液壓與氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ)

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1、液壓與氣動(dòng)技術(shù),機(jī)電工程系,第1章 液壓與氣壓傳動(dòng)基礎(chǔ),1.1 液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理 1.2 液壓與氣壓傳動(dòng)的組成 1.3 液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)、缺點(diǎn)及應(yīng)用,1.1 液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理,1.1.1 液壓與氣壓傳動(dòng)的概述,原動(dòng)機(jī),傳動(dòng)機(jī)構(gòu),工作機(jī),,,原動(dòng)機(jī),傳動(dòng)機(jī)構(gòu),工作機(jī),,,原動(dòng)機(jī),2020/9/26,原動(dòng)機(jī),電機(jī),機(jī)械傳動(dòng)：通過齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)等機(jī)械零件直接把動(dòng)力傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳遞方式。,傳動(dòng)裝置用來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，通常分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)。,電氣傳動(dòng)：利用電力設(shè)備，通過調(diào)節(jié)電參數(shù)來傳遞或控制動(dòng)力的傳動(dòng)方式。,流體傳動(dòng)：以流體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、傳遞和控制的傳動(dòng)

2、。它包括液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。,,傳動(dòng)機(jī)構(gòu),機(jī)械傳動(dòng),皮帶輪傳動(dòng),杠桿傳動(dòng),齒輪傳動(dòng),鏈條傳動(dòng),液壓技術(shù)的發(fā)展，可追溯到 17 世紀(jì)帕斯卡提出了著名的帕斯卡定律，開始奠定了流體靜壓傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)。在第二次世界大戰(zhàn)后，液壓技術(shù)由軍工迅速轉(zhuǎn)向民用工業(yè)。 我國液壓工業(yè)經(jīng)過40余年的發(fā)展，其生產(chǎn)的液壓產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防等各個(gè)部門。近 20年來，產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)飛快發(fā)展。設(shè)計(jì)生產(chǎn)了許多新型液壓元件。此外通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）、污染控制、故障診斷、機(jī)電一體化等方面研究成果的應(yīng)用，液壓技術(shù)水平得到很大的提高。 液壓傳動(dòng)的任務(wù)：研究液壓系統(tǒng)各類元件的結(jié)構(gòu)、作用、工作原理、

3、應(yīng)用方法，以及組成液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)。掌握液壓設(shè)備的安裝、調(diào)試、維護(hù)及操作。,,液壓與氣壓傳動(dòng)概述,液壓與氣壓傳動(dòng)相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)來說是一門新興技術(shù)。從 1795 年世界上第一臺(tái)水壓機(jī) 誕生起， 已有幾百年的歷史， 但液壓與氣壓傳動(dòng)在工業(yè)上被廣泛采用和有較大幅度的發(fā)展是 20 世紀(jì)中期以后的事情。 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，液壓與氣動(dòng)技術(shù)被應(yīng)用到科學(xué)生產(chǎn)中 的各個(gè)領(lǐng)域。 在民用工業(yè)、在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、塑料機(jī)械、農(nóng)林機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè) 得到大幅度的應(yīng)用和發(fā)展， 而且發(fā)展成為包括傳動(dòng)、 控制和檢測在內(nèi)的一門完整的自動(dòng)化技 術(shù)。如發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的 95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%以

4、上的自動(dòng)線都采用了液 壓氣動(dòng)?，F(xiàn)今，采用液壓傳動(dòng)的程度已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。 液壓與氣動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用了高技術(shù)成果，如自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技 術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓與 氣動(dòng)系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡管如此，走向二十一世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能 有驚人的技術(shù)突破， 應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展， 不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的 要求。,廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,95%的工程機(jī)械,90%的數(shù)控加工中心,95%的自動(dòng)線,,液壓技術(shù)的應(yīng)用,液壓傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用,航天飛機(jī)運(yùn)送車,海上石油鉆井平臺(tái),如：火炮跟蹤、飛機(jī)和導(dǎo)彈的動(dòng)

5、、炮塔穩(wěn)定、海底石油探測平臺(tái)固定、煤礦礦井支承、礦山用的風(fēng)鉆、火車的剎車裝置、液壓裝載、起重、挖掘、軋鋼機(jī)、數(shù)控機(jī)床、多工位組合機(jī)床、全自動(dòng)液壓車床、液壓機(jī)械手等。,發(fā)展應(yīng)用,目前，流體傳動(dòng)技術(shù)正在向著高壓、高速、高效率、大流量、大功率、微型化、低噪聲、低能耗、經(jīng)久耐用、高度集成化方向發(fā)展，向著用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)電一體化方向發(fā)展。,發(fā)展趨勢,流體技術(shù)+電氣控制好比老虎插上翅膀，它把一人一刀變?yōu)闊o人多刀，把復(fù)雜工藝變?yōu)楹唵喂に嚕裢?jì)算機(jī)控制結(jié)合，又將進(jìn)入一個(gè)嶄新的歷史階段。 因此，學(xué)好本門課，有助于大家在今后的工作中多出成果。,發(fā)展趨勢,液壓千斤頂,1.1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理,液壓千斤頂

6、FLASH演示,液壓千斤頂 組件分析,,,液壓千斤頂 擴(kuò)力原理,即,1.2 液壓與氣壓傳動(dòng)的組成,,機(jī)床工作臺(tái)的液壓傳動(dòng),機(jī)床工作臺(tái)的液壓傳動(dòng) 傳動(dòng)控制要點(diǎn),,,,,,,轉(zhuǎn)動(dòng)控制要點(diǎn),實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作,速 度可 調(diào),安 全,機(jī)床工作臺(tái)的液壓傳動(dòng) 液壓傳動(dòng)FLASH,1）油箱 2）濾油器 3）液壓泵 4）溢流閥 5）節(jié)流閥 6）換向閥 7）雙桿液壓缸 8）工作臺(tái),機(jī)床工作臺(tái)的液壓傳動(dòng) 元件作用,儲(chǔ)油，適應(yīng)油面變化、散熱等。,過濾出油液中的雜質(zhì)。,液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，提供有一定壓力、流量的液壓油。,將多余的油液溢回油箱，調(diào)定系統(tǒng)壓力。,通過調(diào)節(jié)閥口過流面開度，調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓缸的流量，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

7、,改變流動(dòng)方向，進(jìn)而起到使液壓缸（工作臺(tái)）換向的作用。,執(zhí)行元件，將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出，獲得推力和速度。,氣壓傳動(dòng)的基本定義,氣壓傳動(dòng)的基本工作過程、控制方式與液壓傳動(dòng)類似，很多可以類推。,但是，由于氣體的壓縮性等原因，氣壓傳動(dòng)有與液壓不同的地方，二者的應(yīng)用場合可以互補(bǔ)。,氣壓傳動(dòng)的基本定義：壓縮空氣，利用被壓縮空氣所實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)。,氣動(dòng)扳手,液壓傳動(dòng)的系統(tǒng)組成,兩次能量轉(zhuǎn)化,液壓系統(tǒng)的基本組成,動(dòng)力元件：液壓泵。,執(zhí)行元件：液壓缸、液壓馬達(dá)。,控制調(diào)節(jié)元件：控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力、流量及液流方向的裝置，如各類液壓閥等。,,,,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)組成,兩次能量轉(zhuǎn)化,液壓系統(tǒng)的基本組成,,輔助元件

8、：如油管、管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和壓力表等。,工作介質(zhì)：通常為液壓油,,氣壓傳動(dòng)裝置的組成,氣壓傳動(dòng)裝置：氣源裝置+傳動(dòng)裝置,氣壓傳動(dòng)裝置的組成,氣壓傳動(dòng)裝置：氣源裝置+傳動(dòng)裝置,1）空氣壓縮機(jī) 2）后冷卻器 3）除油器 4）儲(chǔ)氣罐 5）壓力表 6）安全閥 7）截止門 8）空氣過濾器 9）減壓閥 10）油霧器,1.2 液壓與氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用,液壓傳動(dòng)的基本特點(diǎn),結(jié)構(gòu)緊湊，可得到較大的傳動(dòng)比，因此適合重載場合；,調(diào)速方便、平穩(wěn)，并可以方便地實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；,傳動(dòng)的平穩(wěn)較好,易操縱控制，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)械、液壓、電氣控制技術(shù)“三位一體”。,易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，故障較少，壽命長；,

9、液壓傳動(dòng)的基本特點(diǎn),不能用于要求傳動(dòng)比嚴(yán)格的場合；,元件制造精度高，價(jià)格較貴成本高；,效率往往不高；,由于泄漏，傳動(dòng)比不嚴(yán)格；,檢修困難。,氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn),相比之下，空氣介質(zhì)具有無成本、流動(dòng)阻力小、較易壓縮、環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn),氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)為,成本低。加工要求不高，元件密封方式多，無需回氣路。,可以形成氣壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，多設(shè)備共用氣源。,氣流流速快，動(dòng)作迅速。,對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好。如：易燃易爆、高溫場合、食品、醫(yī)藥醫(yī)療。,氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn),相比之下，空氣介質(zhì)具有無成本、流動(dòng)阻力小、較易壓縮、環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn),氣壓傳動(dòng)的特點(diǎn)為,壓力小，動(dòng)力性能不如液壓，執(zhí)行件尺寸較大。,系統(tǒng)穩(wěn)定性差、調(diào)速性能差。,某些

10、情況氣源處理裝置花費(fèi)大,液壓傳動(dòng)的基本應(yīng)用,液壓傳動(dòng)的基本應(yīng)用 實(shí)物圖片,外圓磨床,液壓傳動(dòng)的基本應(yīng)用 實(shí)物圖片,液壓傳動(dòng)的基本應(yīng)用 實(shí)物圖片,注 塑 機(jī),液壓傳動(dòng)的基本應(yīng)用 實(shí)物圖片,空氣的壓縮性對(duì)氣壓傳動(dòng)的影響,氣體可以明細(xì)地被壓縮，這種易壓縮性將導(dǎo)致：,一方面，氣容會(huì)影響執(zhí)行件的速度控制，使氣壓傳動(dòng)的速度、推力等指標(biāo)動(dòng)態(tài)性變差；,另一方面，我們可以氣容構(gòu)成延時(shí)控制等。,氣壓傳動(dòng)實(shí)例：立式銑鏜加工中心的換刀系統(tǒng),必要?jiǎng)幼鳎翰宓?拔刀、夾緊/松刀、刀盤移動(dòng)送刀/撤回、刀盤轉(zhuǎn)位（數(shù)控）,氣壓傳動(dòng)元件實(shí)物圖片,1.4液壓與氣動(dòng)技術(shù)的基本理論,油液是液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)中用來傳遞能量的工作介質(zhì)。此外

11、，它還起著傳遞信號(hào)、潤滑、冷卻、防銹和減振等作用。,液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí),,1.4.1 液體的性質(zhì),油液直接影響液壓系統(tǒng)的工作性能，因此必須合理的選擇和使用。,1.液壓油的物理性質(zhì),（1）液體的密度 密度是指單位體積內(nèi)液體所具有的質(zhì)量，用符號(hào) 表示，單位為kg/m3。計(jì)算式為,液壓油的密度隨壓力的升高而增大，隨著溫度的升高而減小。但在通常的使用壓力和溫度范圍內(nèi)對(duì)密度的影響都極小，一般情況下可視液壓油的密度為常數(shù)，其密度值為900 kg/m3。,,（2）液體的可壓縮性 液體受壓力作用其體積會(huì)減小的性質(zhì)稱為液體的可壓縮性，其定義為單位壓力變化時(shí)引起的液體單位體積的變化量，用體積壓縮率 k 來表示，單

12、位為m2/N，計(jì)算式為,,,由于液體隨壓力的增加體積減小，故在公式前加負(fù)號(hào)，使 k 為正值。,液體的體積壓縮系數(shù)（或體積彈性模量）說明液體抵抗壓縮能力的小，其值與壓力、溫度有關(guān)，但影響甚小。因此，在壓力、溫度變化不大的液壓系統(tǒng)中可視為常數(shù)，認(rèn)為液壓油是不可壓縮的。 常用油液體積彈性模量 K （1.22.0）109 Pa。,體積壓縮系數(shù)的倒數(shù)稱為體積彈性模量 K ，單位為Pa，寫成微分形式，即,K,如圖 2-1所示，粘性使流動(dòng)液體內(nèi)部各處的速度不等。假設(shè)兩平行平板間存在著液體，當(dāng)上平板以u(píng)0速度向右運(yùn)動(dòng)，下平板靜止不動(dòng)時(shí)，液體在附著力的作用下，緊貼上平板的一層液體以u(píng)0速度向右運(yùn)動(dòng)，而緊貼下平板

13、的液體保持靜止，當(dāng)兩平板之間的距離較小時(shí)，各液層間的速度呈線性變化。,圖2-1 液體粘度示意圖,（3）液體的粘性 液體流動(dòng)時(shí)分子間相互牽制的力稱為液體的內(nèi)摩擦力或粘滯力，而液體流動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)阻礙液體分子之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的這種性質(zhì)稱為液體的粘性。,,此式稱為牛頓液體的內(nèi)摩擦定律。,根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出，液體流動(dòng)時(shí)相鄰液層間的內(nèi)摩擦力 F 與接觸面積 A 和速度變化量du成正比，與液層間距離的變化量dy成反比，其比例系數(shù)為，即,或?qū)懗?圖2-2 液體的粘度-溫度特性曲線 1石油型普通液壓油 2石油型高粘度指數(shù)液壓油 3水包油乳化液 4水-乙二醇 5磷酸酯液,（4）粘度和壓力、溫度的關(guān)系 液體的粘度隨壓力變化的性

14、質(zhì)稱為液體的粘壓特性，液體壓力增大時(shí)，其粘度增大；變化量較小，可忽略不計(jì)。 液體粘度隨溫度變化的性質(zhì)稱為液體的粘溫特性。如圖 2-2所示，粘度隨溫度變化越小，其粘溫特性越好，該油適宜溫度范圍就越廣。,,粘度的表示方法,液體的粘度主要用動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度來表示。 1.動(dòng)力粘度 動(dòng)力粘度是絕對(duì)粘度，是指液體在單位速度梯度流 動(dòng)時(shí)的表面切應(yīng)力。其計(jì)算式為,動(dòng)力粘度的單位為帕秒（Pas） 1 Pas10 P（泊）103 cP (厘泊),,運(yùn)動(dòng)粘度的單位為m2/s，或斯（St）和厘斯（cSt）。 1 m2/s = 104 St (cm2/s) = 106 cSt (mm2/s) 。 我國液壓油

15、的牌號(hào)：指在某一溫度下運(yùn)動(dòng)粘度的平均厘斯（cSt）值來表示，例如N32號(hào)液壓油，就是指此種油在 40時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的平均值為32厘斯。,2.運(yùn)動(dòng)粘度 液體的動(dòng)力粘度與它的密度之比，用符號(hào)表示， 即,,3.相對(duì)粘度 相對(duì)粘度有恩氏粘度、賽氏粘度和雷氏粘度等。 恩氏粘度的測量方法： 將200 mL的被測液體放入粘度計(jì)的容器內(nèi)，加熱到溫度 t后，讓它從容器底部一個(gè) 2.8 mm的直徑小孔流出，測出液體全部流出所用的時(shí)間 t1；然后與流出同樣體積的20的蒸餾水所需時(shí)間 t20 之比，比值即為該液體在溫度 t 時(shí)的恩氏粘度，用符號(hào)oEt表示， 即,在 20時(shí)，水值常數(shù) t20=5052。工業(yè)上常以 20、

16、50、100作為測定液體粘度的標(biāo)準(zhǔn)溫度，由此得到的恩氏粘度可用0E20、0E50、0E100標(biāo)記。 恩氏粘度和運(yùn)動(dòng)粘度可通過下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行換算,(m2/s),粘溫特性好，壓縮性要小。 潤滑性能好，防銹、耐腐蝕性能好。 抗泡沫、抗乳化性好。 抗燃性能好。,2.液壓油的基本要求,礦物油型液壓油是以石油的精煉物為基礎(chǔ)，加入各種添加劑調(diào)制而成。這種油液的特點(diǎn)是潤滑性好，腐蝕性小，化學(xué)穩(wěn)定性好，所以約90以上的液壓系統(tǒng)采用此類液壓油。 常見液壓油的代號(hào)、特性和用途見表 2-1所示。,3.常用液壓油的類型,表2-1 常見液壓油的代號(hào)、特性和用途,液壓油對(duì)液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、工作可靠性、靈敏性、系統(tǒng)效率

17、、功率損耗、氣蝕和磨損等都有顯著影響，所以選用液壓油時(shí)，選擇合適的粘度和適當(dāng)?shù)挠鸵浩贩N。 按工作機(jī)的類型選用；精密機(jī)械與一般機(jī)械對(duì)粘度要求不同，為了避免溫度升高而引起機(jī)件變形，影響工作精度，精密機(jī)械宜采用較低粘度的液壓油。如機(jī)床液壓伺服系統(tǒng)，為保證伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈敏性，也宜采用粘度較低的油液。 按液壓泵的類型選用：液壓泵是液壓系統(tǒng)的重要元件，在系統(tǒng)中它的運(yùn)動(dòng)速度、壓力和溫升都較高，工作時(shí)間又較長，因而對(duì)粘度要求較嚴(yán)格，所以選擇粘度時(shí)應(yīng)先考慮到液壓泵。否則，泵磨損過快，容積效率降低，甚至可能破壞泵的吸油條件。在一般情況下，可將液壓泵要求的粘度作為選擇液壓油的基準(zhǔn)，見表 2-2 所示。,4.液壓油

18、的選用,表2-2 按液壓泵類型推薦用油粘度,,按液壓系統(tǒng)工作壓力選用：工作壓力較高時(shí)，宜選用粘度較高的油，以免系統(tǒng)泄漏過多，效率過低；工作壓力較低時(shí)，宜用粘度較低的油，這樣可以減少壓力損失，例如機(jī)床工作壓力一般低于 6.3 MPa，采用 (2060)10-6 m2s 的油液；工程機(jī)械工作壓力屬于高壓，多采用較高粘度的油液。 考慮液壓系統(tǒng)的環(huán)境溫度：礦物油的粘度受溫度影響很大，為了保證在工作溫度下有較適宜的粘度，還必須考慮環(huán)境溫度的影響。當(dāng)溫度高時(shí)，宜采用粘度較高的油液；環(huán)境溫度低時(shí)，宜采用粘度較低的油液。,考慮液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度：當(dāng)液壓系統(tǒng)工作部件的運(yùn)動(dòng)速度很高時(shí)，油液的流速也高，液壓損失隨著

19、增大，而泄漏相對(duì)減少，因此宜用粘度較低的油液；反之，當(dāng)工作部件運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)，每分鐘所需的油量很小，這時(shí)泄漏相對(duì)較大，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度影響也較大，所以宜選用粘度較高的油液。 選擇合適的液壓油品種：液壓系統(tǒng)使用的油液品種很多，主要有機(jī)械油、變壓器油、汽輪機(jī)油、通用液壓油、低溫液壓油、抗燃液壓油和抗磨液壓油等。機(jī)械油最為廣泛采用。如果溫度較低或溫度變化較大時(shí)，應(yīng)選擇粘溫特性好的低溫液壓油；若環(huán)境溫度較高且有防火要求，則應(yīng)選擇抗燃液壓油；如果設(shè)備長期在重載下工作，為減少磨損，可選用抗磨液壓油。選擇合適的液壓油品種可以保證液壓系統(tǒng)的正常工作，減少故障發(fā)生，還可以提高設(shè)備使用壽命。,液壓油污染是液壓系

20、統(tǒng)故障的主要原因，據(jù)統(tǒng)計(jì)液壓系統(tǒng)故障至少70是油液污染造成的。因此液壓油的正確使用、管理和防污是保證液壓系統(tǒng)正?？煽抗ぷ鞯闹匾矫?。 1.油液污染的主要原因液壓油污染造成液壓系統(tǒng)故障。其主要原因表現(xiàn)為： 1)油液在煉制、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中受到了污染。 2)液壓系統(tǒng)在加工、裝配、存儲(chǔ)、運(yùn)輸過程中灰塵、焊渣、型砂、切屑、磨料等殘留物造成了污染。 3)液壓系統(tǒng)運(yùn)行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)外部侵入污染物造成污染。 4)液壓系統(tǒng)運(yùn)行中自身產(chǎn)生的污染物，如金屬及密封件因磨損而產(chǎn)生的顆粒，油液氧化變質(zhì)生成物也都會(huì)造成油液的污染。,5.液壓油污染控制措施,,2.油液污染的危害液壓系統(tǒng)中污

21、染物主要有固體顆粒、水、空氣、化學(xué)物質(zhì)、微生物等雜物。其中固體顆粒性污垢是引起污染危害的主要原因。 1)固體顆粒會(huì)使泵的滑動(dòng)部分 ( 如葉片泵中的葉片和葉片槽、轉(zhuǎn)子端面和配油盤 )磨損加劇，縮短泵的使用壽命；對(duì)于閥類元件，污垢顆粒會(huì)加速閥芯和閥體的磨損，甚至使閥芯卡死，把節(jié)流孔和阻尼孔堵塞，從而使閥的性能下降、變壞、甚至動(dòng)作失靈；對(duì)于液壓缸，污垢顆粒會(huì)加速密封件的磨損，使泄漏增大；當(dāng)油液中的污垢堵塞過濾器的濾孔時(shí)，會(huì)使泵吸油困難、回油不暢，產(chǎn)生氣蝕、振動(dòng)和噪聲。 2)水的侵入加速了液壓油的氧化，并且和添加劑起作用，產(chǎn)生粘性膠質(zhì)，使濾芯堵塞。 3)空氣的混入能降低油液的體積模量，引起氣蝕，降

22、低其潤滑性能。 4)微生物的生成使油液變質(zhì)，降低潤滑性能，加速元件腐蝕。,3.油液污染的控制措施對(duì)液壓油進(jìn)行良好的管理，保證液壓油的清潔，對(duì)于保證設(shè)備的正常運(yùn)行，提高設(shè)備使用壽命有著非常重要的意義。對(duì)液壓油的污染控制工作概括起來有兩個(gè)方面：一是防止污染物侵入液壓系統(tǒng)；二是把已經(jīng)侵入的污染物從系統(tǒng)中清除出去。 污染控制貫穿于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、維修等各個(gè)環(huán)節(jié)。在實(shí)際工作中污染控制主要有以下措施： 1)油液使用前保持清潔。液壓油進(jìn)廠前必須取樣檢驗(yàn)，加入油箱前應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行過濾。貯運(yùn)液壓油的容器應(yīng)清潔、密封，系統(tǒng)中漏出來的油液未經(jīng)過濾不得重新加入油箱。 2)合理選用液壓元件和密封元件，

23、減少污染物侵入的途徑。裝配前所有液壓元件及零件應(yīng)徹底清洗，特別是細(xì)管、細(xì)小盲孔及死角的鐵屑、銹片和灰塵、沙粒等應(yīng)清洗干凈。在確保液壓傳動(dòng)系統(tǒng)性能的前提下，盡量少用液壓元件，減少管路的連接和泄漏。,3)液壓系統(tǒng)在裝配后、運(yùn)行前保持清潔。液壓元件加工和裝配時(shí)要認(rèn)真清洗和檢驗(yàn)，裝配后進(jìn)行防銹處理。油箱、管道和接頭應(yīng)去除毛刺、焊渣后進(jìn)行酸洗以去除表面氧化物。液壓系統(tǒng)裝配好后應(yīng)做循環(huán)沖洗并進(jìn)行嚴(yán)格檢查后再投入使用。 4)注意液壓油在工作中保持清潔。液壓油在工作中會(huì)受到環(huán)境的污染，所以采用密封油箱或在通氣孔上加裝高效能空氣濾清器，可避免外界雜質(zhì)、水分的侵入。合理選用過濾器，是防止雜質(zhì)污染油液的非常重要措

24、施。根據(jù)設(shè)備的要求、使用場合在液壓系統(tǒng)中選用不同的過濾方式、不同精度和結(jié)構(gòu)的濾油器，并對(duì)濾油器定期檢查、清洗。 5)系統(tǒng)中使用的液壓油應(yīng)定期檢查、補(bǔ)充、更換。 6)控制液壓油的工作溫度，防止過高油溫造成油液氧化變質(zhì)。,液體靜力學(xué)主要研究靜止液體所具有的力學(xué)規(guī)律。所謂靜止液體是指液體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而液體整體則完全可以隨同容器一起作各種勻速運(yùn)動(dòng)。,1.4.2 液體靜力學(xué)基礎(chǔ),,,。,1.靜止液體的壓力及其性質(zhì),(1)液體的壓力液體單位面積上所受到的法向作用力，常用 p 來表 示。壓力的單位為 Pa 或 MPa，1 MPa = 106 Pa，計(jì)算公式為,式中 F法向作用力（N）

25、； A承壓面積（m2）。 在這里壓力與壓強(qiáng)的概念相同，物理學(xué)中稱為壓強(qiáng)，工程實(shí)際中稱為壓力。 靜止液體壓力具備兩個(gè)重要特性： 1)壓力的方向沿著承壓面的內(nèi)法線方向； 2)流體內(nèi)任一點(diǎn)上各個(gè)方向的壓力相等。,,在重力作用下靜止液體表面受壓力 p0 的作用,如圖2-3所示。如果,（2）液體靜壓力液體處于靜止?fàn)顟B(tài)下的壓力稱為液體靜壓力。在液壓傳動(dòng)中所指壓力都是指液體的靜壓力。,圖2-3 重力作用下的靜止液體,求液體內(nèi)任意一點(diǎn) A 的壓力 p ，可從液面向下取一微小圓柱，其高度為 h，底面積為A，則該圓柱除受側(cè)面力外，上表面受力為 p0A，下表面所受力 pA，液體所受重力為ghA，作用在圓柱

26、的質(zhì)心上。小圓柱在這些力的作用下處于平衡狀態(tài)，于是在垂直方向上力應(yīng)平衡。平衡方程式為,式中 g 重力加速度； 液體的密度。,,,由式（2-10）簡化后，得液體靜力學(xué)基本方程式,如果液面上所受壓力為大氣壓時(shí)（ p0 = pa），則,式中 pa 大氣壓力。 由式可知：液體的靜壓力是由液體的自重和液體表面受到的外力產(chǎn)生的。,靜壓力特性： 1)靜止液體內(nèi)任意一點(diǎn)的壓力由液面上的壓力（p0 = F/A）和液體重力引起的壓力gh兩部分組成； 2)靜止液體內(nèi)的壓力隨深度增加而增大； 3)液面深度相等，其靜壓力相等。壓力相等的點(diǎn)組成的面叫做等壓面。在重力作用下等壓面是水平面。,,,2. 帕斯卡原理,靜止

27、液體，當(dāng)其液面上的壓力發(fā)生變化時(shí)，液體內(nèi)部任一點(diǎn)的壓力均將發(fā)生相同的變化，即：在密封容器內(nèi)，靜止液體任一點(diǎn)的壓力將等值地傳遞到液體內(nèi)部各點(diǎn)。這就是靜止液體中的壓力傳遞原理，即帕斯卡原理。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，通常由外力產(chǎn)生的壓力要比液體自重形成的壓力大的多，可以忽略gh影響，即認(rèn)為靜止液體中的壓力處處相等。,液體壓力表示方法有兩種：一種是以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)表示的絕對(duì)壓力；另一種是以大氣壓力為基準(zhǔn)表示的相對(duì)壓力。絕大多數(shù)壓力儀表所測得的壓力是相對(duì)壓力，所以也稱為表壓力。在液壓系統(tǒng)中，沒有特別說明的壓力均指相對(duì)壓力。絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力的關(guān)系為 絕對(duì)壓力大氣壓力相對(duì)壓力 當(dāng)液體中某處絕對(duì)壓力低于大氣壓力

28、(即相對(duì)壓力為負(fù)值)時(shí)，習(xí)慣上稱該處具有真空，絕對(duì)壓力小于大氣壓力的那部分?jǐn)?shù)值用普通壓力表無法測量，而要用真空計(jì)或真空表來測量，所以稱為真空度。它們的關(guān)系為 真空度大氣壓力絕對(duì)壓力 絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的相互關(guān)系如圖2-4所示。,4.壓力表示方法,,圖2-4 絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的關(guān)系,,,例1 如圖2-5所示為裝有水銀的U形管測壓計(jì)，左端與水的容器相連，右端與大氣相通。汞的密度為汞=13.6103 kgm3，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1atm=101325Pa。 1)如圖 2-5a，已知 h = 20cm，h1=30cm，試計(jì)算A點(diǎn)的相對(duì)壓力和絕對(duì)壓力。 2)如圖2-5b，已知 h1=15

29、cm，h2=30cm，試計(jì)算A點(diǎn)的真空度和絕對(duì)壓力。,圖2-5 U形管測壓計(jì),上式求得是相對(duì)壓力，A點(diǎn)的絕對(duì)壓力是,解：a）圖取B-B面為等壓面，列靜力學(xué)方程，即,b）圖取C-C面為等壓面，pC 壓力等于大氣壓 pa，列靜力學(xué)方程，即,上式求得是絕對(duì)壓力，A點(diǎn)的真空度是,5.液體對(duì)固體壁面的作用力,當(dāng)固體壁面為平面時(shí)，液體對(duì)固體壁面上的作用力F 等于液體壓力 p 與該平面面積 A 的乘積, 即,,當(dāng)固體壁面是曲面時(shí)，液體作用于曲面某x 方向上的作用力等于液體壓力 p 與曲面在該方向投影面積 Ax 的乘積，即,,本節(jié)主要研究液體流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及能量轉(zhuǎn)化等問題。并介紹幾個(gè)基本方程，即連

30、續(xù)性方程、能量方程 (伯努利方程) 和動(dòng)量方程。它們是液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，也是液壓技術(shù)分析問題和設(shè)計(jì)計(jì)算的理論依據(jù)。,1.4.3 液體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),1. 基本概念,(2)穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng)液體流動(dòng)時(shí)，如果任意點(diǎn)處的壓力、流速和密度都不隨時(shí)間變化而變化，則這種流動(dòng)稱作穩(wěn)定流動(dòng)，否則，稱作非穩(wěn)定流動(dòng)。如圖 2-6a 所示, 由于水箱中的水位保持不變，1-1、2-2截面處的壓力、流速和密度都不隨時(shí)間變化而變化，故 1-1、2-2截面處為穩(wěn)定流動(dòng)。如圖2-6b所示,(1)理想液體和實(shí)際液體粘性對(duì)液體的流動(dòng)將產(chǎn)生一定的影響，若考慮這種影響，將使問題變得復(fù)雜。為了分析問題的方便清晰，首先假設(shè)液體是沒有粘性的，

31、然后再考慮粘性的影響并進(jìn)行修正。所以把既無粘性又不可壓縮的液體叫做理想液體，而把實(shí)際上既有粘性又可壓縮的液體叫做實(shí)際液體。,,由于水箱中的水位隨時(shí)間而變化，1-1、2-2截面處的壓力、流速和密度都隨時(shí)間變化而變化，故 1-1、 2-2截面處為非穩(wěn)定流動(dòng)。在液壓系統(tǒng)中液體流動(dòng)通常是穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)。,圖2-6 穩(wěn)定流動(dòng)和非穩(wěn)定流動(dòng) a）穩(wěn)定流動(dòng) b）非穩(wěn)定流動(dòng) 1水箱 2進(jìn)水管 3溢流口 4出水管 A、B閥門,,(3)流量單位時(shí)間內(nèi)流過通流截面液體的體積，用符號(hào)q表示，單位為 m3s，在工程中常用 Lmin, 1 L/ min = 1/610-4 m3/s。 (4)流速通常所說的流速均指平均流速，是

32、假想液體經(jīng)過通流截面的流速是均勻分布的，用符號(hào) v 表示，單位為m/s。用平均流速計(jì)算流量，則有,式中 A垂直于液體流動(dòng)方向的通流截面的面積。,(5)液體的流動(dòng)狀態(tài)液體的流動(dòng)狀態(tài)分為層流和紊流，這一現(xiàn)象可通過雷諾實(shí)驗(yàn)觀察。 1)雷諾實(shí)驗(yàn)，人們?yōu)榱颂剿髁黧w摩擦阻力的規(guī)律，研究了液體流動(dòng)過程中的物理現(xiàn)象，1883年著名的雷諾(Reynoids)實(shí)驗(yàn)揭示了液體流動(dòng)時(shí)存在著兩種不同的流動(dòng)狀態(tài)層流和紊流。如圖 2-7所示為雷諾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。在透明水箱內(nèi)，水面下部安裝一根帶有喇叭形進(jìn)口的玻璃管，管的下游裝有閥門以便調(diào)節(jié)管內(nèi)水的流速。水箱的液面始終保持不變，使液體作穩(wěn)定流動(dòng)。玻璃管的喇叭形口中心有一根針形

33、小管，紅色液體由針管流出，紅色液體的密度與水的密度幾乎相同。,,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 當(dāng)玻璃管內(nèi)水的流速較小時(shí)，管中心的紅色液體呈現(xiàn)一根平穩(wěn)的細(xì)線流，沿著玻璃管的軸線流過全管，如圖 2-7a 所示。隨著水的流速增大至某個(gè)值后，紅色液體的細(xì)線開始抖動(dòng)、彎曲，呈現(xiàn)波浪形，如圖2-7b所示，速度再增大，細(xì)線被沖散、斷裂，最后使全管內(nèi)水的顏色均勻一致，如圖 2-7c 所示。,圖2-7 雷諾實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 a）層流 b）過度流 c）紊流,雷諾實(shí)驗(yàn)揭示了液體流動(dòng)有兩種截然不同的狀態(tài)。一種相當(dāng)于圖2-7a的流動(dòng)，稱為層流，液體流動(dòng)呈現(xiàn)層狀；另一種相當(dāng)于圖 2-7b、c的流動(dòng)，稱為紊流，液體流動(dòng)呈現(xiàn)混雜狀。層流時(shí)粘

34、性力起主導(dǎo)地位，液體質(zhì)點(diǎn)受粘性的約束，流動(dòng)時(shí)能量損失??；紊流時(shí)慣性力起主導(dǎo)作用，粘性力的制約作用減弱，流動(dòng)時(shí)能量損失大。,2)判別液體的流態(tài)是層流或紊流，可通過雷諾數(shù) Re 來判斷。液體在圓管中流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù) Re 與管道的直徑和液體流速成正比而與運(yùn)動(dòng)粘度成反比，即,式中 v管道內(nèi)液體的流動(dòng)速度； d圓形管道的直徑； 液體的運(yùn)動(dòng)粘度。 液體的流動(dòng)狀態(tài)是層流或紊流，由臨界雷諾數(shù)Rec決定。 當(dāng)雷諾數(shù)ReRec時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)為層流； 當(dāng)雷諾數(shù)ReRec時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)為紊流。,通過實(shí)驗(yàn)得出常用管道的臨界雷諾數(shù)見表2-3。,表2-3 常用管道的臨界雷諾數(shù)Rec,,,對(duì)于非圓截面的管道來說，

35、雷諾數(shù) Re 可用下式計(jì)算,式中 dH為管道截面的水力直徑，其值與通流截面的有效面積A 和濕周長度x (通流截面上與液體接觸的固體壁面的周 界長度 )的關(guān)系式，即,水力直徑大，液體流動(dòng)時(shí)與管壁接觸少，阻力小，通流能力大；水力直徑小，液體流動(dòng)時(shí)與管壁接觸多，阻力大，通流能力小，容易堵塞。 一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)所用液體為礦物油，粘度較大，且管中流速不大，多屬層流。只有當(dāng)液體流經(jīng)閥口或彎頭等處時(shí)才會(huì)形成紊流。,,當(dāng)液體在管道中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，管內(nèi)液體的質(zhì)量不會(huì)增多也不會(huì)減少，因而在單位時(shí)間內(nèi)液體流經(jīng)管道任意截面的質(zhì)量相等，這就是液體的質(zhì)量守恒定律，也稱液流的連續(xù)性定律。,如

36、圖 2-8 所示為液體在直徑不同的管道中流動(dòng)時(shí)的情況。若在管道上取l-1通流截面，其通流截面的面積為A1，液體的平均流速為V1；若在管道上取 2-2通流截面，其通流截面的面積為A2，液體的平均流速為V2，液體的密度為。,2.連續(xù)性方程,,,由式可知：液體在同一管道中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，流量是一個(gè)常數(shù)，管道截面越大處流速越小，管道截面越小處流速越大。,根據(jù)質(zhì)量守恒有,常數(shù),即液體流動(dòng)的連續(xù)性方程為,常數(shù),圖2-9 伯努利方程示意圖,設(shè)密度為 的液體在通道內(nèi)流動(dòng)如圖2-9所示?，F(xiàn)任取兩通流截面 1-1和2-2為研究對(duì)象，兩截面至水平參考面的距離分別為h1和h2，兩截面處液體的流速分別為 vl 和 v2，

37、壓力分別為 p1和 p2。,（1）理想液體的伯努利方程 由于理想液體無粘性，在管道中作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)就不存在能量損失，這樣同一管道中任意截面上的總能量都應(yīng)相等，這就是能量守恒定律。,3.伯努利方程,,根據(jù)能量守恒定律可導(dǎo)出重力作用下液體在通道內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)方程，即,或在通道內(nèi)任意截面，則有,=常數(shù),式中,單位重量液體的壓力能（壓力頭）；,上式稱為伯努利方程，其物理意義表示：理想液體在重力場作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，具有壓力能、位能和動(dòng)能三種形式，它們之間可以互相轉(zhuǎn)化，且總和保持不變。,h 單位重量液體的的位能（位置頭）；,單位重量液體的的動(dòng)能（速度頭）。,（2）實(shí)際液體的伯努利方程實(shí)際液體存在著粘性，流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)

38、生能量損失，同時(shí)管道局部形狀和尺寸的變化也會(huì)引起能量損失，能量損失的大小用hw表示，故對(duì)理想液體的伯努利方程進(jìn)行修正，此時(shí)伯努利方程為,（2-23）,式中 hw 液體由截面1-1流到截面2-2時(shí)引起的能量損失； 1、2動(dòng)能修正系數(shù)，紊流時(shí)=1，層流時(shí)=2。,,,例 2 如圖2-10所示，液壓泵的流量q =32Lmin,吸油管內(nèi)徑d =20mm,液壓泵吸油口距離液面高度h = 500mm,液壓油的運(yùn)動(dòng)粘度為2010-6m2s，密度900 kgm3，不計(jì)壓力損失（hW=0），求液壓泵吸油口的真空度？,,解：吸油管內(nèi)油液流動(dòng)的速度：,,=1.7 m/s,液壓油在吸油管中的流動(dòng)狀態(tài),,,,即真空度,,

39、由此可見，泵吸油口的真空度主要是克服位置和速度引起的壓力損失以及摩擦引起的壓力損失，因此，泵口不要離液面過高，以防產(chǎn)生吸空現(xiàn)象。,查表2-3知，光滑金屬圓管 Rec= 2320Re =1700 ，故流動(dòng)狀態(tài)為層流，即1=2=2。 選取油池的液面為-和靠近泵吸油口的截面為-，列伯努利方程，并以-截面為基準(zhǔn)面，因此 h1=0, v1=0 （因?yàn)橛拖浣孛婷娣e大，流速較小）, p1= pa（油池液面上受大氣壓力作用）。伯努利方程為,=7015.5 Pa7.01 kPa,,根據(jù)理論力學(xué)中的動(dòng)量定理，作用在物體上的合力等于物體在力作用方向上動(dòng)量的變化率，即穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力,對(duì)于作穩(wěn)定流動(dòng)的液體，若忽略可壓縮性

40、，液體的密度不變，則單位時(shí)間內(nèi)流過的液體質(zhì)量 m =qt，將其代入上式，動(dòng)量方程式為,4.液體動(dòng)量方程,,若考慮實(shí)際流速與平均流速之間存在誤差，應(yīng)引入動(dòng)量修正系數(shù)，其動(dòng)量方程為,式中 F 作用在液體上外力的合力； v1、v2 液體在前后兩個(gè)過流截面上的流速； 1、2動(dòng)量修正系數(shù)，紊流時(shí)=1，層流時(shí)=1.33。為簡化 計(jì)算，通常均取=1。,很多液壓閥都是滑閥結(jié)構(gòu)，這些滑閥靠閥芯的移動(dòng)來改變閥口的大小或啟閉，從而控制了液流。液流通過閥口時(shí)，閥芯所產(chǎn)生的液動(dòng)力，將對(duì)這些液壓閥的性能有很大影響。作用在閥芯上的液動(dòng)力有穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力和瞬態(tài)液動(dòng)力兩種，這里我們只討論對(duì)滑閥芯移動(dòng)有影響的穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力。穩(wěn)

41、態(tài)液動(dòng)力是閥芯移動(dòng)結(jié)束且開口固定以后，液流流過閥口時(shí)因動(dòng)量變化而作用在閥芯上的力。如圖2-11所示，液流流過閥口的兩種情況。,圖2-11 滑閥的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力,由式可知：穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的方向總是使閥口趨于關(guān)閉。,,取閥芯兩凸肩間的容腔中液體作為控制體，由式(2-25)可求得液流流入或流出閥腔時(shí)的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力為0,式中 是射流角，一般取=69； v1、v2是滑閥閥口處的平均流速。,,由于液體具有粘性，在流動(dòng)時(shí)會(huì)有阻力，為了克服阻力，液體就要消耗能量，造成能量的損失。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，能量損失主要表現(xiàn)在液壓油的壓力降低，因此將其稱為壓力損失。 在密封管道中流動(dòng)的液體存在兩種壓力損失：沿程壓力損失和局部壓力

42、損失。,5.管路的壓力損失,,液體在等截面直管中流動(dòng)時(shí)，由于液體與管壁的摩擦以及液體分子間的內(nèi)摩擦，必然要消耗一部分能量，這種因摩擦而產(chǎn)生的能量損失稱為沿程壓力損失。實(shí)驗(yàn)證明：液體的沿程壓力損失與管道長度、單位體積的動(dòng)能成正比與管徑成反比，其比例系數(shù)為。即沿程壓力損失p為,式中 沿程阻力系數(shù)；其取值可利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，見表2-4 l 液體流經(jīng)管路的長度； d 管路內(nèi)徑； v 液體的平均流速。,（1）沿程壓力損失,,,表2-4 管道內(nèi)的沿程阻力系數(shù),,,,,例 3 某液壓系統(tǒng)中，采用管長為25 m，內(nèi)徑為 20 mm，油液的密度為900 kgm3，運(yùn)動(dòng)粘度為4010-6 m2/s，當(dāng)流量為

43、18 Lmin時(shí)，試計(jì)算沿程壓力損失？ 解：計(jì)算雷諾數(shù)Re：,m/s,=477.5,,,,,= 80578 Pa 0.081 MPa,查表2-3知光滑金屬圓管Rec=2320Re=477.5，故流動(dòng)狀態(tài)為層流。由于實(shí)際情況下管壁附近的液體層應(yīng)冷卻而粘度增大較多。 故沿程壓力損失為,式中 局部阻力系數(shù)，液體流經(jīng)這些局部障礙物時(shí)的流動(dòng)現(xiàn)象 復(fù)雜，具體數(shù)據(jù)可通過實(shí)驗(yàn)測定或查閱有關(guān)液壓傳動(dòng)設(shè) 計(jì)手冊(cè)。,局部壓力損失是指液體流經(jīng)閥口、彎管及變化的截面等局部阻力處所引起的壓力損失。液體經(jīng)過這些局部阻力處流速和方向產(chǎn)生急劇變化，流體質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生撞擊，液流形成死水旋渦區(qū)，從而產(chǎn)生了能量損失。局部壓

44、力損失p可按下式計(jì)算,（2）局部壓力損失,,,管路系統(tǒng)中的壓力損失等于所有管路系統(tǒng)中的沿層壓力損失和局部壓力損失之和，即,利用上式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只有在各局部障礙之間有足夠的距離時(shí)才正確。因?yàn)楫?dāng)液體流過一個(gè)局部障礙后，要在直管中流過一段距離，液體才能穩(wěn)定，否則其局部阻力系數(shù)可能比正常情況大23倍。因此一般希望在兩個(gè)障礙之間直管的長度l(1020)d。 液壓系統(tǒng)中的壓力損失絕大部分將轉(zhuǎn)換為熱能，造成系統(tǒng)油溫的升高、泄漏增大，影響液壓系統(tǒng)的工作性能。因此常采用減小流速，縮短管路的長度，減少管路截面突變和管路的彎曲，減少管路內(nèi)壁的粗糙度和適當(dāng)增大管路的直徑，合理選用閥門等元件的一系列措施，減少管路系統(tǒng)

45、中的壓力損失，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。,,,=,（3）管路系統(tǒng)中的壓力損失,在液壓技術(shù)中，研究液體傳動(dòng)中產(chǎn)生壓力損失的主要目的就是為了保證液壓泵向液壓缸提供所需的工作壓力，因此，要仔細(xì)計(jì)算油液由液壓泵向液壓缸供油時(shí)，油液在管道流動(dòng)過程中產(chǎn)生的壓力損失，但是計(jì)算沿程壓力損失和局部壓力損失是非常繁瑣的，一般不詳細(xì)計(jì)算，而是采用估算的方法。通常將液壓泵出口壓力設(shè)定為液壓缸工作壓力的（1.31.5）倍，即pp =（1.31.5）p，或者根據(jù)液壓泵到液壓缸之間采用的液壓元件估算總壓力損失 p，那么液壓泵的出口工作壓力為液壓缸所需的工作壓力 p 與估算的總壓力損失p 之和，即,式中 pp液壓泵的出口工作壓力；

46、 p 液壓缸的工作壓力。,（4）液壓泵出口壓力的確定,,液壓元件經(jīng)常利用液體流經(jīng)閥的小孔或縫隙來控制液體的壓力和流量，從而達(dá)到調(diào)速和調(diào)壓的目的。液壓元件的泄漏也屬于間隙流動(dòng)。,6.液體流經(jīng)孔口及縫隙的流量壓力特性,,1）薄壁孔的流量計(jì)算所謂薄壁孔是指小孔的通道長度 l與直徑d 之比小于或等于 0.5的孔，如圖2-12所示為液流流經(jīng)節(jié)流孔口的狀態(tài)。液流在小孔上游大約d2處開始加速并從四周流向小孔，貼近管壁的液體由于慣性不會(huì)作直角轉(zhuǎn)彎而是向管軸中心收縮，從而形成收縮斷面，大約在小孔出口d2的地方，形成最小收縮截面 de，截面收縮的程度取決于 Re、孔口及邊緣形狀、孔口離管道及容器側(cè)壁的距離等因素。

47、如果圓形小孔，當(dāng)管道直徑與小孔直徑之比Dd 7時(shí)，稱完全收縮，此時(shí)流束的收縮不受孔前通道側(cè)壁的影響。反之，當(dāng) Dd7時(shí)，稱為不完全收縮，由于這時(shí)管壁與孔前通道側(cè)壁較近，側(cè)壁對(duì)收縮的程度有影響。,液體流經(jīng)的小孔有薄壁小孔、細(xì)長小孔和介于二者之間的短孔。,（1）液體流經(jīng)小孔的流量壓力特性,,圖2-12 液體流經(jīng)節(jié)流孔口的狀態(tài),式中 AT 小孔的通流面積； p小孔兩端的壓力差； C d 流量系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)液流完全收縮時(shí)，Cd 幾乎不變。 計(jì)算時(shí)一般取Cd =0.60.62；當(dāng)液流不完全收縮時(shí)，管壁離 小孔較近，此時(shí)管壁對(duì)液流起導(dǎo)向作用，流量系數(shù)Cd 可增大 到0.70.8。

48、 從公式中可以看出：流經(jīng)薄壁孔的流量 q與小孔的通流面積成正比，與小孔前后壓差p的平方根成正比。由于薄壁孔的流程很短，沿程阻力小，且不受粘度的影響，因而油溫變化對(duì)流量影響也很小，薄壁小孔處流速較高不易堵塞。這些特性使薄壁小孔常作為節(jié)流閥的閥口。,根據(jù)伯努利方程和連續(xù)性方程推導(dǎo)出通過薄壁小孔的流量公式為,,,例 4 有一薄壁小孔，通過流量q =25 L/min時(shí)，孔前后的壓力損失為p = 0.3 MPa, 設(shè)流量系數(shù) Cd = 0.62，油的密度= 900kg/m3。試求節(jié)流閥孔的通流面積。 解：根據(jù)薄壁小孔的流量公式(2-31),則,,,2）細(xì)長孔的流量計(jì)算所謂細(xì)長孔一般是指小孔的長徑比ld

49、4 時(shí)的情況，如液壓系統(tǒng)中的導(dǎo)管、某些阻尼孔等。液流在細(xì)長孔中流動(dòng)時(shí)，一般都是層流，通過細(xì)長孔的流量公式為,式中 液壓油的動(dòng)力粘度。 從公式中可知，通過細(xì)長孔的流量由于與油的動(dòng)力粘度成反比，故受油溫的影響較大，同時(shí)細(xì)長孔易被堵塞。細(xì)長孔常用作控制閥的阻尼孔。,3）短孔短孔指介于薄壁小孔與細(xì)長小孔之間的孔，即 ld 4 ld 0.5 。短孔加工起來比薄壁孔容易得多，因此特別適合于作固定的節(jié)流孔。流量計(jì)算也可采用薄壁小孔的公式，但流量系數(shù)Cd應(yīng)根據(jù)短管的形狀和安裝方式不同而作具體計(jì)算或查表，關(guān)于這方面的深入了解，可參考有關(guān)的流體力學(xué)專著。 在液壓系統(tǒng)中，各種小孔的流量壓力特性，可用下式表示,

50、式中 K由小孔的形狀和液體性質(zhì)決定的系數(shù)，對(duì)于薄壁孔 K = Cd（2/）1/2，對(duì)于細(xì)長孔K = d2/32l； m由小孔的長徑比決定的壓差指數(shù)，薄壁孔 m = 0.5、細(xì)長孔 m = 1、短孔 m = 0.51； AT小孔的通流面積； p小孔兩端的壓力差。,在液壓系統(tǒng)中，各種液壓元件內(nèi)部表面之間存在著間隙。液壓系統(tǒng)的泄漏主要是在壓力差作用下通過間隙產(chǎn)生的，泄漏使系統(tǒng)效率降低，性能下降。為減少泄漏和提高液壓系統(tǒng)的工作性能，有必要分析液體流經(jīng)縫隙的泄漏規(guī)律。 流體流經(jīng)縫隙的大小相對(duì)其長度和寬度小得很多，因此縫隙中的流動(dòng)受固體壁面的影響很大，其流動(dòng)狀態(tài)一般均為層流。常見的縫隙有

51、兩種，兩個(gè)平行平面形成的縫隙和內(nèi)、外圓柱表面形成的環(huán)狀縫隙。,（2）液體流經(jīng)縫隙的流量壓力特性,,（1）兩個(gè)平行平面的縫隙如圖2-13所示，液體沿兩個(gè)平行平面縫隙流動(dòng)時(shí)，由于壓差的作用，其流經(jīng)該縫隙流量計(jì)算式為,式中 p縫隙兩端的壓力差，p = p1- p2； 液壓油的動(dòng)力粘度； l、b、分別為縫隙的長度、寬度和高度。,圖2-13 液體在兩個(gè)平行平面縫隙中流動(dòng) 圖2-14液體在同心園環(huán)縫隙中流動(dòng),,（2）同心環(huán)狀縫隙如圖 2-14 所示，液體沿兩個(gè)內(nèi)外圓柱表面環(huán)狀縫隙流動(dòng)時(shí)，計(jì)算時(shí)將其展開后可視為平面間縫隙，故以平面間縫隙的寬度用圓環(huán)的周長d來代替, 其流經(jīng)縫隙流量計(jì)算式為,式中 d同心圓

52、孔的直徑。,圖2-15 偏心園環(huán)縫隙的流量,式中:縫隙的相對(duì)偏心率，即內(nèi)圓柱中心與外圓柱中心的偏心距離 e 與縫隙的比值，即=e/。當(dāng)=0 時(shí)，兩個(gè)內(nèi)外圓柱表面形成的是同心環(huán)狀縫隙；當(dāng)=1時(shí)，即平均縫隙等于偏心距 e，處于完全偏心情況下，通過偏心環(huán)狀縫隙的流量是同心環(huán)狀縫隙流量的 2.5倍。所以，為了減少泄漏，應(yīng)盡量使液壓元件的配合處于同心狀態(tài)。,3）偏心環(huán)狀縫隙如圖2-15所示，液體沿兩個(gè)內(nèi)外圓柱表面偏心環(huán)狀縫隙流動(dòng)情況，其橫截面形狀為月牙形的偏心環(huán)狀縫隙。其流經(jīng)該縫隙的流量計(jì)算式為,在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因引起液體壓力在瞬間急劇升高，形成很大的壓力峰值，這種現(xiàn)象，稱為液壓沖擊。,（1）

53、液壓沖擊,1）液壓沖擊產(chǎn)生的原因 流動(dòng)液體突然停止產(chǎn)生的液壓沖擊，如圖 2-16 所示有一根等直徑的圓管，其進(jìn)口與大容積的蓄能器或液壓缸相連，出口處接一個(gè)閥門。設(shè)兩端距離為l，當(dāng)閥門開啟情況下，管內(nèi)液體以流速v 流動(dòng)。當(dāng)閥門突然關(guān)閉時(shí)，首先是緊靠閥門的液體停止運(yùn)動(dòng)，它的動(dòng)能在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為較高的壓力能，引起后面的液體被擠壓，壓力也急劇升高，從而引起液壓沖擊現(xiàn)象。,,6.液壓沖擊與氣穴現(xiàn)象,運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的液壓沖擊，如圖2-17所示，活塞以一定的速度向左移動(dòng)。當(dāng)換向閥突然關(guān)閉時(shí)，油液被封死在油缸兩腔及管道中。由于運(yùn)動(dòng)部件的慣性作用，活塞不能立即停止運(yùn)動(dòng)，將繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)使左腔內(nèi)油液受到擠

54、壓，壓力急劇上升達(dá)到某一峰值，產(chǎn)生液壓沖擊。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為油液的壓力能時(shí)，活塞將停止向左運(yùn)動(dòng)。,圖2-16 閥門關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊,圖2-17 液壓缸制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊,液壓元件反映不靈也會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，液壓系統(tǒng)中壓力突然升高時(shí)、溢流閥不能迅速打開溢流閥口，或限壓式變量泵不能及時(shí)自動(dòng)減少輸出流量時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致液壓沖擊。 2）液壓沖擊的危害液壓沖擊產(chǎn)生的壓力峰值常常比正常壓力要大好幾倍，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音與振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞液壓元件和密封裝置等等，有時(shí)還會(huì)使某些液壓元件（如壓力繼電器、順序閥）產(chǎn)生誤動(dòng)作，影響系統(tǒng)的正常工作。 3）減小液壓沖擊的措施液壓系統(tǒng)采取的主要措施有以下幾點(diǎn)：

55、限制管中液流的流速和運(yùn)動(dòng)部件的速度，減少?zèng)_擊波的強(qiáng)度。 開啟閥門的速度要慢。 采用吸收液壓沖擊的能量裝置如蓄能器等。 在出現(xiàn)有液壓沖擊的地方，安裝限制壓力的安全閥。 適當(dāng)加大管道內(nèi)徑或采用橡膠軟管。,,1）氣穴與氣蝕 當(dāng)液體某一點(diǎn)處的絕對(duì)壓力降到了相應(yīng)溫度的飽和蒸氣壓以下時(shí)，油液中的空氣就會(huì)分離出來，產(chǎn)生大量的氣泡，這種現(xiàn)象稱為氣穴現(xiàn)象。雖然油液的飽和蒸氣壓力很低，但實(shí)際上絕對(duì)壓力高出飽和蒸氣壓時(shí)，油液中就會(huì)分離出來大量的氣泡。 氣泡混雜在油液中，產(chǎn)生氣穴，使原來充滿管道或液壓元件中的油液成為不連續(xù)狀態(tài)。在液壓系統(tǒng)中的節(jié)流口，在突然關(guān)閉的閥門元件附近，在吸油不暢的油泵吸油口等處，均容

56、易產(chǎn)生氣穴。現(xiàn)以油泵吸油口處為例進(jìn)行分析，根據(jù)伯努利方程得知，該處壓力較低，如壓力低于該液壓油工作溫度下的空氣分離壓時(shí)，溶解在油中的空氣將會(huì)迅速地分離出來變成氣泡，這些氣泡隨著液流流到泵的高壓區(qū)時(shí)，會(huì)因承受不了高壓而破滅，產(chǎn)生局部的液壓沖擊，發(fā)出噪聲并引起振動(dòng)。當(dāng)附在金屬表面上的氣泡破滅時(shí)，它所產(chǎn)生的局部高溫和高壓會(huì)使金屬剝落，會(huì)使表面粗糙，或出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。節(jié)流口下游部位常發(fā)生這種腐蝕的痕跡，這種因氣穴現(xiàn)象而產(chǎn)生的零件剝落和腐蝕稱為氣蝕。,（2）氣穴現(xiàn)象,2）氣穴的危害 氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生大量的氣泡，使液流不通暢，使液壓泵輸出流量和壓力急劇波動(dòng)，系統(tǒng)無法穩(wěn)定地工作。氣蝕嚴(yán)重時(shí)使泵的機(jī)件腐蝕，并使液壓裝置產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，降低液壓元件的壽命。 3）氣穴的預(yù)防措施 泵的吸入口、油液流經(jīng)節(jié)流部位、突然啟閉的閥門、帶大慣性負(fù)載的液壓缸、液壓馬達(dá)在運(yùn)轉(zhuǎn)中突然停止或換向時(shí)等都將產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。 為了防止產(chǎn)生氣穴和氣蝕現(xiàn)象 ，一般可采用以下的預(yù)防措施： 減少流經(jīng)節(jié)流口及縫隙前后的壓力差，一般希望節(jié)流口或縫隙前后壓力比小于3.5； 正確確定液壓泵吸油管內(nèi)徑，對(duì)管內(nèi)液體的流速加以限制，降低 液壓泵的吸油高度，盡可能減少吸油管路中的壓力損失； 提高管道的密封性能，防止空氣的滲入； 提高零件的機(jī)械強(qiáng)度和降低零件表面的粗糙度，采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料（如鑄鐵和青銅等），以提高元件的抗氣蝕能力。,