液压传动之流体力学FluidMecha.ppt

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1、液压传动之流体力学,1,Fluid Mechanics,第三章 液压流体力学基础,2,基本概念流体：液体和气体的总称，基本特征是没有一定的形状，具有流动性。流动性：流体在一个微小的剪切力作用下就能够连续不断地发生变形，只有在外力作用停止后变形才能停止。静止时没有剪切应力，有剪切应力时不能静止。流体力学：研究流体的相互作用以及流体与其相接触的固体之间的相互作用。,第三章 液压流体力学基础,3,第一节 液体静力学,第二节 液体动力学,第三节 管道中液流的特性,第四节 孔口和缝隙液流,第五节 气 穴 现 象,第六节 液 压 冲 击,3-1液体静力学,4,研究液体静止状态时的平衡规律及其应用。一、液体

2、的静压力及其特性 静止液体中各质点之间存在着相互挤压的力，叫做内法力，又叫压力(静压力)p。作用方向总是沿着法线向内的。液体的压力有如下重要性质：静止液体内任意点处的压力在各个方向上都相等。,二、重力作用下静止液体中的压力分布,5,（一）静压力基本方程距液面h深处任意点的压力p为,液体静压力分布有如下特征：静止液体内任一点的压力由两部分组成：液面上的压力p0 和液柱重力所产生的压力h。静止液体内的压力p随液体深度h线性递增。同一液体中，离液面深度相等的各点压力相等。,液面压力,液体重度,距液面深度,（二）静压力基本方程的物理意义,6,静止液体内任何一点具有压力能和位能两种能量形式，且其总和保持

3、不变，即能量守恒。但是两种能量形式之间可以相互转换。,z,(3-4),三、压力的表示方法及单位,7,（一）压力的表示方法根据度量基准的不同，压力有两种表示方法：以绝对零压力作为基准所表示的压力，称为绝对压力；以当地大气压力为基准所表示的压力，称为相对压力。绝对压力与相对压力之间的关系如图3-3所示。,压力的表示方法,8,绝对压力：以绝对零压力为基准算起的压力 相对压力：以大气压力为基准测得的压力，又叫表压力 相对压力绝对压力大气压力真空度相对压力大气压力绝对压力绝对压力大气压力相对压力,（二）压力的单位,9,国际标准为帕：1Pa=1N/m2工程中沿用巴：1bar=105Pa工程大气压：10m水

4、柱高1at=水h=980010=98000N/m2=0.98bar工程大气压：76cm汞柱高1atm=汞h=1332800.76=101300N/m2=1.013bar,例3-1程中沿用巴：1bar=105Pa,例3-1,10,例3-1 图3-4所示，一充满油液的容器，作用在活塞上的力为F=1000N，活塞面积A=10-3m2，忽略活塞质量。求活塞下方深度为h=0.5m处的压力。油液的密度=900kg/m3。,四、帕斯卡原理,11,在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以等值传递到液体中所有各点。这就是帕斯卡原理，或称静压传递原理。帕斯卡原理是液压传动的一个基本原理。,四、帕斯卡原理,12,在

5、密闭容器中，外力在静止液体中产生的压力变化，将以等值向液体中各点传递。在液压传动中，液体的自重h比外力产生的压力小得多，可以忽略不计。此时，忽略重力的影响，则可以认为在静止液体中，各处的压力相等。,五、静压力对固体壁面的作用力,13,不计液体自重，则液体的静压力处处相等。即作用于固体壁面上的压力是均匀分布的。也就是说：作用在曲面各点的压力大小相等、方向沿各点的法向。曲面在某一方向上所受的液压力F 等于压力p与曲面在该方向的垂直投影面积A的乘积,P一定时，F只与投影面积大小有关，而与曲面的形状无关。,例3-1,14,求图示液压缸筒中右半筒在x轴正方向的作用力Fx解：作用力的方向：x的正方向，该方

6、向垂直投影面积，即液压缸右半筒在与x轴垂直的投影面上的投影面积轴截面积A影=2rl 所以，Fx=pA影=2rlp 球内沿x正方向的作用力 Fx=pA影=pr2,前面内容回顾,15,一、液压基本参数与机械基本参数之间的关系：1、流量与速度之间的关系：q=vA2、压力与力之间的关系：p=F/A3、功率之间的关系：P=pq=Fv二、液体的粘度及其单位：1、动力粘度：PaS2、运动 粘度：m2/S、St、cSt,1m2/S=104 St，1St=100cSt三、压力的单位：Pa、MPa、bar、at、atm1Pa=1N/m2,1bar=0.1MPa=105Pa1at1atm四、流量的单位：m3/min

7、，l/min，m3/s，l/s五、压力的表示方法：1、绝对压力：2、相对压力：=绝对压力大气压力3、真空度：=大气压力绝对压力,3-2液体动力学,16,主要讨论液体流动时的运动规律、能量转换和流动液体对固体壁面的作用力等问题，具体要介绍四个基本方程连续方程、运动方程、能量方程和动量方程。,一、基本概念,17,（一）理想液体、恒定流动和一维流动1.理想流体：无粘性、不可压缩。2.恒定流动(定常流动)：各点处的压力、速度、密度等物理参数都不随时间变化。,一、基本概念,18,3.一维流动：当液体整个浪作线形流动时，称为一维流动。当作平面流动时，称为二维流动；当作空间流动时，称为三维流动。一维流动最简

8、单，但是严格意义上的一维流动要求液流界面上各点处的速度矢量完全相同，这种情况在实际液流中极为少见，一般常把封闭容器内的液体流动按一维流动处理。,（二）流线、流束和流管,19,1.迹线：油液质点所经过的轨迹。(观察一个质点的运动过程。)2.流线：在某一瞬时，液流中一条条标志各质点运动状态的曲线。（多个质点运动状态的瞬时快照）,例如：在透明的清水管中，注入红色液体，就会看到一条红线，它标志着红线上各质点的运动状态。当液体作定常流动时，流线与迹线重合。,（二）流线、流束和流管,20,3.流束：流线的集合。4.流管：抽去流束的芯，流束的外皮。（三）通流截面、流量和平均流速,1.通流截面：过流截面(通流

9、截面)：与所有流线都垂直的截面。,流量和平均流速,21,2.流量：单位时间内，流过某过流面积的液体的体积在过流截面上各点的流速是不相等的。3.平均流速,（四）流动液体的压力,22,在流动液体内，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，但在数值上相差甚微。当惯性力很小，且把液体当作理想液体时，流动液体内任意点处的压力在各个方向上的数值仍可以看作是相等的。,二、连续性方程,23,设在流动的液体中取一控制体V（见图3-10），它内部液体的质量为m，单位时间内流入、流出的质量流量为qm1、qm2，根据质量守恒定律，qm1-qm2 应等于该时间内控制体V中液体质量的变化率dm/dt

10、。由于qm1=1q1、qm2=2q2、m=V，因此,这就是流体流过具有固定边界控制体时通用的连续方程。,二、连续性方程,24,理想液体(不可压缩，1=2=)在无泄漏管内做恒定流动时，流量既不能增加，也不能减小，在管内任何一个过流截面上，流过的流量均相等。,这就是理想液体一维流动的连续性方程。,三、理想液体的运动微分方程,25,对理想液体来说，作用在微元体上的外力有以下两种：1.压力在两端截面上产生的作用力,2.作用在微元体上的作重力,三、理想液体的运动微分方程,26,这一微元体积的惯性力为,关于全加速度,u=f(s,t),右边第1项为移位加速度，在单位时间内，由位置变化产生的速度变化；右边第2

11、项为当地加速度，在单位时间内，由流量变化产生的速度变化。,三、理想液体的运动微分方程,27,微元体积的惯性力为,根据牛顿第二定律F=ma，有,故得,前面的结果：压力在两端截面上产生的作用力,质量力,这就是理想液体的运动微分方程，也称液流的欧拉方程,(3-15),四、能量方程,28,（一）理想液体的能量方程在图所示的一段微流束上，将式(3-15)的两边各乘上ds，并从流线s上的截面1积分到截面2，即,上边两式各除以g，移项后整理得,(3-16),（一）理想液体的能量方程,29,=0，故上式变为,(3-17),（一）理想液体的能量方程,30,必须注意，外力是沿着微流束作功的，因此同一微流束上各点的

12、位能、压力能和动能可以互相转换，且其和为一定值。另外，由于积分是沿着微流束进行的，所以式(3-16)和式(3-17)只分别适用于同一微流束上只受重力作用、作非恒定流动或恒定流动的理想液体。,（一）理想液体的能量方程,31,如何记忆？1.结合(3-4)式2.从这段微流束的总能量上记忆位能:Ez=mgz=Vgz压力能:Ep=Pt=pqt=pV动能:Eu=mu2/2=Vu2/2总能量:Vgz+pV+Vu2/2=C1两边同除以Vg，z+p/g+u2/2g=C,例子：压力能-势能：测压计势能-压力能：静止流体压力能-动能：水枪，喷雾器，喷壶动能-压力能：测速计势能-动能：倒水，虹吸动能-势能：喷泉,(3

13、-17),（一）理想液体的能量方程,32,为了记住能量方程，更好地理解能量转化关系，流体的能量方程可写成三种形式，三种形式的量纲分别为能量、压力、高度1.微段流体总能量守恒,2.单位体积流体能量守恒,动压力,3.单位重量流体能量守恒,位置压力,压力头,位置头,静压力,速度头,动能,势能,压力能,（一）理想液体的能量方程,33,理想液体的伯努力方程-使用条件1.理想流体、定常流动2.同一条流线上 的上下游3.在重力场中4.与外界没有能量交换,(3-17),（二）实际液体的能量方程,34,沿一条流线列伯努力方程,将上式两端乘以相应的微小流量dq(dqu1dA1=u2dA2)，然后各自对流束的通流截

14、面A1和A2进行积分，得,（二）实际液体的能量方程,35,首先将图3-13中截面A1和A2处的流动限于平行流动(或缓变流动)，这样，通流截面上各点处的压力符合液体静力学的压力分布规律，即z+p/(g)constant。其次，用平均流速v代替流束截面A1或A2上各点处不等的流速u，且令单位时间内截面A处液流的实际动能和按平均流速计算出的动能之比为动能修正系数，即,单位时间内流过A2的流量所具有的总能量,流束内的液体从A1流到A2因粘性摩擦而损耗的能量。,单位时间内流过A1的流量所具有的总能量,36,对液体在流束中流动时用平均流速v代替实际流速u，引入动能修正系数。得,（二）实际液体的能量方程,(

15、3-22),上式用压力表示,紊流时,层流时,pw代表单位体积液体在两截面间流动过程中的能量损失，用压力损失来表示。,hw单位重量流体在12两截面之间的能量损失，称水头损失,37,实际液体的伯努力方程-使用条件,1.定常流动2.同一条流管上 的上下游，认为同一截面上各点流速皆为平均流速v。实际上不等，所以要修正。3.在重力场中4.除内部损失，与外界没有能量交换5.截面1、2取在缓变流动处。,(3-22),38,注意！两截面要顺流截取，1在上游、2在下游。,例2-2试分析图示液压泵的吸油过程解：取油箱液面 为截面11作为基准面；泵的入口处为截面22，应用伯努力方程得,实际液体的伯努力方程-举例,分

16、析,39,若H0，则p20，在泵的入口处将产生真空。真空度由三部分组成：流速；位置差；压力损失。减小真空度的方法：加大管径d，以减小流速v，并减小pw减小吸程高度H，一般取H0.5m,40,思考题,1.什么是理想液体，什么是实际液体？2.何谓恒定流动(定常流动)，何谓迹线、流线、流束？2.什么是实际流速，什么是平均流速？3.什么是流动液体的能量方程？它的物理意义是什么？4.用伯努力方程解决实际问题时，必须具备哪些条件？,5.如图所示，液压泵输出的流量qp=0.5L/s，全部进入液压缸，液压缸大腔截面积A1=2000mm2，小腔截面积A1=1000mm2，进、回油管直径d=10mm。求活塞的运动

17、速度，进、回油管中油液的流速。,3-2液体动力学,41,主要讨论液体流动时的运动规律、能量转换和流动液体对固体壁面的作用力等问题，具体要介绍四个基本方程连续方程、运动方程、能量方程和动量方程。,五、动量方程,42,作用在物体上的力，其大小等于物体在其作用方向上的动量的变化率，即,这里取控制体积为研究对象，液体的动量方程可以表述为：作用在控制体积上的力等于控制体积在这个作用力方向上的动量变化率。,(3-24),1.理想液体恒定流动时的动量方程,43,对于定常流动，同一位置的所有参数不随时间改变，质量为常数。,取控制体积V，其质量为,2.实际液体恒定流动时的动量方程,44,实际流体中，过流面积上各

18、点的流速不相等，此时，也可以通过引入修正系数来计算，这个修正系数叫动量修正系数，记为。于是,在式中，作各矢量在x轴上的投影得,注意：以上的F、Fx是液体所受的外力，液体对固体壁面的作用力,2.实际液体恒定流动时的动量方程,45,超新型喷水式飞行器.flv喷水式飞行器 高清.mp4,例 分析图中滑芯所受的稳态液动力,46,解：取阀芯两凸肩之间的液体为控制体积，设作用在控制体积上的力为F，沿x正方向列出动量方程沿x方向的外力F=控制体在x方向上的动量变化率,F的实际方向向左，与x轴的正方向相反。而液体对阀芯的稳态液动力F 方向向右，大小与F相等，它使阀口关闭。,例3-4a分析图中外流及内流式锥阀中

19、，稳态液动力的大小和方向,47,解：1.取控制体2.分析控制体的受力控制体的侧面受力相平衡，在x方向上的压力不平衡，这样控制体的受力可归纳成3个：（1）下面液体对控制体的压力,（2）上面液体对控制体的压力因p2=0，所以该力为零。（3）锥阀对控制体的作用力F,例3-4a分析图中外流及内流式锥阀中，稳态液动力的大小和方向,48,3.沿选定方向（x正方向）列出控制体的动量方程,所以：,注意：F是锥阀对控制体的作用力，方向向下。液体对阀芯的作用力F 则方向向上。,但是，作用在锥阀上的稳态液动力q 2v2cos，方向向下，该力使阀芯关闭。,例3-4b分析图中外流及内流式锥阀中，稳态液动力的大小和方向,

20、49,解：1.取控制体2.控制体受力分析控制体在x方向受三个力：（1）上面液体对控制体的压力,（2）下面液体对控制体的压力,（3）锥阀对控制体的作用力F,例3-4b分析图中外流及内流式锥阀中，稳态液动力的大小和方向,50,3.沿选定方向（x正方向）列出控制体的动量方程,所以：,即：锥阀对控制体的作用力F，方向向上。液体对阀芯的作用力F 则方向向下。,0,但是，作用在锥阀上的稳态液动力q 2v2cos，方向向上，该力使阀芯打开。,3-3管路中液流的特性,51,一、流态和雷诺数1.流态：液体的流动状态（1）层流：液体质点只有纵向流动，而无横向流动。（2）湍流：液体质点既有纵向流动，又有横向流动。层

21、流时，受粘性力约束，惯性力微弱，粘性力为主；湍流时，流速高，粘性力的约束作用减弱，惯性力为主。,雷诺实验.mpg,2.雷诺数Re,52,Re代表了液体流动时的惯性力与粘性力之比，它是一个无量纲参数，是判别液体流态的依据。把液流的雷诺数Re与临界雷诺数Rec相比较，当ReRec时，为湍流。具体液体的临界雷诺数Rec由实验获得，可查表3-1或手册,二、圆管层流,53,图示液体在等径水平圆管中作恒定层流时的情况。在图中的管内取出一段半径为r、长度为l，与管轴相重合的小圆柱体，作用在其两端面上的压力为p1和p2，作用在其侧面上的内摩擦力为Ff。根据力的平衡，有,二、圆管层流,54,内摩擦力按式(2-3

22、)为Ff=-2rldu/dr。令p=p1-p2，将这些关系代入上式，则得,对上式积分，当rR时，u0，得,二、圆管层流,55,可见管内流速随半径按抛物线规律分布。最大流速发生在轴线上，其值为umax pR2/(4l)。在半径r处取出一厚dr的微小圆环面积，通过此环形面积的流量为dqu 2rdr，对比式积分，得流量q为，(u见3-32),(3-33),二、圆管层流,56,式中，d为圆管内径。由上式可知流量与管径的四次方成正比，压差(压力损失)则与管径的四次方成反比，所以管径对流量或压力损失的影响是很大的。圆管层流的平均流速为,(3-34),(3-35),三、圆管湍流,57,引入一个“时均流速”的

23、概念，如果在某一时间间隔T(时均周期)内，以这一平均流速流经某微小截面dA的液体体积等于在同一时间内以真实的脉动流速u流经同一截面的液体体积，即，则液流的时均流速便是,在湍流流动中，液体的压力也是脉动的，当把 算作液体的时均压力后，就可把实质上非恒定流动的湍流当作恒定流动来看待。,三、圆管湍流,58,湍流在通流截面上流速的分布如图所示，湍流中的流速分布是比较均匀的。其最大流速为umax=(11.3)v，动能修正系数1.05，动量修正系数1.04，因而这两个系数均可近似地取为1。,靠近管壁有极薄一层惯性力不足以克服粘性力的液体在作层流流动，称为层流边界层。层流边界层的厚度将随液流雷诺数的增大而减

24、小。,三、圆管湍流,59,由半经验公式推导可知，对于光滑圆管内的紊流来说，其截面上的流速分布遵循对数规律。在雷诺数为31031105的范围内，它符合一个1/7次方的规律，即,(3-36),四、压力损失,60,实际流体由于粘性，在流动时要损耗一部分能量，这种能量损耗表现为压力损失。能量的损耗转变为热量，使液压系统的温度升高。所以在设计液压系统时，减小压力损失是非常重要的。液体在流动时产生的压力损失可以分为两种：一种是液体在等径直管中流动时因摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失；另一种是由于管道的截面突然变化，液流方向改变或其他形式的液流阻力(如控制阀阀口)而引起的压力损失，称为局部压力损失。,

25、（一）沿程压力损失,61,经理论推导，液体流经等径d的直管时，在管长l段上的压力损失p表达式为,(3-38),式中，为沿程阻力系数；v为液流的平均流速；为液体的密度。,1.层流时的沿程压力损失,62,液体在直管中作层流流动时，由式(3-34)及qR2v，得,上式表示层流流动时的沿程阻力系数的理论值应是64，但实际上流动中还夹杂着油温变化等问题，因此油液在金屑管道中流动时宜取75/Re，在橡胶软管中流动时则取80/Re。,2.湍流时的沿程压力损失,63,液体在直管中作层流流动时，由式(3-34)及qR2v，得,式中沿程阻力系数的理论值应是64，但实际上流动中还夹杂着油温变化等问题，因此油液在金属

26、管道中流动时宜取75/Re，在橡胶软管中流动时则取80/Re。2.紊流时的沿程压力损失,值可查表3-3或图3-21或手册确定。,（二）局部压力损失,64,液流由于方向、速度的改变，以及截面的变化，必然产生一些旋涡，引起撞击。造成局部压力损失，其值与液流的动能有关。可用下式计算。,为局部阻力系数，其值由实验确定，可查手册。v为液体的平均流速，一般情况下均指局部阻力下游处的流速。,的值仅在液流流经突然扩大的截而时可用理论求得(例3-6)，其他情况都须通过实验来测定。可从手册中查到。几种典型的局部阻力系数见附录A。,（三）波纹管中的压力损失,65,液体在波纹管中流动时所引起的压力损失，可以把波纹管看

27、作是排列着的一连串均匀孔口，由一连串单个液流扩大损失之和推算出来。这个概念已得到了实验的证实。波纹数为n的内径为D1波纹直管的局部压力损失为,(3-43),（四）管路系统的总压力损失,66,整个管路系统的总压力损失等于所有沿程压力损失和局部压力损失之和,上式仅在两相邻局部损失之间的距离大于管道内径1020倍时才是正确的，否则液流受前一个局部阻力的干扰还没有稳定下来，就又经历后一个局部阻力，它所受扰动将更为严重，因而会使上式算出的压力损失值比实际数值小。,压力损失的危害：1.浪费能源；2.发热，使油温升高，影响系统工作性能。,3-4孔口和缝隙液流,67,在液压系统中，液流流经小孔或缝隙的现象是普

28、遍存在的，它们有的用来调节流量，有的造成泄漏而影响效率。不管是哪一种，都涉及到小孔或缝隙的流量问题。,一、流经小孔的流量用于节流调速计算管路上的小孔按其长径比l/d可分成三种：薄壁小孔：细长小孔：短孔：,一、小孔流量,68,（一）薄壁小孔，用于阀口,Cd流量系数，由孔的形状决定的系数，按不同情况查式(3-49)、(3-50)、表3-5、3-6A0 小孔的通流面积，即小孔的横截面积。p小孔两端的压差,(3-48),（二）短孔,69,（二）短孔，用于固定节流器,Cd流量系数，由孔的形状决定的系数，图(3-28)A0 小孔的通流面积，即小孔的横截面积。p小孔两端的压差,(3-48),（三）细长孔，用

29、于固定节流器,(3-33),小孔流量的通用公式,70,流经小孔的流量可用一个统一的公式计算：,C流量系数，由孔的形状和液体性质决定的系数AT 小孔的通流面积，即小孔的横截面积。p小孔两端的压差m由小孔长径比决定的指数薄壁小孔：m=0.5细长小孔：m=1.0短孔：0.5 m1.0,二、缝隙液流,71,（一）流经平行平板缝隙的流量,(3-58),l间隙长，b间隙宽，h间隙高，u0相对速度 u0与压降同向为+反向为-,（二）流经同心环形缝隙的流量,72,当间隙hd/2时，可将其看成平行平板缝隙的流动。间隙宽度b=d，代入式(3-58),(3-62),l间隙长，d圆柱直径，h间隙量，h=R-ru0相对

30、速度,（三）流经偏心环形缝隙的流量,73,(3-65),式中为相对偏心率，=e/h0，h0为平均间隙，即内外圆同心时，在半径方向上的缝隙值，h0=R-r。,3-5气穴现象,74,一、空气分离压和饱和蒸气压 液压油中所含空气体积的百分数称为它的含气量。空气可溶解在液压油中，也会以气泡的形式混和在液压油中。空气在液压油中的溶解量和液压油的绝对压力成正比(亨利法则)，如图3-36(a)所示。油的压力降低时，溶解在油中的气体会从油中分离出来，如图4-36(b)所示。在一定温度下，当液压油压力低于某值时，溶解在油中的过饱和空气将会突然地迅速从油中分离出来，产生大量气泡，这个压力称为液压油在该温度下的空气

31、分离压。,一、空气分离压和饱和蒸气压,75,在静止状态下的溶解度与时间的关系如图3-37所示，这就是溶解速度。当液压油在某温度下的压力低于一定数值时，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。一般说来，液压油的饱和蒸气压相当小，比空气分离压小得多。饱和蒸气压和温度的关系如图3-38所示。由此可见要使液压油不产生大量气泡，它的最低压力不得低于液压油所在温度下的空气分离压。,二、节流口处的气穴现象,76,当液流流到图示的节流口的喉部位置时，根据伯努利方程，该处的压力要降低。如该处压力低于液压油工作温度下的空气分离压，溶解在油中的空气将迅速地大量分离出来，变成气

32、泡，产生气穴。气穴发生时，液流的流动特性变坏，,特别是当带有气泡的液压油被带到下游高压部位时，周围的高压使气泡绝热压缩，迅速崩溃，局部可达到非常高的温度和冲击压力。这样的局部高温和冲击压力，一方面使那里的金属疲劳，另一方面又使液压油变黑，对金属产生化学腐蚀作用，因而使元件表而受到侵蚀、剥落，或出现海绵状的小洞穴。节流口下游部位常可发现这种腐蚀的痕迹。这种现象称为气蚀。在液压元件中，只要某点处的压力低于液压油所在温度下的空气分离压，也会产生气穴现象。,三、减小气穴现象的措施,77,在液压系统中的任何地方，只要压力低于空气分高压，就会发生气穴现象。为了防止气穴现象的产生，就要防止液压系统中的压力过

33、度降低，具体措施如下：(1)减小阀孔前后的压差，一般希望阀孔前后的压力比p1/p23.5。(2)正确设计和使用液压泵站。(3)提高管道的密封性能，防止空气的渗入。(4)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。,三、减小气穴现象的措施,78,三、减小气穴现象的措施,79,三、减小气穴现象的措施,80,3-6液压冲击,81,液压系统中，当管道中的阀门突然关闭或开启时，管内液体压力发生急剧升降的波动过程称为液压冲击。当阀门突然关闭时，阀门处的压力急剧上升，出现峰值，可能使液压元件和管道损坏，并伴有巨大的振动和噪声。而当阀门突然开启时，则使压力突然下降

34、。这种突然开闭所引起的冲击叫做直接液压冲击。除此之外，当采用液压传动的工作机械通过控制阀关闭液压缸的回油管使工作部件换向或制动时，运动部件的动能将在液压缸回油腔和管路内引起液压冲击。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，引起冲击。出现液压冲击时，液体中的瞬时峰值压力可以比正常工作压力大好几倍。虽然峰值压力比管道的破坏压力要小很多，但由于压力增长极快，足以使密封装置、管道或其他液压元件损坏。液压冲击还会使工作机械引起振动，产生很大噪声，影响工作质量。有时，液压冲击使某些元件(如阀，压力继电器等)产生误动作，导致设

35、备损坏。,一、管内液流流速突变引起的液压冲击,82,(一)直接液压冲击的最大压力 液压冲击的本质是阀门突然关闭时使管道中流动液体的动能瞬时地转变为压力能。1.当管道的末端突然关闭，液压冲击引起的压力升高值为,(3-71),式中油的密度；c冲击波在管中的传播速度，c一般在8901270m/s范围内。v冲击前后的稳态流速变化值。对于一定的油液种类和管道材质来说，和c均为定值，因此惟一能减小pmax的办法是加大管道的通流截面以降低v值。在液压系统中，如果把v 限制在4.5m/s以内使pmax不超过5MPa，就可以认为是安全的。这一准则可作为选择管道尺寸时的限制条件之一。,一、管内液流流速突变引起的液

36、压冲击,83,2.等径直管末端阀门突然开启时，出现的最大压力下降值该值为,二、运动部件制动所产生的液压冲击,84,(3-74),式中，A为液压缸的有效工作面积。上式算得的结果，因忽略了阻尼、泄漏等因素，因而是近似的，但用在估算上是比较安全的。,设总质量为m的运动部件在制动时的减速时间为t，速度的减小值为v，则根据动量定律可近似地求得系统中的冲击压力p,三、减小液压冲击的措施,85,(1)适当加大管径，限制管道流速，使其小于或等于推荐值。(2)正确设计阀口，使运动部件制动时速度变化比较均匀。(3)延长阀门关闭和运动部件制动换向时间，可采用换向时间可调的换向阀。(4)尽可能缩短管长，以减小压力冲击

37、波的传播时间，变直接冲击为间接冲击。(5)在容易发生液压冲击的部位，采用橡胶软管、设置卸荷阀或蓄能器。,86,第3章要点（1）,1.液体的静力学：液体的静压力、静压力方程式、帕斯卡定理、静压力对固体壁面的力。2.压力的表示方法及其单位。3.基本概念：理想流体、恒定(定常)流动、迹线、流线、流束、通流截面、流量、平均流速。4.流量连续性方程的物理意义和适用条件。5.理想流体和实际流体的能量方程，物理意义、使用时的限定条件。6.理想流体和实际流体的动量方程，物理意义。7.流态及其判别，雷诺数的物理意义及其计算。,87,第3章要点（2）,8.管道压力损失的计算：计算公式，熟悉各符号物理意义(1)层流状态下，管道流动的沿程压力损失；(2)湍流状态下，液流流经管道的沿程压力损失；(3)管道流动的局部压力损失。9.孔口(薄壁孔、细长孔、短孔)流量计算。粘度对流量的影响。10.间隙流量计算：计算公式，熟悉各符号物理意义(1)平行平板间隙流量：(3-58)；(2)同心环形间隙流量：(3-62)；(3)偏心环形间隙流量：(3-65)。11.液压传动中的气穴和冲击：产生机理、危害和减害措施。,