第6章 流体传动与控制系统辅助元件课件.ppt
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1、第6章流体传动与控制系统辅助元件,6.1油箱及附属装置6.2管件6.3密封装置6.4过滤器6.5蓄能器6.6气动辅助元件,6.1油箱及附属装置6.1.1油箱1.功能油箱在液压系统中除了储油外,还起着散热以控制油温、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件,如冷却器、加热器、空气滤清器及液位计等。油箱的容量不适过大也不宜过小。油箱容量如太小,油温容易上升;油箱容量如太大,油液不能充分利用,另外也增加了油箱的体积,增大了空间要求。油箱容量一般设计为泵每分钟流量的24倍;或当所有管路及元件均充满油时,油面需高出过滤器50100mm,而液面高度最高只允许占油箱高度的80。,2.结构液压系
2、统中的油箱有整体式和分离式两种。 整体式油箱利用主机的内腔作为油箱,这种油箱结构紧凑,各处漏油易于回收,但设计和制造的复杂性增加,维修不便,散热条件不好,而且会使主机产生热变形。分离式油箱单独设置,与主机分开,减少了油箱发热和液压源振动对主机工作精度的影响,因此得到了较普遍的应用,特别在精密机械中。油箱的典型结构如图61所示。由图可见,油箱内部用隔板7、9将吸油管1与回油管4隔开。顶部、侧部和底部分别装有滤油网2、油位计6和排放污油的放油阀8。安装液压泵及其驱动电机的上盖5则固定在油箱顶面上。,图61油箱,3.油箱形式油箱的形式有开式和闭式两种。开式油箱的箱中液面与大气相通,在油箱盖上装有空气
3、滤清器。开式油箱结构简单,安装维护方便,液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱,内充一定压力的惰性气体。如果按油箱的形状来分,还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造容易,箱上易于安放液压器件,所以被广泛采用;圆罐形油箱强度高,重量轻,易于清扫,但制造较难,占地空间较大,在大型冶金设备中经常采用。液压系统中大多采用开式油箱,以钢板焊接而成,如图62所示为工业上使用的典型焊接开式油箱。,图62焊接开式油箱,此外,近年来又出现了充气式的闭式油箱,它不同于图62所示的开式油箱,其油箱是整个封闭的,顶部有一充气管,可送入0.050.07MPa过滤纯净的压缩空气。空气或者直接与油液接触,或
4、者被输入到蓄能器式的皮囊内不与油液接触。这种油箱的优点是改善了液压泵的吸油条件,但要求系统中的回油管、泄油管承受背压。油箱本身还须配置安全阀、电接点压力表等元件以稳定充气压力,因此只适合在特殊场合下使用。,4.隔板及配管的安装位置隔板装在吸油侧和回油侧之间,如图63所示,通过如图所示隔板的安装位置可以达到沉淀杂质、分离气泡及散热的作用。,图63隔板的安装位置,吸油管道的直径应为其余供油管道直径的1.5倍,以免泵吸入不良,回油管道末端浸在液面下,且其末端切成45倾角并面向箱壁,使回流油液冲击箱壁形成回流利于冷却油液降低油温和进行杂质的沉淀。排泄管尽量单独接入油箱。各类控制阀的排泄管端部在液面以上
5、,以免产生背压;泵和马达的外泄管道其端部应在液面之下以避免吸入空气。,图64配管的安装和尺寸,1.热交换器液压系统的工作温度一般希望保持在3050的范围之内,最高不超过65,最低不低于15。液压系统如依靠自然冷却仍不能使油温控制在上述范围内时,就须安装冷却器;反之,如环境温度太低无法使液压泵启动或正常运转时,就须安装加热器。1)冷却器液压系统中的冷却器最简单的是蛇形管冷却器,如图65所示。它直接装在油箱内,冷却水从蛇形管内部通过,带走油液中的热量。这种冷却器结构简单,但冷却效率低,耗水量大。,图65蛇形管冷却器,液压系统中用得较多的冷却器是强制对流式多管冷却器,如图66所示。油液从进油口5流入
6、,从出油口3流出;冷却水从进水口6流入,通过多根水管后由出水口1流出。油液在水管外部流动时,它的行进路线因冷却器内设置了隔板而加长,因而增加了热交换效果。 近年出现了一种翅片管式冷却器,水管外面增加了许多横向或纵向的散热翅片,扩大了散热面积和热交换效果。图67所示为翅片管式冷却器的一种形式,它是在圆管或椭圆管外嵌套上许多径向翅片,其散热面积可达光滑管的810倍。椭圆管的散热效果一般比圆管更好。,图66多管式冷却器,图67翅片管式冷却器,液压系统也可以用汽车上的风冷式散热器来进行冷却。这种用风扇鼓风带走流入散热器内油液热量的装置不需另设通水管路,因此结构简单、价格低廉,但冷却效果较水冷式差。冷却
7、器一般应安放在回油管或低压管路上,如溢流阀的出口、系统的主回流路上或单独的冷却系统中。冷却器所造成的压力损失一般为0.010.1MPa。,2)加热器液压系统的加热一般常采用结构简单、能按需要自动调节最高和最低温度的电加热器。这种加热器的安装方式是用法兰盘横装在箱壁上,发热部分全部浸在油液内。加热器应安装在箱内油液流动处,以有利于热量的交换。由于油液是热的不良导体,单个加热器的功率容量不能太大,以免其周围油液过度受热后发生变质现象。,2.空气滤清器空气滤清器是一种为了防止灰尘进入油箱的装置,通常在油箱的上方通气孔安装。有的油箱利用空气滤清器的通气孔做注油口,如图68所示为带注油口的空气滤清器。空
8、气滤清器由滤芯和壳体两部分组成。空气滤清器的主要要求是滤清效率高、流动阻力低、能较长时间连续使用而无需保养。空气滤清器的容量必须使液压系统即使达到最大负荷状态时,仍能保持大气压力的程度。,图68带注油口的空气滤清器,对空气滤清器的过滤要求有:(1)过滤精度高:滤出所有较大的颗粒(大于12m);(2)过滤效率高:减少通过滤清器的颗粒数量;(3)防止发动机出现早期磨损,防止空气流量计损坏;(4)压差低,确保发动机有最佳的空燃比,降低过滤损失;(5)过滤面积大,容灰量高,使用寿命长,降低运营费用;(6)安装空间小,结构紧凑;(7)湿挺度高(即在湿度较高的环境下使用仍具有硬挺的形状保持能力),防止滤芯
9、出现吸瘪现象,造成滤芯被击穿;(8)阻燃;(9)密封性能可靠;(10)性价比高;(11)无金属结构,利于环保,可再利用,利于储藏。,3.其它附属装置温控装置是油箱的附属装置,为了检测油温,一般在油箱上安装温度计,温度计直接浸入油中。在油箱上亦安装有压力计,可用以指示泵的工作压力。为了监测液面,油箱侧壁应安装油面指示的液位计。,4.设计注意事项1)油箱的有效容积油箱的有效容积是油面高度为油箱高度80%时的容积,应根据液压系统发热、散热平衡的原则来计算,该项计算在系统负载较大、长期连续工作时是必不可少的。但对于一般情况来说,油箱的有效容积可以按液压泵的额定流量qp(L/min)估计出来。例如,适用
10、于机床或其它一些固定式机械的估算式为,V=qp,(61),式中:V油箱的有效容积(L);与系统压力有关的经验值,低压系统=24,中压系统=57,高压系统=1012。,2)管道及隔板安装吸油管和回油管应尽量距离远些,两管之间用隔板隔开,以增加油液循环距离,使油液有足够的时间分离气泡、沉淀杂质、散失热量。吸油管入口处要装粗滤油器,并且粗滤油器应没在油中,防止吸油时卷吸空气。精滤油器与回油管管端在油面最低时仍应没在油中,防止回油冲入油箱时搅动油面而混入气泡。,回油管管端宜斜切45,以增大出油口截面积,减慢出口处油流速度,此外,应使回油管斜切口面对箱壁,利于油液散热。当回油管排回的油量很大时,宜使其出
11、口处高出油面,向一个带孔或不带孔的斜槽(倾角为515)排油,使油流散开,一方面减慢流速,另一方面排走油液中的空气。减慢回油流速及减少回油的冲击搅拌作用,也可以采取让回油通过扩散室的办法来达到。泄油管管端亦可斜切并面对箱壁,但不可没入油中。隔板高度最好为箱内油面高度的3/4。管端与箱底、箱壁间距离均应大于或等于管径的3倍。粗过滤器距箱底不应小于20mm。,3)良好密封为了防止油液污染,油箱上各盖板、管口处都要进行良好密封。应在注油器上加滤油网;为防止油箱出现负压而设置的通气孔上需装空气滤清器,空气滤清器的容量至少应为液压泵额定流量的2倍;油箱内回油集中部分及清污口附近应该装设一些磁性块,以去除油
12、液中的铁屑和具有磁性的颗粒。4)利于搬移及维护保养为了易于散热和便于对油箱进行搬移及维护保养,按照GB376683规定,箱底离地至少应在150mm以上。箱底应适当倾斜,在最低的部位处设置堵塞或放油阀,以便排放污油。按照GB376683规定,箱体上注油口的近旁必须设置液位计。滤油器的安装位置应便于装拆。箱体内各处应便于清洗。,5)热交换器安装要适当油箱中如要安装热交换器,必须考虑好它的安装位置,以及测温、控制等措施。6)分离式油箱一般用2.54mm钢板焊成箱壁愈薄,散热愈快。有资料建议100L容量的油箱箱壁厚度取1.5mm,400L以下的取3mm,400L以上的取6mm,箱底厚度大于箱壁,箱盖厚
13、度应为箱壁的4倍。大尺寸油箱要加焊角板、筋条,以增强刚性。当液压泵及其驱动电机和其它液压件安装在油箱上时,油箱顶盖要相应加厚。7)油箱内壁应涂上耐油防锈的涂料外壁涂上一层极薄的黑漆(厚度不超过0.025mm),会有良好的辐射冷却效果。铸造的油箱内壁一般只进行喷砂处理,不涂漆。,6.2管件6.2.1管道液压系统中使用的油管种类很多,有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等,须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。油管的种类特点及适用场合如表61所示。,表6-1液压系统中使用的油管,管路内径的选择主要考虑降低流动时的压力损失。对于高压管路,通常流速在34m/s左右;对于吸油管道,考虑泵的吸入性
14、和防止气穴,通常流速在0.61.5m/s左右。油管的规格尺寸包括管道内径和壁厚,可由式(62)、式(63)算出d、后,查阅有关的标准选定。,(62),(63),式中:d油管内径。q管内流量。v管中油液的流速,吸油管取0.51.5m/s,高压管取2.55m/s,压力高的取大值,低的取小值。例如:压力在6MPa以上的取5m/s,在36MPa的取4m/s,在3MPa以下的取2.53m/s;管道较长的取小值,较短的取大值;油液黏度大时取小值。回油管取1.52.5m/s,短管及局部收缩处取57m/s。油管壁厚。p管内工作压力。n安全系数,对钢管来说,p7MPa时取n=8,7MPap17.5MPa时取n=
15、6,p17.5MPa时取n=4。b管道材料的抗拉强度。,油管的管径不宜选得过大,以免使液压装置的结构庞大;但也不能选得过小,以免使管内液体流速加大,系统压力损失增加或产生振动和噪声,影响正常工作。在保证强度的情况下,管壁可尽量选得薄些。薄壁易于弯曲,规格较多,装接较易,可减少管系接头数目,有助于解决系统泄漏问题。管道材料主要有金属管或橡胶管,选用时由耐压、装配的难易决定。吸油管道和回油管道一般用低压的有缝钢管,也可使用橡胶和塑料软管;控制油路中流量小,多用小铜管;中、低压油路中常使用铜管;高压油路一般使用冷拔无缝钢管,必要时也采用价格较贵的高压软管。高压软管是由橡胶中间加一层或几层钢丝编织网制
16、成的。高压软管比硬管安装方便,可以吸收振动。在装配液压系统时,管道的弯曲半径不能过小,一般应为管道半径的35倍。尽量避免小于90弯管,平行或交叉的管道之间应有适当的间隔并用管夹固定,以防振动和碰撞。,6.2.2管接头管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式连接件,它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各项条件。管接头的种类很多,其规格品种可查阅有关手册。管接头除了直通形式外,还有二通、三通、四通和铰接等数种形式,供不同情况下选用,具体可查阅有关手册。液压系统中的管接头常见的有焊接管接头、卡套式管接头、扩口管接头、扣压式管接头、快速管接头等几种形式
17、,由使用需要来决定采用何种形式。管路旋入端用的连接螺纹采用国家标准米制锥螺纹(ZM)和普通细牙螺纹(M)。,1.焊接式管接头焊接式管接头如图69所示,它是把相连管子的一端与管接头的接管1焊接在一起,通过螺母2将接管1与接头体3压紧。接管与接头体间的密封方式有球面与锥面接触密封和平面加O形圈密封两种形式,前者有自立性,安装时位置要求不严格,但密封可靠性稍差,适用于工作压力不高的液压系统(约8MPa以下的系统);后者可用于高压系统。,图69焊接管接头,接头体与液压件的连接有圆锥螺纹和圆柱螺纹两种形式。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封,广泛用于中、低压液压系统;细牙螺纹密封性好,常
18、用于高压系统,但要采用组合垫圈或O形圈进行端面密封,有时也可用紫铜垫圈。焊接式管接头焊接工艺必须保证质量。选用厚壁钢管时,装拆不便,但工艺简单,工作可靠,安装方便,对被连接的油管尺寸及表面精度要求不高,工作压力可达32MPa以上,是目前应用最广泛的一种形式。,2.卡套式管接头卡套式管接头如图610所示,它由三个基本零件即接头体、卡套和螺母组成。卡套是一个在内圆端部带有锋利刃口的金属环,刃口的作用是在装配时切入被连接的油管而起连接和密封作用。这种管接头轴向尺寸要求不严,装拆方便,不需焊接或扩口,但对油管的径向尺寸精度要求较高。油管采用冷拔无缝钢管,使用压力可达32MPa。油管的外径一般不超过42
19、mm。,图610卡套式管接头,3.扩口式管接头扩口式管接头如图611所示,它适用于铜、铝管或薄壁钢管,也可用来连接尼龙管等低压管道。接管穿入管套2后扩成嗽叭口(约7490),再用螺母3把导套连同接管一起压紧在接头体1的锥面上形成密封。,4.扣压式管接头扣压式管接头是胶管接头的一种。胶管接头有可拆式和扣压式两种,各有A、B、C三类。随着管径不同可用于工作压力为640MPa的系统。扣压式管接头是高压胶管接头的一种常用形式。图612所示为A型扣压式胶管接头,装配时须剥离外胶层,然后在专门的设备上扣压而成,它由接头外套和接头体组成。软管装好后再用模具扣压,使其具有较好的抗拔脱和密封性能。,图611扩口
20、式管接头,图612扣压式管接头,5.快速接头当系统中某一局部不需要经常供油或执行元件的连接管路要经常拆卸时,往往采用快速接头与高压软管配合使用。快速接头的结构如图613所示,各零件的位置为油路接通位置,外套4把钢球3压入槽底使接头体5和接头连接起来,单向阀2和6相互推挤使油路接通。当需要断开时,可用力将外套向左推,同时拉出接头体5,油路断开。这种接头在液压和气压系统中均有应用。,图613快速接头,液压系统中的泄漏问题大部分都出现在管系中的接头上,为此对管材的选用、接头形式的确定(包括接头设计、垫圈、密封、箍套、防漏涂料的选用等)、管系的设计(包括弯管设计、管道支承点和支承形式的选取等)以及管道
21、的安装(包括正确的运输、储存、清洗、组装等)都要慎重对待,以免影响整个液压系统的使用质量。国内外专家学者对管子材质、接头形式和连接方法的研究工作从未间断。最近出现了一种用特殊的镍钛合金制造的管接头,它能使低温下受力后发生的变形在升温时消除,即把管接头放入液氮中用芯棒扩大其内径,然后取出来迅速套装在管端上,便可使它在常温下得到牢固、紧密的结合。这种“热缩”式的连接已在航空和其它一些加工行业中得到了应用,它能保证在4055MPa的工作压力下不出现泄漏。这是一个十分值得注意的发展趋势。,6.2.3管道系统6.2.1和6.2.2节主要是针对液压传动管道和管接头的结构功能及使用情况进行的讲解,而气压传动
22、系统由于其工作特性有别于液压传动,所以其管道系统的应用也有其特点。气动系统的管道布置应遵循相关基本原则,力求合理安全、优化经济。1.管道系统布置原则1)按供气压力考虑在实际应用中,如果只有一种压力要求,则只需设计一种管道供气系统。如有多种压力要求,则其供气方式有以下三种:,(1)多种压力管道供气系统。它适用于气动设备有多种压力要求,且用气量都比较大的情况。应根据供气压力大小和使用设备的位置,设计几种不同压力的管道供气系统。(2)降压管道供气系统。它适用于气动设备有多种压力要求,但用气量都不大的情况。应根据最高供气压力设计管道供气系统,气动装置需要的低压,利用减压阀降压来得到。(3)管道供气与瓶
23、装供气相结合的供气系统。它适用于大多数气动装置都使用低压空气,部分气动装置需用气量不大的高压空气的情况。应根据对低压空气的要求设计管道供气系统,而气量不大的高压空气采用气瓶供气方式来解决。,2)按供气质量来考虑根据各气动装置对空气质量的不同要求,分别设计成一般供气系统和清洁供气系统。若一般供气量不大,为了减少投资,可用清洁供气代替。若清洁供气系统的用气量不大,可单独设置小型净化干燥装置来解决。3)按供气可靠性和经济性考虑从供气可靠性和经济性考虑可分为三种情况,分别是:供气系统简单,经济性好的单树枝状管网供气系统;系统供气可靠性高,压力稳定的单环状管网供气系统;可以保证所有气动装置不间断供气的双
24、树枝状管网供气系统。,2.管道布置注意事项管道布置时主要的注意事项如下:(1)供气管道应按现场实际情况布置,尽量与其它管线(如水管、煤气管、暖气管等)、电线等统一协调布置。管道进入用气车间,应根据气动装置对空气质量的要求设置配气容器、截止阀、气动三联件等。(2)车间内部压缩空气主干管道应沿墙或柱子架空铺设,其高度不应妨碍运行,又便于检修。管长超过5m,顺气流方向管道向下坡度为1%3%。为避免长管道产生挠度,应在适当部位安装托架。管道支撑不能与管道焊接。,(3)使用钢管时,一定要选用表面镀锌的管子。(4)在管路中容易积聚冷凝水的部位,如倾斜管末端、分支管下垂部、储气罐的底部、凹形管道部位等,必须
25、设置冷凝水的排放口或自动排水器。(5)主管道入口处应设置主过滤器,从分支管至各气动装置的供气都应设置独立的过滤、减压或油雾装置。典型的气动系统管路布置如图614所示。,图614管路布置,6.3密封装置,6.3.1对密封装置的要求对密封装置的主要要求如下:(1)在工作压力和一定的温度范围内,应具有良好的密封性能,并随着压力的增加能自动提高密封性能。(2)密封装置和运动件之间的摩擦力要小,摩擦系数要稳定。(3)抗腐蚀能力强,不易老化,工作寿命长,耐磨性好,磨损后在一定程度上可进行自动补偿。(4)结构简单,使用、维护方便,价格低廉。,6.3.2类型和特点1.间隙密封间隙密封是靠相对运动件配合面之间的
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