(fù)載從活塞桿去掉后，蓄能器放出它所儲存的能量而使活塞桿外伸。通過向系統(tǒng)放液，蓄能器液壓缸無桿腔補(bǔ)油。

8第5章液壓輔助元件（7）輸送異性液體、有毒氣體等利用蓄能器內(nèi)的隔離件（隔膜、氣囊或活塞）將被輸送的異性液體隔開，通過隔離件的往復(fù)動(dòng)作傳遞給異性液體。

9第5章液壓輔助元件2蓄能器的分類圖4.6蓄能器的結(jié)構(gòu)形式a－重力式；b－彈簧式；c－活塞式；d－皮囊式；e－薄膜式10第5章液壓輔助元件2蓄能器的分類11第5章液壓輔助元件2蓄能器的分類12第5章液壓輔助元件

活塞式蓄能器中的氣體和油液由活塞隔開?；钊?的上部為壓縮空氣，活塞1隨下部壓力油的儲存和釋放而在缸筒2內(nèi)來回滑動(dòng)。這種蓄能器活塞有一定的慣性，和O形密封圈存在較大的摩擦力，所以反應(yīng)不夠靈敏。5章動(dòng)畫\柱塞式蓄能器.avi圖4.7活塞式蓄能器（1）活塞式蓄能器動(dòng)畫13第5章液壓輔助元件

皮囊式蓄能器中氣體和油液用氣囊隔開。氣囊用耐油橡膠制成，內(nèi)充入惰性氣體，殼體下端的提升閥能防止皮囊膨脹擠出油口。5章動(dòng)畫\皮囊式蓄能器.avi

圖4.8皮囊式蓄能器

殼體

皮囊

充氣閥

提升閥

（2）囊式蓄能器動(dòng)畫14第5章液壓輔助元件

（3）重力式蓄能器重力式蓄能器主要用冶金等大型液壓系統(tǒng)的恒壓供油，其缺點(diǎn)是反應(yīng)慢，結(jié)構(gòu)龐大，現(xiàn)在已很少使用。（4）彈簧式蓄能器彈簧式蓄能器利用彈簧的彈性來儲存、釋放壓力能，它的結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)靈敏，但容量小，可用于小容量、低壓回路起緩沖作用，不適用于高壓或高頻的工作場合。

工程上廣泛應(yīng)用的是活塞式和氣囊式兩種蓄能器。15第5章液壓輔助元件5.1.3蓄能器的參數(shù)計(jì)算與選擇

蓄能器壓力技術(shù)參數(shù)主要有充氣壓力p0、最高工作壓力p2和最低工作壓力p1。

（1）蓄能器最低工作壓力的確定蓄能器的最低工作壓力應(yīng)能滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最大負(fù)載工作時(shí)所需壓力?？砂聪率接?jì)算：16第5章液壓輔助元件（2）蓄能器最高工作壓力的確定蓄能器最高工作壓力的確定，既要考慮到蓄能器壽命，還要考慮到能適當(dāng)增加有效排油量；系統(tǒng)壓力又不至于過高，且相對穩(wěn)定。常用的經(jīng)驗(yàn)公式為：17第5章液壓輔助元件（3）蓄能器的充氣壓力的確定①用于蓄能的蓄能器（包括用作輔助動(dòng)力源、泄漏補(bǔ)償、緊急動(dòng)力源等）充氣壓力的確定這種蓄能器充氣壓力的確定首先應(yīng)考慮使蓄能器體積最小，而單位體積的蓄能器的儲能量最大，然后考慮其壽命，盡量延長壽命期。目前常用的經(jīng)驗(yàn)公式有：對于氣囊式蓄能器：折合性氣囊一般?。翰y行氣囊一般取：18第5章液壓輔助元件19第5章液壓輔助元件

對于隔膜式蓄能器：或?qū)τ跉庖褐苯幼饔檬叫钅芷鳎?/p>

對于活塞式蓄能器：

20第5章液壓輔助元件2)用于吸收液壓沖擊的蓄能器充氣壓力的確定這種蓄能器的充氣壓力應(yīng)等于蓄能器設(shè)置點(diǎn)的工作壓力（既蓄能器最低工作壓力）。即：（5.9）3)用于消除液壓泵脈動(dòng)、降低噪聲用的蓄能器充氣壓力的確定或（5.10）式中：pm是蓄能器設(shè)置點(diǎn)脈動(dòng)的平均壓力，21第5章液壓輔助元件5.1.3.2容積的計(jì)算(1)作輔助動(dòng)力源時(shí)的容量計(jì)算

當(dāng)蓄能器作動(dòng)力源時(shí)，蓄能器儲存和釋放的壓力油容量和皮囊中氣體體積的變化量相等，而氣體狀態(tài)的變化遵守玻義耳定律，即（5-11）—皮囊的充氣壓力—皮囊充氣體積，此時(shí)皮囊充滿殼體內(nèi)腔，故亦即蓄能器容量—系統(tǒng)最低工作壓力，即蓄能器向系統(tǒng)供油結(jié)束時(shí)的壓力—?dú)饽遗蛎浐笙鄳?yīng)于P1時(shí)的氣體體積—系統(tǒng)最高工作壓力，即泵對蓄能器充油結(jié)束時(shí)的壓力—被壓縮后相應(yīng)于P2時(shí)的氣體體積式中：22第5章液壓輔助元件

體積差為供給系統(tǒng)油液的有效體積，將它代入式（5-11），使可求得蓄能器容量，即由式(5.12)，便可求得蓄能器容積V0

23第5章液壓輔助元件

充氣壓力P0在理論上可與P2相等，但是為保證在P2時(shí)蓄能器仍有能力補(bǔ)償系統(tǒng)泄漏，則應(yīng)使p0<p1

，一般取P0=(0.8~0.85)p1。

當(dāng)蓄能器用于保壓時(shí)，氣體壓縮過程緩慢，與外界熱交換得以充分進(jìn)行，可認(rèn)為是等溫變化過程，這時(shí)取n=1；而當(dāng)蓄能器作輔助或應(yīng)急動(dòng)力源時(shí)，釋放液體的時(shí)間短，熱交換不充分，這時(shí)可視為絕熱過程，取n=1.4。24第5章液壓輔助元件(2)用來吸收沖擊用時(shí)的容量計(jì)算

當(dāng)蓄能器用于吸收沖擊時(shí)，一般按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算緩沖最大沖擊力時(shí)所需要的蓄能器最小容量，即（4.4）式中：—允許的最大沖擊（MPa）—閥口關(guān)閉前管內(nèi)壓力（MPa）—用于沖擊的蓄能器的最小容量(L)L—發(fā)生沖擊的管長，即壓力油源到閥口的管道長度()T—閥口關(guān)閉的時(shí)間()，實(shí)然關(guān)閉時(shí)取t=025第5章液壓輔助元件26第5章液壓輔助元件5.2過濾器5.2.1液壓介質(zhì)的污染組成液壓系統(tǒng)的元件在制造、儲存、安裝、跑和、正常運(yùn)行和維修過程會產(chǎn)生污染物。這些污染物可以分為以下五類：1.殘留污染物液壓元件在制造、儲存、運(yùn)輸、安裝過程中帶入的砂粒、鐵屑、磨料、焊渣、銹片和灰塵，雖經(jīng)清洗，但可能未清洗干凈而殘留下來。2.生成污染物（1）液壓油氧化變質(zhì)析出物液壓系統(tǒng)工作時(shí),因壓力損失而消耗的能量全部轉(zhuǎn)化為熱量，使系統(tǒng)溫度升高。當(dāng)液壓油處于高溫時(shí)，一方面空氣中的氧分子引起油液氧化，生成有機(jī)酸，對金屬表面起腐蝕作用；另一方面，油液氧化析出粘滯物和浸漆物。27第5章液壓輔助元件

（2）液壓油中混入水分和空氣多數(shù)液壓油中含有微量的水分，過多的含水量會使液壓油乳濁化，使其潤滑性能下降，對液壓油的氧化起觸媒作用，加劇污垢集積。同時(shí)，混入液壓油的空氣還會增加油液的氧化作用，并引起系統(tǒng)的振動(dòng)、爬行和氣蝕。（3）元件磨損、損壞生成的污染物液壓元件工作時(shí)，運(yùn)動(dòng)件之間的金屬與金屬、金屬與密封材料的磨損顆粒以及液流沖刷下的軟管膠料、過濾材料脫落的顆粒和纖維、剝落的油漆皮生成污染物。28第5章液壓輔助元件3.侵入污染物液壓系統(tǒng)在工作時(shí)，周圍環(huán)境中的污染物通過一切可能的侵入點(diǎn)，如外露的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞桿、油箱的進(jìn)氣孔、注油孔等侵入系統(tǒng)。4.微生物微生物也可能像其他微小顆粒一樣侵入液壓介質(zhì)，如果不加以阻止，微生物將繁殖生長并表現(xiàn)為粘滯物，污染油液。5.逃脫污染物逃脫污染物指通過過濾器附近潛在的液流通道（如密封不嚴(yán)的溢流閥或旁通閥及濾材的裂口等），以及當(dāng)被截留顆粒上的粘性拖曳力大于過濾器纖維表面的吸附力從而進(jìn)入系統(tǒng)的污染物。29第5章液壓輔助元件過濾器按過濾精度分為粗過濾器和精過濾器兩大類，其職能符號如圖5.5所示，其中精過濾器分為普通、精、特精三級。

5.2.2過濾器的種類30第5章液壓輔助元件（1）網(wǎng)式過濾器如圖5.6所示，網(wǎng)式濾芯是在周圍開有很多孔的金屬骨架1上，包著一層或兩層銅絲網(wǎng)2，過濾精度由網(wǎng)孔大小和層數(shù)決定。網(wǎng)式濾芯結(jié)構(gòu)簡單，清洗方便，通油能力大，過濾精度低，常作為吸油過濾器。

1按濾芯的結(jié)構(gòu)分類

31第5章液壓輔助元件線隙式過濾器如圖5.7所示，由銅線或鋁線密繞在筒形骨架的外部來組成濾芯，油液經(jīng)線間間隙和筒形骨架槽孔匯入濾芯內(nèi)，再從上部孔道流出。這種過濾器結(jié)構(gòu)簡單，通油能力大，過濾效果好，多作為回油過濾器。

圖4.2線隙式濾油器

（2）線隙式濾油器32第5章液壓輔助元件3）紙質(zhì)過濾器紙質(zhì)濾芯，結(jié)構(gòu)同于線隙式。紙質(zhì)濾芯過濾精度可達(dá)5～30，可在32MPa的高壓下工作。它結(jié)構(gòu)緊湊，通油能力大，在配備殼體后用作壓力油的過濾；其缺點(diǎn)是無法清洗，需經(jīng)常更換濾芯。濾芯由三層組成，外層2為粗眼鋼板網(wǎng)，中層3為折疊成星狀的濾紙，里層4由金屬絲網(wǎng)與濾紙折疊而成。為了保證過濾器能正常工作，不致因雜質(zhì)逐漸聚集在濾芯上引起壓差增大而損壞濾芯，過濾器頂部裝有阻塞狀態(tài)發(fā)訊裝置1，當(dāng)濾芯逐漸阻塞時(shí)，壓差增大，感應(yīng)活塞推動(dòng)電氣開關(guān)并接通電路，發(fā)出阻塞報(bào)警信號，提醒操作人更換濾芯。

33第5章液壓輔助元件

圖4.4燒結(jié)式濾油器（4）燒結(jié)式濾油器濾芯可按需要制成不同的形狀，選擇不同粒度的粉末燒結(jié)成不同厚度的濾芯，其過濾精度范圍在10～100μm之間。過濾精度較高，濾芯的強(qiáng)度高，抗沖擊性能好，能在較高溫度下工作，有良好的抗腐蝕性，且制造簡單，可以安裝在不同的位置。

34第5章液壓輔助元件按照過濾機(jī)理分表面型：網(wǎng)式、線隙式深度型：紙芯式、燒結(jié)式吸附型：磁性

磁性過濾器的工作原理就是利用磁鐵吸附油液中的鐵質(zhì)微粒。但一般的磁性過濾器對其他非鐵質(zhì)污染物不起作用，通常作為回油過濾或輔助其他形式的過濾器濾除油液中的磁性顆粒污染物。（5）磁性濾油器35第5章液壓輔助元件2按過濾器的安裝位置分類（1）油箱加油口或通氣口用過濾器（即空氣濾清器）（2）吸油管路用過濾器（3）回油管路用過濾器（4）壓油管路用過濾器這四類過濾器中第1類為粗過濾器，第3、4類過濾器為精過濾器，第2類可以是粗或精過濾器。36第5章液壓輔助元件5.2.3過濾器的選擇根據(jù)液壓系統(tǒng)對過濾器的基本要求，選擇過濾器時(shí)應(yīng)考慮以下性能：（1）要有足夠的過濾精度。過濾精度是指油液通過過濾器時(shí)濾芯能夠?yàn)V除的雜質(zhì)的最小顆粒的公稱尺寸大小。這里需要補(bǔ)充的是，此最小顆粒的過濾效率應(yīng)大于95%。不同結(jié)構(gòu)形式的過濾器的過濾精度不同，選擇過濾器時(shí)應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的實(shí)際需要進(jìn)行。過濾器對某一尺寸的顆粒（雜質(zhì)）的過濾效率定義為：

37第5章液壓輔助元件系統(tǒng)類別潤滑傳動(dòng)系統(tǒng)伺服工作壓力(MPa)0~2.5

1414~32

32

21精度d(

m)

10025~50

25

10

5表4.1 各種液壓系統(tǒng)的過濾精度要求38第5章液壓輔助元件（2）有足夠的通流能力通流能力是指在一定壓降和過濾精度下允許通過過濾器的最大流量。不同類型的過濾器可通過的流量有一定的限制，需要時(shí)可查閱相關(guān)樣本和手冊。（3）工作壓力和允許壓力降不同結(jié)構(gòu)形式的過濾器允許的工作壓力不同，因此選擇過濾器時(shí)應(yīng)考慮它的最高工作壓力。由于過濾器是利用濾芯上的無數(shù)小孔和微小間隙來濾除混在液壓油中的雜質(zhì)，因此液壓油通過濾芯時(shí)必然有壓力降產(chǎn)生。壓力降的大小與油液的流量和粘度及混入油液的雜質(zhì)數(shù)量有關(guān)。當(dāng)過濾器使用一段時(shí)間后，被過濾器阻擋的雜質(zhì)將逐漸堵塞濾芯，從而使過濾器的壓力降增大。為此，對過濾器都有一個(gè)最大允許壓力降的限制值，以保證濾芯不受破壞或系統(tǒng)的壓力損失不致過高。（4）濾芯便于清洗和更換39第5章液壓輔助元件5.2.4過濾器的安裝（1）泵入口的吸油過濾器

粗濾油器用來保護(hù)泵，使其不致吸入較大的機(jī)械雜質(zhì)。為了不影響泵的吸油性能，防止發(fā)生氣穴現(xiàn)象，濾油器的過濾能力應(yīng)為泵流量的兩倍以上，壓力損失不得超過0.01~0.035MPa。（2）泵出口油路上的高壓濾油器

主要用來濾除進(jìn)入液壓系統(tǒng)的污染雜質(zhì)，一般采用過濾精度10~15

m的濾油器。它應(yīng)能承受油路上的工作壓力和沖擊壓力，其壓力降應(yīng)小于0.35MPa，并應(yīng)有安全閥或堵塞狀態(tài)發(fā)訊裝置，以防泵過載和濾芯損壞。40第5章液壓輔助元件大型液壓系統(tǒng)可專設(shè)由一液壓泵和過濾器組成的濾油子系統(tǒng)，濾除油液中的雜質(zhì)，保護(hù)主系統(tǒng)。研究表明，在壓力和流量波動(dòng)很大時(shí)，過濾器功能會大幅度降低，顯然，前面的過濾器安裝方式都會受到影響，而系統(tǒng)外的過濾回路卻不受影響，故過濾效果較好。安裝過濾器時(shí)應(yīng)注意，一般過濾器只能單向使用，即進(jìn)、出口不可互換；其次，便于濾芯清洗；最后，還應(yīng)考慮過濾器及周圍環(huán)境的安全。因此，過濾器不要安裝在液流方向可能變換的油路上，必要時(shí)可增設(shè)流向調(diào)整板，以保證雙向過濾。作為過濾器的新進(jìn)展，目前雙向過濾器已經(jīng)問世。（3）系統(tǒng)回油路上的低壓濾油器

這種過濾器可以濾除液壓系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的污染物，防止污染物流進(jìn)油箱，為液壓泵提供清潔的油液。因回油壓力較低，可以采用耐壓較低的精密過濾器，并允許過濾器有較大的壓力降。（4）獨(dú)立過濾系統(tǒng)

41第5章液壓輔助元件42第5章液壓輔助元件5.3油箱

油箱的基本功能有：儲存工作介質(zhì)（通常為液壓油）；散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量；分離油液中混入的空氣；沉淀污染物及雜質(zhì)；油箱外表面還可用以安裝其他系統(tǒng)元件等。油箱設(shè)計(jì)的好壞直接影響液壓系統(tǒng)的工作可靠性，尤其對液壓泵的壽命有重要影響。因此，合理設(shè)計(jì)油箱是一個(gè)不可忽視的問題。4.3.1油箱的基本功能43第5章液壓輔助元件44第5章液壓輔助元件45第5章液壓輔助元件

圖4.9開式油箱1—回油管;2—泄油管;3—泵吸油管;4—空氣濾清器;5—安裝板;6—隔板;7—放油孔;8—粗濾油器;9—清洗窗側(cè)板;10—液位計(jì)窗口;11—注油口;12—油箱上蓋46第5章液壓輔助元件5.3.1液壓系統(tǒng)的溫升和油箱容積1.液壓系統(tǒng)的溫升液壓系統(tǒng)的各種能量損失，包括容積損失和機(jī)械損失，都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋崮艹徊糠滞ㄟ^液壓元件和管路的外壁向空氣散發(fā)外，大部分將使油溫升高。升至某一溫度后，散熱量和發(fā)熱量相等，系統(tǒng)油溫不再升高，達(dá)到熱平衡，此時(shí)的溫度稱為熱平衡溫度。事實(shí)上，在開式液壓系統(tǒng)中主要用來散熱的是油箱的四壁，因此合理選擇油箱的容積可以降低系統(tǒng)的熱平衡溫度，使油液在正常溫度下工作。液壓系統(tǒng)的功率損失為47第5章液壓輔助元件當(dāng)只考慮油液溫度上升所吸收的熱量和油箱本身所散發(fā)的熱量時(shí)，系統(tǒng)的溫度T隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間t的變化如下48第5章液壓輔助元件當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)的熱平衡溫度為49第5章液壓輔助元件2.油箱容積一般用油箱的溫度表示液壓系統(tǒng)的溫度，而不計(jì)系統(tǒng)的局部高溫。如果令系統(tǒng)的最高允許溫度為，則由公式（5.21）可得到油箱的最小散熱面積50第5章液壓輔助元件

如果考慮油箱依靠自然冷卻使液壓系統(tǒng)油溫保持在最高允許溫度以下，對長、寬、高之比為1:1:1或1:2:3的油箱，可求得油箱應(yīng)有的散熱面積。需要注意的是Tp

Tmax。51第5章液壓輔助元件若取=15，則油箱自然散熱的最小體積

油箱的容積確定還必須保證在設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液壓系統(tǒng)的油液在自重作用下能全部返回油箱后油箱上部仍然留有一定的空間。為了很好的沉淀雜質(zhì)和分離氣泡，油箱的有效容積（液面高度只占油箱高度80%時(shí)的油箱容積）一般取為液壓泵每分鐘排出的油液體積的2~7倍；當(dāng)系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)時(shí)取2～4倍；當(dāng)系統(tǒng)為高壓系統(tǒng)時(shí)取5～7倍；對行走機(jī)械一般取2倍。按照經(jīng)驗(yàn)確定的油箱容積應(yīng)大于或等于根據(jù)公式（5.24）求出的Vmin。52第5章液壓輔助元件5.3.2油箱的結(jié)構(gòu)按油面是否與大氣相通,油箱可分為開式油箱和閉式油箱。開式油箱廣泛用于一般的液壓系統(tǒng)；閉式油箱則用于水下和高空無穩(wěn)定氣壓的場合，這里僅介紹開式油箱。53第5章液壓輔助元件1.基本結(jié)構(gòu)為了在相同的容量下得到最大的散熱面積，油箱外形以立方體或長立方體為宜，油箱的頂蓋上有時(shí)要安裝泵和電機(jī)，閥的集成裝置有時(shí)也安裝在箱蓋上，油箱一般用鋼板焊接而成，頂蓋可以是整體的，也可分為幾塊。油箱底板應(yīng)距離地面在150mm以上，以便散熱、搬移和放油；油箱側(cè)壁要有吊耳，以便起吊裝運(yùn)。2.吸、回、泄油管的裝置泵的吸油管和系統(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2～4倍，以免吸空和飛濺起泡。吸油管端部所安裝的吸油過濾器，離箱壁要有三倍管徑的距離，以便四面進(jìn)油?；赜凸芏瞬繎?yīng)截成45°斜角，以增大回流截面，降低流速，并使斜面對著箱壁，以利于散熱和沉淀雜質(zhì)，系統(tǒng)的泄油管口應(yīng)在液面以上，以免產(chǎn)生背壓；液壓馬達(dá)和泵的泄油管應(yīng)引入液面以下，以免吸入空氣；為防止油箱上蓋表面的泄油流落地到地面污染環(huán)境，一般在油箱上表面四周設(shè)泄油回收盤。54第5章液壓輔助元件3.隔板的設(shè)置在油箱中設(shè)置隔板的目的是將吸、回油隔開，迫使油液循環(huán)流動(dòng)的路程增大，利于散熱和沉淀。一般設(shè)置一至兩個(gè)隔板，高度可接近最大液面高。為了使散熱效果好，應(yīng)使液流在油箱中有較長的流程，如果流動(dòng)路徑與四壁都接觸，效果更佳。4.空氣濾清器與液位計(jì)的設(shè)置空氣濾清器的作用是使油箱與大氣相通，保證泵的自吸能力，濾除空氣中的灰塵雜質(zhì)，有時(shí)兼做加油口，它一般布置在頂蓋上靠近油箱邊緣處；液位計(jì)用于檢測油面高度，其安裝位置應(yīng)使液位計(jì)窗口滿足對油箱吸油區(qū)最高、最低液位的觀察。兩者皆為標(biāo)準(zhǔn)件，可按需要選用。55第5章液壓輔助元件5放油口和清洗窗口的設(shè)置油箱底面可做成斜面，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)置清洗窗口。6密封墊油箱蓋板和窗口連接處均需加密封墊，各進(jìn)、出油管通過的孔都需要裝有密封墊，確保連接處嚴(yán)格密封。7油溫控制油箱正常工作溫度應(yīng)在300C～50℃之間，必要時(shí)應(yīng)安裝溫度控制系統(tǒng)，如設(shè)置加熱器和冷卻器。8油箱內(nèi)壁加工新油箱經(jīng)酸洗和表面清洗后，四壁可涂一層與工作液相容的耐油油漆。56第5章液壓輔助元件5.4熱交換器

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，無法使液壓泵啟動(dòng)或正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就須安裝加熱器。

液壓系統(tǒng)的工作溫度一般希望保持在30~50

C的范圍之內(nèi)，最高不超過65C，最低不低于15C。57第5章液壓輔助元件58第5章液壓輔助元件5.4.1冷卻器1.冷卻器的要求：冷卻器除通過管道表面直接散發(fā)油液中的熱量外，還使油液產(chǎn)生紊流，通過破壞邊界層來增加油液的傳熱系數(shù)。對冷卻器的基本要求是：在保證散熱面積足夠大、散熱效率高和壓力損失小的前提下，要求結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、體積小、重量輕。59第5章液壓輔助元件2.冷卻器的種類與基本結(jié)構(gòu)

（1）水冷式冷卻器主要形式有多管式、板式和翅片式圖4.11對流式多管頭冷卻器

60第5章液壓輔助元件61第5章液壓輔助元件62第5章液壓輔助元件（2）風(fēng)冷式冷卻器風(fēng)冷式冷卻器適用于缺水或不便使用水冷卻的液壓設(shè)備如工程機(jī)械等。冷卻方式除采用風(fēng)扇強(qiáng)制吹風(fēng)冷卻外，也有采用自然通風(fēng)冷卻，但不如強(qiáng)制通風(fēng)冷卻效果好。自然通風(fēng)的冷卻器有管式、板式、翅管式和翅片式等形式。圖5.15為工程機(jī)械采用的一種翅管式風(fēng)冷卻器的翅管，它是將翅片繞在光管上焊接而成。其傳熱系數(shù)比一般光管式冷卻器高2倍以上。（3）63第5章液壓輔助元件冷卻器的安裝位置

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。一般冷卻器的最高工作壓力在1.6MPa以內(nèi)，使用時(shí)應(yīng)安裝在回油管路或低壓管路上。所造成的壓力損失一般為0.01~0.1MPa。

64第5章液壓輔助元件5.4.2加熱器液壓系統(tǒng)的加熱一般采用結(jié)構(gòu)簡單、能按需要調(diào)節(jié)最高或最低溫度的電加熱器。如圖5.16所示，它用法蘭盤水平安裝在油箱側(cè)壁上，發(fā)熱部分全部浸入油液內(nèi)，加熱器應(yīng)安裝在油液流動(dòng)處，以利于熱量的交換。由于油液是熱的不良導(dǎo)體，單個(gè)加熱器的功率不能太大，以防止其周圍的油液溫度過高而變質(zhì)。

圖4.12加熱器的安裝65第5章液壓輔助元件5.5密封裝置密封是解決液壓系統(tǒng)泄漏問題最重要、最有效的手段。液壓系統(tǒng)如果密封不良，可能出現(xiàn)不允許的外泄漏，外漏的油液將會污染環(huán)境；還可能使空氣進(jìn)入系統(tǒng)，影響液壓泵的工作性能和液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性(爬行)；泄漏嚴(yán)重時(shí)，系統(tǒng)容積效率過低，甚至工作壓力達(dá)不到要求值。若密封過度，雖可防止泄漏，但會造成密封部分的劇烈磨損，縮短密封件的使用壽命，增大液壓元件內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部分摩擦阻力，降低系統(tǒng)的機(jī)械效率。因此，合理地選用和設(shè)計(jì)密封裝置在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中十分重要。實(shí)踐表明：在許多情況下，液壓系統(tǒng)的損壞或故障的第一個(gè)跡象顯示為密封處的泄漏。因此，必須合理的選用和設(shè)計(jì)密封裝置，即在保證液壓系統(tǒng)工作可靠的前提下，具有較高的效率和較長的壽命。66第5章液壓輔助元件5.5.1密封件的分類及特點(diǎn)密封件一般指用于接觸式密封的裝置。密封件依靠裝配時(shí)的預(yù)壓縮力和工作時(shí)的油液壓力的作用產(chǎn)生彈性變形，通過彈性力緊壓密封表面實(shí)現(xiàn)接觸密封。密封能力隨壓力的升高而提高，在磨損后具有一定的補(bǔ)償能力。按密封面之間有無相對運(yùn)動(dòng)，密封件分為靜密封件（O形橡膠密封圈、紙墊、石棉橡膠墊等）和動(dòng)密封件（唇形密封圈、活塞環(huán)等）兩大類。密封件的材料一般要求與所選用的工作介質(zhì)有很好的“相容性”；彈性好，永久變形小，具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度；耐熱性好；耐磨損，摩擦系數(shù)小。目前常用的材料有丁腈橡膠、聚氨酯橡膠、聚氯橡膠、聚四氟乙烯等。其中，以丁腈橡膠為代表的橡膠密封材料用來制作成形密封圈，如O形、Y性、U形、Ｊ性、L性等；以聚四氟乙烯為代表的塑料密封材料用來制作成形密封圈的輔件，與成形密封圈組成組合式密封圈。67第5章液壓輔助元件1.O形密封圈

O形密封圈的橫截面為圓形，主要用于靜密封和速度較低的滑動(dòng)密封。O形密封圈安裝方便，價(jià)格便宜，但與唇形密封圈相比，啟動(dòng)阻力較大，作運(yùn)動(dòng)密封時(shí)容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。O形圈密封的原理如圖5.1(a)所示。在無液壓力時(shí)，靠O形圈受壓變形后的彈力對接觸面產(chǎn)生預(yù)接觸壓力，當(dāng)密封腔充入壓力油后，O形圈擠向槽一側(cè)，密封面上的接觸壓力上升，提高了密封效果。在動(dòng)密封中，當(dāng)工作壓力大于10MPa時(shí)，O形圈容易被擠入間隙中而損壞，為此需在O形圈低壓側(cè)安放1.2~2.5mm厚的聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈。雙向受高壓時(shí)，兩側(cè)都要安裝擋圈(如圖5.2(b))。68第5章液壓輔助元件2.唇形密封圈唇形密封圈是將密封圈的受壓面制成某種唇形的密封件。安裝時(shí)唇口對著有壓力的一邊，當(dāng)介質(zhì)壓力等于零或很低時(shí)，靠預(yù)壓縮密封；壓力高時(shí)由液壓力的作用將唇邊緊貼密封面密封，壓力越高貼的越緊。唇形密封圈按其斷面形狀又分為Y形、Yx形、U形、Ｊ形、L形等，主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封。69第5章液壓輔助元件（1）Y形橡膠密封圈Y形密封圈的截面為Y形，屬唇形密封圈。按兩唇高度是否相等，可分為等高Y形密封圈和不等高唇Y(jié)形密封圈，后者又稱為Yx形密封圈Y形圈主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。Y形圈安裝時(shí)，唇口端面應(yīng)對著液壓力高的一側(cè)。油壓低時(shí)，靠預(yù)壓縮密封；當(dāng)液壓力升高時(shí)，受油壓作用兩唇張大，能主動(dòng)補(bǔ)償磨損量，油壓越高，唇邊貼得越緊。雙向受力時(shí)，要成對使用。當(dāng)壓力變化較大，滑動(dòng)速度較高時(shí)，要使用支承環(huán)，以固定密封圈.70第5章液壓輔助元件如圖5.18所示為活塞與缸筒內(nèi)壁處使用的Y形密封圈。Y形圈具有摩擦力較小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、安裝簡便等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是在速度高、壓力變化大的場合易產(chǎn)生“翻轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。當(dāng)壓力變化較大，滑動(dòng)速度較高時(shí)，要使用支承環(huán)，以固定密封圈.71第5章液壓輔助元件（2）Yx形密封圈

Yx形密封圈不易產(chǎn)生“翻轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，其斷面的高與寬之比等于或大于2，分為軸用和孔用兩種，圖5.19所示為軸用。短邊為密封邊，與密封面接觸，避免被腔體間隙咬傷，同時(shí)便于工作流體進(jìn)入，使唇邊張開，保持良好的密封性能。長邊起支承作用，防止在運(yùn)動(dòng)中扭轉(zhuǎn)72第5章液壓輔助元件（3）U形密封圈分為U形橡膠密封圈和U形夾織物密封圈兩種，U形夾織物密封圈由多層涂膠織物壓制而成，工作壓力不大于31.5Mpa?？捎糜趦?nèi)徑或外徑密封。

U形密封圈不適用于快速運(yùn)動(dòng)?？捎糜谕鶑?fù)運(yùn)動(dòng)和緩慢運(yùn)動(dòng)。（4）Ｊ性和L性密封圈均由耐油橡膠制成，工作壓力不大于10MPa，一般用于防塵和低壓密封。73第5章液壓輔助元件3.組合式密封裝置隨著液壓技術(shù)的應(yīng)用日漸廣泛，系統(tǒng)對密封的要求越來越高，普通密封圈（O形、唇形等）單獨(dú)使用已不能很好地滿足密封性能，特別是使用壽命和可靠性方面的要求。因此，開發(fā)和研制了組合式密封裝置。組合式密封裝置由包括密封圈在內(nèi)的兩個(gè)以上的元件組成，比較典型的組合式密封裝置有滑環(huán)式O形組合密封裝置（由O形密封圈和截面為矩形的聚四氟乙烯塑料滑環(huán)組成）、支持環(huán)式O形組合密封裝置（由支持環(huán)和O形圈組成）等。組合式密封裝置由于充分發(fā)揮了橡膠密封圈和滑環(huán)（支持環(huán)）的長處，因此不僅工作可靠，摩擦力低而穩(wěn)定，而且使用壽命比普通橡膠密封圈提高近百倍，在工程上的應(yīng)用日益廣泛。同軸密封圈（橡塑組合滑環(huán)密封）74第5章液壓輔助元件4.防塵圈活塞桿處污染物在運(yùn)動(dòng)中易被帶進(jìn)液壓缸，通常在活塞桿處加裝防塵圈。75第5章液壓輔助元件5.6管路及管接頭

管件包括管道、管接頭和法蘭等。5.6.1管路1.種類鋼管、紫銅管、橡膠管等。2.油管的尺寸管道的內(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（4.6）（4.7）—允許流速；式中：

—管道材料的抗拉強(qiáng)度，可由材料手冊查出。n—安全系數(shù)76第5章液壓輔助元件種類特點(diǎn)及適用范圍鋼管價(jià)廉、耐油、抗腐、剛性好，但裝配時(shí)不易彎曲成型，常在拆裝方便處用作壓力管道，中壓以上用無縫鋼管，低壓時(shí)也可采用焊接鋼管銅管價(jià)格高，抗震能力差，易使油液氧化，但易彎曲成型，用于儀表和裝配不便處尼龍管半透明材料，可觀察流動(dòng)情況。加熱后可任意彎曲成型和擴(kuò)口，冷卻后即定型，承壓能力較低，一般在2.8～8Mpa塑料管價(jià)廉、耐油、裝配方便，長期使用會老化，只用于壓力低于0.5Mpa的回油或泄油管路橡膠管用耐油橡膠和鋼絲編織層制成，多用于高壓管路；還有一種用耐油橡膠和帆布制成，用于回油管路77第5章液壓輔助元件3.安裝要求

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。5.6.2管接頭

（1）硬管接頭

按管接頭和管道的連接方式分，有擴(kuò)口式管接頭，卡套式管接頭和焊接式管接頭三種。其基本型有七種：端直通管接頭、直通管接頭、端直角管接頭、直角管接頭、端三通管接頭、三通管接頭、四通管接頭。78第5章液壓輔助元件

5.6.2管接頭管接頭與其他元件之間可采用普通細(xì)牙螺紋連接或錐螺紋連接，如圖5.20所示。

（1）硬管接頭

按管接頭和管道的連接方式分，有擴(kuò)口式管接頭，卡套式管接頭和焊接式管接頭三種。其基本型有七種：端直通管接頭、直通管接頭、端直角管接頭、直角管接頭、端三通管接頭、三通管接頭、四通管接頭。79第5章液壓輔助元件

當(dāng)旋緊螺帽3時(shí)，通過套管2使被連接管1端部的擴(kuò)口壓緊在接頭體4的錐面上。

被擴(kuò)口的管子只能是薄壁且塑性良好的管子如銅管。此種接頭的工作壓力不高于8MPa。

圖4.10(a)擴(kuò)口式管接頭

1—管子；2一套管；3一螺帽；4一接頭體擴(kuò)口式管接頭80第5章液壓輔助元件擴(kuò)口式直通管接頭81第5章液壓輔助元件

圖4.10（b)卡套式管接頭1一被連接管；2一螺帽；3一卡套；4一接頭體

卡套式管接頭：

擰緊接頭螺母2后，卡套3發(fā)生彈性變形便將管子1夾緊。它對軸向尺寸要求不嚴(yán)，裝拆方便，但對連接用管道的尺寸精度要求較高。82第5章液壓輔助元件卡套式鉸接管接頭卡套式直通管接頭卡套式錐螺紋端直通管接頭卡套式端直角管接頭卡套式錐螺紋彎通管接頭卡套式錐螺紋直通管接頭

83第5章液壓輔助元件

鋼管和基體通過焊接管接頭連接。把接管2焊在被連接的鋼管端部。接頭體1用螺紋擰入某元件的基體。用組合密封墊防止從元件中外漏。將O型密封圈放在接頭體1的端面處，將螺帽3擰在接頭體1上即完成連接。

圖4.10（c)焊接式管接頭

1一接頭體；2一接管；3一螺帽；

4一密封圈；5一組合密封圈焊接式端直通管接頭焊接式管接頭84第5章液壓輔助元件

圖中的接管端部做成球面、螺帽擰緊在接頭體上后，球面和接頭體的內(nèi)錐面壓緊而防止漏油。接頭體的錐螺紋將擰入某元件的基體。焊接式管接頭，接管與接頭體之間的密封方式有球面、錐面接觸密封和平面加O形圈密封兩種，前兩者有自位性，安裝要求低，耐高溫，但密封可靠性稍差，適用于工作壓力不高的液壓系統(tǒng)；后者密封性好，可用于高壓系統(tǒng)。焊接式管接頭制作簡單、工作可靠，對被連接的管件尺寸精度要求不高，工作壓力可達(dá)32MPa或更高。缺點(diǎn)是對焊接質(zhì)量要求較高。它是目前應(yīng)用最多的一種管接頭。焊接式管接頭85第5章液壓輔助元件扣壓式膠管接頭圖4.112.膠管接頭膠管接頭有擴(kuò)口式和扣壓式兩種，隨膠管鋼絲層數(shù)的不同，工作壓力在6～