2.5 液压辅助元件
液压系统的辅助元件包括油箱、温控装置、过滤器、蓄能器、密封件和管件等。它们是保证液压元件和系统安全、可靠运行以及延长使用寿命的重要辅助装置。常用液压辅助元件的图形符号如表2-4所示。
表2-4 常用液压辅助元件的图形符号
2.5.1 连接器件
连接器件包括管道、管接头和法兰等，其作用是保证油路的连通，并便于拆卸、安装；根据工作压力、安装位置确定管件的连接结构；与泵、阀等连接的管件应由其接口尺寸决定管径。
在液压系统中所有的元件，包括辅件在内，全靠管道和管接头等连接而成，管道和管接头的重量约占液压系统总重量的三分之一。它们的分布遍及整个系统。只要系统中任一根管件或任一个接头损坏，都可能导致系统出现故障。因此，连接器件和接头虽然结构简单，但在系统中起着不可缺少的作用。
（1）油管
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。油管的特点及其适用范围如表2-5所示。
表2-5 液压系统中使用的油管
（2）管接头
管接头是油管与油管、油管与液压元件间的可拆装的连接件。它应满足拆装方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、压力损失小及工艺性好等要求。管接头的种类很多，按其通路数和流向可分为直通、弯头、三通和四通等；按管接头和油管的连接方式不同又可分为扩口式、焊接式、卡套式等。管接头与液压元件之间都采用螺纹连接：在中低压系统中采用英制螺纹，外加防漏填料；在高压系统中采用公制细牙螺纹，外加端面垫圈。常用管接头类型如表2-6所示。
表2-6 常用管接头的类型
2.5.2 压力表及压力表开关
（1）压力表
压力表是用来观察、测量系统各工作点的工作压力的。图2-44所示为弹簧管式压力表。它由金属弯管1、指针2、刻度盘3、杠杆4、扇形齿轮5和小齿轮6等组成。压力油进入压力表后使弯管1变形，其曲率半径增大，通过杠杆4使扇形齿轮5摆动，经小齿轮6带动指针2偏转，从刻度盘3上即可读出压力值。
图2-44 弹簧管式压力表
1—弹簧弯管；2—指针；3—刻度盘；4—杠杆；5—扇形齿轮；6—小齿轮
压力表有多种精度等级，普通精度的有1、1.5、2.5、…级；精密级的有0.1、0.16、0.25、…级。
用压力表测量压力时，被测压力不应超过压力表量程的3/4，否则将影响压力表的使用寿命。压力表一般需直立安装，压力油接入压力表时，应通过阻尼小孔，以防被测压力突然升高而将表冲坏。
（2）压力表开关
压力表开关用于接通或断开压力表与测量点的通路。压力表开关按能测量的压力点数目可分为一点式、三点式、六点式等几种。图2-45（a）所示为六点压力表开关结构，6个测试口沿圆周均匀分布，图示位置为非测量位置，此时压力表油露经沟槽a、小孔b与油箱相通。测压时，将手柄向右推进去并转到需测压点位置，使沟槽a将压力表油路与测压点油路连通，与此同时，压力表油路与通往油箱的油路被断开，这时便测出该测压点的压力。如将手柄转至另一个测压点，便可测出另一点的压力。不需测压时，应将手柄拉出，使压力表油路与系统油路断开（与油箱接通），以保护压力表并延长压力表的使用寿命。图2-45（b）为六点压力表开关外形图。
图2-45 压力表开关
2.5.3 过滤器
滤油器用于滤除油液中的非可溶性颗粒污染物，对油液进行净化，以保证系统工作的稳定和延长液压元件的使用寿命。
液压系统中油液常有来自外部或系统内部的污染物。来自外部的污染原因有液压元件及系统的加工、装配过程中残留的切屑、毛刺、型砂、锈片、漆片、棉絮、灰尘等污染物进入油液。来自系统内部的污染原因是系统运行过程中零件磨损的脱落物和油液因理化作用而生成的氧化物、胶状物等。这些污染物加速液压元件中相对运动表面磨损，擦伤密封件，影响元件及系统的性能和使用寿命。同时污染物亦可堵塞系统中的小孔、缝隙，卡住阀类元件，造成元件动作失灵甚至损坏。有资料记载，75%以上的液压系统故障是由于油液污染造成的。
液压系统中常用的滤油器，按滤芯形式分，有网式、纸芯式等；按连接方式又可分为管式、板式、法兰式和进油口用的四种。
（1）网式滤油器
如图2-46所示为网式滤油器的结构，它由上盖2、下盖4和几块不同形状的金属丝编织方孔网或金属编织的特种滤网3组成。为了使滤油器具有一定的机械强度，金属丝编织方孔网或特种网包在四周都开有圆形窗口的金属和塑料圆筒芯架上。标准产品的过滤精度只有80μm、100μm、180μm三种，压力损失小于0.01MPa，最大流量可达630L/min。网式滤油器属于粗滤油器，一般安装在液压泵吸油路上，以保护液压泵。它具有结构简单、通油能力大、阻力小、易清洗等特点。
图2-46 网式滤油器
1—法兰；2—上盖；3—滤网；4—下盖
（2）纸芯式滤油器
图2-47所示为纸芯式滤油器的结构。纸芯部分是把平纹或波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸绕在带孔的用镀锡铁片做成的骨架上。为了增大过滤面积，滤纸做成折叠形状。这种滤油器压力损失为0.01～0.12MPa，过滤精度高，有5μm、10μm、20μm等规格。但这种滤油器易堵塞，无法清洗，经常需要更换纸芯，因而费用较高，一般用于需要精过滤的场合。
图2-47 纸芯式滤油器
2.5.4 热交换器
液压系统工作时，液压泵和马达（液压缸）的容积损失和机械损失、阀类元件和管路的压力损失及液体摩擦损失等消耗的能量几乎全部转化为热量。这些热量除一部分散发到周围空间外，大部分使系统油液温度升高。如果油液温度过高（>80℃），则将严重影响液压系统的正常工作。一般规定液压用油的正常油温范围为15～65℃。保证油箱有足够的容量和散热面积，是一种控制油温过高的有效措施。但是，某些液压装置（如行走机械等）由于受结构限制，油箱不能很大；一些采用液压泵-马达的闭式回路，由于油液需要往复循环，因此工作时不能回到油箱冷却，这样就不可能单靠油箱散热来控制油温的升高。此外，有的液压装置还要求能够自动控制油液温度。对以上这些场合，就必须采取强制冷却的办法，通过冷却器来控制油液温度，使之合乎系统工作要求。
液压系统工作前，如果油液温度低于10℃，则将因油的黏度较大，使液压泵的吸入和启动发生困难。为保证系统正常工作，必须设置加热器，通过外界加热的办法来提高油液的温度。
综上所述，冷却器和加热器的作用在于控制液压系统的正常工作温度，保证液压系统的正常工作。两者又总称为热交换器。
（1）冷却器
冷却器按冷却介质可分为水冷、风冷和氨冷等形式，常用的是水冷式和风冷式。最简单的冷却器是蛇形管式冷却器（图2-48）。它直接装在油箱内，冷却水从蛇形管内部通过，带走热量。这种冷却器结构简单，但冷却效率低，耗水量大。
图2-48 蛇形管式冷却器
液压系统中采用较多的冷却器是强制对流多管式冷却器（图2-49）。油液从进油口流入，从出油口流出；冷却水从进水口进入，通过多根水管后由出水口流出。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，冷却效率高。但这种冷却器重量较大。
图2-49 多管式冷却器
1—外壳；2—挡板；3—铜管；4—隔板
此外，还有一种翅片式冷却器也是多管式水冷却器（图2-50）。它的圆管或椭圆管外嵌套有许多径向翅片，其散热面积可达光滑管的8～10倍。椭圆管的散热效果一般比圆管更好。
图2-50 翅片式冷却器
液压系统亦可采用汽车的风冷式散热器来进行冷却。这种方式不需要水源，结构简单，使用方便，特别适用于行走机械的液压系统，但冷却效果较水冷式差。
（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如图2-51所示。加热器应安装在油箱内液流流动处，以利于热量的交换。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。
图2-51 加热器的安装
1—油箱；2—加热器
2.5.5 蓄能器
蓄能器是一种储存压力液体的液压元件。当液压传动系统需要时，蓄能器所储存的压力液体在其加载装置作用下被释放出来，输送到液压传动系统中去工作；而当液压传动系统中工作液体过剩时，这些多余的液体又会克服加载装置的作用力，进入蓄能器储存起来。因此蓄能器既是液压传动系统的液压源，又是液压传动系统多余能量的吸收和储存装置。
（1）蓄能器的分类与结构
蓄能器按加载方式的不同，可分为弹簧式、充气式和重锤式三类。而应用最广泛的是充气式蓄能器。它一般充入氮气，利用密封气体的压缩、膨胀来储存和释放油液的压力能。
根据气体和油液隔离方式的不同，充气式蓄能器可分为气瓶式蓄能器、活塞式蓄能器和气囊式蓄能器三种形式。图2-52所示为充气式蓄能器的结构。
图2-52 充气式蓄能器
1，3—气体；2，5—液压油；4—活塞；6—充气阀；7—壳体；8—气囊；9—限位阀
图2-52（b）所示为活塞式蓄能器。它采用带密封件的浮动活塞4把气体3与油液5隔开，活塞上腔充入一定压力的氮气，下腔充入工作油液。这种蓄能器容量大，结构简单，安装、维修方便，适用温度范围宽，寿命长；但由于活塞惯性大，活塞密封件有摩擦，其动态响应慢。
（2）蓄能器的功用
①作辅助动力源。
②保压和补充泄漏。
③吸收压力冲击与压力脉动。
④做应急动力源。
2.5.6 油箱
（1）油箱的功能
典型的液压油源及油箱装置，俗称液压泵站，如图2-53所示。
图2-53 液压油源及油箱装置
1—油箱；2—电动机；3—液压泵；4—排出口；5—吸油口
油箱作为液压系统的重要组成部分，其主要功能有：
①盛放油液 油箱必须能够盛放液压系统中的全部油液。
②散发热量 液压系统中的功率损失导致油液温度升高，油液从系统中带回来的热量有一部分靠油箱壁散发到周围环境的空气中。因此，要求油箱具有较大的表面积，并应尽量设置在通风良好的位置上。
③逸出空气 油液中的空气将导致噪声和元件损坏。因此，要求油液在油箱内平缓流动，以利于分离空气。
④沉淀杂质 使油液中未被过滤器滤除的细小污染物可以沉落到油箱底部。
⑤分离水分 使油液中游离的水分聚积在油箱中的最低点，以备清除。
⑥安装元件 在中小型设备的液压系统中，常把电动机、液压泵装置或控制阀组件安装在油箱的箱顶上。因此，要求油箱的结构强度、刚度必须足够大，以支持这些装置。
（2）油箱的容量
油箱通常用钢板焊接成长方六面体或立方体的形状，以便得到最大的散热面积。而对清洁度要求较高的液压系统，则用不锈钢板制成，以防油箱内部生锈而污染液压油。
对于地面小功率设备，油箱有效容积可确定为液压泵每分钟流量的3～5倍；而对于行走机械上的液压系统，油箱的容积可确定为液压泵每分钟的流量。对于连续工作、压力超过中压的液压系统，其油箱容量应按发热量计算确定。
（3）油箱的结构特点
油箱的典型结构如图2-54所示。由图可见，油箱内部用隔板7将吸油管4、滤油器9和泄油管3、回油管2隔开。顶部、侧部和底部分别装有空气滤清器5、注油器1及液位计12和排放污油的堵塞8。安装液压泵及其驱动电机的安装板6则固定在油箱顶面上。油箱具有以下特点：
图2-54 油箱的结构特点
1—注油器；2—回油管；3—泄油管；4—吸油管；5—空气滤清器；6—安装板；7—隔板；8—堵塞；9—滤油器；10—箱体；11—端盖；12—液位计
①油箱应是完全密封，并在箱顶上安装用于通气的空气过滤器，既能滤除空气中的灰尘，又可使油箱内外压力相通，从而保证油箱内液面发生剧烈变化时，不产生负压。
②油箱底面应适当倾斜，并设置放油塞。为清洗方便，油箱侧面设有清洗窗口。
③油箱侧壁设有指示油位高低的液位计。大型油箱可采用带传感器的液位计，以发出指示液位高低的电信号。油箱侧壁也可安装显示、控制油温的仪表装置等。
④油箱内吸油区、排油区之间设有隔板，以便油液流动时分离气泡、沉淀杂质。
⑤吸油管和回油管应当设置在最低液面以下，以防液压泵产生吸空现象和回油冲击液面形成泡沫。