液压系统中的蓄能器图解与应用

蓄能器是一种能把液压能储存在耐压容器里，待需要时又将其释放出来的能量储存装置。蓄能器是液压系统中的重要辅件，对保证系统正常运行、改善其动态品质、保持工作稳定性、延长工作寿命、降低噪声等起着重要的作用。蓄能器给系统带来的经济、节能、安全、可靠、环保等效果是明显的。在现代大型液压系统，特别是具有间歇性工况要求的系统中尤其值得推广使用。

1.主要应用

1）作辅助动力源或紧急动力源。在工作循环不同阶段需要的流量变化很大时，常采用蓄能器和一个流量较小的泵组成油源。另外当驱动泵的原动机发生故障时，蓄能器可作紧急动力源，如图3-169所示。

图3-169 蓄能器作紧急动力源的液压系统

2）保压和补充泄漏。需要较长时间保压而泵卸载时，可利用蓄能器释放储存的压力油，补充系统泄漏，保持系统压力，如图3-170所示。

3）吸收冲击和消除压力脉动。在压力冲击处和泵的出口安装蓄能器可吸收压力冲击峰值和压力脉动，提高系统工作的平稳性，如图3-171所示。

图3-170 用蓄能器补偿泄漏和保压的液压系统

图3-171 蓄能器用于吸收液压冲击

2.蓄能器的类型

蓄能器按加载方式可分为弹簧式、重锤式和气体式。

弹簧式蓄能器如图3-172a所示，它依靠压缩弹簧把液压系统中的过剩压力能转化为弹簧势能存储起来，需要时释放出去。其结构简单，成本较低。但是因为弹簧伸缩量有限，而且弹簧的伸缩对压力变化不敏感，消振功能差，所以只适合小容量、低压系统（P≤1.0～1.2MPa），或者用作缓冲装置。

重锤式蓄能器如图3-172b所示，它通过提升加载在密封活塞上的质量块把液压系统中的压力能转化为重力势能积蓄起来。其结构简单、压力稳定。缺点是安装局限性大、只能垂直安装；不易密封；质量块惯性大，不灵敏。这类蓄能器仅供暂存能量用。这两种蓄能器因为其局限性已经很少采用。但值得注意的是，有些研究部门从经济角度考虑在这两种蓄能器的结构上做一些改进，在一定程度上克服其缺点。比如国内某厂采用改进弹簧式蓄能器的结构。如图3-173所示，加大弹簧外径（大于液压腔直径）、限定弹簧行程（将弹簧最大负载限定在许用极限负载以内）的方法提高了蓄能器的工作压力和容量，降低了成本。

图3-172 弹簧式和重锤式蓄能器

a）弹簧式 b）重锤式

图3-173 外弹簧式蓄能器

气体式蓄能器的工作原理以波义耳定律（PVⁿ=K=常数）为基础，通过压缩气体完成能量转化，使用时首先向蓄能器充入预定压力的气体。当系统压力超过蓄能器内部压力时，油液压缩气体，将油液中的压力转化为气体内能；当系统压力低于蓄能器内部压力时，蓄能器中的油液在高压气体的作用下流向外部系统，释放能量。选择适当的充气压力是这种蓄能器的关键。这类蓄能器按结构可分为管路消振器、气液直接接触式、活塞式、隔膜式等。

如图3-174所示，气囊式蓄能器由铸造或锻造而成的压力罐、气囊、气体入口阀和油入口阀组成。气囊材质按标准，通常采用丁腈橡胶（R）、丁基橡胶（IR）、氟化橡胶（FKM）、环氧乙烷-环氧化氯丙烷橡胶（CO）等材料。(www.xing528.com)

图3-174 气囊式蓄能器

a）结构 b）外形

图3-175 消振器

气囊式蓄能器由耐压壳体、弹性气囊、充气阀、提升阀、油口等组成。这种蓄能器可做成各种大小规格，适用于各种大小型液压系统；胶囊惯性小，反应灵敏，适合用作消除脉动；不易漏气，没有油气混杂的可能；维护容易、附属设备少，安装容易，充气方便，是目前使用最多的。

管路消振器是直接安装在高压系统管路上的短管状蓄能器，结构如图3-175所示。这种蓄能器响应性能良好，能很好地消除高压高频系统中的高频振荡，多应用在高压消振系统中。

气液直接接触式蓄能器充入惰性气体。优点是容量大、反映灵敏，运动部分惯性小，没有机械磨损；但是因为气液直接接触，所以这种蓄能器气体消耗量较大，元件易气蚀，容积利用率低。附属设备多，投资大。

活塞式蓄能器利用活塞将气体和液体隔开，活塞和筒状蓄能器内壁之间有密封，所以油不易氧化。这种蓄能器寿命长、质量轻、安装容易、结构简单、维护方便。但是反应灵敏性差，不适于低压吸收脉动。图3-176所示为活塞式蓄能器结构图与符号，图3-177所示为活塞式蓄能器应用于液压设备的情形。

图3-176 活塞式蓄能器结构图与符号

图3-177 活塞式蓄能器的应用

图3-178 隔膜式蓄能器外形

a）国内隔膜式蓄能器产品 b）HYDAC隔膜式蓄能器产品

隔膜式蓄能器是两个半球形壳体扣在一起，两个半球之间夹着一张橡胶薄膜，将油和气分开。其质量和容积比最小，反应灵敏，低压消除脉动效果显著。隔膜式蓄能器橡胶薄膜面积较小，气体膨胀受到限制，所以充气压力有限，容量小。

图3-178所示为隔膜式蓄能器外形。图3-179所示为隔膜式蓄能器结构与符号。

图3-179 隔膜式蓄能器结构与符号