流體傳動與控制 第6章.ppt

重慶大學機械工程學院 主講 劉振軍博士教授 流體傳動與控制 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 3 6 1油箱 功用 儲存油液 散發(fā)熱量 沉淀雜質 逸出空氣 結構與分類 結構 開式 整體式 分離式 閉式 利用主機的內腔作為油箱 結構緊湊 各處漏油易于回收 但增加了設計和制造的復雜性 維修不便 散熱條件不好 且會使主機產生熱變形 單獨設置 與主機分開 減少了油箱發(fā)熱和液壓源振對主機工作精度的影響 因此得到了普遍的采用 特別在精密機械上 4 1 吸油管2 濾油網3 蓋4 回油管5 上蓋6 油位計7 9 隔板8 放油閥 6 1油箱 5 6 1油箱 6 油箱的設計 油箱容積計算 經驗估算法 公式 V kqn低壓2 4mink中壓5 7min高壓6 12min 6 1油箱 經驗估算法 熱平衡計算法 7 熱平衡計算法 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當油箱長 寬 高之比為1 1 1或1 2 3時 A 0 065 V2 對功率較大且連續(xù)工作的液壓系統(tǒng) 必要時還要進行熱平衡計算 以此確定油箱容量 6 1油箱 8 油箱結構設計 1基本結構 應有足夠的剛度和強度2吸 回和泄油管的設置 吸 回油管盡可能遠3吸油口裝粗過濾器3防污密封4設置放油閥與液位計5清洗窗的設置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(huán)流動 利于散熱和沉淀 6 1油箱 10 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 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 5 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 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 根據工作壓力 安裝位置確定管件的連接結構 與泵 閥等連接的管件應由其接口尺寸決定管徑 種類 鋼管 紫銅管 橡膠管 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 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 橡膠軟管應小于4m s n 安全系數 對于鋼管 p 7MPa時 n 8 7MPa p 17 5MPa時 n 6 p 17 5MPa時 n 4 管道材料的抗拉強度 可由材料手冊查出 6 2管件 管徑過大 液壓裝置的結構龐大 過小 管內液體流速加大 系統(tǒng)壓力損失增加或產生振動和噪聲 影響正常工作 13 管道應盡量短 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 管道懸伸較長時要適當設置管夾 管道盡量避免交叉 平行管距要大于100mm 以防接觸振動 并便于安裝管接頭 軟管直線安裝時要有30 左右的余量 以適應油溫變化 受拉和振動的需要 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 管件設計安裝要求 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 擴口式管接頭 卡套式管接頭 焊接式管接頭 按通路數量和流向分 直通 彎管 三通 四通 應滿足拆裝方便 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 作輔助動力源 某些系統(tǒng)的執(zhí)行元件是間歇動作 總的工作時間很短 有些系統(tǒng)的執(zhí)行元件雖然不是間歇動作 但在一個工作循環(huán)內 或一次行程內 速度差別很大 在這種系統(tǒng)中設置蓄能器后 即可采用一個功率較小的泵 以減小主傳動的功率 使整個液壓系統(tǒng)的尺寸小 重量輕 價格便宜 功用 儲存能量 必要時釋放 主要作用表現在以下幾個方面 18 作緊急動力源 吸收脈動 降低噪聲 泵的脈動流量會引起壓力脈動 使執(zhí)行元件的運動速度不均勻 產生振動 噪聲等 在泵的出口處并聯(lián)一個反應靈敏而慣性小的蓄能器 即可吸收流量和壓力的脈動 降低噪聲 對于執(zhí)行元件長時間不動作 而要保持恒定壓力的系統(tǒng) 可用蓄能器來補償泄漏 使壓力恒定 對某些系統(tǒng)要求當泵發(fā)生故障或停電時 執(zhí)行元件應繼續(xù)完成必要的動作時 需要有適當容量的蓄能器作緊急動力源 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)行元件的運動突然停止 甚至人為的需要執(zhí)行元件緊急制動等原因 都會使管路內的液體流動發(fā)生急劇變化 而產生沖擊壓力 雖然系統(tǒng)中設有安全閥 但仍然難免產生壓力的短時劇增和沖擊 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 還會使系統(tǒng)產生明顯的振動 若在控制閥或液壓缸沖擊源之前裝設蓄能器 即可吸收和緩和這種沖擊 補充泄漏和保持恒壓 對于執(zhí)行元件長時間不動作 而要保持恒定壓力的系統(tǒng) 可用蓄能器來補償泄漏 從而使壓力恒定 6 3蓄能器 20 蓄能器的類型及特點 按結構形式 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 重物勢能 油壓儲油 重物勢能 油壓釋放能量 性能特點 結構簡單 容量大 工作過程中 無論油液進出多少和快慢 均可獲得恒定的液體壓力 但結構尺寸大而笨重 運動慣性大 反應不靈敏 易漏油 有摩擦損失 工作原理 利用重物垂直位置變化來儲存 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 利用彈簧壓縮來儲存能量 壓力取決于彈簧的剛度和壓縮量 特點 結構簡單 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 一般用于小流量 低壓 p 1 2MPa 循環(huán)頻率低的場合 6 3蓄能器 重物勢能油壓釋放能量 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只在為氣囊充氣時打開 蓄能器工作時該閥關閉 特點 體積小 重量輕 反應靈敏 可吸收液力沖擊和脈動 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 活塞式蓄能器結構 工作原理 氣壓 油壓儲油 氣壓 油壓釋放能量 性能特點 結構簡單 工作可靠 安裝容易 維修方便 壽命長 但因有摩擦 反應不靈敏 容量較小 一般用于蓄能 6 3蓄能器 27 蓄能器容量計算 容量是選用蓄能器的依據 其計算視用途而異 現以氣囊式為例加以說明 作蓄能使用時蓄能器容量的計算 蓄能器存儲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 吸收沖擊時蓄能器的容量計算 V0 0 004qp2 0 0164L t p2 p1 吸收壓力脈動時蓄能器的容量計算 V0 Vi 0 6k 6 3蓄能器 29 蓄能器的使用和安裝 1充氣式蓄能器中應使用惰性氣體 一般為氮氣 2蓄能器一般應垂直安裝 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 并遠離熱源 4用作降低噪聲 吸收脈動和沖擊的蓄能器應盡可能靠近振源 5蓄能器與管路之間應安裝截止閥 供充氣或檢修時用 與液壓泵之間應安裝單向閥 防止油液倒流保護泵與系統(tǒng) 6搬運和拆裝時應排出壓縮氣體 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 保持油液清潔 對過濾器的要求 1 滿足液壓系統(tǒng)過濾精度要求2 通流能力要大3 強度要高4 易于清洗和更換 便于拆裝與維護 6 4過濾器 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 過濾器的類型及特點 過濾精度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 各種液壓系統(tǒng)的過濾精度要求 6 4過濾器 濾油器 34 6 4過濾器 濾油器 35 過濾器的類型及特點 6 4過濾器 濾油器 濾油器的種類很多 主要類型有 機械式濾油器 網式濾油器 線隙式濾油器 片式濾油器 紙芯式濾油器 燒結式濾油器 磁性濾器 機械式濾油器主要靠過濾介質阻擋雜質 磁性濾油器則靠過濾介質的磁性吸出油液中的鐵末 36 網式過濾器 特征 用金屬網包在支架上而成 一般裝在系統(tǒng)中泵入口處做粗濾 過濾精度為80 180 m 性能特點 結構簡單 清洗方便 通流能力大 壓降小 但過濾精度低 6 4過濾器 濾油器 37 線隙式過濾器 特征 特形金屬線纏繞在筒形芯架上 制成濾芯 利用線間間隙過濾雜質 過濾精度為30 100 m 性能特點 結構簡單 過濾精度較高 通流能力大 但不易清洗 一般用于低壓回路或輔助回路 磁性過濾器 工作原理 利用磁鐵吸附油液中的鐵質微粒 6 4過濾器 濾油器 38 金屬燒結式過濾器 特征 由顆粒狀錫青銅粉末壓制后燒結而成 利用顆粒之間的微小間隙過濾 性能特點 強度高 抗沖擊性能好 抗腐蝕性好 耐高溫 過濾精度高 制造簡單 但易堵塞 難清洗 顆粒會脫落 一般用于精密過濾 6 4過濾器 濾油器 39 紙質過濾器 特征 用微孔過濾紙折迭成星狀繞在骨架上形成 利用濾紙的微孔過濾 性能特點 結構緊湊 重量輕 過濾精度高 但通流能小 強度低 易堵塞 無法清洗 需經常更換濾芯 特別適用于精濾 6 4過濾器 濾油器 40 磁性過濾器 工作原理 利用磁鐵吸附油液中的鐵質微粒 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制成復合式濾油器 對加工鋼鐵件的機床液壓系統(tǒng)特別適用 6 4過濾器 濾油器 41 過濾器的安裝 1安裝在吸油管路上作用 保護液壓泵 q 2qp p 0 01 0 035Mpa2安裝在壓油管路上作用 保護除泵和溢流閥以外的所有元件 p 0 35Mpa 強度足夠 且應并聯(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單獨過濾系統(tǒng) 6 4過濾器 濾油器 42 過濾器安裝注意 一般過濾器只能單方向使用 即進出油口不可反接 以利于濾芯清洗和安全 必要時可增設單向閥和過濾器 以保證雙向過濾 粗過濾器 精過濾器 磁性過濾器 帶旁通閥過濾器 6 4過濾器 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時 就須安裝冷卻器 反之 如環(huán)境溫度太低 無法使液壓泵啟動或正常運轉時 就須安裝加熱器 6 5熱交換器 44 水冷式冷卻器 結構 蛇形管式 多管式 翅片管式 冷卻器 按冷卻介質分為 風冷 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 蛇形管式冷卻器效果較差 耗水量大 轉費用高 但結構簡單 多管式冷卻器效果好 但結構復雜 翅片管式冷卻器效果更好 但結構更復雜 水冷式冷卻器安裝方式 應安裝在系統(tǒng)回油路或溢流閥溢流油路上 6 5熱交換器 47 風冷式冷卻器 組成 油散熱器 風扇也可用汽車上的散熱器代替 特點 結構簡單 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 1 水平安裝于油箱側面2 加熱部分全部侵入油內3 功率不宜過高 以使油液老化 可在不同部位多裝幾個加熱器 6 5熱交換器 51 密封裝置功用 防止液壓油的泄漏 對密封裝置的要求 常見密封形式 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 應具有良好的密封性能 并隨著壓力的增加能自動提高密封性能 2 密封裝置和運動件之間的摩擦力要小 摩擦系數要穩(wěn)定 3 抗腐蝕能力強 不易老化 工作壽命長 耐磨性好 磨損后在一定程度上能自動補償 4 結構簡單 使用 維護方便 價格低廉 6 6密封裝置 52 間隙密封 密封原理 利用相對運動零件配合面之間的微小間隙來防止泄漏 間隙密封平衡槽作用 1 自動對中心 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 儲存油液 自動潤滑 間隙密封特點應用 結構簡單 摩擦阻力小 耐高溫 但泄漏較大 并且隨著時間的增加而增加 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密封 特點 一般安裝在外圓或內圓上截面為矩形的溝槽內以實現密封 又 O型圈一般為橡膠制成運動密封 動 p 10Mpa 壓力高時32Mpa O型圈截面為圓形 結構簡單 制造方便 密封性能好 摩擦力小 6 6密封裝置 55 O型密