液压传送02.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章 液压传动基础,2.1,液压油,2.2,液体静力学基础,2.3,液体动力学,基础,知识拓展,本章小结,2.1,液压油,下一页,返回,2.1.1,液压油的主要性质,1.,密度单位体积液体的质量称为该液体的密度，用表示。,即,式,中,m,液体的质量,;,V,液体,的体积。,密度是液体的一个重要物理性质，它会随温度的升高而下降，随压力的增加而增大。对于液压传动中常用的液压油,(,矿物油,),来说，一般情况下，密度变化很小，可视为常数在计算时，常取,15,时的液压油密度,=900 kg/m,3,。,2.1,液压油,2.,可压缩性,可压缩性指液体受压力作用而发生体积减小的特性。在常温下，液体的可压缩性很小，故认为液体是不可压缩的。只有在研究液压系统的动态特性和高压情况下，才考虑油液的可压缩性。但是，如果液压油中混入空气及其他挥发物质，其压缩性将显著增加，并将严重影响液压系统的工作性能，所以应尽量减少。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,3.,黏性,液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动而产生内,摩擦力的特性称为黏性。液体在管内流,动时，它和固体壁面间的附着力和液体,本身分子间的内聚力，导致液体内部各,液层间的速度不相等。如,图,2-2,所示，两平行平板间充满液体，下平板不动，而上平板以速度,u,0,，向右运动。由于液体的黏性，紧靠下平板和上平板的液体层,速度分别为,0,和,u,0,，而中间各液层在内聚力的牵制下，从上到下速度逐渐递减。,当两平板间的距离较小时，各液层的速度按线性规律分布,。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,黏性,是液体的重要物理性质，也是选择液压用油的主要依据。液体的黏性大小用黏度来表示，常用的黏度有三种,:,动力黏度、运动黏度和相对黏度。,1),动力黏度,动力黏度又称绝对黏度，是表征液体黏性的内摩擦系数，可由式,(2-3),导出，即,液体动力黏度的物理意义是当速度梯度等于,1,时，流动液体液层间单位面积上的内摩擦力。,在,SI,单位中，动力黏度的法定计量单位为,Pa,s(,帕秒,),或,N,s/m,2,在,CGS,中，的单位为,P(,泊,),。单位换算关系为,1 Pa,s=,10P,(,泊,)=,1000cP,(,厘泊,),上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2),运动黏度,运动黏度。是动力黏度与液体密度之比，即,运动黏度,v,在其单位中只有长度和时间的量纲，没有明确的物理意义，所以称为运动黏度，其在液压分析和计算中是一个经常遇到的物理量。工程中常用运动黏度来标志液体黏度。机械油的牌号就是用机械油在,40,时运动黏度的平均值来表示的。如,10,号机械油就是指其在,40,时的运动黏度的平均值为,10cSt,牌号为,L-HL22,的普通液压油在,40,时运动黏度的平均值为,22 mm,2,/s(L,表示润滑剂类，,H,表示液压油，,L,表示防锈抗氧型,),。,在,SI,单位中，运动黏度的单位为,m,2,/s,。在,CGS,中，运动黏度的单位为,St(,斯,),。单位换算关系为,1 m,2,/s=10,4,St(,斯,)=10,6,cSt(,厘斯,),。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,3),相对黏度,相对黏度又称条件黏度，是采用特定的黏度计，在规定的条件下测量出来的液体黏度。根据测量的方法不同，可分为恩氏黏度,E,、赛氏黏度,SSU,和雷氏黏度,Re,等。中国和德国等国家采用恩氏黏度。,恩氏黏度用恩氏黏度计测定。即，将,200 mL,的被测液体装入底部有小,2.8 mm,小孔的恩氏黏度计的容器中，在某一特定温度,t(,),时，测定全部液体在自重作用下流过小孔所需的时间,t,1,与同体积的蒸馏水在,20,时流过同一小孔所需的时间,t,2,之比值，便是该液体在,t(,),时的恩氏黏度。,恩氏黏度和运动黏度之间的经验换算公式为,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,4),温度对黏度的影响,液压油的黏度对温度变化十分敏感，黏度会随着温度的升高而减小，这种液体黏度随温度变化的性质称为黏温特性。黏度的变化直接影响液压系统的性能和泄漏量，因此，黏度随温度的变化越小越好。如,图,2-3,所示为几种国产液压油的黏温特性曲线。,5),压力对黏度的影响,当压力增加时，液体分子间距离减小，内聚力增加，其黏度也有所增加。在液压系统中，当压力不高且变化不大时，压力对黏度的影响较小，一般可以忽略不计。当压力高于,50MPa,或压力变化较大时，需要考虑这种影响。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,4.,液压油的其他性质,液压油的其他一些物理化学性质，如抗燃性、抗氧化性、抗泡沫性、抗乳化性、防锈性和抗磨性等，都对它的选择和使用有重要影响。这些性质需要在精炼的矿物油中加入各种添加剂来获得，具体应用时可查阅液压油类产品相关手册。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2.1.2,液压油的选用,1.,液压油的使用要求,液压介质的性能对液压系统的工作状态有很大影响，液压系统对工作介质的基本要求如下,:,(l),黏温性好。所有工作介质的黏度都随温度的升高而降低。黏温特性好是指工作介质的黏度随温度变化小。,(2),质地纯净，杂质少。避免油液中的机械杂质堵塞油路。,(3),化学稳定性好。在贮存和工作过程中不易氧化变质，以防胶质沉淀物影响系统正常工作。防止油液变酸，腐蚀金属表面。,(4),抗乳化性、抗泡沫性好。工作介质在工作过程中可能混入水或出现凝结水。混有水分的工作介质在泵和其他元件的,长,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,期,剧烈搅拌下，易形成乳化液，使工作介质水解变质或生成沉淀物，引起工作系统锈蚀和腐蚀，所以要求工作介质有良好的抗乳化性。抗泡沫性是指空气混入工作介质后会产生气泡，混有气泡的介质在液压系统内循环会产生异常的噪声、振动，所以要求工作介质具有良好的抗泡沫性和空气释放能力。,(5),闪点、燃点高，凝固点低。高闪点和燃点能防火、防爆。一般液压系统中所用的液压油的闪点约为,130,150,;,在温度低的环境下工作时，要求低凝固点一般液压系统中所用的液压油的凝固点约为,-10,-15,。,(6),润滑性能好。在规定的范围内有足够的油膜强度，以免产生干摩擦。,(7),对人体无害，成本低。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2.,液压油的种类,液压油的品种很多，主要可分为三大类,:,矿物油型、合成型和乳化型。常见液压油的代号、特性和用途详见,表,2-1,、,表,2-1,(,续表,),。,矿物型液压油的特点是润滑性好，腐蚀性小，化学稳定性高，所以约,90%,以上的液压系统采用此类液压油。乳化型液压油价格便宜，抗燃性好，但润滑性能差，腐蚀性大，适用温度范围小，因此一般用于水压机、矿山机械和液压支架等特殊场合。合成型液压油润滑性好、凝固点低、抗燃性好，但价格昂贵且有毒，一般用于防火要求高的钢铁厂、火力发电厂等场合。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,3.,液压油的选择,合理液压油的选择，对液压系统的运动平稳性，工作可靠性，灵敏性有显著影响。选用液压油时根据系统要求选择适当的油液品种和黏度，选择时一般考虑以下几个方面,:,(1),液压系统的工作压力。工作压力较低时，宜用黏度较低的油，以减少压力损失。工作压力较高时，宜选用黏度较高的液压油以免系统泄漏过多，效率过低。,(2),液压泵的类型。在液压系统的所有元件中，液压泵对液压油的性能最敏感，因此，在一般情况下，可将液压泵要求的黏度作为选择液压油的基准，见,表,2-2,。,(3),液压系统的工作环境。主要是环境温度的变化范围、有无明火和高温热源、抗燃性等要求。还要考虑环境污染、毒性和气味等因素,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,(4),运动速度。液压系统执行元件速度较高时，选用黏度较低的液压油，以减小液流的功率损失。,(5),经济性分析。选择工作介质时要通盘考虑价格和使用寿命，高质量的液压油从一次购置的角度来看花费较大，但从使用寿命、元件更换、运行维护、生产效率等方面的提高上看，总的经济效益是非常合算的。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2.1.3,液压油的污染与控制,1.,污染的主要原因,(1),已被污染的新油。虽然液压油和润滑油是在比较清洁的条件下精炼和调和的，但油液在运输和储存过程中会受到管道、油桶和储油罐的污染。其污染物为灰尘、砂土、锈垢、水分和其他液体等,(2),残留污染。液压系统和液压元件在装配和冲洗中的残留物，如毛刺、切屑、型砂、涂料、橡胶、焊星和棉纱纤维等,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,(3),侵入污染。液压系统运动过程中，由于油箱密封不完善以及元件密封装置损坏而由系统外部侵入的污染物，如灰尘、砂土、切屑以及水分等,(4),内部生成污染。液压系统运行中系统本身所生成的污染物。其中既有元件磨损剥离、被冲刷和腐蚀的金属颗粒或橡胶末，又有油液老化产生的污染物等，这一类污染物最具有危险性。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,2.,污染的危害,(1),固体颗粒和胶状生成物堵塞滤油器，使液压泵吸油不畅、运转困难、产生噪声。堵塞阀类元件的小孔或缝隙，使阀类元件失灵。,(2),微小固体颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损，使液压元件不能正常工作，同时还会划伤密封件，使泄漏增加。,(3),水分和空气的混入会降低液压油液的润滑性，并加速其氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速损坏，并使液压传动系统出现振动和爬行等现象。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,3.,污染的控制措施,(1),减少外来的污染。系统在组装前，油箱和管道必须清洗。用机械方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。系统在组装后要进行全面清洗，用系统工作时使用的工作液体,(,加热后,),清洗，不可用煤油。系统冲洗时应设置高效滤油器，并启动系统使元件动作，用铜锤敲打焊口和连接部位。在油箱通气孔上装设空气滤清器或采用隔离式油箱给油箱加油要用滤油装置，对外露件应装防尘密封，并经常检查，定期更换。液压系统传动系统的维修，液压元件的更换、拆卸应在无尘区进行。,(2),滤除系统产生的杂质。应在系统的相应部位安装适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。,上一页,下一页,返回,2.1,液压油,(3),控制液压油的工作温度。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。,(4),定期检查，更换液压油液。应根据液压设备使用说明书的要求和维护保养规程的有关规定，定期检查更换液压油液。更换液压油液时要清洗油箱，冲洗系统管道及液压元件。,上一页,返回,2.2,液体静力学基础,液体静力学主要是研究静止液体所具有的力学规律以及这些规律的应用。所谓“静止液体”，指的是液体内部质点间没有相对运动，不呈现黏性。至于盛装液体的容器，不论它是静止还是匀速、匀加速运动都没有关系，液体整体则可以随同容器一起作各种运动。,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.1,液体的静压力及其特性,作用在液体上的力有两种，即质量力和表面力。质量力作用于液体的所有质点上，如重力和惯性力等。表面力是作用于液体表面上的力。单位面积上作用的表面力称为应力，它是一种外力，有法向应力和切向应力之分。当液体静止时，液体质点间没有相对运动，不存在摩擦力，所以静止液体的表面力只有法向力。液体在单位面积上所受的法向力称为压力，用,P,表示。液体内某点处单位面积上所受到的法向力,F,与单位面积,A,之比即为压力,P(,静压力,),，可表示为,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,如法向力,F,均匀地作用于面积,A,上，则压力可表示,为,液体静压力具有两个重要特性,:,(1),液体静压力垂直于其受压平面，且方向与该平面的内法线方向一致。,(2),静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等液体静力学基本方程。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.2,液体静力学基本方程,在重力作用下静止液体的受力情况可用,图,2-4,所示。在液体中任取一点,A,若要求得液体内,A,点处的压力，可从液体中取出一个底部通过该点的垂直小液柱。设液柱的底面积为,dA,，高度为,h,，液柱质量为,G=,ghdA,，由于液柱处于平稳状态，则平衡方程如下所示,。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,式中,P,0,为作用在液面上的压力，上式为液体静压力的基本方程。,由液体静压力基本方程可知，静止液体内任意点处的压力由两部分组成，即液面上的外压力,P,0,和液体自重对该点的压力,gh,。当液面上只受大气压力,P,0,作用时，点,A,处的静压力则为,P=P,0,+gh,。静止液体内的静压力随液体深度,h,的增加而线性地增加。静止液体内同一深度的各点压力都相等，压力相等的所有点组成的面称为等压面。在重力作用下，静止液体中的等压面是一个水平面压力的表示方法。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.3,压力的表示方法,压力的表示方法有两种,:,绝对压力和相对压力。绝对压力是以绝对真空作为基准所表示的压力。相对压力是以大气压力作为基准所表示的压力。若绝对压力大于大气压，则相对压力为正值。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。若绝对压力小于大气压，则相对压力为负值，比大气压小的那部分称为真空度。,如,图,2-5,给出了绝对压力、相对压力和真空度三者之间的关系，即,:,绝对压力,=,相对压力,+,大气压力,真空度,=,大气压力,绝对,压力,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,在,SI,单位中压力的单位为帕斯卜，简称帕，符号为,Pa,1 Pa=1 N/m,2,。由于,P,。太小，工程上常用其倍数单位兆帕,(MPa),来表示，,1MPa=10,6,Pa,。,压力单位及其他非法定计量单位的换算关系,:,1atm(,工程大气压,)=1kgf/cm,2,=9.8 x 10,4,Pa,1mmH,2,O(,米水柱,)=9.8 x 103 Pa,1mmHg(,毫米汞柱,)=1.33 x 10,2,Pa,1bar(,巴,)=10,5,Pa,1.02kgf/cm,2,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.4,压力的传递,由液体静压力基本方程可知，盛放在密闭容器内的液体，其外压力,P,0,发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压力均将发生同样大小的变化。这就是说，在密闭容器中，由外力作用所产生的压力可以等值传递到液体内部的所有点。这就是静压传递原理,(,或称帕斯卡原理,),。,在液压传动系统中，通常是外力产生的压力要比液体自重所产生的压力,(,gh),大得多。因此常把自重产生的压力忽略不计，而认为静止液体内部各点的压力处处相等。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,如,图,2-6,所示，当给小活塞缸,1,的活塞上施加力,F,1,时，液体中就产生,p=F,1,/A,1,压力。随着,F,1,的增加，液体的压力也不断增加，当压力,P=W/A,2,时，大活塞缸,2,的活塞开始运动。,可见，静压力传动有以下特点,:,传动必须在密封容器内进行，系统内压力大小取决于外负载的大小。也就是说，液体的压力是由于受到各种形式的阻力而形成的。当外负载,W=0,时，则,p=0,。液压传动可以将力放大，力的放大倍数等于活塞面积之比，,即,液压传动是依据帕斯卡原理实现力的传递、放大和方向变换的。,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,2.2.5,液体作用在固体壁面上的力,液体流经管道和控制元件，并推动执行元件做功，都要和固体壁面接触。固体壁面将受到液体静压力的作用。由于静压力近似处处相等，可认为作用在固体壁面上的压力是均匀分布的。,当固体壁面为一平面时，如,图,2-7,所示，作用在该面上的静压力的方向与该平面垂直，是相互平行的，液体对该平面的作用力,F,为液体的压力,P,与该平面面积的乘积。即,上一页,下一页,返回,2.2,液体静力学基础,当固体壁面为一曲面时，如,图,2-8,所示，作用在曲面上各点静压力的方向均垂直于曲面，互相是不平行的。在工程上通常只需计算作用于曲面上的力在某一指定方向上的分力。液压力在曲面某方向上的分力等于液体压力与曲面在该方向上投影面积的乘积。,球面如图,2-8(a),和锥面如图,2-8(b),在垂直方向所受液压作用力,F,等于曲面在垂直方向的投影面积,A,与压力,P,相乘。,上一页,返回,2.3,液体动力学基础,液体动力学基础主要研究液体流动时流速和压力之间的规律。流动液体的运动规律，能量转换以及流动液体与限制其流动的固体壁面间的相互作用等内容，是液压技术中分析问题和设计计算的理论依据。本节主要阐明流动液体的,3,个基本方程,:,连续性方程、伯努利方程和动量方程。,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,2.3.1,基本概念,1.,理想液体和实际液体,液体是具有黏性的，液体的黏性问题非常复杂。为了便于分析和计算，可先假设液体没有黏性，然后再考虑黏性的影响，并通过实验验证等办法对上述结论进行补充或修正。把既无黏性又不可压缩的液体称为理想液体，而把事实上既有黏性又可压缩的液体称为实际液体。,2.,恒定流动和非恒定流动,液体流动时，若液体中任何一点的压力、速度和密度都不随时间而变化，则这种流动就称为恒定流动。否则，只要压力、速度和密度任一个量随时间变化，则这种流动就称为非恒定流动。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,3.,通流截面、流量和平均流速,液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。,单位时间内，流过通流截面的液体体积称为流量，用,q,表示，在,SI,中单位为,m3/s,，工程上常用的单位是,L/min,。,实际液体在管道中流动时，由于具有黏性，通流截面上各点的速度一般是不相等的。为了便于解决问题，引入了平均流速的概念。假设流经通流截面的流速是均匀分布的，则平均流速，,v,为,在液压系统中，活塞或液压缸的运动速度等于液压缸内油液的平均速度，其大小取决于输入或流出液压缸的流量。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,4.,液体的流动状态,液体有两种流动状态，即层流和紊流。,层流,:,液体流动时没有任何混杂现象，层次分明，层与层之间互不干扰，能够维持安定的流束状态。,紊流,:,液体流动时质点之间不仅沿轴向运动还有横向运动，流束错杂交换。,这两种流动状态可以通过雷诺实验观察出来。液体在圆管中的流动状态与平均速度,v,、管径,d,、液体的运动黏度有关，决定流动状态的就是这三个参数所组成的一个量纲为,1,的数，称为雷诺数,:,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,液体流动时，雷诺数相同，则流动状态也相同。,液体的流动状态由临界雷诺数,Recr,决定。当,Re Recr,时为紊流。临界雷诺数一般由实验求得，常见管道的临界雷诺数见,表,2-3,。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,2.3.2,连续性方程,连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种表达形式，即液体在密封管道内作恒定流动时，设液体不可压缩，则单位时间内流过任意截面的质量相等。,如,图,2-9,所示为液体在管道中作恒定流动，任意取截面,1,和,2,，其通流截面面积分别为,A,1,、,A,2,，液体流经两截面时的平均流速和液体密度分别为,v,1,、,1,，和,v,2,、,2,。根据质量守恒定律，单位时间流过两个断面的液体质量相等,。,当忽略液体的可压缩性时，则得,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,由于通流截面是任意选取的，,故,连续性方程说明,:,(1),在管道,中作恒定流动的不可压缩液体流过各截面的流量是相等的。,(2),液体的流速与管道通流截面积成反比。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,2.3.3,伯努利方程,伯努利方程是能量守恒定律在流动液体中的表现形式，它主要反映动能、位能和液压力能三种能量的转换。,1.,理想液体的伯努利方程,理想液体在管道中流动时，具有三种能量,:,液压力能、动能、位能。按照能量守恒定律，在各个截面处的总能量是相等的。如,图,2-10,所,示，,设液体质量为,m,，体积为,V,密度为，则,有,式中,1,V,2,V,为截面,1,2,处的液体压力能。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,将式,(2-16),各项除以,mg,，,得,式,中,P/,g,比压能,;,v,2,/2g,比动能,;,h,比位能。,上式称为理想液体的伯努利方程，其物理意义是在密闭的管道内作恒定流动的液体具有三种形式的比能，即比压能、比位能和比动能，在流动过程中，三种能量可以相互转化，但各个通流截面上三种能量之和为定值。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,2.,实际液体流束的伯努利方程,实际液体都具有黏性，因此液体在流动时还需克服由于黏性所引起的摩擦阻力，这必然要消耗能量。另外，实际液体的黏性使流束在通流截面上各点的真实流速并不相同，精确计算时必须引进动能修正系数。则实际液体的伯努利方程,为,式,中,h,w,单位质量液体因液体黏性引起的能量损失,;,1,，,2,动能修正系数，一般在紊流时取,=1,，层流,时,取,=2,。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,在液压系统中，管路的高度一般不超过,10 m,管内油液的平均流速也较低,(,一般不超过,6 m/s),，因此油液的位能和动能相对于压力能来说可忽略不计，油液主要是依靠它的压力能来作功。因此，伯努利方程在液压系统中的应用形式,为,因此，在液压传动系统中，能量损失主要为压力损失,P,，这也表明液压传动是利用液体的压力能来工作的。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,2.3.4,动量方程,液体作用在固体壁面上的力，用动量定理来求解比较方便。动量定理为作用在物体上的力的大小等于物体在力作用方向上动量的变化率，,即,对于作恒定流动的液体，若忽略其可压缩性，,则,所以,上式即为理想液体作恒定流动时的动量方程。,上一页,下一页,返回,2.3,液体动力学基础,实际液体有黏性，用平均流速计算动量时，会产生误差。为了修正误差，需引入动量修正系数，实际液体的动量方程可写,成,一般在紊流时,=l,，层流时,=1.33,。,动量方程为一个矢量式，若要计算外力在某一方向的分量，需要将该力向给定方向进行投影计算，如计算,x,方向的,分量,必须指出，液体对壁面作用力的大小与,F,相同，但方向则与,F,相反。,上一页,返回,知识拓展,1.,液体流动时的压力损失,实际液体流动时，为了克服阻力，会消耗一部分能量，主要表现为压力损失。如,图,2-11,所示，油液从,A,处流到,B,处，中间经过较长的直管路、弯曲管路、各种阀孔和管路截面的突变等。由于液阻的影响致使油液从,A,处到,B,处的压力损失为,P,，即,在液压传动中，压力损失分为两类,:,一类是油液沿等直径直管流动时，所产生的压力损失称为沿程压力损失。另一种是油液流经弯头、接头或截面突变等局部障碍时，由于液流的方向和速度突变而产生的局部压力损失。,下一页,返回,知识拓展,1),沿程压力损失,油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。它主要取决于液体的流速、黏性、管路的长度以及油管的内径及粗糙度。管路越长，沿程损失越大。,上一页,下一页,返回,知识拓展,2),局部压力损失,油液流经局部障碍,(,如弯管、接头、管道截面突然扩大或收缩,),时，由于液流的方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡，引起油液质点间以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的压力损失。,在液压传动系统中，由于各种液压元件的结构、形状和布局等原因，致使管路的形式比较复杂，因而局部损失是主要的压力损失。,油液流动时产生的压力损失，会造成功率浪费，油液发热，黏度下降，使泄漏增加，同时液压元件受热膨胀也会影响正常工作，甚至出现“卡死”。因此，必须采取措施尽量减少压力损失。一般情况下，只要油液黏度适当，管路内壁光滑，尽量缩短管路长度和减少管路的截面变化及弯曲，就可以使压力损失控制在很小的范围内。,上一页,下一页,返回,知识拓展,影响压力损失的因素很多，精确计算较为复杂，通常采用近似估算的方法,液压泵最高工作压力的近似计算式,为,式中,p,泵,液压泵最高工作压力,;,P,缸,液压缸最高工作压力,;,K,压,系统的压力损失系数，一般,K,压,=1.31.5,，系统复杂或管路较长取较大值，反之取较小值。,上一页,下一页,返回,知识拓展,3),管路系统总压力损失,液压系统的管道通常由若干段管道和一些弯头、管接头、控制阀等组成。因此，管路系统的总压力损失等于所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和，,即,在液压传动中，管路一般都不长，而弯头、管接头、控制阀等的局部阻力比较大，沿程压力损失比局部压力损失小得多。因此，大多数情况下总的压力损失只包括局部压力损失和沿程压力损失，只对这两项进行讨论计算。,上一页,下一页,返回,知识拓展,2.,液体流经小孔和缝隙的流量,在液压系统中，经常遇到油液流经小孔或缝隙的情况，有的用来调节流量，有的造成泄漏。研究液体流经小孔和缝隙的流量压力特性，对于研究节流调速性能，计算泄漏都非常重要。,1),液体流经小孔的流量计算,根据孔径逼的不同，小孔可分为三种,:,薄壁小孔,:L/d,0.5;,细长小孔,:L/d 4;,短孔,:0.5 7,时，收缩作用不受孔前管道内壁的影响，这时收缩称为完全收缩。反之，当,D/d 7,时，孔前管道对液流进入小孔起导向作用，这时的收缩称为不完全收缩。,上一页,下一页,返回,知识拓展,通过薄壁小孔的流量为,式中,C,q,为流量系数，由实验确定，完全收缩时取,0.610.62;,不完全收缩时，取,0.70.8,。,薄壁,小孔因其沿程阻力损失非常小，通过小孔的流量与黏度无关，即流量对油温的变化不敏感。因此，液压系统中常采用薄壁小孔作为节流小孔。,上一页,下一页,返回,知识拓展,(2),短孔的流量计算。,短孔与薄壁小孔的流量公式相同，但流量系统不同，一般取,C,q,=0.82,短孔易加工，故常用作固定节流器。,(3),细长小孔的流量计算,由上式可知，液体流经细长小孔的流量与液体的黏度成反比，即流量受温度影响，并且流量与小孔前后的压力差成线性关系。,上一页,下一页,返回,知识拓展,上一页,下一页,返回,知识拓展,2),液体流经缝隙的流量计算,(1),平行平板的间隙流动,液体在两固定平行平板间流动是由压差引起的，故也称压差流动。如,图,2-13,所示，平板长为,L,、宽度为,h,、缝隙高度为,h,，在压差,P,作用下通过平行平板缝隙的流量,为,式中,为液体的黏度,上式表明，通过缝隙的流量与缝隙高度的三次方成正比，可见液压元件内的间隙大小对泄漏的影响很大，故要尽量提高液压元件的制造精度，以便减少泄漏。,上一页,下一页,返回,知识拓展,(2),液体流经环形缝隙的流量,如,图,2-14,所示，当液体在压差作用下流经同心环形缝隙时，流量计算公式如下,上一页,下一页,返回,知识拓展,上一页,下一页,返回,知识拓展,3.,空穴现象和液压冲击,液压传动中，空穴现象和液压冲击都会给系统的正常工作带来不利影响，本节内容由原因入手了解其危害，以便采取相应的措施减少其危害。,1),空穴现象,(1),空穴现象产生的原因。在一定的温度下，如压力降低到某一值时，过饱和的空气将从油液中分离出来形成气泡，这一压力值称为该温度下的空气分离压。当液压油在某温度下,的,压力低于某一数值时，油液本身迅速汽化，产生大量蒸气气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸气压。一般来说，液压油的饱和蒸气压相当小，比空气分离压小很多，,上一页,下一页,返回,知识拓展,因此,，要使液压油不产生大量气泡，它的压力最低不得低于液压油所在温度下的空气分离压。在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象，称为空穴现象,。,空穴现象多发生在阀口和液压泵的进口处。由于阀口的通道狭窄，液流的速度增大，压力大幅度下降，以至于产生空穴现象。当泵的安装高度过高，吸油管直径太小时、吸油阻力太大或液压泵转速过高，吸油不充分，由于吸油腔压力低于空气分离压而产生空穴现象。,上一页,下一页,返回,知识拓展,(2),空穴现象的危害。当液压系统中出现空穴现象时，大量的气泡破坏了液流的连续性，造成流量和压力脉动气泡随着液流流到高压区时，会因承受不了高压而破灭，产生局部的液压冲击和高温，发出噪声并引起振动。当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压会使金属剥落，使表面粗糙，或出现海绵状的小洞穴，这种空穴现象造成的腐蚀作用称为气蚀。气蚀会缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。,上一页,下一页,返回,知识拓展,(3),减小空穴现象的措施。在液压系统中的任何地方，只要压力低于空气分离压，就会发生空穴现象为了防止空穴现象的产生，就是要防止液压系统中的压力过度降低，具体措施如下,:,减小液流在小孔或间隙处的压力降，一般希望小孔或间隙前后压力比小于,3.5,。,合理确定液压泵管径，对流速要加以限制，降低吸油高度，对高压泵可采用辅助泵供油。,整个系统的管道应尽可能做到平直，避免急弯和局部窄缝，密封要好，配置要合理。,提高零件的抗气蚀能力。增加零件的机械强度，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗糙度等。,上一页,下一页,返回,知识拓展,2),液压冲击,在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。,(1),液压冲击产生的原因。当阀门瞬间关闭时，管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬时转变，使液体内压力升高，形成液压冲击。另外液压系统中的高速运动部件在突然制动或换向时，常用控制阀关闭回油路，使油液不能继续排出，这时运动部件由于惯性继续向前运动，使封闭的油液受到挤压，从而导致液压冲击。液压系统中某些元件的动作不够灵敏，也会产生液压冲击如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速打开时，便产生压力超调，从而导致液压冲击。,上一页,下一页,返回,知识拓展,(2),液压冲击的危害。液压系统中产生液压冲击时，瞬时压力峰值有时比正常压力要大好几倍，这就容易引起液压设备振动，导致密封装置、管道和元件的损坏。有时还会使压力继电器和顺序阀等液压元件产生误动作，影响系统的正常工作。因此，在液压系统设计和使用中必须设法防止或减小液压冲击,(3),减小液压冲击的措施。液压冲击危害极大，根据其产生的原因，可以采取适当措施来减小液压冲击，如下所示。,减慢阀的关闭速度，延长运动部件的制动换向时间,限制管道中油液的流速，夕,用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收液压冲击的能量。,在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀,。,上一页,返回,本章小结,液压油是液压传动系统中的传动介质，其质量的优劣直接影响着整个系统的工作性能。液压油具有密度、可压缩性和黏性三大主要物理性质。其中黏性大小用黏度来表示，黏度有三种不同的测量单位,:,动力黏度、运动黏度和相对黏度。工程中常用运动黏度来表示液体的黏度。使用时，根据液压系统对于液压油的要求在液压油系列中选择。,流体静力学和动力学基础中涉及静力学基本方程、帕斯卡原理、连续性方程、伯努利,(,理想、实际,),方程以及动量方程等重要规律及其应用。连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的运用，液体在密封管道内作恒定流动时，设液体不可压缩，则单位时间内流过任意截面的质量相等。伯努利方程是能量守恒定律在流动液体中的表现形式，在密闭的管道内作恒定流动的液体具有三种形式的比能，即比压能、比位能和比动能。在流动过程中，三种能量可以相互转化，但各个通流截面上三种能量之和为定值。,下一页,返回,本章小结,液体流动时的总压力损失由沿程压力损失和局部压力损失组成，局部压力损失比沿程压力损失大得多。,液体,流经小孔和缝隙的流量压力特性，对于研究节流调速性能，计算泄漏都非常重要。,空穴现象和液压冲击都会给液压系统的正常工作带来不利影响，了解其产生的原因、危害及控制措施，尽量减小危害。,上一页,返回,图,2-2,液体黏性示意图,返回,图,2-3,典型,液压油,的,黏度,温度,特性曲线,返回,1,石油型普通液压油,；,2,石油型高黏度指数,液压油；,3,抗燃性水,包油,乳化液,；,4,抗燃性乙二醇液,；,5,抗燃性磷酸酯液,图,2-4,重力作用,下的静止液体,返回,图,2-5,液压传动系统的组成,返回,图,2-6,斯,卡原理的应用,返回,1,小活塞缸,；,2,大活塞缸,；,3,管道,图,2-7,液体,压力作用平面上的力,返回,图,2-8,液体,压力作用在曲面上的力,返回,图,2-9,连续性方程示意图,返回,图,2-10,伯努利方程,参量示意图,返回,图,2-11,通过,薄壁小孔的液流,返回,图,2-12,通过,薄壁小孔的液流,返回,图,2-13,平行,板缝隙流量计算简图,返回,图,2-14,同心,缝隙,返回,图,2-15,偏心,缝隙,返回,表,2-1,常见,液压油,的,代号,、特性和用途,返回,表,2-1,常见,液压油,的,代号,、特性和,用途,(,续表,),返回,表,2-2,按,液压泵,类型,推荐,工作介质的黏度,返回,表,2-3,常见,管道临界雷诺数,返回,