液壓與氣壓傳動技術 課件 項目1.3 液壓流體力學的應用

液壓與氣壓傳動技術液壓流體力學的應用授課導航液體的力學知識及其應用

液壓沖擊和空穴現(xiàn)象的危害與措施

液體的力學知識液體靜力學基本方程的物理意義：1）靜止液體內任一點處的壓力由液面上的壓力和液柱的重力所產生的壓力兩部分組成。2）靜止液體內部的壓力隨液體深度的增加而線性地增加。3）距液面深度相同的各點壓力相等。由壓力相等的點組成的面稱為等壓面。重力作用下靜止液體中的等壓面是一個水平面。

一、液體靜力學基本方程及其物理意義液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義1.流量連續(xù)性方程流量連續(xù)性方程是用于分析研究流動液體內流速、通流面積以及流量三者之間關系的方程。

流量連續(xù)性方程的物理意義：流量連續(xù)性方程的物理意義是液體在單位時間內流過各通流截面的液體體積相等。它表明液體在管路內做穩(wěn)定流動時，單位時間內流過任何通流截面的液體體積都是相等的。它是液體流動的質量守恒方程。流量一定時，液體的流速與通流面積成反比，孔徑小則流速快；通流面積一定時，流量大則流速就快。故，調節(jié)輸入液壓缸的流量可調節(jié)液壓缸運動速度。液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義2.液體的伯努利方程伯努利方程是根據能量守恒定律推導出的流體力學的一種表達形式，它是用于分析研究液體流動過程中壓力與流速之間轉換規(guī)律的方程。（1）理想液體的伯努利方程是將液體作為既無粘性又無可壓縮性的理想液體推導出的流動液體能量守恒方程。

液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義2.液體的伯努利方程理想液體伯努利方程的物理意義是：在密閉管道內作恒定流動的理想液體具有三種形式的能量（壓力能、位能、動能），在沿管道流動過程中三種能量之間可以互相轉化，但在任一截面處，三種能量的總和為一常量。上式是單位體積液體的能量守恒方程。

（2）實際液體的伯努利方程液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義

（2）實際液體的伯努利方程

通過伯努利方程可以計算液壓泵吸油口處的真空度、分析液壓泵的工作性能。一般情況下，由于液體的密度較小，液體位能在總能量中占據很小的比重，在利用伯努利方程定性分析時，為簡化分析計算過程，即使管道不是水平放置的，也往往忽略液體的位置高度變化所產生的能量變化，而只考慮壓力能和動能的變化。液體的力學知識二、液體動力學方程的物理意義思考圖示液壓泵吸油高度是如何影響液壓泵工作性能的？

液壓泵吸油過程中實際液體的伯努利方程：液體的力學知識三、液體流動時的壓力損失液體在管路系統(tǒng)中流動時，因粘性等原因會產生能量損耗，表現(xiàn)為壓力降低，把這種損失稱為壓力損失。1.沿程壓力損失液體流經直徑不變的直管時，因粘性摩擦而產生的壓力損失稱為沿程壓力損失。2.局部壓力損失液體流經局部阻力（閥口、管路分支、彎頭、突變截面等）時，因流速和流向突變而產生的壓力損失稱為局部壓力損失,

3.管路系統(tǒng)的總壓力損失管路系統(tǒng)的總壓力損失為所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和液體的力學知識三、液體流動時的壓力損失

為便于安裝與維修，液壓泵大多安裝在油箱液面以上，依靠泵進口處形成的真空度來吸油。為使真空度不致過大，應盡可能減小吸油管壓力損失，減小液壓泵安裝高度、增大吸油管直徑、減少吸油管路長度和彎頭都可以減小吸油管路的壓力損失，使液壓泵容易吸油。壓力損失的產生與多方面因素有關，管道直徑越小、管道越長、管道內壁越粗糙、液體流速越快以及液體粘性越大時，壓力損失就越大；另外，為了減少壓力損失，還應盡量減少彎管、分支或管路通流截面的突然變化。液體的力學知識四、液體流經小孔及間隙的流量的影響因素

2.節(jié)流口的堵塞和最小穩(wěn)定流量（1）孔口形狀對流量穩(wěn)定性的影響節(jié)流口的形狀不同，抗堵塞的性能就不同（2）節(jié)流口的堵塞節(jié)流口堵塞是指節(jié)流口處流量出現(xiàn)時斷時續(xù)，甚至斷流這種現(xiàn)象。節(jié)流口堵塞的原因主要有油液中的雜質及氧化析出的污染物堆積，節(jié)流縫隙的金屬表面形成的邊界吸附作用，壓力差過大加劇節(jié)流縫隙處的吸附。1.小孔的流量特性和影響節(jié)流口流量穩(wěn)定性的因素（1）負載變化對流量穩(wěn)定性的影響（2）油溫變化對流量穩(wěn)定性的影響液體的力學知識四、液體流經小孔及間隙的流量的影響因素

2.節(jié)流口的堵塞和最小穩(wěn)定流量（3）減輕節(jié)流口堵塞現(xiàn)象的措施選擇薄刃節(jié)流口，精密過濾并定期更換液壓油，合理選擇節(jié)流口前后的壓力差，選用抗氧化穩(wěn)定性好的油液，減小節(jié)流口的表面粗糙度值等。（4）節(jié)流口的最小穩(wěn)定流量1）定義節(jié)流口的最小穩(wěn)定流量是指不發(fā)生節(jié)流小孔堵塞現(xiàn)象的最小流量。這個值越小，說明節(jié)流口的通流性越好，系統(tǒng)可獲得的最低速度越低，閥的調速范圍越大。2）選擇依據節(jié)流口最小穩(wěn)定流量必須滿足系統(tǒng)最低速度的要求。只有節(jié)流口最小穩(wěn)定流量小于系統(tǒng)以最低速度運行所需要的流量值，才能保證系統(tǒng)在低速工作時速度的穩(wěn)定性。液體的力學知識四、液體流經小孔及間隙的流量的影響因素

小知識：有些液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件在低速下運行時可能產生爬行現(xiàn)象，嚴重影響工作質量，爬行的本質是一種振動，它與負載變化、環(huán)境溫度變化、液壓彈簧效應、流量不穩(wěn)定等因素有關，其中最小供油量的穩(wěn)定性對執(zhí)行元件是否產生爬行、運動是否保持平穩(wěn)起著很大的作用。

液體的力學知識四、液體流經小孔及間隙的流量的影響因素

2）液體流經細長孔的流量

3）液體流經短孔的流量

短孔是介于細長小孔和薄壁孔之間的孔，短孔的流量也可用薄壁孔的流量公式計算，但流量系數(shù)Cq不同，一般取Cq=0.82?？偨Y：流經薄壁小孔的流量只與小孔前后的壓差?pT的平方根以及小孔的面積????成正比，與粘度無關，因此流經薄壁小孔的流量受溫度和粘度的影響小，不易堵塞，流量穩(wěn)定，節(jié)流閥的節(jié)流口常采用薄壁小孔類型；細長小孔的流量與動力粘度μ成反比，流量受油溫變化的影響較大，細長小孔常用作控制閥的阻尼孔；短孔制造要比薄壁小孔容易得多，常用作固定節(jié)流器。液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象的危害與措施一、液壓沖擊的危害及措施

在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因而引起油液的壓力在瞬間急劇增高到某一峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。1.造成液壓沖擊的主要原因油路突然關閉或換向時液流速度的急劇變化、高速運動的工作部件突然停止時的慣性力和某些液壓元件的反應動作不靈敏等，都是造成液壓沖擊的原因。高壓、大流量的系統(tǒng)更易出現(xiàn)液壓沖擊。2.液壓沖擊的危害產生液壓沖擊時，系統(tǒng)中的壓力瞬間達到正常壓力的好幾倍，會導致系統(tǒng)的振動與噪聲、管路或液壓元件的損壞，甚至還會引起某些接收壓力信號而動作的液壓元件（如壓力繼電器）產生誤動作，影響系統(tǒng)的正常工作、縮短系統(tǒng)的使用壽命。液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象的危害與措施一、液壓沖擊的危害及措施

3.減小液壓沖擊的措施根據液壓沖擊產生的機理，運用伯努利方程可知，避免液流速度急劇變化，延緩速度變化的時間，通過防止動能在瞬間轉化成壓力能，可以有效地防止液壓沖擊。常采用的辦法有這樣幾種，適當加大管道直徑以限制管道內液體的流速，限制執(zhí)行元件運動速度不宜過快、延緩閥門動作時間，采用橡膠軟管或在閥門前設置蓄能器吸收壓力沖擊。液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象的危害與措施二、氣穴現(xiàn)象的危害及措施

在液壓系統(tǒng)中，如果某處壓力低于空氣分離壓時（如液壓泵的吸油區(qū)域），原來溶解于油液中的空氣就會游離出來形成氣泡，這些氣泡夾雜在油液中形成氣穴，當壓力進一步減小直至低于液體的飽和蒸氣壓時，液體就會迅速汽化形成大量氣泡，這種現(xiàn)象稱為氣穴現(xiàn)象，也稱空穴現(xiàn)象。氣穴現(xiàn)象使液流呈不連續(xù)狀態(tài)。1.造成氣穴現(xiàn)象的主要原因造成氣穴現(xiàn)象的主要原因是液壓泵吸油口真空度過大和油液流經狹窄的閥口及縫隙引起壓力降過大。液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象的危害與措施二、氣穴現(xiàn)象的危害及措施

2.氣穴現(xiàn)象的危害液體中的氣泡隨著液流運動到壓力較高的區(qū)域時，氣泡在較高壓力作用下迅速破裂，從而引起局部液壓沖擊，造成噪音和振動；另外，由于氣泡破壞了液流的連續(xù)性，造成流量和壓力的波動，使液壓元件承受沖擊載荷，因此影響了其使用壽命，甚至還會出現(xiàn)液壓元件的氣蝕和液壓缸低速爬行等現(xiàn)象。氣泡中的高溫氧氣腐蝕金屬元件表面這種因氣穴現(xiàn)象而造成的腐蝕叫氣蝕。氣蝕現(xiàn)象是液壓系統(tǒng)產生各種故障的原因之一，特別在高速、高壓的液壓設備中更應注意這一點。液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象的危害與措施二、氣穴現(xiàn)象的危害及措施

3.減小氣穴現(xiàn)象的措施

氣穴現(xiàn)象主要發(fā)生在液壓泵的吸油口，所以應注意液壓泵的吸油口真空度不能過大。需要控制液壓泵的吸油高度不能過大、吸油管徑不能過小、泵軸轉速不能太高、管路密封要好防止吸氣，還有流經節(jié)流小孔的壓力降不能過大，小孔前后壓力比應小于3.5。減少故障發(fā)生率需注意的事項：