第6章液壓與氣壓傳動系統輔助元件2012－11－2705二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動本章提要

液壓輔助元件有濾油器、蓄能器、油箱和熱交換器等。

液壓輔助元件和液壓元件一樣，都是液壓系統中不可缺少的組成部分。它們對系統的性能、效率、溫升、噪聲和壽命的影響不亞于液壓元件本身。通過學習，要求掌握液壓輔件的結構原理，熟知其使用方法及適用場合。本章主要內容為：05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動6.1.1蓄能器的功能

蓄能器是液壓系統中一種儲存油液壓力能的裝置，其主要功用如下：1）短時間內大量供油（協助泵供油、作應急動力源）；

2）吸收液壓沖擊和壓力脈動；

3）維持系統壓力（保壓補漏）。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動（1）作輔助動力源和應急動力源

在液壓系統工作循環中不同階段需要的流量變化很大時，常采用蓄能器和一個流量較小的泵組成油源。當系統需要很小流量時，蓄能器將液壓泵多余的流量儲存起來；當系統短時期需要較大流量時，蓄能器將儲存的液壓油釋放出來與泵一起向系統供油。在某些特殊的場合：如驅動泵的原動機發生故障，蓄能器可作應急能源緊急使用；如現場要求防火防爆，也可用蓄能器作為獨立油源。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

(2)保壓和補充泄漏

有的液壓系統需要較長時間保壓而液壓泵卸載，此時可利用蓄能器釋放所儲存的液壓油，補償系統的泄漏，保持系統的壓力。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動(3)

吸收壓力沖擊和消除壓力脈動

由于液壓閥的突然關閉或換向，系統可能產生壓力沖擊，此時可在壓力沖擊處安裝蓄能器起吸收作用，使壓力沖擊峰值降低。如在泵的出口處安裝蓄能器，還可以吸收泵的壓力脈動，提高系統工作的平穩性。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動6.1.2蓄能器的類型圖6.1蓄能器的結構形式

6.1蓄能器

蓄能器的結構形式主要有重力式、充氣式和彈簧式三種類型。05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

1重力式蓄能器6.1蓄能器2彈簧式蓄能器結構簡單，反應尚還靈敏，但容量小，易內泄并有壓力損失，不適于高壓和高頻動作的場合。一般可用于小容量、低壓系統，用作蓄能和緩沖。

重力式蓄能器利用重物的位置變化來儲存和釋放能量。重物作用于油液，油液壓力決定于彈簧的預緊力和活塞面積。這種蓄能器目前已很少采用，只有在個別的低壓系統中還能見到。05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動3充氣式蓄能器

充氣式蓄能器利用壓縮氣體儲存能量。主要有氣瓶式、活塞式和氣囊式。

（1）氣瓶式蓄能器

這是一種直接式接觸式蓄能器。其結構如圖。它是一個下半部盛油液，上半部充壓縮氣體的氣瓶。這種蓄能器容量大，體積小，慣性小，反應靈敏。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，必須經常補氣。6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

活塞式蓄能器中的氣體和油液由活塞隔開。活塞1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內來回滑動。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，所以反應不夠靈敏。圖6.4活塞式蓄能器（2）活塞式蓄能器

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

皮囊式蓄能器中氣體和油液用皮囊隔開。皮囊用耐油橡膠制成，內充入惰性氣體，殼體下端的提升閥能防止皮囊膨脹擠出油口。

圖6.4皮囊式蓄能器

殼體

皮囊

充氣閥

提升閥

（3）皮囊式蓄能器6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動6.1蓄能器4薄膜式蓄能器

薄膜式蓄能器利用薄膜的彈性來儲存、釋放壓力能。主要用于小體積和小流量的航空機械中，如用作減振器、緩沖器等。6.1.3蓄能器的容量計算

容量是選用蓄能器的依據，其大小視用途而異。現以皮囊式蓄能器為例加以說明。蓄能器的圖形符號05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動1作輔助動力源時的容量計算

當蓄能器作動力源時，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，而氣體狀態的變化遵守玻義耳定律，即（6.1）—皮囊的充氣壓力—皮囊充氣體積，此時皮囊充滿殼體內腔，故亦即蓄能器容量—系統最高工作壓力，即泵對蓄能器充油結束時的壓力—皮囊被壓縮后相應于時的氣體體積

—系統最低工作壓力，即蓄能器向系統供油結束時的壓力—氣體膨脹后相應于時的氣體體積

式中：

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

體積差為供給系統油液的有效體積，將它代入式（6.1），使可求得蓄能器容量，即

由上式得（6.2）05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

充氣壓力在理論上可與相等，但是為保證在時蓄能器仍有能力補償系統泄漏，則應使<，一般取=（0.8~0.85）

（6.3）

當蓄能器用于保壓時，氣體壓縮過程緩慢，與外界熱交換得以充分進行，可認為是等溫變化過程，這時取n=1；而當蓄能器作輔助或應急動力源時，釋放液體的時間短，熱交換不充分，這時可視為絕熱過程，取n=1.4。

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動2用來吸收沖擊用時的容量計算

當蓄能器用于吸收沖擊時，一般按經驗公式計算緩沖最大沖擊力時所需要的蓄能器最小容量，即（6.4）式中：—允許的最大沖擊（MPa）

—閥口關閉前管內壓力（MPa）

—用于沖擊的蓄能器的最小容量(L)

L—發生沖擊的管長，即壓力油源到閥口的管道長度()

T—閥口關閉的時間()，實然關閉時取t=0

6.1蓄能器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

液壓油中往往含有雜質，會造成液壓元件相對運動表面的磨損、滑閥卡滯、節流孔口堵塞。在系統中安裝一定精度的濾油器，是保證液壓系統正常工作的必要手段。

過濾器的過濾精度是指濾芯能夠濾除的最小雜質顆粒的大小，以直徑d作為公稱尺寸表示。按精度可分為粗過濾器（d＜100）、普通過濾器(d＜10）、精過濾器（d＜5）、特精過濾器（d＜1）。

6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

一般對過濾器的基本要求是：（1）能滿足液壓系統對過濾精度要求，即能阻擋一定尺寸的雜質進入系統。（2）濾芯應有足夠強度，不會因壓力而損壞。（3）通流能力大，壓力損失小。（4）易于清洗或更換濾芯。

系統類別潤滑傳動系統伺服工作壓力(MPa)0~2.51414~323221精度d(m)10025~5025105表4.1 各種液壓系統的過濾精度要求

6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動按濾芯的材料和結構形式，濾油器可分為網式、線隙式、紙質濾芯式、燒結式濾油器及磁性濾油器等。按濾油器安放的位置不同，還可以分為吸濾器、壓濾器和回油過濾器，考慮到泵的自吸性能，吸油濾油器多為粗濾器。

6.2.1過濾器的類型及特點

6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動1網式濾油器

濾芯以銅網為過濾材料，在周圍開有很多孔的塑料或金屬筒形骨架上，包著一層或兩層銅絲網，其過濾精度取決于銅網層數和網孔的大小。這種濾油器一般用于液壓泵的吸油口。

圖6.11網式濾油器

6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

圖6.12線隙式濾油器

2線隙式濾油器

線隙式濾油器如圖4.2所示，用鋼線或鋁線密繞在筒形骨架的外部來組成濾芯，依靠銅絲間的微小間隙濾除混入液體中的雜質。其結構簡單、通流能力大、過濾精度比網式濾油器高，但不易清洗。多為回油過濾器。6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

圖6.13燒結式濾油器

3燒結式濾油器

濾芯用金屬粉末燒結而成，利用顆粒間的微孔來擋住油液中的雜質通過，其濾芯能承受高壓。6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

濾芯為微孔濾紙制成的紙芯，將紙芯圍繞在帶孔的鍍錫鐵做成的骨架上，以增大強度。為增加過濾面積，紙芯一般做成折疊形。其過濾精度較高，一般用于油液的精過濾，但堵塞后無法清洗。4紙質濾油器圖6.14紙質濾油器

6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動6.2.2過濾器的選用

選用濾油器時應考慮一下以下問題：（1）有足夠的過濾能力（2）能承受一定的工作壓力（3）有足夠的過濾精度過濾精度—表示過濾器對各種不同尺寸污染顆粒的濾除能力。旅芯所能濾除最小顆粒度的大小。（4）過濾器旅芯應易于清洗和更換（5）在一定的溫度下，過濾器應有足夠的耐久性6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動6.2.3過濾器的安裝（1）泵入口的吸油粗濾器

粗濾油器用來保護泵，使其不致吸入較大的機械雜質。為了不影響泵的吸油性能，防止發生氣穴現象，濾油器的過濾能力應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

主要用來濾除進入液壓系統的污染雜質，一般采用過濾精度10~15m的濾油器。它應能承受油路上的工作壓力和沖擊壓力，其壓力降應小于0.35MPa，并應有安全閥或堵塞狀態發訊裝置，以防泵過載和濾芯損壞。

6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

大型液壓系統可專設一液壓泵和濾油器構成的濾油子系統，濾除油液中的雜質，以保護主系統。一般濾油器只能單向使用，即進、出口不可互換。（3）系統回油路上的低壓濾油器

因回油路壓力很低，可采用濾芯強度不高的精濾油器，并允許濾油器有較大的壓力降。（4）安裝在系統以外的旁路過濾系統

安裝濾油器時應注意6.2過濾器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動①儲存油液②散掉系統累計的熱量③促進油液中空氣的分離④沉淀油液中的污垢

油箱的基本功能是：儲存工作介質；散發系統工作中產生的熱量；分離油液中混入的空氣；沉淀污染物及雜質。

油箱可分為開式油箱和閉式油箱兩種。開式油箱中的油液的液面與大氣相通，而閉式油箱中油液的液面與大氣隔絕。開式油箱又分為整體式和分離式。所謂整體式是指利用主機的底座等作為油箱。而分離式油箱則與三機分離并與泵組成一個獨立的供油單元（泵站）。6.3.1油箱6.3油箱、熱交換器、壓力表1油箱的基本功能和分類05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

圖6.18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—清洗窗側板;10—液位計窗口;11—注油口;12—油箱上蓋6.3.1油箱05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動2油箱的容積與結構

在初步設計時，油箱的有效容量可按下述經驗公式確定（6.5）式中：—油箱的有效容量—液壓泵的流量—經驗系數，低壓系統：=2~4，中壓系統：

=5~7，中高壓或高壓系統：=6~12

對功率較大且連續工作的液壓系統，必要時還要進行熱平衡計算，以此確定油箱容量。

6.3.1油箱05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

下面根據圖6.18所示的油箱結構示意圖分述設計要點如下:（1）泵的吸油管與系統回油管之間的距離應盡可能遠些，管口都應插于最低液面以下，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，以便四面進油。回油管口應截成45斜角，以增大回流截面，并使斜面對著箱壁，以利散熱和沉淀雜質。（2）在油箱中設置隔板，以便將吸、回油隔開，迫使油液循環流動，利于散熱和沉淀。6.3.1油箱05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動（3）設置空氣濾清器與液位計。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，有時兼作加油口。它一般布置在頂蓋上靠近油箱邊緣處。6.3.1油箱05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動（5）油箱正常工作溫度應在15-66C之間，必要時應安裝溫度控制系統，或設置加熱器和冷卻器。（6）最高油面只允許達到油箱高度的80%，油箱底腳高度應在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。

（4）設置放油口與清洗窗口。將油箱底面做成斜面，在最低處設放油口，平時用螺塞或放油閥堵住，換油時將其打開放走油污。為了便于換油時清洗油箱，大容量的油箱一般均在側壁設清洗窗口。6.3.1油箱05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

如果液壓系統靠自然冷卻仍不能使油溫控制在上述范圍內時，就須安裝冷卻器；反之，如環境溫度太低，無法使液壓泵啟動或正常運轉時，就須安裝加熱器。

液壓系統的工作溫度一般希望保持在30~50C的范圍之內，最高不超過65C，最低不低于15C。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

1冷卻器一般說來，造成油箱散熱面積不夠，必須采用冷卻器來抑制油溫的原因有三：

1）因機械整體的體積和空間使油箱的大小受到限制。

2）因經濟上的理由，需要限制油箱的大小等。

3）要把液壓油的溫度控制得更低。油冷卻器可分成水冷式和風冷式兩大類。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

（1）水冷式冷卻器

水冷式冷卻器分為蛇形管式、多管式和板式等型式。

1）蛇形管冷卻器

2）多管式冷卻器（2）風冷式冷卻器

6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動圖6.20對流式多管頭冷卻器

6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

油冷卻器安裝的場所油冷卻器安裝在熱發生體附近，且液壓油流經油冷卻器時，壓力不得大于1MPa。有時必須以安全閥來保護，以使它免于高壓的沖擊而造成損壞。

1）熱發生源，如溢流閥附近，如下圖所示。

2）回油回路。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動3）如液壓裝置很大且運轉的壓力很高，此時使用獨立的冷卻系統，如圖所示。6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動2加熱器

液壓系統的加熱一般采用電加熱器，它用法蘭盤水平安裝在油箱側壁上，發熱部分全部浸在油液內。

圖6.22加熱器的安裝

6.3.2熱交換器05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動1.壓力表

液壓系統各工作點的壓力可通過壓力表觀測，以便調整和控制。最常用的壓力表是彈簧彎管式壓力表。壓力表的精度等級以其誤差占量程的百分數來表示。選用壓力表時壓力表量程一般為最高工作壓力的1.5倍。為防止壓力沖擊損壞壓力表，常在通至壓力表的通道上設置阻尼器。6.3.2壓力表及壓力輔件05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動2.壓力表開關

壓力油路與壓力表之間往往裝有一壓力表開關。功用：用于切斷或接通壓力表和油路的通道。結構：相當于一個手動換向轉閥。6.3.2壓力表及壓力輔件05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動管件包括管道和管接頭。6.6.1管道1管道的種類及用途6.6管件功用：管道—傳遞工作液體；管接頭—連接油管與油管或元件。要求：足夠的強度，良好的密封、較小的壓力損失、方便的裝拆性。

液壓系統中使用的管道分為硬管和軟管兩類。硬管有無縫鋼管、有縫鋼管和銅管等；軟管則有橡膠管和尼龍管等。05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動6.6.1管道硬管軟管2管道尺寸的確定液壓系統油管的選擇與計算主要是計算管子的內徑和壁厚。05二月2023湖南工程學院——液壓與氣壓傳動

管道的內徑d和壁厚可采用下列兩式計算，并需圓整為標準數值，即

（6.13）（6.14）—允許流速；式中：—許用應力，可由材料手冊查出。n—安全系數對鋼管—材料抗拉強度，可由材料手冊查出。式中：對銅管6.6