液壓傳動基礎(chǔ)教學幻燈片

第2章液壓傳動基礎(chǔ)2.1液壓油2.2液體靜力學基礎(chǔ)2.3液體動力學基礎(chǔ)知識拓展本章小結(jié)2.1液壓油下一頁返回2.1.1液壓油的主要性質(zhì)1.密度單位體積液體的質(zhì)量稱為該液體的密度，用ρ表示。即式中m—液體的質(zhì)量;

V—液體的體積。密度是液體的一個重要物理性質(zhì)，它會隨溫度的升高而下降，隨壓力的增加而增大。對于液壓傳動中常用的液壓油(礦物油)來說，一般情況下，密度變化很小，可視為常數(shù)在計算時，常取15℃時的液壓油密度ρ=900kg/m3。2.1液壓油2.可壓縮性可壓縮性指液體受壓力作用而發(fā)生體積減小的特性。在常溫下，液體的可壓縮性很小，故認為液體是不可壓縮的。只有在研究液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性和高壓情況下，才考慮油液的可壓縮性。但是，如果液壓油中混入空氣及其他揮發(fā)物質(zhì)，其壓縮性將顯著增加，并將嚴重影響液壓系統(tǒng)的工作性能，所以應盡量減少。上一頁下一頁返回2.1液壓油

上一頁下一頁返回2.1液壓油黏性是液體的重要物理性質(zhì)，也是選擇液壓用油的主要依據(jù)。液體的黏性大小用黏度來表示，常用的黏度有三種:動力黏度、運動黏度和相對黏度。1)動力黏度動力黏度μ又稱絕對黏度，是表征液體黏性的內(nèi)摩擦系數(shù)，可由式(2-3)導出，即液體動力黏度的物理意義是當速度梯度等于1時，流動液體液層間單位面積上的內(nèi)摩擦力。在SI單位中，動力黏度μ的法定計量單位為Pa·s(帕·秒)或N·s/m2在CGS中，μ的單位為P(泊)。單位換算關(guān)系為1Pa·s=10P(泊)=1000cP(厘泊)上一頁下一頁返回2.1液壓油2)運動黏度運動黏度。是動力黏度μ與液體密度ρ之比，即運動黏度v在其單位中只有長度和時間的量綱，沒有明確的物理意義，所以稱為運動黏度，其在液壓分析和計算中是一個經(jīng)常遇到的物理量。工程中常用運動黏度來標志液體黏度。機械油的牌號就是用機械油在40℃時運動黏度的平均值來表示的。如10號機械油就是指其在40℃時的運動黏度的平均值為10cSt牌號為L-HL22的普通液壓油在40℃時運動黏度的平均值為22mm2/s(L表示潤滑劑類，H表示液壓油，L表示防銹抗氧型)。在SI單位中，運動黏度的單位為m2/s。在CGS中，運動黏度的單位為St(斯)。單位換算關(guān)系為1m2/s=104St(斯)=106cSt(厘斯)。上一頁下一頁返回2.1液壓油3)相對黏度相對黏度又稱條件黏度，是采用特定的黏度計，在規(guī)定的條件下測量出來的液體黏度。根據(jù)測量的方法不同，可分為恩氏黏度°E、賽氏黏度SSU和雷氏黏度Re等。中國和德國等國家采用恩氏黏度。恩氏黏度用恩氏黏度計測定。即，將200mL的被測液體裝入底部有小2.8mm小孔的恩氏黏度計的容器中，在某一特定溫度t(℃)時，測定全部液體在自重作用下流過小孔所需的時間t1與同體積的蒸餾水在20℃時流過同一小孔所需的時間t2之比值，便是該液體在t(℃)時的恩氏黏度。恩氏黏度和運動黏度之間的經(jīng)驗換算公式為上一頁下一頁返回2.1液壓油4)溫度對黏度的影響液壓油的黏度對溫度變化十分敏感，黏度會隨著溫度的升高而減小，這種液體黏度隨溫度變化的性質(zhì)稱為黏溫特性。黏度的變化直接影響液壓系統(tǒng)的性能和泄漏量，因此，黏度隨溫度的變化越小越好。如圖2-3所示為幾種國產(chǎn)液壓油的黏溫特性曲線。5)壓力對黏度的影響當壓力增加時，液體分子間距離減小，內(nèi)聚力增加，其黏度也有所增加。在液壓系統(tǒng)中，當壓力不高且變化不大時，壓力對黏度的影響較小，一般可以忽略不計。當壓力高于50MPa或壓力變化較大時，需要考慮這種影響。上一頁下一頁返回2.1液壓油4.液壓油的其他性質(zhì)液壓油的其他一些物理化學性質(zhì)，如抗燃性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防銹性和抗磨性等，都對它的選擇和使用有重要影響。這些性質(zhì)需要在精煉的礦物油中加入各種添加劑來獲得，具體應用時可查閱液壓油類產(chǎn)品相關(guān)手冊。上一頁下一頁返回2.1液壓油2.1.2液壓油的選用1.液壓油的使用要求液壓介質(zhì)的性能對液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)有很大影響，液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的基本要求如下:(l)黏溫性好。所有工作介質(zhì)的黏度都隨溫度的升高而降低。黏溫特性好是指工作介質(zhì)的黏度隨溫度變化小。(2)質(zhì)地純凈，雜質(zhì)少。避免油液中的機械雜質(zhì)堵塞油路。(3)化學穩(wěn)定性好。在貯存和工作過程中不易氧化變質(zhì)，以防膠質(zhì)沉淀物影響系統(tǒng)正常工作。防止油液變酸，腐蝕金屬表面。(4)抗乳化性、抗泡沫性好。工作介質(zhì)在工作過程中可能混入水或出現(xiàn)凝結(jié)水?；煊兴值墓ぷ鹘橘|(zhì)在泵和其他元件的長上一頁下一頁返回2.1液壓油期劇烈攪拌下，易形成乳化液，使工作介質(zhì)水解變質(zhì)或生成沉淀物，引起工作系統(tǒng)銹蝕和腐蝕，所以要求工作介質(zhì)有良好的抗乳化性?？古菽允侵缚諝饣烊牍ぷ鹘橘|(zhì)后會產(chǎn)生氣泡，混有氣泡的介質(zhì)在液壓系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)會產(chǎn)生異常的噪聲、振動，所以要求工作介質(zhì)具有良好的抗泡沫性和空氣釋放能力。(5)閃點、燃點高，凝固點低。高閃點和燃點能防火、防爆。一般液壓系統(tǒng)中所用的液壓油的閃點約為130℃~150℃;在溫度低的環(huán)境下工作時，要求低凝固點一般液壓系統(tǒng)中所用的液壓油的凝固點約為-10℃~-15℃。(6)潤滑性能好。在規(guī)定的范圍內(nèi)有足夠的油膜強度，以免產(chǎn)生干摩擦。(7)對人體無害，成本低。上一頁下一頁返回2.1液壓油2.液壓油的種類液壓油的品種很多，主要可分為三大類:礦物油型、合成型和乳化型。常見液壓油的代號、特性和用途詳見表2-1、表2-1(續(xù)表)。礦物型液壓油的特點是潤滑性好，腐蝕性小，化學穩(wěn)定性高，所以約90%以上的液壓系統(tǒng)采用此類液壓油。乳化型液壓油價格便宜，抗燃性好，但潤滑性能差，腐蝕性大，適用溫度范圍小，因此一般用于水壓機、礦山機械和液壓支架等特殊場合。合成型液壓油潤滑性好、凝固點低、抗燃性好，但價格昂貴且有毒，一般用于防火要求高的鋼鐵廠、火力發(fā)電廠等場合。上一頁下一頁返回2.1液壓油3.液壓油的選擇合理液壓油的選擇，對液壓系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性，工作可靠性，靈敏性有顯著影響。選用液壓油時根據(jù)系統(tǒng)要求選擇適當?shù)挠鸵浩贩N和黏度，選擇時一般考慮以下幾個方面:(1)液壓系統(tǒng)的工作壓力。工作壓力較低時，宜用黏度較低的油，以減少壓力損失。工作壓力較高時，宜選用黏度較高的液壓油以免系統(tǒng)泄漏過多，效率過低。(2)液壓泵的類型。在液壓系統(tǒng)的所有元件中，液壓泵對液壓油的性能最敏感，因此，在一般情況下，可將液壓泵要求的黏度作為選擇液壓油的基準，見表2-2。(3)液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境。主要是環(huán)境溫度的變化范圍、有無明火和高溫熱源、抗燃性等要求。還要考慮環(huán)境污染、毒性和氣味等因素上一頁下一頁返回2.1液壓油(4)運動速度。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件速度較高時，選用黏度較低的液壓油，以減小液流的功率損失。(5)經(jīng)濟性分析。選擇工作介質(zhì)時要通盤考慮價格和使用壽命，高質(zhì)量的液壓油從一次購置的角度來看花費較大，但從使用壽命、元件更換、運行維護、生產(chǎn)效率等方面的提高上看，總的經(jīng)濟效益是非常合算的。上一頁下一頁返回2.1液壓油2.1.3液壓油的污染與控制1.污染的主要原因(1)已被污染的新油。雖然液壓油和潤滑油是在比較清潔的條件下精煉和調(diào)和的，但油液在運輸和儲存過程中會受到管道、油桶和儲油罐的污染。其污染物為灰塵、砂土、銹垢、水分和其他液體等(2)殘留污染。液壓系統(tǒng)和液壓元件在裝配和沖洗中的殘留物，如毛刺、切屑、型砂、涂料、橡膠、焊星和棉紗纖維等上一頁下一頁返回2.1液壓油(3)侵入污染。液壓系統(tǒng)運動過程中，由于油箱密封不完善以及元件密封裝置損壞而由系統(tǒng)外部侵入的污染物，如灰塵、砂土、切屑以及水分等(4)內(nèi)部生成污染。液壓系統(tǒng)運行中系統(tǒng)本身所生成的污染物。其中既有元件磨損剝離、被沖刷和腐蝕的金屬顆?；蛳鹉z末，又有油液老化產(chǎn)生的污染物等，這一類污染物最具有危險性。上一頁下一頁返回2.1液壓油2.污染的危害(1)固體顆粒和膠狀生成物堵塞濾油器，使液壓泵吸油不暢、運轉(zhuǎn)困難、產(chǎn)生噪聲。堵塞閥類元件的小孔或縫隙，使閥類元件失靈。(2)微小固體顆粒會加速有相對滑動零件表面的磨損，使液壓元件不能正常工作，同時還會劃傷密封件，使泄漏增加。(3)水分和空氣的混入會降低液壓油液的潤滑性，并加速其氧化變質(zhì)，產(chǎn)生氣蝕，使液壓元件加速損壞，并使液壓傳動系統(tǒng)出現(xiàn)振動和爬行等現(xiàn)象。上一頁下一頁返回2.1液壓油3.污染的控制措施(1)減少外來的污染。系統(tǒng)在組裝前，油箱和管道必須清洗。用機械方法除去殘渣和表面氧化物，然后進行酸洗。系統(tǒng)在組裝后要進行全面清洗，用系統(tǒng)工作時使用的工作液體(加熱后)清洗，不可用煤油。系統(tǒng)沖洗時應設(shè)置高效濾油器，并啟動系統(tǒng)使元件動作，用銅錘敲打焊口和連接部位。在油箱通氣孔上裝設(shè)空氣濾清器或采用隔離式油箱給油箱加油要用濾油裝置，對外露件應裝防塵密封，并經(jīng)常檢查，定期更換。液壓系統(tǒng)傳動系統(tǒng)的維修，液壓元件的更換、拆卸應在無塵區(qū)進行。(2)濾除系統(tǒng)產(chǎn)生的雜質(zhì)。應在系統(tǒng)的相應部位安裝適當精度的過濾器，并且要定期檢查、清洗或更換濾芯。上一頁下一頁返回2.1液壓油(3)控制液壓油的工作溫度。系統(tǒng)工作時，一般應將工作液體的溫度控制在65℃以下。工作液體溫度過高會加速氧化，產(chǎn)生各種生成物。(4)定期檢查，更換液壓油液。應根據(jù)液壓設(shè)備使用說明書的要求和維護保養(yǎng)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定，定期檢查更換液壓油液。更換液壓油液時要清洗油箱，沖洗系統(tǒng)管道及液壓元件。上一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)液體靜力學主要是研究靜止液體所具有的力學規(guī)律以及這些規(guī)律的應用。所謂“靜止液體”，指的是液體內(nèi)部質(zhì)點間沒有相對運動，不呈現(xiàn)黏性。至于盛裝液體的容器，不論它是靜止還是勻速、勻加速運動都沒有關(guān)系，液體整體則可以隨同容器一起作各種運動。下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)2.2.1液體的靜壓力及其特性作用在液體上的力有兩種，即質(zhì)量力和表面力。質(zhì)量力作用于液體的所有質(zhì)點上，如重力和慣性力等。表面力是作用于液體表面上的力。單位面積上作用的表面力稱為應力，它是一種外力，有法向應力和切向應力之分。當液體靜止時，液體質(zhì)點間沒有相對運動，不存在摩擦力，所以靜止液體的表面力只有法向力。液體在單位面積上所受的法向力稱為壓力，用P表示。液體內(nèi)某點處單位面積上所受到的法向力△F與單位面積△A之比即為壓力P(靜壓力)，可表示為上一頁下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)如法向力F均勻地作用于面積A上，則壓力可表示為液體靜壓力具有兩個重要特性:(1)液體靜壓力垂直于其受壓平面，且方向與該平面的內(nèi)法線方向一致。(2)靜止液體內(nèi)任一點的液體靜壓力在各個方向上都相等液體靜力學基本方程。上一頁下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)2.2.2液體靜力學基本方程在重力作用下靜止液體的受力情況可用圖2-4所示。在液體中任取一點A,若要求得液體內(nèi)A點處的壓力，可從液體中取出一個底部通過該點的垂直小液柱。設(shè)液柱的底面積為dA，高度為h，液柱質(zhì)量為G=ρghdA，由于液柱處于平穩(wěn)狀態(tài)，則平衡方程如下所示。上一頁下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)式中P0為作用在液面上的壓力，上式為液體靜壓力的基本方程。由液體靜壓力基本方程可知，靜止液體內(nèi)任意點處的壓力由兩部分組成，即液面上的外壓力P0和液體自重對該點的壓力ρgh。當液面上只受大氣壓力P0作用時，點A處的靜壓力則為P=P0+ρgh。靜止液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加而線性地增加。靜止液體內(nèi)同一深度的各點壓力都相等，壓力相等的所有點組成的面稱為等壓面。在重力作用下，靜止液體中的等壓面是一個水平面壓力的表示方法。上一頁下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)2.2.3壓力的表示方法壓力的表示方法有兩種:絕對壓力和相對壓力。絕對壓力是以絕對真空作為基準所表示的壓力。相對壓力是以大氣壓力作為基準所表示的壓力。若絕對壓力大于大氣壓，則相對壓力為正值。由于大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，故相對壓力也稱表壓力。若絕對壓力小于大氣壓，則相對壓力為負值，比大氣壓小的那部分稱為真空度。如圖2-5給出了絕對壓力、相對壓力和真空度三者之間的關(guān)系，即:絕對壓力=相對壓力+大氣壓力

真空度=大氣壓力－絕對壓力上一頁下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)在SI單位中壓力的單位為帕斯卜，簡稱帕，符號為Pa,1Pa=1N/m2。由于P。太小，工程上常用其倍數(shù)單位兆帕(MPa)來表示，1MPa=106Pa。壓力單位及其他非法定計量單位的換算關(guān)系:1atm(工程大氣壓)=1kgf/cm2=9.8x104Pa1mmH2O(米水柱)=9.8x103Pa1mmHg(毫米汞柱)=1.33x102Pa1bar(巴)=105Pa≈1.02kgf/cm2上一頁下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)2.2.4壓力的傳遞由液體靜壓力基本方程可知，盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其外壓力P0發(fā)生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止狀態(tài)不變，液體中任一點的壓力均將發(fā)生同樣大小的變化。這就是說，在密閉容器中，由外力作用所產(chǎn)生的壓力可以等值傳遞到液體內(nèi)部的所有點。這就是靜壓傳遞原理(或稱帕斯卡原理)。在液壓傳動系統(tǒng)中，通常是外力產(chǎn)生的壓力要比液體自重所產(chǎn)生的壓力(ρgh)大得多。因此常把自重產(chǎn)生的壓力忽略不計，而認為靜止液體內(nèi)部各點的壓力處處相等。上一頁下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)如圖2-6所示，當給小活塞缸1的活塞上施加力F1時，液體中就產(chǎn)生p=F1/A1壓力。隨著F1的增加，液體的壓力也不斷增加，當壓力P=W/A2時，大活塞缸2的活塞開始運動?？梢?，靜壓力傳動有以下特點:傳動必須在密封容器內(nèi)進行，系統(tǒng)內(nèi)壓力大小取決于外負載的大小。也就是說，液體的壓力是由于受到各種形式的阻力而形成的。當外負載W=0時，則p=0。液壓傳動可以將力放大，力的放大倍數(shù)等于活塞面積之比，即液壓傳動是依據(jù)帕斯卡原理實現(xiàn)力的傳遞、放大和方向變換的。上一頁下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)2.2.5液體作用在固體壁面上的力液體流經(jīng)管道和控制元件，并推動執(zhí)行元件做功，都要和固體壁面接觸。固體壁面將受到液體靜壓力的作用。由于靜壓力近似處處相等，可認為作用在固體壁面上的壓力是均勻分布的。當固體壁面為一平面時，如圖2-7所示，作用在該面上的靜壓力的方向與該平面垂直，是相互平行的，液體對該平面的作用力F為液體的壓力P與該平面面積的乘積。即上一頁下一頁返回2.2液體靜力學基礎(chǔ)當固體壁面為一曲面時，如圖2-8所示，作用在曲面上各點靜壓力的方向均垂直于曲面，互相是不平行的。在工程上通常只需計算作用于曲面上的力在某一指定方向上的分力。液壓力在曲面某方向上的分力等于液體壓力與曲面在該方向上投影面積的乘積。球面如圖2-8(a)和錐面如圖2-8(b)在垂直方向所受液壓作用力F等于曲面在垂直方向的投影面積A與壓力P相乘。上一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)液體動力學基礎(chǔ)主要研究液體流動時流速和壓力之間的規(guī)律。流動液體的運動規(guī)律，能量轉(zhuǎn)換以及流動液體與限制其流動的固體壁面間的相互作用等內(nèi)容，是液壓技術(shù)中分析問題和設(shè)計計算的理論依據(jù)。本節(jié)主要闡明流動液體的3個基本方程:連續(xù)性方程、伯努利方程和動量方程。下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)2.3.1基本概念1.理想液體和實際液體液體是具有黏性的，液體的黏性問題非常復雜。為了便于分析和計算，可先假設(shè)液體沒有黏性，然后再考慮黏性的影響，并通過實驗驗證等辦法對上述結(jié)論進行補充或修正。把既無黏性又不可壓縮的液體稱為理想液體，而把事實上既有黏性又可壓縮的液體稱為實際液體。2.恒定流動和非恒定流動液體流動時，若液體中任何一點的壓力、速度和密度都不隨時間而變化，則這種流動就稱為恒定流動。否則，只要壓力、速度和密度任一個量隨時間變化，則這種流動就稱為非恒定流動。上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)3.通流截面、流量和平均流速液體在管道中流動時，垂直于流動方向的截面稱為通流截面。單位時間內(nèi)，流過通流截面的液體體積稱為流量，用q表示，在SI中單位為m3/s，工程上常用的單位是L/min。實際液體在管道中流動時，由于具有黏性，通流截面上各點的速度一般是不相等的。為了便于解決問題，引入了平均流速的概念。假設(shè)流經(jīng)通流截面的流速是均勻分布的，則平均流速，v為在液壓系統(tǒng)中，活塞或液壓缸的運動速度等于液壓缸內(nèi)油液的平均速度，其大小取決于輸入或流出液壓缸的流量。上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)4.液體的流動狀態(tài)液體有兩種流動狀態(tài)，即層流和紊流。層流:液體流動時沒有任何混雜現(xiàn)象，層次分明，層與層之間互不干擾，能夠維持安定的流束狀態(tài)。紊流:液體流動時質(zhì)點之間不僅沿軸向運動還有橫向運動，流束錯雜交換。這兩種流動狀態(tài)可以通過雷諾實驗觀察出來。液體在圓管中的流動狀態(tài)與平均速度v、管徑d、液體的運動黏度ν有關(guān)，決定流動狀態(tài)的就是這三個參數(shù)所組成的一個量綱為1的數(shù)，稱為雷諾數(shù):上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)液體流動時，雷諾數(shù)相同，則流動狀態(tài)也相同。液體的流動狀態(tài)由臨界雷諾數(shù)Recr決定。當Re<Recr時為層流;當Re>Recr時為紊流。臨界雷諾數(shù)一般由實驗求得，常見管道的臨界雷諾數(shù)見表2-3。上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)2.3.2連續(xù)性方程連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學中的一種表達形式，即液體在密封管道內(nèi)作恒定流動時，設(shè)液體不可壓縮，則單位時間內(nèi)流過任意截面的質(zhì)量相等。如圖2-9所示為液體在管道中作恒定流動，任意取截面1和2，其通流截面面積分別為A1、A2，液體流經(jīng)兩截面時的平均流速和液體密度分別為v1、ρ1，和v2、ρ2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，單位時間流過兩個斷面的液體質(zhì)量相等。當忽略液體的可壓縮性時，則得上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)由于通流截面是任意選取的，故連續(xù)性方程說明:(1)在管道中作恒定流動的不可壓縮液體流過各截面的流量是相等的。(2)液體的流速與管道通流截面積成反比。上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)2.3.3伯努利方程伯努利方程是能量守恒定律在流動液體中的表現(xiàn)形式，它主要反映動能、位能和液壓力能三種能量的轉(zhuǎn)換。1.理想液體的伯努利方程理想液體在管道中流動時，具有三種能量:液壓力能、動能、位能。按照能量守恒定律，在各個截面處的總能量是相等的。如圖2-10所示，設(shè)液體質(zhì)量為m，體積為V,密度為ρ，則有式中ρ1V,ρ2V為截面1,2處的液體壓力能。上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)將式(2-16)各項除以mg，得式中P/ρg——比壓能;v2/2g—比動能;h—比位能。上式稱為理想液體的伯努利方程，其物理意義是在密閉的管道內(nèi)作恒定流動的液體具有三種形式的比能，即比壓能、比位能和比動能，在流動過程中，三種能量可以相互轉(zhuǎn)化，但各個通流截面上三種能量之和為定值。上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)2.實際液體流束的伯努利方程實際液體都具有黏性，因此液體在流動時還需克服由于黏性所引起的摩擦阻力，這必然要消耗能量。另外，實際液體的黏性使流束在通流截面上各點的真實流速并不相同，精確計算時必須引進動能修正系數(shù)。則實際液體的伯努利方程為式中hw—單位質(zhì)量液體因液體黏性引起的能量損失;

α1，α2—動能修正系數(shù)，一般在紊流時取α=1，層流時

取α=2。上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)在液壓系統(tǒng)中，管路的高度一般不超過10m,管內(nèi)油液的平均流速也較低(一般不超過6m/s)，因此油液的位能和動能相對于壓力能來說可忽略不計，油液主要是依靠它的壓力能來作功。因此，伯努利方程在液壓系統(tǒng)中的應用形式為因此，在液壓傳動系統(tǒng)中，能量損失主要為壓力損失△P，這也表明液壓傳動是利用液體的壓力能來工作的。上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)2.3.4動量方程液體作用在固體壁面上的力，用動量定理來求解比較方便。動量定理為作用在物體上的力的大小等于物體在力作用方向上動量的變化率，即對于作恒定流動的液體，若忽略其可壓縮性，則所以上式即為理想液體作恒定流動時的動量方程。上一頁下一頁返回2.3液體動力學基礎(chǔ)實際液體有黏性，用平均流速計算動量時，會產(chǎn)生誤差。為了修正誤差，需引入動量修正系數(shù)β，實際液體的動量方程可寫成一般在紊流時β=l，層流時β=1.33。動量方程為一個矢量式，若要計算外力在某一方向的分量，需要將該力向給定方向進行投影計算，如計算x方向的分量必須指出，液體對壁面作用力的大小與F相同，但方向則與F相反。上一頁返回知識拓展1.液體流動時的壓力損失實際液體流動時，為了克服阻力，會消耗一部分能量，主要表現(xiàn)為壓力損失。如圖2-11所示，油液從A處流到B處，中間經(jīng)過較長的直管路、彎曲管路、各種閥孔和管路截面的突變等。由于液阻的影響致使油液從A處到B處的壓力損失為△P，即在液壓傳動中，壓力損失分為兩類:一類是油液沿等直徑直管流動時，所產(chǎn)生的壓力損失稱為沿程壓力損失。另一種是油液流經(jīng)彎頭、接頭或截面突變等局部障礙時，由于液流的方向和速度突變而產(chǎn)生的局部壓力損失。下一頁返回知識拓展1)沿程壓力損失油液沿等直徑直管流動時所產(chǎn)生的壓力損失，這類壓力損失是由液體流動時的內(nèi)、外摩擦力所引起的。它主要取決于液體的流速、黏性、管路的長度以及油管的內(nèi)徑及粗糙度。管路越長，沿程損失越大。上一頁下一頁返回知識拓展2)局部壓力損失油液流經(jīng)局部障礙(如彎管、接頭、管道截面突然擴大或收縮)時，由于液流的方向和速度的突然變化，在局部形成旋渦，引起油液質(zhì)點間以及質(zhì)點與固體壁面間相互碰撞和劇烈摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。在液壓傳動系統(tǒng)中，由于各種液壓元件的結(jié)構(gòu)、形狀和布局等原因，致使管路的形式比較復雜，因而局部損失是主要的壓力損失。油液流動時產(chǎn)生的壓力損失，會造成功率浪費，油液發(fā)熱，黏度下降，使泄漏增加，同時液壓元件受熱膨脹也會影響正常工作，甚至出現(xiàn)“卡死”。因此，必須采取措施盡量減少壓力損失。一般情況下，只要油液黏度適當，管路內(nèi)壁光滑，盡量縮短管路長度和減少管路的截面變化及彎曲，就可以使壓力損失控制在很小的范圍內(nèi)。上一頁下一頁返回知識拓展影響壓力損失的因素很多，精確計算較為復雜，通常采用近似估算的方法液壓泵最高工作壓力的近似計算式為式中p泵—液壓泵最高工作壓力;P缸—液壓缸最高工作壓力;K壓—系統(tǒng)的壓力損失系數(shù)，一般K壓=1.3~1.5，系統(tǒng)復雜或管路較長取較大值，反之取較小值。上一頁下一頁返回知識拓展3)管路系統(tǒng)總壓力損失液壓系統(tǒng)的管道通常由若干段管道和一些彎頭、管接頭、控制閥等組成。因此，管路系統(tǒng)的總壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即在液壓傳動中，管路一般都不長，而彎頭、管接頭、控制閥等的局部阻力比較大，沿程壓力損失比局部壓力損失小得多。因此，大多數(shù)情況下總的壓力損失只包括局部壓力損失和沿程壓力損失，只對這兩項進行討論計算。上一頁下一頁返回知識拓展2.液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量在液壓系統(tǒng)中，經(jīng)常遇到油液流經(jīng)小孔或縫隙的情況，有的用來調(diào)節(jié)流量，有的造成泄漏。研究液體流經(jīng)小孔和縫隙的流量壓力特性，對于研究節(jié)流調(diào)速性能，計算泄漏都非常重要。1)液體流經(jīng)小孔的流量計算根據(jù)孔徑逼的不同，小孔可分為三種:薄壁小孔:L/d≤0.5;細長小孔:L/d>4;短孔:0.5<L/d≤4上一頁下一頁返回知識拓展(1)薄壁小孔中的流量計算如圖2-12所示，當液體經(jīng)管道由薄壁小孔流出時，由于液流的慣性作用，通過小孔后的液流要經(jīng)過一個先收縮后擴散的過程。當管道直徑D與小孔直徑d的比值D/d>7時，收縮作用不受孔前管道內(nèi)壁的影響，這時收縮稱為完全收縮。反之，當D/d<7時，孔前管道對液流進入小孔起導向作用，這時的收縮稱為不完全收縮。上一頁下一頁返回知識拓展通過薄壁小孔的流量為式中Cq為流量系數(shù)，由實驗確定，完全收縮時取0.61~0.62;不完全收縮時，取0.7~0.8。薄壁小孔因其沿程阻力損失非常小，通過小孔的流量與黏度無關(guān)，即流量對油溫的變化不敏感。因此，液壓系統(tǒng)中常采用薄壁小孔作為節(jié)流小孔。上一頁下一頁返回知識拓展(2)短孔的流量計算。短孔與薄壁小孔的流量公式相同，但流量系統(tǒng)不同，一般取Cq=0.82短孔易加工，故常用作固定節(jié)流器。(3)細長小孔的流量計算由上式可知，液體流經(jīng)細長小孔的流量與液體的黏度成反比，即流量受溫度影響，并且流量與小孔前后的壓力差成線性關(guān)系。上一頁下一頁返回知識拓展

上一頁下一頁返回知識拓展2)液體流經(jīng)縫隙的流量計算(1)平行平板的間隙流動液體在兩固定平行平板間流動是由壓差引起的，故也稱壓差流動。如圖2-13所示，平板長為L、寬度為h、縫隙高度為h，在壓差△P作用下通過平行平板縫隙的流量為式中

μ為液體的黏度上式表明，通過縫隙的流量與縫隙高度的三次方成正比，可見液壓元件內(nèi)的間隙大小對泄漏的影響很大，故要盡量提高液壓元件的制造精度，以便減少泄漏。上一頁下一頁返回知識拓展(2)液體流經(jīng)環(huán)形縫隙的流量如圖2-14所示，當液體在壓差作用下流經(jīng)同心環(huán)形縫隙時，流量計算公式如下上一頁下一頁返回知識拓展

上一頁下一頁返回知識拓展3.空穴現(xiàn)象和液壓沖擊液壓傳動中，空穴現(xiàn)象和液壓沖擊都會給系統(tǒng)的正常工作帶來不利影響，本節(jié)內(nèi)容由原因入手了解其危害，以便采取相應的措施減少其危害。1)空穴現(xiàn)象(1)空穴現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。在一定的溫度下，如壓力降低到某一值時，過飽和的空氣將從油液中分離出來形成氣泡，這一壓力值稱為該溫度下的空氣分離壓。當液壓油在某溫度下的壓力低于某一數(shù)值時，油液本身迅速汽化，產(chǎn)生大量蒸氣氣泡，這時的壓力稱為液壓油在該溫度下的飽和蒸氣壓。一般來說，液壓油的飽和蒸氣壓相當小，比空氣分離壓小很多，上一頁下一頁返回知識拓展因此，要使液壓油不產(chǎn)生大量氣泡，它的壓力最低不得低于液壓油所在溫度下的空氣分離壓。在流動的液體中，因某點處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，稱為空穴現(xiàn)象。空穴現(xiàn)象多發(fā)生在閥口和液壓泵的進口處。由于閥口的通道狹窄，液流的速度增大，壓力大幅度下降，以至于產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。當泵的安裝高度過高，吸油管直徑太小時、吸油阻力太大或液壓泵轉(zhuǎn)速過高，吸油不充分，由于吸油腔壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。上一頁下一頁返回知識拓展(2)空穴現(xiàn)象的危害。當液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)空穴現(xiàn)象時，大量的氣泡破壞了液流的連續(xù)性，造成流量和壓力脈動氣泡隨著液流流到高壓區(qū)時，會因承受不了高壓而破滅，產(chǎn)生局部的液壓沖擊和高溫，發(fā)出噪聲并引起振動。當附著在金屬表面上的氣泡破滅時，它所產(chǎn)生的局部高溫和高壓會使金屬剝落，使表面粗糙，或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴，這種空穴現(xiàn)象造成的腐蝕作用稱為氣蝕。氣蝕會縮短元件的使用壽命，嚴重時會造成故障。上一頁下一頁返回知識拓展(3)減小空穴現(xiàn)象的措施。在液壓系統(tǒng)中的任何地方，只要壓力低于空氣分離壓，就會發(fā)生空穴現(xiàn)象為了防止空穴現(xiàn)象的產(chǎn)生，就是要防止液壓系統(tǒng)中的壓力過度降低，具體措施如下:①減小液流在小孔或間隙處的壓力降，一般希望小孔或間隙前后壓力比小于3.5。②合理確定液壓泵管徑，對流速要加以限制，降低吸油高度，對高壓泵可采用輔助泵供油。③整個系統(tǒng)的管道應盡可能做到平直，避免急彎和局部窄縫，密封要好，配置要合理。④提高零件的抗氣蝕能力。增加零件的機械強度，采用抗腐蝕能力強的金屬材料，減小零件表面粗糙度等。上一頁下一頁返回知識拓展2)液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在一瞬間會突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。(1)液壓沖擊產(chǎn)生的原因。當閥門瞬間關(guān)閉時，管道中的液體因突然停止運動而導致動能向壓力能的瞬時轉(zhuǎn)變，使液體內(nèi)壓力升高，形成液壓沖擊。另外液壓系統(tǒng)中的高速運動部件在突然制動或換向時，常用控制閥關(guān)閉回油路，使油液不能繼續(xù)排出，這時運動部件由于慣性繼續(xù)向前運動，使封閉的油液受到擠壓，從而導致液壓沖擊。液壓系統(tǒng)中某些元件的動作不夠靈敏，也會產(chǎn)生液壓沖擊如系統(tǒng)壓力突然升高，但