第2章 液压传动基础知识.ppt

#,第二章 液压传动基础知识,2.1,工作介质,-,液压油,2.2,液体静力学,3.3,液体动力学,液压介质功能：,1,、,传递,能量和信号；,2,、,润滑,液压元件，减少摩擦和磨损；,3,、,散热；,4,、,防锈；,5,、,密封,液压元件对偶摩擦副中的间隙；,6,、,传输、分离和沉淀,非可溶性污染物；,7,、为元件和系统失效提供,诊断,信息等等。,液压油视频介绍,2.1,液压油,一、,液压油,的物理性质,1,密度,一般认为是常值,当,t,p,但很小,国家标准以,20,时,为油液的标准密度 记为,20,常用工作介质的密度（单位,kg/m,3,）,种 类,20,种 类,20,石油基液压油,850,900,增粘高水基液,1003,水包油乳化液,998,水,-,乙二醇,1060,油包水乳化液,932,磷酸酯液,1150,2,、可压缩性：体积压缩系数,液体分子间存在一定间隙，受压力作用而发生体积变化的性质称为液体的可压缩性。,主要指液体受压力作用而发生体积缩小的性质。,通常用体积压缩系数,来表示。,2,、可压缩性：体积压缩系数,定义：体积为,v,的液体，当压力增大,p,时，体积减小,v,则液体在单位压力变化下体积的相对变化量,。,:,液体的体积压缩系数，,=(57)10,-10,m,2,/N,V,0,：液体加压前的体积（,m,3,）,V,：加压后液体体积变化量（,m,3,）；,p,：液体压力变化量（,N/m,2,）；,一、,液压油,的物理性质,2,、可压缩性：体积压缩系数,p v,为保证,为正值，式中须加负号,2,、可压缩性,:,弹性模量,纯净液压油的体积弹性模量,K=,（,1.4,2.0,）,10,3,MPa,。,液压系统常规设计或分析时不考虑，分析液压系统动态特性时才考虑液体可压缩性。,的倒数称为液体的体积弹性模量，,以,K,表示：,3,、液体的粘性：,1,）,粘性,的意义：,液体在外力作用下流动时，液体分子间的内聚力（吸引力）会阻碍其分子的相对运动，即具有一定的内摩擦力，这种性质称为液体的粘性。,在流动时产生内摩擦力的特性；,静止液体则不显示粘性,.,3,、液体的粘性：,2,）,牛顿液体内摩擦定律,:,称为动力粘度系数（,Pa,s,）,:,单位面积上的摩擦力（即剪切应力）,du/dy,:,速度梯度，即液层间速度对液层距离的,变化率。,3,）,液体的粘度,：,粘性的大小用粘度表示。,常用的粘度有三种，即动力粘度、运动粘度和相对粘度。,粘度是液体的根本特性，也是选择液压油的最重要指标。,3,）,液体的粘度,：,动力粘度,动力粘度又称绝对粘度,动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动时，流动液层间单位面积上的内摩擦力。,单位为：,Ns,/,或,Pas,由于,的单位中具有力、长度、时间的量纲，即具有动力学的量纲，故称为动力粘度。,运动粘度,动力粘度与该液体密度的比值叫运动粘度，用,表示,单位：,/s,1/s=10,4,2,/s=10,4,斯（,St,）,=10,6,mm,2,/s=10,6,厘斯（,cSt,）,由于,的单位中只有运动学要素，故称为运动粘度。,液压油的粘度等级就是以其,40,C,时运动粘度的某一平均值来表示，如：,L-HM32,液压油的粘度等级为,32,，则,40,C,时其运动粘度的平均值为,32mm,2,/s,。,单位？,（,3,）相对粘度（恩式粘度,）,相对粘度又叫条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的的粘度。由于测量条件不同，各国所用的相对粘度也不同。,中国、德国和俄罗斯等一些国家采用恩氏粘度,，美国用赛氏粘度，英国用雷氏粘度。,式中：,t,1,200ml,被测液体从恩氏粘度计流出时间,t,2,200ml,同温度纯水从恩氏粘度计流出时间,工业上常用,20C,、,50C,和,100C,作为测定恩式粘度的标准温度，分别以,20,、,50,、,100,表示。,恩氏粘度,与运动粘度之间的换算关系式为：,（,4,）粘度与压力的关系,液体所受的压力增大时，其分子间的距离将减小，内摩擦力增大，粘度亦随之增大。,P,，,F,，,随,p,而,，压力较小时忽略，,32Mpa,以上才考虑,（,5,）粘度与温度的关系,油液的粘度对温度的变化极为敏感，温度升高，油的粘度即显著降低。油的粘度随温度变化的性质称粘温特性。,温度，内聚力，,粘度随温度变化的关系叫粘温特性，粘度随温度的变化较小，即粘温特性较好。,5,、其他性质,抗燃性,、,抗凝性,、,抗氧化性,、,抗泡沫性,、,抗乳化性,、,防锈性,、,润滑性,、导热性、介电性、相容性、纯洁性等。,1,）当压力在,32MPa,以下时，压力对粘度的影响不大，可以忽略不计。,抗氧化性（氧化安定性）：减少油品衷变速度，延长换油期,抗泡沫性和空气释放性：保证系统灵敏，准确平稳传递静压能,抗乳化性（过滤性）：混入油中的水分迅速分离，最大限度地减少过滤器堵塞，保证油品正常润滑。,抗磨性：减缓设备磨损，有效延长泵及系统的使用寿命。,粘温性好：保证液压元件在工作压力和温度发生变化的条件下得到良好的润滑、冷却、密封。,相容性：指对密封材料不侵蚀、不溶胀的性质。,二、对,液压油的要求,合适的粘度,40,=15,68cst,良好的粘温特性 选择油的最重要因素,良好的润滑性,良好的防蚀性,防锈性和相容性,良好的化学稳定性,良好的抗泡性,抗乳化性,三、液压油,的,种类,和,选用,石油型,机械油,汽轮机油,普通液压油,抗磨液压油,低温液压油,液压导轨油,高粘度指数液压油,其他专用液压油,难燃型,乳化型,水包油乳化液,油包水乳化液,合成型,水乙二醇液,磷酸脂液,其他,液压油的分类,步骤一：,选择液压油的品种,首先根据工作条件（,v,、,p,、,T,）和元件类型（液压泵等）选择油液品种；,步骤二：,选择液压油的粘度等级,慢速、高压、高温：,大（以,q,）,快速、低压、低温：,小（以,P,）,液压油液的选择过程,a.,系统的工作压力：压力高粘度大，以减少泄漏,b.,环境温度,:,温度高粘度大,c.,运动速度,:,速度高粘度低，以减少摩擦损失,d.,精密度：精密高粘度低，避免温升引起的机件变形，影响,工作精度,液压油液的选择过程,环境温度,5,40,40,80,粘,度,40,粘度,(mm,2,/s),40,粘度,(mm,2,/s),液,压,泵,类,型,齿 轮 泵,30,70,110,54,叶 片 泵,p,7,MPa,30,50,40,75,叶 片 泵,p,7,MPa,50,70,55,90,轴 向 式 柱 塞 泵,40,75,70,150,径 向 式 柱 塞 泵,30,80,65,240,液压油的推荐使用粘度范围,23,#,液压油液的污染是系统发生故障的主要原因,严重影响系统的可靠性及液压元件的寿命。,四、液压油的污染及控制,1,、污染的原因,外部,已被污染的新油：运输、储存,残留污染：生产装配和冲洗,侵入污染：液压油箱密封不好或者,液压缸防尘部分损坏,内部,生成污染,密封件损坏,运动元件磨损、剥离,油液老化生成胶质物,四、液压油的污染及控制,2,、污染的种类和危害,1),固体颗粒、胶状生成物：,磨损元件 填塞系统,2),水份、空气：,水解氧化 产生胶质 填塞元件,3),化学物质及微生物：,油液变质 元件腐蚀,3,、,固体颗粒污染物的测定,污染度的测定方法有以下两种：,(1),称重法：,把,100mL,的工作液体样品进行真空过滤并烘干后，在精密天平上称出颗粒的重量，按标准定出污染等级。,适用于工作液体日常性的质量管理。,(2),颗粒计数法：,是测定单位容积工作液体中含有某给定尺寸范围的颗粒数。其测定方法有以下两种：,a,显微镜颗粒计数法,b,自动颗粒计数法,（,1,）防止油液被污染,仓储管理,加工、装配要清洗，油箱做好密封,定期检查、定期更换工作介质、清洗滤网、滤芯,（,2,）控制系统工作温度：,T,，黏度，泄漏,，容积效率,T,，润滑性能变坏，增加磨损,4,、液压介质的污染控制,系统工作时，一般应将工作液体的温度控制在,65,以下。工作液体温度过高会加速氧化，产生各种生成物。,（,3,）注意密封 防尘 防水,及时补充油液,油箱呼吸孔上装空气滤清器或采用隔离式油箱，防止尘土、磨料和冷却水侵入。工作液体必须通过滤油器注入系统。,随时排出进入液压系统的空气。,5,液压介质的污染控制,研究内容：,研究液体处于静止状态的力学规律和这些规律的实际应用。,静止液体,:,指液体内部质点之间没有相对运动，至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动。,一,、,液体的静压力及特性,二,、,压力的表示方法及单位,三,、,静压传递原理,四,、,液体对固体壁面的作用力,2.2,液体静力学,一,、液体的静压力及特性,作用于液体上的力：,质量力,（重力、惯性力）,作用于液体的所有质点。,表面力,（法向力、切向力、其它物体或容器对液体、一部分液体作用于另一部分液体等）,作用于 液体的表面,。,2.2,液体静力学,1,、液体的静压力定义,:,液体单位面积上所受的法向力，物理学中称,压强,，,液压传动中习惯称压力。,一,、液体的静压力及特性,压力与流量视频,2.2,液体静力学,2,、液体静压力特性：,静止液体的压力称为静压力。,（,1,）垂直并指向于承压表面,（沿内法线方向作用于承压表面）,液体在静止状态下不呈现粘性,内部不存在切向剪应力而只有法向应力,（,2,）各向压力相等：,静止液体内任一点的压力，在各个方向上都相等。,有一向压力不等，液体就会流动,各向压力必须相等,一,、液体的静压力及特性,2.2,液体静力学,3,、液体静力学,基本方程,P,0,h,G,P,A,dA,4,、重力作用下静止液体压力分布特征,（,1,）静止液体中任一点处的压力由两部分,液面上的压力,p,0,组成,该点以上液体自重所形成的压力,gh,当液面上承受大气压力,Pa,作用时，液体内任一点处的压力为,（,2),静止液体内压力沿液深呈线性规律分布,（,3),离液面深度相同处各点的压力均相等，压力相等的点组成的,面叫等压面,.,例：计算静止液体内任意点,A,处的压力,p,pdA,=p,0,dA+G=p,0,dA+ghdA,p=p,0,+,gh,2.2,液体静力学,测压两基准：,绝对压力,以绝对零压为基准所测,相对压力,以大气压力为基 准所测,关系：,绝对压力,=,大气压力,+,相对压力,或 相对压力（表压）,=,绝对压力,大气压力,注：液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力。,二、压力的表示方法及单位,空气、液体压力可以用压力、表压力和真空度等来衡量。,如果液体中某点的绝对压力小于大气压力，这时，,比大气压力小的那部分数值叫做真空度。,绝对压力总是正值，相对压力则可正可负，这个负值就是不足大气压的数值，称为真空度。,真空度,=,大气压力,绝对压力,液体的静压力定义,我国法定的压力单位为牛顿,/,米,2,(N/m,2,),，,称为帕斯卡，简称帕,(Pa),。,在液压技术中，目前还采用的压力单位有巴,(bar),和工程大气压、千克力每平方米,(kgf/m,2,),等。,二、压力的表示方法及单位,压力常用单位为,Pa,（帕，,N/,）、,MPa,（兆帕，,N/,），,bar,（巴）、,PSI(pounds,per square inch,磅每平方英寸）,常用压力单位之间换算关系为：,1MPa=10,6,Pa,，,1bar=10,5,Pa,。,1atm=101325Pa(,atm,表示一个标准大气压作为参考量,),1atm=14.5PSI,（近似值，用于粗略计算）,1bar=0.1MPa=1.0197 Kgf/cm,2,因为单位相差很小，在要求不高场合近似计算为：,1atm=1bar=1 Kgf/cm,2,=100KPa=0.1MPa=760mmHg,液压系统压力形成,结论：,液压系统的工作压力取决于负载，并且随着负载的变化而变化。,F,A,帕斯卡原理,（静压传递原理）,在密闭容器内，液体表面的压力可等值传递到液体内部所有各点。,根据帕斯卡原理：,p=F/A,三,、静压传递原理,p=F/A F=0 p=0,F,p,F,p,静止液体内压力的传递。,作用在平面上的总作用力,作用在平面上的总作用力,F=p,A,如：液压缸，若设活塞直径为,D,则,F=p,A=p,D,2,/4,dF,x,=,dFcos,=,pdAcos,=,plrcosd,四,、液体对固体壁面的作用力,作用在曲面上的总作用力,作用在曲面上的总作用力,F,x,=p,A,x,结论：曲面在某一方向上所受的作用力，,等于液体压力与曲面在该方向的,垂直投影面积之乘积。,如：液压缸，若设活塞直径为,D,则,F=p,A=p,D,2,/4,F=p,A,例题 某容器内装有液体，当液体内部某点的绝对压力为,0.410,5,Pa,时，试求其真空度。,解：,若取大气压为,P,0,=110,5,Pa,，其相对压力为,P=0.410,5-,-110,5,=-0.610,5,Pa,所以，该点真空度为,0.610,5,Pa,例题 如图所示：在两个相互连通的液压缸中，已知大缸内径,D=100mm,，小缸内径,d=20mm,，大缸活塞放置的物体重量为,5000kg,。问：在小缸活塞上所加的力,F,有多大才能使大活塞顶重物？,如下图球面和锥面所受液压力是多少？,d,为承压部分曲面投影圆的直径。,要计算出球面和锥面在垂直方向受力,F,，只要先计算出曲面在垂直方向的投影面积,A,，然后再与压力,p,相乘，即：,F=,pA,=pd,2,/4,2.2,液体静力学,压力、流速、流量之间的关系,流动液体与固体壁面之间的相互作用力,一、基本概念,二、连续性方程,三、,能量方程,四,、动量方程,五、管路压力损失计算,六、小孔和缝隙的流量,七、液压冲击和气穴现象,2.3,液体动力学,一、基本概念,1,、理想液体、恒定流动,理想液体：,一种假想的既无粘性又不可压缩的液体。,恒定流动,：液体流动时，液体中任一点处的压力,p,、速度,v,和密度,等参数都不随时间而变化。（或称定常流动、非时变流动）,反之，只要压力、速度或密度中有一个参数随时间变化，就称,非恒定流动,（或称非定常流动、时变流动）。,2,、迹线、流线、流束,流束：,流管内所有流线的集合。,流束中与所有流线垂直的横截面称为通流截面，可能是平面或者曲面。,流线：,某一瞬间液流中一条曲线。,流管,：,在流场内作一条封闭曲线，过该曲线的所有流线所构成的管状表面。,式中,q,v,流量，在液压传动中流量,常用单位,L/min,，,m/s,；,V,液体的体积；,t,流过液体体积,V,所需的时间。,3.,通流截面、流量和平均流速,液体在管道中流动时，其垂直于流动方向的,截面,称为,通流截面,（或过流截面）。,单位时间内流过某通流截面的液体体积,称为,流量,，常用,q,v,表示，即：,由于,实际液体具有粘性,，因此液体在管道内流动时，通流截面上各点的流速是不相等的。,管壁处的流速为零,，,管道中心处流速最大,，流速分布如,右图,所示。,在通流截面,A,上取一微小流束的截面,d,A,（,左图,），则通过,d,A,的微小,流量为：,对上式进行积分，便可得到流经整个通流截面,A,的流量：,可见，要求得,q,的值，必须先知道,流速,u,在整个,通流截面,A,上,的分布规律。实际上这是比较困难的，因为粘性液体流速,u,在管道中的分布规律是很复杂的。所以，为方便起见，在液压传动中常采用一种假想的,平均流速,v,来求流量，即：,由此得出通流截面上的平均流速为：,液体的流动状态,层流和紊流,19,世纪末，英国物理学家,雷诺,首先通过实验观察了水在圆管内的流动情况，发现液体有两种流动状态：,层流,和,紊流,。,实验结果表明，,层流：液体质点互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线；,紊流,:,液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在着剧烈的横向运动。,液体的流动状态,层流和紊流,层 流：液体的流动是分层的，层与层之间互不,干扰。,紊流（湍流）：液体流动不分层，做混杂紊乱流,动。,雷诺数实验,动画演示,层流,和,紊流,是两种不同性质的流态。,层流：液体流速较低，质点受粘性制约，不能随意运动，,粘性,力起主导作用,；,紊流：液体流速较高，粘性的制约作用减弱，,惯性力起主导作,用,。,雷诺数,圆形管道雷诺数：,Re=,dv/,非圆管道截面雷诺数：,Re=,d,H,v/,过流断面水力直径：,d,H,=4A/,水力直径大，液流阻力小，通流能力大。,临界雷诺数,Re,c,：判断液体流态依据。,Re,Re,c,为紊流,雷诺数物理意义：液流的惯性力对粘性力的无因次比。,几种常用管道的,临界雷诺数,Re,cr,管道截,面形状,图 示,水力直径,d,H,临界雷诺数,Re,cr,管道截,面形状,图 示,水力直径,d,H,临界雷诺数,Re,cr,圆,D,2000,同心,圆环,2,1100,正方形,b,2100,滑阀,阀口,2,x,260,长方形,1500,圆,（橡胶）,d,1600,长方形,缝 隙,1400,静止的液体：任意点处的压力在各个方向上都是相等的。,流动的液体：由于惯性力和粘性力的影响，任意点处在各个方向上的压力并不相等，但数值相差甚微。,当惯性力很小，且把液体当理想液体时，,流动液体内任意点处的压力在各个方向上的数值可以看成是相等的。,4.,流动液体的压力,二、连续性方程,质量守恒定律在流体力学中的应用,1,连续性原理,理想液体在管道中恒定流动时，根据质量守恒定律，液体在管道内既不能增多，也不能减少，因此单位时间内流入液体的质量应等于流出液体的质量。,2,连续性方程,m,1,=m,2,若忽略液体可压缩性,1,=,2,=,则,v,1,A,1,=v,2,A,2,或,q,=,vA,=,常数,2.3,液体动力学,由于两通流截面是任意取的,，故有：,意义：,在恒定流动中,，,通过流管各截面的不可压缩流体的流量是相等的,。,流量连续性方程,连续性方程,说明：,1,、在同一管路中无论通流面积怎么变化，只要没有泄漏，液体通过任意截面的流量是相等的；,2,、同时还说明了在同一管路中通流面积大的地方液体流速小。通流面积小的地方则液体流速大；此外，当通流面积一定时，通过的液体流量越大，其流速也越大。,右图的分支油路，,显然流进的流量应等于流出的流量，故有,Q=Q,1,+Q,2,。,液压缸的运动速度,结论：,液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量，并且随着流量的变化而变化。,（控制流量可以实现无极调速）,A,q,v,v=q/A q=0 v=0,q v,q v,连续性方程的应用,已知：,q,v1,=20L/min,A1=20cm,2,A2=80cm,2,，,求,v,1,，,v,2,。,1,2,W,v,1,v,2,q,v1,A1,A2,解：根据流量方程：,根据连续性方程：,例题 如,图所示，两个结构相同的液压缸相互串联，无杆腔的面积,A,1,100c,，有杆腔的面积,A,2,80c,，缸,l,的输入压力,p,1,=0.9MPa,，输入流量,q,12L/min,，不计摩擦损失和泄漏，求：,(1),两缸承受相同负载（,F,1,=,F,2,）时，该负载的数值及两缸的运动速度。,(2)p,2,=,0.5p,1,时，两液压缸各能承受的负载,F,1,，,F,2,是多少,?,(3),若缸,1,不承受负载,(,F,1,=0),时，缸,2,能承受负载,F,2,是多少,?,F,1,2,F,2,1,解：,A,1,100c=10010,-4,，,A,2,80c=8010,-4,F,1,2,F,2,1,(1),(2),F,1,2,F,2,1,(3),F,1,2,F,2,1,三、能量方程（,伯努利方程）,能量方程,又称,伯努利方程,：,理想液体在管道中稳定流动时，根据能量守恒定律，同一管道内任一截面上的总能量应该相等。,或：外力对物体所做的功应该等于该物体机械能的变化量。,2.3,液体动力学,p:,单位体积液体的压力能,gh,：单位体积液体相对于水平参考面的位能,（常称速度水头）：单位体积的液体的动能。,在密闭管道内作作,恒定流动,的理想液体时具有三种形式的能量，即,压力能,、,位能,和,动能,，在流动过程中，三种能量之间可以互相转化，但各个过流断面上三,种能量之和恒为定值,，即,能量守恒,。,理想液体伯努利方程,理想液体伯努利方程的物理意义,2.,实际液体伯努利方程,动能修正系数：单位时间内截面处液流的实际动能和按平均流速计算出的动能之比。层流,=2,，紊流,=1,实际液体具有粘性,液体流动时会产生内摩擦力，从而损耗能量 故 应考虑能量损失,，并考虑动能修正系数,则实际液体伯努利方程,为,：,例,计算,液压泵吸油口处的真空度,液压泵吸油装置如,图,所示。,设油箱液面压力为,p,1,，,液压泵吸油口处的绝对压力,为,p,2,，,泵吸油口距油箱液面的高度,为,h,。,解,以油箱液面为基准，并定为,1-1,截面,，泵的吸油口处为,2-2,截面,。取动能修正系数,1,=,2,=1,对,1-1,和,2-2,截面建立实际液体的能量方程，则有：,液压泵吸油装置,图示,油箱液面与大气接触,，故,p,1,为大气压力，即,p,1,=,p,a,；,v,1,为油箱液面下降速度，由于,v,1,v,2,故,v,1,可近似为零；,v,2,为泵吸油口处液体的流速，它等于流体在吸油管内的流速；为吸油管路的能量损失。因此，上式可简化 为：,液压泵吸油装置,所以,液压泵吸油口处的真空度,为：,由此可见，液压泵吸油口处的真空度由,三部分,组成：把,油液提升到高度,h,所需的压力,、将,静止液体加速到,v,2,所需的压力,和,吸油管路的压力损失,。,当 泵进口处的绝对压力小于大气压力，形成真空，油靠大气压力压入泵内。为使真空度不致过大，一般泵的高度不大于,0.5m,。,动量方程：,作用在物体上的合外力的大小等于物体在力作用方向上的动量的变化量,即：,考虑动量修正问题，对于作,恒定流动,的液体，有：,四,、动量方程,动量修正系数：液体流过某截面的实际动量与平均流速过截面的动量之比。,液体流速较大且分布均匀（湍流）时,=1,液体流速较低且分布不均匀（层流）时,=1.33,五、管路压力损失计算,实际液体具有粘性,流动中必有阻力，为克服阻力，须消耗能量，造成能量损失,(,即压力损失）。,分类：沿程压力损失、局部压力损失,2.3,液体动力学,沿程压力损失,（粘性损失）,定 义,:,液体沿等径直管流动时，由于液体的粘性摩擦和质点的相互扰动作用，而产生的压力损失。,沿程压力损失产生原因,内摩擦,因粘性，液体分子间摩擦,。,摩擦,外摩擦,液体与管壁间,。,圆管层流时沿程压力损失计算,沿程阻力系数。,理论值：,64/R,e,实际值,:,金属管,75/Re,橡胶软管,80/Re,5.,圆管紊流的压力损失,局部压力损失,定义,:,液体流经管道的弯头、接头、突变截面以及阀口、滤网等局部装置时，液流会产生旋涡，并发生强烈的紊动现象，由此而产生的损失称为局部损失。,局部压力损失产生原因,产生原因：碰撞、旋涡（突变管、弯管,),产生附加摩擦；,局部压力损失公式,局部阻力系数。,一般由实验确定，,也可查阅有关液压传动设计手册；,为液体的平均流速。,标准阀类元件局部压力损失,对于阀和过滤器等液压元件往往并不应用前面的式子来计算其,局部压力损失,，因为液流情况比较复杂，难以计算。它们的压力损失数值可从产品样本提供的曲线中直接查到。,管路系统的总压力损失,管路系统中的总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失和局部压力损失之和，即,p,热能,T,q,泄露,效率,散逸 污染,减小,p,的措施,1,尽量缩短管道的,长度,，减少管道截面突变,；,2,提高管道加工质量，力求光滑，,合适；,3 A,，,v,过高 ,p pv,2,其中,v,的影响最大,过低 尺寸 成本,一般有推荐流速可供参考，见有关手册。,考虑到存在压力损失，一般液压系统中液压泵的工作压力,P,p,应比执行元件的工作压力,1,p,。,通常情况下，液压系统的管路并不长，所以沿程压力损失比较小，而阀等元件的局部压力损失却较大。因此管路总的压力损失一般以局部损失为主。,高,六、,小孔和缝隙的流量,概述：,孔口和缝隙流量在液压技术中占有很重要的地位，它涉及液压元件的密封性，系统的容积效率，更为重要的是它是设计计算的基础。,2.3,液体动力学,六、,小孔和缝隙的流量,（一）液体流过小孔的流量,当小孔的长径比,l/d0.5,时，称为薄壁孔；,l/d,4,时，称为细长孔；,0.5,l/d4,时，称为短孔。,小孔流量通用方程,配合间隙,液压元件的各零件之间要保证正常的相对运动，必须保持一定的间隙。,油液流过缝隙就会产生泄漏，这就是缝隙流量。,2.3,液体动力学,泄漏,:,当流体流经间隙时就会发生从压力高处经过间隙流到系统中压力低处或直接进入大气的现象,(,前者称为内泄漏，后者称为外泄漏,),油液在间隙中的流动状态一般是层流,。,2.3,液体动力学,缝隙流动,:,压差流动：,由缝隙两端的压力差造成的流动。,剪切流动：,形成缝隙的两壁面作相对运动所造成的流动。,这两种流动经常同时存在。,2.3,液体动力学,(,二,),液体流过缝隙的流量,一）液体流过平行平板缝隙的流量,1,、流过固定平行平板缝隙的流量,（压差流动）,在压差作用下，流过固定平行平板缝隙的流量与缝隙厚度三次方成正比，液压元件的内缝隙大小对其泄漏量的影响很大。,2.,液体流过相对运动的平行平板缝隙的流量（剪切流动）,当一平板固定，另一平板以速度,u,0,作相对运动时，液体的平均流速,v=u,0,/2,，故由于平板相对运动而使液体流过缝隙的流量为：,既有压差流动，又有剪切流动时：,“,”号的确定方法：当长平板相对短平板移动的方向和压差方向相同时取“,+”,号，方向相反时取“,-”,。,二）液体流过圆环缝隙的流量,流过偏心圆环缝隙的流量,流过同心圆环缝隙的流量,内外圆同心时,的,缝隙厚度；,相对偏心率，,=,e/,=0,同心，,=1,最大偏心量,u,0,=0,内外表面无相对运动,应尽量做成同心，以减小泄漏量。,1.,定义：,液压系统中，由于某种原因（如速度急剧变化），引起压力突然急剧上升，形成很高压力峰值的现象。,如：,急速开、关自来水管可能使水管发生振动，同时发出噪声。,液压冲击,七、,液压冲击和气穴现象,2.3,液体动力学,2.,液压冲击产生的原因,1,）迅速使油液换向或突然关闭油路，使液体受阻，动能转换为压力能，使压力升高。,2,）运动部件突然制动或换向，使压力升高。,3,）某些液压元件动作失灵或不灵敏。,3.,液压冲击引起的结果：,导致某些元件如密封装置、管路等损坏；,引起机床振动、产生很大噪声、影响工件加工质量；,使某些元件（如压力继电器、液压控制阀、顺序阀等）产生误动作，影响系 统 正常工作，导致设备损坏。,利用液压冲击制作冲击风钻、冲击振动装置等。,4,减小液压冲击的措施,延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。,限制管道流速及运动部件速度。,适当加大管道直径，尽量缩短管路长度。,在冲击区附近安装蓄能器等缓冲装置。,采用软管，以增加系统的弹性。,在液压系统中，如果某处的压力低于空气分离压时（如速度突变），原先溶解在液体中的空气就会分离出来，导致液体中出现大量气泡的现象，称为,气穴（空穴）现象,。,如果液体中的压力进一步降低到饱和蒸气压时，液体将迅速气化，产生大量蒸气泡，这时的气穴现象将会愈加严重。,当附着在金属表面上气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压会使金属剥蚀，这种由气穴造成的腐蚀作用称为,气蚀,。,气蚀会使液压元件的工作性能变坏，并使其寿命大大缩短,。,七、,液压冲击和气穴现象,气穴现象,2.3,液体动力学,气穴现象引起的结果：,液流不连续，流量、压力脉动、系统发生强烈的振动和噪声发生气蚀。,七、,液压冲击和气穴现象,控制,气穴现象产生原因：,流过节流口、阀口或管道狭缝时，速度升高压力降低；,液压泵吸油管道较小，吸油高度过大，阻力增大，压力降低；,液压泵转速过高，吸油不充分，压力降低。,减小小孔或缝隙前后的压力降。一般,p1/p2,3.5,。,降低泵的吸油高度，适当加大吸油管内径，限制吸油管内液体的流速，尽量减少吸油管路中的压力损,失（如及时清洗滤油器或更换滤芯等）。对于自吸能力差的泵需用辅助泵供油。,管路要有良好的密封，防止空气进入。,控制措施：,例题 如,图所示，两个结构相同的液压缸相互串联，无杆腔的面积,A,1,100c,，有杆腔的面积,A,2,80c,，缸,l,的输入压力,p,1,=0.9MPa,，输入流量,q,12L/min,，不计摩擦损失和泄漏，求：,(1),两缸承受相同负载（,F,1,=,F,2,）时，该负载的数值及两缸的运动速度。,(2)p,2,=,0.5p,1,时，两液压缸各能承受的负载,F,1,，,F,2,是多少,?,(3),若缸,1,不承受负载,(,F,1,=0),时，缸,2,能承受负载,F,2,是多少,?,F,1,2,F,2,1,解：,A,1,100c=10010,-4,，,A,2,80c=8010,-4,F,1,2,F,2,1,(1),(2),F,1,2,F,2,1,(3),F,1,2,F,2,1,