第14章-2液壓系傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力及流量

§14-2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力與流量1、液體靜壓力：靜止液體在單位面積上所受的法向力稱為靜壓力。靜壓力在液壓傳動(dòng)中簡(jiǎn)稱壓力,在物理學(xué)中則稱為壓強(qiáng)。2.液體靜壓力有兩個(gè)重要特性:（1）液體靜壓力垂直于承壓面,其方向和該面的內(nèi)法線方向一致。這是由于液體質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力很小,不能受拉只能受壓之故。（2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)所受到的壓力在各個(gè)方向上都相等。為什么？如果某點(diǎn)受到的壓力在某個(gè)方向上不相等,那么液體就會(huì)流動(dòng),這就違背了液體靜止的條件。一、壓力的形成及傳遞3、液壓系統(tǒng)壓力的形成見圖14-7。結(jié)論：液壓系統(tǒng)中油液的壓力是由于油液的前面受負(fù)載阻力的阻擋，后面受液壓泵輸出的油液的不斷推動(dòng)而處于一種“前阻后推”的狀態(tài)下產(chǎn)生的，壓力的大小取決于負(fù)載。

p=F/A液體自重也產(chǎn)生壓力，但一般較小，通常省略不計(jì)。4、液壓系統(tǒng)及元件的公稱壓力額度壓力：液壓系統(tǒng)及元件在正常工作條件下，按實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最高工作壓力。液壓系統(tǒng)必須在額定壓力以下工作。額定壓力是液壓元件的基本參數(shù)之一，必須符合公稱壓力系列。（見表14-2）圖所示建立了一個(gè)很重要的概念，即在液壓傳動(dòng)中工作的壓力取決于負(fù)載，而與流入的流體多少無關(guān)。5、帕斯卡原理（靜壓傳遞原理）

密閉容器內(nèi)靜止油液中任意一點(diǎn)的壓力如有變化，其壓力的變化將傳遞給油液的各點(diǎn)，且其值不變。（靜止油液壓力處處相等）二、流量和平均流速1、流量流量—單位時(shí)間內(nèi)流過某通流截面液體體積。qv=V/t2、平均流速平均流速—通流截面上各點(diǎn)均勻分布假想流速v=qv/A當(dāng)液壓缸的活塞有效作用面積一定時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)速度的大小由輸入液壓缸的流量來決定。3、液流連續(xù)性原理理想液體在無分支管路中穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，通過每一截面的流量相等。如圖所示管內(nèi)兩個(gè)流通截面面積為A1和A2，流速分別為V1和V2，則通過任一截面的流量Q如下式表示。Q=AV=A1V1=A2V2=常量此式還得出另一個(gè)重要的基本概念，即運(yùn)動(dòng)速度取決于流量，而與流體的壓力無關(guān)。管路細(xì)的地方平均流速大，管路粗的地方平均流速小。4、連續(xù)定理及帕斯卡原理的應(yīng)用例如圖所示為相互連通的兩個(gè)液壓缸，已知大缸內(nèi)徑D=100mm,小缸內(nèi)徑d=20mm,大活塞上放上質(zhì)量為5000kg的物體。問:1.在小活塞上所加的力F有多大才能使大活塞頂起重物？2.若小活塞下壓速度為0.2m/s，試求大活塞上升速度？流量和平均流速解：1．物體的重力為G=mg=5000kg×9.8m/s2=49000kg·m/s2=49000N根據(jù)帕斯卡原理，由外力產(chǎn)生的壓力在兩缸中相等，即故為了頂起重物應(yīng)在小活塞上加力為=×49000N=1960N2.由連續(xù)定理：Q=AV=常數(shù)得出：故大活塞上升速度：

本例說明了液壓千斤頂?shù)纫簤浩鹬貦C(jī)械的工作原理，體現(xiàn)了液壓裝置的力放大作用。流量和平均流速1、壓力損失：由于液體具有粘性，在管路中流動(dòng)時(shí)又不可避免地存在著摩擦力，所以液體在流動(dòng)過程中必然要損耗一部分能量。這部分能量損耗主要表現(xiàn)為壓力損失。壓力損失有沿程損失和局部損失兩種。沿程損失是當(dāng)液體在直徑不變的直管中流過一段距離時(shí)，因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部損失是由于管子截面形狀突然變化、液流方向改變或其它形式的液流阻力而引起的壓力損失。總的壓力損失等于沿程損失和局部損失之和。由于壓力損失的必然存在，所以泵的額定壓力要略大于系統(tǒng)工作時(shí)所需的最大工作壓力，一般可將系統(tǒng)工作所需的最大工作壓力乘以一個(gè)1.3～1.5的系數(shù)來估算。三、壓力損失及其與流量的關(guān)系2、流量損失在液壓系統(tǒng)中,各被壓元件都有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面,如液壓缸內(nèi)表面和活塞外表面，因?yàn)橐邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng),所以它們之間都有一定的間隙,如果間隙的一邊為高壓油,另一邊為低壓油,則高壓油就會(huì)經(jīng)間隙流向低壓區(qū)從而造成泄漏。同時(shí)由于液壓元件密封不完善，一部分油液也會(huì)向外部泄漏。這種泄漏造成實(shí)際流量有所減少,這就是我們所說的流量損失。流量損失影響運(yùn)動(dòng)速度，而泄漏又難以絕對(duì)避免，所以在液壓系統(tǒng)中泵的額定流量要略大于系統(tǒng)工作時(shí)所需的最大流量。通常也可以用系統(tǒng)工作所需的最大流量乘以一個(gè)1.1～1.3的系數(shù)來估算。壓力損失及其與流量的關(guān)系1、液壓油液壓系統(tǒng)中完全靠液壓油把能量從液壓泵經(jīng)管路、控制閥傳遞到執(zhí)行元件，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，許多液壓設(shè)備的故障，皆起因于液壓油的使用不當(dāng)，故應(yīng)對(duì)液壓油要有充分的了解。四、液壓油的選用2、液壓油的用途（1）傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力：將泵的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能并傳至各處，由于油本身具有粘度，在傳遞過程中會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)力損失。（2）潤(rùn)滑：液壓元件內(nèi)各移動(dòng)部位，都可受到液壓油充分潤(rùn)滑，從而減低元件磨耗。（3）密封：油本身的粘性對(duì)細(xì)小的間隙有密封的作用。（4）冷卻：系統(tǒng)損失的能量會(huì)變成熱，被油帶出。液壓油的選用3、液壓油的種類：液壓油主要有下列二種（1）礦物油系液壓油（可燃性）：主要由石臘基（paraffinbase）的原油精制而成，再加抗氧化劑和防銹劑，為用途最多的一種；其缺點(diǎn)為耐火性差。（2）耐火性液壓油（難燃性）：專用于防止有引起火災(zāi)危險(xiǎn)的乳化型液壓油。有水中油滴型（o/w）和油中水滴形（w/o）兩種，水中油滴型（o/w）的潤(rùn)滑性差，會(huì)侵蝕油封和金屬；油中水滴形（w/o）化學(xué)穩(wěn)定性很差。（3）專用液壓油：航空、艦船、炮用及車輛制動(dòng)用液壓油。

液壓油的選用4、液壓油的性質(zhì)（1）密度，比重越大，泵吸入性越差。（2）閃火點(diǎn)：油溫升高時(shí)，部分的油會(huì)蒸發(fā)而與空氣混合成油氣，此油氣所能點(diǎn)火的最低溫度稱為閃火點(diǎn)，如繼續(xù)加熱，則會(huì)連續(xù)燃燒，此溫度稱為燃燒點(diǎn)。（3）粘度：流體流動(dòng)時(shí)，沿其邊界面會(huì)產(chǎn)生一種阻止其運(yùn)動(dòng)的流體磨擦作用，這種產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的性質(zhì)稱為粘性。（4）壓縮性：有體積壓縮系數(shù)β或其倒數(shù)體積彈性模數(shù)K表示。

液壓油還有其他一些性質(zhì)，如穩(wěn)定性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性、潤(rùn)滑性、以及相容性等。液壓油的選用5、對(duì)液壓油的要求（1）適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿匦?；?）有良好的化學(xué)穩(wěn)定性（氧化安定性，熱安定性及不易氧化、變質(zhì)）（3）良好的潤(rùn)滑性，以減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)間的磨損（4）良好的抗泡沫性（起泡少，消泡快）（5）體積膨脹系數(shù)低，閃點(diǎn)及燃點(diǎn)高（6）成分純凈，不含腐蝕性物質(zhì)，具有足夠的清潔度（7）對(duì)人體無害，對(duì)環(huán)境污染小，價(jià)格便宜液壓油的選用6、液壓油的選用

液壓油有很多品種，可根據(jù)不同的使用場(chǎng)合選用合適的品種，在品種確定的情況下，最主要考慮的是油液的粘度，其選擇考慮的因素如下。（1）液壓系統(tǒng)的工作壓力：工作壓力較高的系統(tǒng)宜選用粘度較高的液壓油，以減少泄露；反之便選用粘度較低的油。例如，當(dāng)壓力p=7.0～20.0Mpa時(shí)，宜選用N46～N100的液壓油；當(dāng)壓力p＜7.0Mpa時(shí)宜選用N32～N68的液壓油。（2）運(yùn)動(dòng)速度：執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，為了減小液流的功率損失，宜選用粘度較低的液壓油。（3）液壓泵的類型：在液壓系統(tǒng)中，對(duì)液壓泵的潤(rùn)滑要求苛刻，不同類型的泵對(duì)油的粘度有不同的要求，具體可參見有關(guān)資料。（4）工作環(huán)境溫度高時(shí)選用粘度較高的液壓油，減少容積損失。液壓油的選用7、液壓油的污染與保養(yǎng)液壓油使用一段時(shí)間后會(huì)受到污染，常使閥內(nèi)的閥芯卡死，并使油封加速磨耗及液壓缸內(nèi)壁磨損。造成液壓油污染的原因有三方面：1）污染：（1）外部侵入的污物；（2）內(nèi)部生成的不純物2）惡化：液壓油的惡化速度與含水量、氣泡、壓力、油溫、金屬粉末等有關(guān)，其中以溫度影響最大，故液壓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，須特別注意油溫之變化。3）泄漏：液壓設(shè)備因配管不良，油封破損是造成泄漏的原因，泄漏發(fā)生時(shí)空氣、水、塵埃便可輕易的侵入油中，故當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，必須