在液压系统中，蓄能器、过滤器、油箱、热交换器、管件等元件属于辅助元件。这些元件结构比较简单，功能也较单一，但对于液压系统的工作性能、噪声、温升、可靠性等，都有直接的影响。因此，应当对液压辅助元件引起足够的重视。在液压辅助元件中，大部分元件都已标准化，并有专业厂家生产，设计时选用即可。只有油箱等少量非标准件，品种较少，要求也有较大的差异，有时需要根据液压设备的要求自行设计。 『学习要求』
1、重点掌握液压油的过滤和净化以及液压元件的密封
2、了解密封的种类、密封的机理、密封件的特点与应用场合 『重点、难点』
重点：液压油的过滤和净化以及液压元件的密封 难点：蓄能器的有关的计算 『学习提示』
本节内容比较简单，既没有繁琐的数学推导，也没有更深的理论推导，比较容易掌握，在大纲中本章内容要求为自学为主，辅导为辅。
第一节 过滤器
过滤器的作用及性能 1.过滤器的作用
在液压系统中，由于液压系统内的形成或系统外的侵入，液压油中难免会存在这样或那样的污染物，这些污染物的颗粒不仅会加速液压元件的磨损，而且会堵塞阀件的小孔，卡住阀芯，划伤密封件，使液压阀失灵，系统产生故障。因此，必须对液压油中的杂质和污染物的颗粒进行清理。目前，控制液压油洁净程度的最有效的方法就是采用过滤器。过滤器的主要功用就是滤去油中杂质，维护油液清洁，防止油液污染，保证系统正常工作。 2.过滤器的性能指标
过滤器的主要性能指标有过滤精度、通流能力、压力损失等，其中过滤精度为主要指标。
（1）过滤精度 过滤器的工作原理是用具有一定尺寸过滤孔的滤芯对污染物进行过滤。过滤精度就是过滤器从液压油中所过滤掉的杂质颗粒的最大尺寸（以污染物颗粒平均直径d表示）。
过滤精度以滤去杂质颗粒的大小来衡量。不同液压系统对过滤器的过滤精度要求见推荐表。d≥0.1mm为粗滤器；d≥0.01mm为普通滤器；d≥0.005mm为精滤器；d≥0.001mm为特精滤器。
过滤器精度的选用原则是：使所过滤污物颗粒的尺寸要小于液压元件密封间隙尺寸的一半。系统压力越高，液压件内相对运动零件的配合间隙越小，需要过滤器的过滤精度也就越高。液压系统的过滤精度，主要取决于系统的压力。表5-1为过滤精度选择的推荐值。
（2）通流能力 过滤器的通流能力一般用额定流量表示，它与过滤器滤芯的过滤面积成正比。
（3）压力损失 指过滤器在额定流量下的进出油口间的压差。一般过滤器的通流能力越好，压力损失越小。
（4）其他性能 过滤器的其他性能主要指滤芯强度、滤芯寿命、滤芯耐腐蚀性等指标。不同的过滤器这些性能会有较大的差异，可以通过比较确定各自的优劣。 3.过滤器的典型结构
按过滤机理，过滤器可以分为机械过滤器和磁性过滤器两类。前者是使液压油通过滤芯的孔隙时将污物的颗粒阻挡在滤芯的一侧；后者用磁性滤芯将所通过的液压油内铁磁颗粒吸附在滤芯上。在一般液压系统中常用机械过滤器，在要求较高的系统可将上述两类过滤器联合使用。在此着重介绍机械过滤器。
（1）网式过滤器 图5-1 为网式过滤器结构图。它是由上端盖1、下端盖4之间连接开有若干孔的简形塑料骨架（或金属骨架）组成，在骨架外包裹一层或几层过滤网2。过滤工作时，液压油从过滤器外通过过滤网进入过滤器内部，再从上盖管口处进入系统。此过滤器属于粗过滤器，其过滤精度为0.13~0.04mm，压力损失不超过0.025Mpa，这种过滤器的过滤精度与铜丝网的网孔大小，铜网的层数有关。网式过滤器的特点是：结构简单，通油能力强，压力损失小，清洗方便，但是过滤精度低，一般安装在液压泵的吸油管口上用以保护液压泵。
（2）线隙式过滤器 图5-2为线隙式过滤器结构图。它是由端盖1，壳体2，带孔眼的筒形骨架，和绕在骨架3外的金属绕线组成。工作时，油液从孔a进入过滤器内，经线间的间隙，骨架上的孔眼进入滤芯中再由孔b流出。这种过滤器利用金属绕线间的间隙过滤，其过滤精度取决于间隙的大小。过滤精度有30μm，50μm和80μm三种精度等级，其额定流量为6~250L/min，在额定流量下，压力损失为0.03~0.06 Mpa.。线隙式过滤器分为吸油管用的和压油管用的两种。前者安装在液压泵的吸油管道上，其过滤精度为
0.05~0.1mm，通过额定流量时损失小于0.02 Mpa；后者用在液压系统的压力管道上，过滤精度为0.03~0.08mm，压力损b不小于0.06 Mpa.。这种过滤器的特点是：结构简单，通油能力好，过滤精度高，所
以应用普遍；缺点是不易清洗，滤芯强度低，多用于中低压系统。
（3）纸芯式过滤器 此过滤器用滤纸为过滤材料，把厚度为
0.35~0.7mm的平纹或波纹的酚醛树脂或木浆的微孔滤纸，环绕在带孔的镀锡铁皮骨架上，制成滤纸芯（如图5-3所示）。油液从滤芯外面经滤纸进入滤芯内，然后从孔道a流出。为了增加滤纸1的过滤面积，纸芯一般做成折叠式。这种过滤器的过滤精度为0.01mm和0.02mm两种规格，压力损失为0.01~0.04Mpa。其特点是过滤精度高;缺点是堵塞后无法清洗，需要定期更换纸芯，强度低，一般用于精过滤系统。
（4）烧结式过滤器 图5-4为烧结式过滤器结构图。此过滤器是由端盖1，壳体2，滤芯3组成，滤芯是由颗粒状铜粉烧结而成。其过滤过程是：压力油从a孔进入，经铜颗粒之间的微孔进入滤芯的内部，从b孔流出。烧结式过滤器的过滤精度为
0.01mm~0.001mm之间，压力
损失为0.03~0.2Mpa。其特点是强度大，可制成各种形状，制造简单，过滤精度高;缺点难清洗，金属颗粒易脱落，常用于需要精过滤的场合。
4.过滤器的选用
选择过滤器的主要考虑因素有：
（1）系统的工作压力 为选择过滤器的主要依据之一。系统的压力越高，液压元件的配合精度越高，所需要的过滤精度也就越高。
（2）系统的流量 过滤器的通流能力是根据系统的最大流量而确定的。一般，过滤
器的额定流量不能小于系统的流量，否则过滤器的压力损失会增加，过滤器易堵塞，寿命也缩短。但过滤器的额定流量越大，其体积造价也越大，因此应选择合适的流量。
（3）滤芯的强度 过滤器的滤芯的强度是一重要指标。不同的过滤器有不同的强度。在高压或冲击大的液压回路，应选用强度高的过滤器。
5.过滤器的安装
（1）安装在泵的吸油口 如图5-5a所示，用于保护泵，可选择粗滤器，但要求有较大的通流能力，防止产生气穴现象。 安装在泵的出口须选择精滤器，以保护泵以外的元件。要求能承受油路上的工作压力和压力冲击。 安装在系统的回油路上滤去系统生成的污物，可采用滤芯强度低的过滤器。为防止过滤器阻塞，一般要并联安全阀或安装发讯装置。
（2）安装在液压泵的出油口上 如图5-5b，此安装方式可以有效的保护除泵以外的其他液压元件，但是由于过滤器是在高压下工作，滤芯需要有较高的强度。为了防止过滤器堵塞而引起液压泵过载或过滤器损坏，常在过滤器旁设置一堵塞指示器或旁路阀加以保护。
（3）安装在回油路上 图5-5c所示、将过滤器安装在系统的回油路上。这种方式可以把系统内油箱或管壁氧化层的脱落或液压元件磨损所产生的颗粒过滤掉，以保证油箱内的液压油的清洁使泵及其他元件受到保护。由于回油压力较低，所需过滤器强度不必过高。
（4）安装在系统的支路上 如图5-5d所示， 当泵的流量较大时，为避免选用过大的过滤器，在支路上安装小规格的过滤器。
（5）单独过滤 如图5-5e所示，用一个液压泵和过滤器单独组成一个独立于系统之外的
过滤回路，这样可以连续清除系统内的杂质，保证系统的清洁。一般用于大型的液压系统。
第二节 蓄能器
蓄能器是在液压系统中储存和释放压力能的元件。它还可以用作短时供油和吸收系统的震动和冲击的液压元件。 一、 蓄能器的类型和典型结构
蓄能器主要有重锤式，充气式和弹簧式三种类型。
1.重锤式蓄能器：
重锤式蓄能器的结构原理图如图5-6所示，它是利用重物的位置变化来储存和释放能量的。重物1通过活塞2作用于液压油3上，使之产生压力。当存储能量时，油液从a经单向阀进入蓄能器内，通过柱塞推动重物上升；释放能量时，柱塞同重物一起下降，油液从b孔输出。这种蓄能器结构简单，压力稳定，但容量小，体积大，反映不灵活，易产生泄露。目前只用于少数大型固定设备的液压系统。
2.弹簧式蓄能器：
图5-7为弹簧式蓄能器的结构原理图，它是利用弹簧的伸缩来储存和释放能量的。弹簧1的力通过活塞2作用于液压油3上。液压油的压力取决于弹簧的预紧力和活塞的面积。由于弹簧伸缩时弹簧力会发生变化，所形成的油压也会发生变化。为减少这种变化，一般弹簧的刚度不可太大，弹簧的形成也不能过大，从而限制了这种蓄能器的工作压力。这种蓄能器用于低压、小容量的系统，常用于液压系统的缓冲。弹簧式蓄能器具有结构简单、反应较灵敏等特点，但容量较小、承压较低。
3.充气式蓄能器：
充气式蓄能器是利用气体的压缩和膨胀来储存和释放能量。为安全起见，所充气体一般为惰性气体或氮气。常用的充气式蓄能器有活塞式和气囊式两种，如图5-8所示。（1） 活塞式蓄能器 图5-8a为活塞式蓄能器结构图。压力油从a口进入，推动活塞，压缩活塞上腔的气体储存能量；当系统压力低于蓄能器压力时，气体推动活塞，释放压力油，满足需要。这种蓄能器具有结构简单，工作可靠，维修方便等特点，但由于缸体的加工精度高、活塞密封易磨损、活塞的惯性及摩擦力的影响，使之存在造价高、易泄漏、反应灵敏度差等缺陷。 (2) 气囊式蓄能器 图5-8b为气囊式蓄能器结构图。由图可知，气囊2安装在壳体3内，充气阀1为气囊充入氮气，压力油从入口顶开菌形限位阀4进入蓄能器压缩气囊，气囊内的气体被压缩而储存能量；当系统压力低于蓄能器压力时，气囊膨胀压力油输出，蓄能器释放能量。菌形限位阀的作用是防止气囊膨胀时从蓄能器油口处凸出而损坏。这种蓄能器的特点是气体与油液完全隔开，气囊惯性小、反应灵活、结构尺寸小、重量轻、安装方便，是目前应用最为广泛的蓄能器之一。
二、 蓄能器的容量计算
蓄能器的容量是选用蓄能器的主要指标之一。不同的蓄能器其容量的计算方法不同，在此仅对应用最为广泛的气囊式蓄能器，用作辅助能源时容量的计算方法作一简要的介绍。气囊式蓄能器在工作前要先充气，当充气后气囊会占据蓄能器壳体的全部体积，假设此时气囊内的体积为Vo，压力为Po；在工作状下压力与进入蓄能器，使气囊受到压缩，此时气囊内气体的体积为V1，压力为P1；如图5-9所示。根据波义尔气体定律可知
式中 Po，Vo——蓄能器没有压力油输入时，气囊内充气体的压力和体积； P1，V1——蓄能器在工作状态下气囊压缩后其内腔的压力和体积； P2，V2——蓄能器在释放能量后气囊内压力和体积； n——由蓄能器工作状态所确定的指数：当蓄能器释放能量的速度为缓慢的时，蓄能器迅速保压或补偿泄漏，可以认为气体是在等温条件下工作，去n=1；当蓄能器迅速释放能量时，如用来大量供油时，可以认为是在绝热条件下工作，取n=1.4。设蓄能器储存油液的最大容量为Vw，则有
将式（5-2）与式（5-1）联立，可得
理论上，充气压力Po与释放能量的压力P2应当相等，但由于系统中有泄漏，为了保证系统压力为P2时蓄能器还能向系统供油，应使Po 例5-1 在一个最高和最低工作压力分别为P1=20MPa、P2=10MPa的液压系统中，若蓄能器的充气压力为Po=9MPa求满足输出5L液体的蓄能器的容量。 解 若蓄能器慢速输出油时，n=1，油式（5-3）有 蓄能器快速输油时，n=1.4，由式（5-3）有 三、 蓄能器的安装使用 蓄能器在液压系统中安装的位置，由蓄能器的功能来决定。在使用和安装蓄能器时应注意以下问题： 1） 气囊式蓄能器应当垂直安装，倾斜安装或水平安装会使蓄能器的气囊与壳体磨损，影响蓄能器的使用寿命。 2） 吸收压力脉动或冲击的蓄能器应该安装在震源附近。 3） 安装在管路中的蓄能器必须用支架或挡板固定，以承受因蓄能器蓄能或释放能量时所产生的动量反作用力。 4） 蓄能器与管道之间应安装止回阀，以用于充气或检修。蓄能器与液压泵间应安装单向阀，以防止停泵时压力油倒流。 第三节 油 箱 油箱的主要功用是储存油液，同时箱体还具有散热、沉淀污物、析出油液中渗入的空气以及作为安装平台等作用。 一、 油箱的分类及典型结构 1. 油箱的结构 油箱可分为开式结构和闭式结构两种:开式结构油箱中的油液具有与大气相通的自由液面，多用于各种固定设备；闭式结构的油箱中的油液与大气是隔绝的，多用于行走设备及车辆。开式结构的油箱又分为整体式和分离式。整体式油箱通常是利用主机的底座作为油箱，其特点是结构紧凑、液压元件的泄漏容易回收，但散热性能差，维修不方便，使主机的精度及性能有所影响。分离式油箱单独成立一个供油泵站，与主机分离，其散热性、维护和维修性均好于整体式油箱，但必须增加占地面积。目前，精密设备多采用分离式油箱。 图5-10 油箱简图 2. 油箱的典型结构 图5-10为开式结构分离式油箱的结构简图。箱体一般用2.5～4mm左右的薄钢板焊接而成，表面涂有耐油涂料；油箱中间有两个隔板7和9，用来将液压泵的吸油管1和回油管4分开，以阻挡沉淀杂物及回油管产生的泡沫；油箱顶部的安装板5用较厚的钢板制造，用以安装电动机、液压泵、集成块等部件。在安装板上装有过滤网2、防尘盖3，用以注油时过滤，并防止异物落入油箱。防尘盖侧面开有小孔与大气相通；油箱侧面装有液位计6用以显示油量；油箱底部装有排油阀8用以换油时排油和排污。 二、 油箱的设计 油箱属于非标准件，在实际情况下根据需要自行设计。油箱设计时主要考虑油箱的容积、结构、散热等问题。限于篇幅，在此仅将设计思路简介如下。1. 油箱容积的估算 油箱的容积是油箱设计时需确定的主要参数。油箱体积大时散热效果好，但用油多，成本高；油箱体积小时，占用空间少，成本降低，但散热条件不足。在实际设计时，可用经验公式初步确定油箱的容积，然后在验算油箱的散热量Q1，计算系统的发热量Q2，当油箱的散热量大于液压系统的发热量时（Q1>Q2），油箱容积合适；否则需增大油箱的容积或采取冷却措施（油箱散热量及液压系统发热量计算请查阅有关手册）。油箱容积的估算经验公式为 V=αq （5-4） 式中 v——油箱的容积（L）； q——液压泵的总额定流量（L/min）； α——经验系数（min），其数值确定如下：对于低压系统，α=2～4min；对中压系统，α=5～7min；对中、高压或高压大功率系统，α=6～12min。 2.设计时的注意事项 在确定容积后，油箱的结构设计就成为实现油箱各项功能的主要工作。设计油箱结构时应注意以下几点： 1） 箱体要与足够的强度和刚度。油箱一般用2.5～4min的钢板焊接而成，尺寸大者要加焊加强肋 2）泵的吸油管上应安装100～200目的网式过滤器，过滤器与箱底间的距离不应小于20mm，过滤器不允许露出油面，防止泵卷吸空气产生噪音。系统的回油管要插入油面以下，防止回油冲溅产生气泡。 3）吸油管与回油管应隔开，二者间的距离尽量远些，应当用几块隔板隔开，以增加油液的循环距离，使油液中的污物和气泡充分沉淀或析出。隔板高度一般取油面高度的3/4. 4）防污密封。为防止油液污染，盖板与窗口个连接处均需加密封垫，各油管通过的孔都要加密封圈。 5）油箱底部应有坡度，箱底与地面应有一定距离，箱底最低处要设置放油塞。 6）油箱内壁表面要做专门处理。为防止油箱内壁图层脱落，新油箱内壁要经喷丸、酸洗和表面清洗，然后可涂一层与工作液相容的塑料薄膜或耐油清漆。 第 四 节 热 交 换 器 液压系统在工作时，液压油的温度应保持在15～65℃之间，油温过高将使油液迅速变质，同时油液的粘度下降，系统的效率降低；油温过低则油液的流动性变差，系统压力损失加大，泵的自吸能力降低。因此，保持油温的数值是液压系统正常工作的必要条件。因受各种因素的限制，有时靠油箱本身的自然调节无法满足油温的需要，需要借助外界设施满足设备油温的要求。热交换器就是最常用的温控设施。热交换器分冷却器和加热器两类。 一、 冷却器 冷却器按冷却形式可分为水冷、风冷和氨冷等多种形式，其中水冷和风冷是常用的冷却形式。 图5-11a为常用的蛇形管式水冷却器，将蛇形管安装在油箱内，冷却水从管内流过，带走油液内产生的热量。这种冷却器结构简单，成本低，但热交换效率低，水耗大。 图5-11b为大型设备常用的壳管式冷却器，它是由壳体1铜管3及隔板2组成。液压油从壳体1的左油口进入，经多条冷却铜管3外壁及隔板冷却后，从壳体右口流出。冷却水在壳体右隔箱4上部进水口流入，在上部铜管3内腔到达壳体左封堵，然后再经下部铜管3内腔通道，由壳体右隔箱4下部出水口流出。由于多条冷却铜管及隔墙的作用，这种冷却器热交换效率高，但体积大，造价高。 图5-11 冷却器 1-壳体 2-隔板 3-铜管 4-壳体隔箱 近年来出现了翅片式冷却器，冷却管外套用多个具有良好导热材料制成的散热翅片，以增加散热面积。 风冷式散热器在行走车辆的液压设备上应用较多。风冷式冷却器可以是排管式，也可以用翅片式（单层管壁），其体积小，但散热效率不及水冷式高。 冷却器一般安装在液压系统的回油路上或在溢流阀的溢流管路上。图5-12为冷却器安装位置的例子。液压泵输出的压力油直接进入系统，已发热的回油和溢流阀溢出的油一起，经冷却器1冷却后回到油箱。单向阀2用以保护冷却器，截止阀3是当不需要冷却器时打开，提供通道。 二、 加热器 液压系统中所使用的加热器一般采用电加热方式。电加热器结构简单，控制方便，可以设定所需温度，温控误差较小。但电加热器的加热管直接与液压油接触，易造成箱体内油温不均匀，有时加速油质老化，因此，可设置多个加热器，且控制加热器不宜过高。图5-13为加热器的应用。加热器2安装在油箱的箱体壁上，用法兰连接。 图5-12 冷却器的安装位置 1-冷却器 2-单向阀 3-截止阀 图5-13 加热器的安装 1-油箱 2-加热器 第 五 节 连 接 件 油管、管接头称为连接件，其作用是将分散的液压元件连接起来，构成一个完整的液压系统。连接件的性能与结构对液压系统的工作状态有直接的关系。在此介绍常用的液压连接件的结构，供设计液压装置选用连接件时参考。 一、 油管 1. 油管的种类 在液压系统中。所使用的油管种类较多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，在选用时要根据液压系统压力的高低，液压元件安装的位置，液压设备工作的环境等因素。 （1）钢管 钢管分为无缝钢管和焊接钢管两类。前者一般用于高压系统，后者用于中低压系统。钢管的特点是：承压能力强，价格低廉，强度高、刚度好，但装配和弯曲较困难。目前在各种液压设备中，钢管应用最为广泛。 （2）铜管 铜管分为黄铜管和纯铜管两类，多用纯铜管。钢管具有装配方便、易弯曲等优点，但也有强度低，抗震能力差、材料价格高、易使液压油氧化等缺点，一般用于液压装置内部难装配的地方或压力在0.5～10Mpa的中低压系统。 （3）尼龙管 这是一种乳白色半透明的新型管材，承压能力有2.5Mpa和8Mpa两种。尼龙管具有价格低廉，弯曲方便等特点，但寿命较短，多用于低压系统替代铜管使用。 （4）塑料管 塑料管价格低，安装方便，但承压能力低，易老化，目前只用于泄漏管和回油路。 （5）橡胶管 这种油管有高压和低压两种：高压管由夹有钢丝编织层的耐油橡胶制成，钢丝层越多，油管耐压能力越高；低压管的编织层为帆布或棉线。橡胶管用于具有相对运动的液压件的连接。 2. 油管的计算 油管的计算主要是确定油管内径和管壁的厚度。 油管内径计算式为 式中 q─通过油管的流量 V─油管中推荐的流速，吸油管取0.5～1.5m/s，压油管取2.5～5m/s，回油管取1.5～2.5m/s。 油管壁厚度的计算式为 式中 p─油管内压力； [δ]─油管材料的许用应力。 为油管材料的抗拉强度，n 为安全系数。对于钢管，当p < 7Mpa时，n = 8；当p < 17.5Mpa时，取n = 6；当p > 17.5Mpa时，n = 4。 二、 管接头 管接头是连接油管与液压元件或阀板的可拆卸的连接件。管接头应满足拆卸方便、密封性好、连接牢固、外形尺寸小、降压小、工艺性好等要求。 常用的管接头种类很多，按接头的通路分类，有直通式、角通式、三通和四通式；按接头与阀体或阀板的连接方式分类，有螺纹式、法兰式等；按油管与接头的连接方式分类，有扩口式、焊接式、卡套式、扣压式、快换式等。以下仅对后一种分类作一介绍。 （1） 扩口式管接头 图5-14a所示为扩口式管接头，它是利用油管1管端的扩口在管套的压紧下进行密封。这种管接头结构简单，适用于铜管、薄壁钢管、尼龙管和塑料管的接头。 （2）焊接管接头 图5-14b所示为焊接管接头，油管与接头内芯1焊接而成，接头内心的球面与接头体锥孔面紧密相连，具有密封性好、结构简单、耐压性强等优点。缺点是焊接较麻烦，适用于高压管壁钢管的连接。 （3）卡套式管接头 图5-14c为卡套式管接头，它是利用弹性极好的卡套2卡住油管1而密封。其特点是结构简单、安装方便，油管外壁尺寸精度要求较高。卡套式管接头适用于高压冷拔无缝钢管连接。 （4）扣压式管接头 图5-14d所示为扣压式管接头，这种管接头是由接头外套1和接头芯子2组成。此接头适用于软管连接。 （5）可拆卸式管接头 图5-14e为可拆卸式管接头。此接头的结构是在外套1和接头芯子2上作成六角形，便于经常拆卸软管，适用于高压小直径软管连接。 （6）快换接头 图5-14f为快换接头，此接头便于快速拆装油管。其原理为：当卡箍6向左移动时，钢珠5从插嘴4的环槽中向外退出，插嘴不再被卡住，可以迅速从插座1中抽出。此时管塞2和3在各自的弹簧力作用下将两个管口关闭，使油箱内的油液不会流失。这种管接头适用于需要经常拆卸的软管连接。 （7）伸缩管接头 图5-14g为伸缩管接头，这种管接头由内管1、外管2组成，内管可以在外管内自由滑动并用密封圈密封。内管外径必须经过精密加工。这种管接头适用于连接件有相对运动的管道的连接。 （g） 图5-14 常用管接头 第 六 节 密 封 装 置 密封使解决液压系统泄露问题的有效手段之一。当液压系统的密封不好时，会因外泄露而污染环境，还会造成空气进入液压系统而影响液压泵的工作性能和液压执行元件运动的平稳性；当内泄流严重时，造成系统容积效率过低及油液温升过高，导致系统不能正常工作。 一 、对密封装置的要求 （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能自动补偿。 （4） 结构简单，使用、维护方便，价格低廉。 二 、密封装置的类型和特点 密封按其工作原理来分可分为非接触式密封和接触式密封。前者主要指间隙密封，后者指密封件密封。 1．间隙密封 间隙密封是靠相对运动件配合面之间的微小间隙来进行密封的。间隙密封常用于柱塞、活塞或阀的圆柱配合副中。 采用间隙密封的液压阀中，在阀芯的外表面开有几条等间距的均压槽，它主要作用是使径向压力分布均匀，减少液压卡紧力，同时使阀芯在孔中对中性好。间隙密封是减少间隙的方法来减少漏油。另外均匀槽形成的阻力，对减少泄漏也有一定的作用。所开均压槽的尺寸一般宽0.3~0.5mm，深为0.5~1.0mm。圆柱面之间的配合间隙与直径大小有关，对于阀芯与阀孔一般取0.005~0.017mm。这种密封的优点是摩擦小，缺点是磨损后不能自动补偿，主要用于直径较小的圆柱面之间，如液压泵内的柱塞与缸体之间、滑阀的阀芯与阀孔之间的配合。 2．O形密封圈 O形密封圈一般用耐用橡胶做成，其横截面成圆形，它具有良好密封性能，内外侧和端面都能起到良好的密封作用。它具有节奏紧凑、运动件的摩擦阻力小、制造容易、拆卸方便、成本低、高低压均匀可以用等特点，在液压系统中得到广泛的应用。 O形密封圈的结构和工作情况如图5-15所示。图5-15a为O形密封圈的外形截面图；图5-15b为装入密封沟槽时的情况图，其中δ1、δ2为O形圈装配后的预压缩量，通常用压缩率W表示为 对于固定密封，往复运动密封，压缩率应分别达到15%~20%、10%~20%和5%~10%，才能取得满意的密封效果。 当油液工作压力超过10Mp时，O形圈在往复运动中容易被油液压力挤入间隙而损坏（见图6—15c）。为此要在它的侧面安放1.2~1.5mm厚的聚四氟乙烯挡圈；双向受力时则在两侧各放一个挡圈，如图5-15d、e所示。 O形密封圈的安装沟槽，除矩形外还有V形，燕尾形、半圆形、三角形等，实际应用中可以查看手册和国家标准。 3．唇形密封圈 唇形密封圈根据截面的形状可以分为Y形、V形、U形、L形等，其中工作原理如图5-16所示。液压力将两唇边h1压向形成间隙的两个零件的表面。这种密封作用的特点是能随着工作压力的变化自动调节密封性能，压力越高则唇边压得越紧，密封性越好；当压力下降时唇边压紧程度也随之降低，从而减少了摩擦阻力和功率消耗。此外，还能自动补偿唇边的磨损。 图5-17 小Y形密封圈 目前，小Y形密封圈在液压缸中得到广泛应用，主要用作活塞和活塞杆的密封。图5-17a所示为轴用密封圈，图5-17b为孔用密封圈。这种小Y形密封圈的特点，是断面的宽度和高度比值大，增加的底部的支撑宽度，课避免摩擦力造成密封圈的翻转和扭曲。 在高压和超高压的情况下（压力大于25Mp）的轴密封多采用V形密封圈。V形密封圈由多层涂胶织物压制而成，其形状如图5-18所示。V形密封圈通常由压环，密封环和支撑环三个圈叠在一起使用，此时以能保证良好的密封性，当压力更高时，可以增加中间密封环 的数量这种密封圈在安装时要预压紧，所以摩擦阻力较大。 唇形密封圈安装时，应使其唇边开口面对压力油，使两唇张开，分别贴紧在机件的表面上。 4．组合式密封圈 随着技术的进步和设备性能的提高，液压系统对密封圈的要求也越来越高，普通的密封圈单独使用以不能很好的满足需求，因此，研究和开发了由包括密封圈在内的二个以上元件组成的组合式密封圈。 图5-19a为由O形密封圈与截面为矩形的聚四氟乙烯塑料滑环组成的组合密封装置。滑环2紧贴密封面，O形圈1为滑环提供弹性预压力，在介质压力等于零时构成密封，由于密封间隙靠滑环，面不是O形圈，因此摩擦阻力小而且稳定，可以用于40Mpa的高压；往复运动密封时，速度可达15m/s；往复摆动与螺旋远动密封时，速度可得5m/s。矩形滑环组合密封的缺点时抗侧倾能力稍差，在高低压交变的场合下工作时易泄露。 图5-19b所示为由滑环2和O形圈1组成的轴用组合密封。由于滑环2与被密封件3之间为线密封，故其工作原理类似唇边密封。支持环采用一种经特别处理的合成材料，具有极佳的耐磨性、低摩擦和保形性，工作压力可得80Mpa。 图5-19 组合式密封装置 1-O形密封圈 2-滑环 3-被密封件 组合式密封装置充分发挥了橡胶密封圈和滑环各自的长处，不仅工作可靠，摩擦力低、稳定性好，而且使用寿命比普通橡胶密封提高近百倍，在工程上得到广泛的应用。 5．回转轴的密封装置 回转轴的密封装置形式很多。图5-20所示的是用耐油橡胶制成的回转轴用密封 圈，它的内部有直角形圆环铁骨架支撑着，密封圈的内边围着一条螺旋弹簧，把内边收紧在轴上进行密封。这种密封圈主要用作液压泵、液压马达和回转式液压缸的伸出轴的密封，以防止油液漏到壳体外部，它的工作压力一般不超过0.1Mpa，最大允许线速度为4~8m/s，须在有润滑的情况下工作。 图5-20回转轴的密封装置 一、 新型密封元件 随着材料工业的发展以及对密封理论的完善和发展，近年来国内外都研发了许多新型密封元件，这些密封元件不仅在物理、化学、密封性能有了明显提高，而且结构上也有了很大变化，其功能也从单一型向组合型发展，下面介绍八种类型的新型密封元件。 1．星形密封件 图5-21为星型密封件，又称X形密封件，适用于液压气动执行元件的双向密封。星形密封件通过预压缩力和油液的挤压力共同起密封作用。 图5-21星形密封及密封原理 星型密封件适用于压力不大于40Mpa、温度-60~200℃、运行速度不大于0.5m/s的直线、旋转动密封和静密封场合。 2．佐康─雷姆形密封件 佐康─雷姆形密封件为单向密封型密封件，所以必须成对使用才能实现双向密封。佐康─雷姆形密封件适用于压力小于25Mpa、温度-30~100℃、运行速度5m/s的直线往复运动的轴、孔动密封场合，如图5-22所示。 图5-22佐康-雷姆形密封件 3. 特康─泛塞形密封件 特康─泛塞形密封件是借助自身弹簧、预紧力和液压力的共同作用下起密封作用，其组成是由U形特康圈和指形不锈钢施力弹簧组成，如图5-23所示，这种密封件的特点是摩擦力小，耐磨性好。 图5-23 特康-泛赛形密封件 佐康─雷姆形密封件适用于压力不大于45Mpa、温度-70~260℃、运行速度在15m/s以下的直线往复运动的轴、孔间动密封场合。 4. 特康─ 格来密封件 是利用O形圈的弹性力对密封件产生压力起密封作用的，如图5-24所示。这种密封件的特点是摩擦力小，启动阻力小、耐磨性好、无挤出现象等特点。 特康─ 格来密封件适用于压力80Mpa以下、温度-54~200℃、运行速度在15m/s以下的直线往复运动的活塞与缸筒之间的密封。 5．格来圈、斯特封 格来圈、斯特封是利用O形圈的弹性力和于压缩力将其分别压在缸筒内表面和活塞杆外表面起密封作用的，如图5-25所示。这两种密封件适用于压力在50Mpa以下、温度-30~120℃、运行速度在1m/s以下的液压缸动密封。 图5-24 特康-格来密封件 1-缸筒 2-特康-格来密封件 3-O形圈 4-活塞 图5-25 同轴密封件 a)活塞用 b）活塞杆用 1-格来圈 2-O形圈 3-斯特封 6. 韦氏金属密封圈 韦氏金属密封圈是由各种材料制成的实心的、空心冲压的金属圆环，主要材料有钢制的、铜制的、康镍合金、蒙乃尔合金等。外表面经常镀涂镉、银、金或聚四氟等。 图5-26为空心圆环韦氏金属密封圈，用于端面静密封，适用于压力1000Mpa以下、温度800℃的静密封。 图5-26 韦氏金属密封圈 图5-27 组合密封圈 1-金属圈 2-橡胶圈 7. 组合密封圈 组合密封圈又称组合垫，是由金属圈1和橡胶圈2整体硫化而成的，如图5-27所示。其特点是使用方便、密封可靠。适用于压力在100Mpa以下、温度-30～200℃两平整平面之间的静密封。 8. 组合式孔用密封（德氏密封） 组合式孔用密封（德氏密封），两个挡环2（聚酯弹性体）和两个导向环1（聚甲醛）组成的五件套活塞密封件，如图5-28所示。用于液压缸中作为活塞的双向密封，起着既能双向密封又能到向和承受活塞径向力的组合密封件，具有安装尺寸紧凑，在低压下同样具有良好的密封效果。 它适用于压力在40Mpa以下、温度-30～100℃、运行速度在0.5m/s以下的液压缸动密封。 图 5-28 组合式孔用密封 1-导向环 2-挡环 3-弹性密封环 单元五 典型例题解析 例5-1 如图所示的液压系统，泵的流量qP=0.5L／s，系统的最大工作压力(相对压力)pmax=8MPa，允许的压力降为1MPa，执行元件做间歇运动，运动时0.1s内的用油量为0.8L；间歇最短时间为30s。确定系统中所用蓄能器的容量（假设蓄能器为波纹型气囊）。 图5-1 例5-1图 解： 因为泵的流量为0.5L/s，远小于执行元件运动时1s内的用油量8L ，所以系统采用蓄能器短时大量供油。系统的最大相对压力为8MPa，允许的压力降为1MPa，所以蓄能器工作时的最高压力p1=8MPa，释放能量后的压力p2=7MPa。间 歇时(30s)泵向蓄能器充油，其排油量为400mL／sx30s：12L。因此，所确定蓄能器容量应小于12L。具体计算如下： (1)蓄能器排油过程 (2)充油过程 在间歇的30s内，泵向蓄能器充油，因时间小于1min，故也属绝热过程。充油时，泵应向蓄能器提供油量为VP=V0-V1=12.37-7.99=4.38L 蓄能器的充油时间为t=VP/qP=4.38/0.5=8.76s<30s 故该蓄能器的容量满足系统要求。 例5-2 系统中液压泵的最大流量q=40L/min，最高工作温度为600C，油液的运动粘度υ60=7.3cSt，欲使系统供油管路液流处于层流状态，求导管直径。 例5-3 一波纹型气囊式蓄能器总容积V0=4L，系统最高工作压力p1=6MPa，最低工作压力p2=3.5MPa，求蓄能器所能输出的油液体积？ 单元五 本章小结 液压油中的杂质对液压元件的磨损与堵塞和液压元件的泄漏是液压系统故障的主要来源。因此，对液压油的过滤和净化以及液压元件的密封是本章内容的重点。对于滤油器应掌握其典型结构及其特性(过滤精度等级、压力损失、应用场合等)，过滤精度与系统工作压力间的关系及滤油器的安装等问题；对于密封主要了解密封的种类、密封的机理、密封件的特点与应用场合。 本章的难点是蓄能器的有关的计算，主要涉及蓄能器用于储存液压能时、用于缓解液压冲击时和用于吸收液压泵脉动时的容量的计算；蓄能器输出液体体积的计算；皮囊式蓄能器用于系统保压时，所维持的最低压力与蓄能器的充气压之间的关系的计算等。 1．过滤器 为防止液压油液的污染提高液压元件和系统的工作的可靠性，应采取必要的过滤措施。过滤器就是过滤油液中的杂质，维护油液清洁，保证系统正常工作的液压元件。目前所使用的过滤器，按过滤精度可分为四级：粗过滤器（d≥0.1mm）、普通过滤器（d≥0.01mm）、精过滤器（d≥0.001mm）和特精过滤器（d≥0.0001mm）。过滤精度的选择是根据系统的工作压力、液压元件运动件的密封间隙和液压元件的重要程度。一般初过滤用网式或线隙式过滤器，普通过滤用烧结式过滤器，精过滤用纸芯式过滤器，若需滤除磁性金属颗粒，则用磁性过滤器。过滤器可以安装在液压泵的吸油口、油口、系统的回油路或旁油路上，也可以专门设置过滤系统。在泵吸油口安装的过滤器，要有足够大的通流能力，以防止泵产生空穴现象；在泵出油口安装的过滤器，应具有一定的机械强度，以不致于因高压力而损坏；还应考虑滤芯堵塞报警装置和不停机更换滤芯等问题。 2．蓄能器 这是一种液压能的储存装置，它在液压系统中的主要功用是：保压、补充泄漏、作辅助动力源、吸收液压冲击、消除压力脉动等。按照液体加载的方式不同，蓄能器分为弹簧式、重锤式和充气式三类。充气式的蓄能器，根据液体与气体隔离的方式不同，又分为活塞式、皮囊式和气瓶式三种。实际应用时应按不同用途选用不同类型的蓄能器，计算所需的容量。蓄能器的安装位置是根据该装置在液压系统中的作用而定的。安装蓄能器时要考虑到方便检修与液压泵停车或卸载时防止蓄能器内 油液倒流两种情况，前者的通常解决方法是在蓄能器与管道之间安装截止阀；后者的一般措施是在蓄能器与液压泵之间安装单向阀。 对于蓄能器容量的计算，主要是用好气体状态方程。根据气体不同的变化过程如：等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程，采用不同的气体状态方程。当蓄能器用于弥补泄漏、补油保压时，气体的体积膨胀是缓慢的，有充分时间吸排热量；蓄能器充油时气体被压缩的进程也是渐变的，油液有充分的时间放热，这两种情况都可认为气体温度是近似不变的，属等温过程。此时，气体状态方程（pVn=const）中的指数n＝1。当蓄能器用于大量供油时，蓄能器中的气体来不及和外界进行热交换，可以近似认为是绝热过程。在气体状态方程中取n＝1.4。通常蓄能器在一个工作循环中，先充油后排油。因此在进行蓄能器容量的计算，都要进行等温和绝热两种计算，最后取较大值作为蓄能器容量的估算值。对于用于缓冲蓄能器的最低压力p2与充气压力p0的取值范围为：对于用于蓄能的折合型皮囊蓄能器 p0=(0.8~0.85)p2；对于用于缓冲的波纹型皮囊式蓄能器p0=(0.6~0.65)p2。 3．密封装置 液压系统的泄漏分为内泄漏与外泄漏，以液压缸为例如图6－1所示，由系统内的高压腔向低压腔泄漏属于内泄漏；由系统内向系统外泄漏为外泄漏。内泄漏会降低系统的容积效率、使液压油发热；外泄漏也会造成浪费，污染环境。解决泄漏的有效措施就是密封。 密封分为非接触式密封与接触式密封两类。非接触式密封又称为间隙密封，接触式密封又称为密封圈密封。对于密封主要是搞清各种密封件密封的密封机理、密封件的特点与应用场合。间隙密封是靠控制间隙提高密封性的，其特点是摩擦力小、体积小、寿命长、但是泄漏量无法为零，主要用于各种阀、泵内零件间的动密封；密封圈密封主要有O型、Y型、V型等密封圈，是靠密封件的弹性变形实现密封的，其特点是密封性好、无泄漏、有一定的磨损补偿功能，但是体积较大，摩擦力较大、寿命不长。广泛用于各种动、静密封。对于液压缸的缸体与端盖、活塞与活塞杆的静密封可选用O型密封圈密封；对缸活塞与缸体间的动密封可采用O型、Y型密封圈密封；对缸的活塞杆与端盖间的动密封可选用O型、V型密封圈密封。 4．油箱 在液压系统中，油箱的主要有三个作用：储存油液、散发热量、分离和沉淀杂质。分为开式和闭式两种结构，开式结构的油箱其油面与大气相通，主要用于各种固定设备；闭式结构油箱的油面与大气隔绝，多用于行走车辆与工程机械。油箱属于非标准件，一般需要根据液压系统的实际要求专门设计。油箱大部分是用钢板焊接而成，油箱顶板需要安装油泵和阀件，因此，设计时要考虑油箱的容量、油量的指示、油箱的清洗、顶板的强度、油箱的散热、隔板的设置等问题。一个设计合理的油箱是液压系统正常工作的基础条件。 5．热交换器 热交换器包括冷却器和加热器，他们的用途是安装在油箱上或串接在油路中，对液压油进行冷却或加热以保证液压油具有合适的工作温度。冷却器要求有足够的散热面积、较高的散热效率和较小的压力损失。根据冷却介质不同，冷却器有水冷式、风冷式和冷媒式三种，固定液压设备常在系统的回油管上安装水冷式冷却器。 加热器有热水加热、蒸汽加热和电加热三种，常用电加热器。电加热器安装时应注意将其发热部位完全浸在油液的流动处，加热器表面的功率密度不得超过3W／cm2，以免油液因局部温度过高而引起变质。 6．油管与管接头 油管件的作用是连接液压元件、输送液压油液。要求油管具有足够的强度，良好的密封性能，较小的压力损失，方便装拆。常用的油管有钢管、铜管、橡胶管、塑料管、尼龙管等。在进行系统设计时要根据液压系统的工作压力来选择油管的种类和壁厚；根据系统的通流量来确定油管的内径。对于不同的油管，应选用相应的管接头：焊接式、卡套式、扩口式、橡胶软管接头、快换接头等。安装米制管接头时要注意在管接头与液压元件之间要采用组合密封垫，以防止泄漏；在选用英制（管螺纹）管接头时，要注意安装中不允许使螺纹部分完全旋入，要保留几扣螺纹，以确保锥形螺纹面的密封。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容