第二章-液压流体力学基础ppt课件(全).ppt

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1、1.1.液压油的物理性质液压油的物理性质n密度密度单位体积液体的质量单位体积液体的质量n可压缩性可压缩性体积压缩系数体积压缩系数体体积弹积弹性模量性模量n粘性粘性液体流动时分子之间产生液体流动时分子之间产生的一种内摩擦力的一种内摩擦力，用动力粘度，运，用动力粘度，运动粘度，相对粘度来度量。动粘度，相对粘度来度量。定义：定义：液体在外力作用下流动液体在外力作用下流动(或有流动趋势或有流动趋势)时，分子间的内时，分子间的内聚力要阻止分子相而产生一种内摩擦力。这种阻碍液体分子之聚力要阻止分子相而产生一种内摩擦力。这种阻碍液体分子之间相对运动的性质叫做液体的粘性。间相对运动的性质叫做液体的粘性。液体的

2、粘性液体的粘性n下板固定下板固定n上板以上板以u u0 0运动运动n附着力附着力 A A点：点：u=0 u=0 B B点：点：u=uu=u0 0n内摩擦力内摩擦力 两板之间液流速度逐渐减小两板之间液流速度逐渐减小式中：粘性系数(粘度)A 液层接触面积 du/dy速度梯度 牛顿内摩擦定律两液层的速度差两液层的速度差两液层间的距离两液层间的距离切应力:粘度粘度2)运动粘度 单位：m2/s1)动力粘度单位：Pa.S（帕秒）3)3)相对粘度相对粘度(恩氏粘度恩氏粘度)式中：式中：t1 油流出的时间油流出的时间 t220OC蒸馏水蒸馏水流出时间流出时间恩氏粘度与运动粘度的换算关系恩氏粘度与运动粘度的换算

3、关系通常以通常以20、50、100OC作为标准测定温度，记：作为标准测定温度，记：粘度与压力的关系粘度与压力的关系np n应用时忽略影响应用时忽略影响粘度与温度的关系粘度与温度的关系T 影响：影响：大，阻力大，能耗大，阻力大，能耗 小，油变稀，泄漏小，油变稀，泄漏液压油的品种和选用液压油的品种和选用lHH液压油是一种不含任何添加剂的精制矿物油。这种油虽列液压油是一种不含任何添加剂的精制矿物油。这种油虽列入分类之中，但因其稳定性差，易起泡，使用周期短，故在液入分类之中，但因其稳定性差，易起泡，使用周期短，故在液压系统中不宜使用。压系统中不宜使用。lHL液压油是由精制深度较高的中性基础油，加入抗氧

4、化、防液压油是由精制深度较高的中性基础油，加入抗氧化、防锈添加剂调制而成，属防锈抗氧型。该油在抗氧化、防锈、消锈添加剂调制而成，属防锈抗氧型。该油在抗氧化、防锈、消泡和抗乳化等性能方面均优于泡和抗乳化等性能方面均优于HH油，具有减少磨损、降低温油，具有减少磨损、降低温升、防止锈蚀的作用，且其使用寿命较升、防止锈蚀的作用，且其使用寿命较HH长一倍以上。可用长一倍以上。可用于低压液压系统和机床主轴箱、齿轮箱或类似机械设备中，于低压液压系统和机床主轴箱、齿轮箱或类似机械设备中，HL油在我国已被定为机械油的升级换代产品。油在我国已被定为机械油的升级换代产品。lHM油的配制比较复杂，除添加防锈、抗氧剂以

5、外，还要加油的配制比较复杂，除添加防锈、抗氧剂以外，还要加油性和极压抗磨剂、金属钝化剂、破乳化剂和消泡剂等。国际油性和极压抗磨剂、金属钝化剂、破乳化剂和消泡剂等。国际上抗磨液压油已广泛应用在各类低、中、高压液压系统及中等上抗磨液压油已广泛应用在各类低、中、高压液压系统及中等负荷机械的润滑部位。负荷机械的润滑部位。lHR液压油是在液压油是在HL油基础上添加粘度指数添加剂而成，使油油基础上添加粘度指数添加剂而成，使油粘度随温度的变化减小。适用于环境温度变化较大的低压液压粘度随温度的变化减小。适用于环境温度变化较大的低压液压系统及轻负荷机械的润滑部位。系统及轻负荷机械的润滑部位。lHG液压油是在液压

6、油是在HM油基础上添加抗粘滑剂油基础上添加抗粘滑剂(油性剂或减摩剂油性剂或减摩剂)。该油不仅具有良好的防锈、抗氧化、抗磨性能，而且具有良好该油不仅具有良好的防锈、抗氧化、抗磨性能，而且具有良好的抗粘滑性，在低速下防爬行效果好，是一种既具有液压油的的抗粘滑性，在低速下防爬行效果好，是一种既具有液压油的一般性能，又具有导轨油性能的多功能润滑油，目前的液压一一般性能，又具有导轨油性能的多功能润滑油，目前的液压一导轨油属这一类。对于液压及导轨润滑为同一油路系统的精密导轨油属这一类。对于液压及导轨润滑为同一油路系统的精密机床，宜采用机床，宜采用HG油。油。lHv及及HS油均属宽温度变化范围下使用的低温液

7、压油，都具油均属宽温度变化范围下使用的低温液压油，都具有低倾点有低倾点(油液在试验条件下，冷却到能够流动的最低温度油液在试验条件下，冷却到能够流动的最低温度)，优良的抗磨性，低温流动性和低温泵送性，且粘度指数均大于优良的抗磨性，低温流动性和低温泵送性，且粘度指数均大于l30。但是。但是HV油的低温性能稍逊于油的低温性能稍逊于HS油，油，HS油的成本高于油的成本高于HV油。油。HV油主要用于寒冷地区，油主要用于寒冷地区，HS油主要用于严寒地区。油主要用于严寒地区。难燃液压液的分类及特点难燃液压液的分类及特点lHFAE(高水基乳化液高水基乳化液)组成：由组成：由95的水与的水与5含精制矿物油含精制

8、矿物油(或其他类型油类或其他类型油类)及及多种添加剂多种添加剂(包括乳化剂、防锈剂、防霉剂、消泡剂等包括乳化剂、防锈剂、防霉剂、消泡剂等)的浓缩的浓缩液混合而成液混合而成特点：形成以水为连续相、油为分散相的水包油乳化液，呈特点：形成以水为连续相、油为分散相的水包油乳化液，呈乳白色。它的润滑性、过滤性、乳化稳定性等均较差，不宜作乳白色。它的润滑性、过滤性、乳化稳定性等均较差，不宜作液压系统工作介质，在国内煤矿液压支架中被广泛使用。液压系统工作介质，在国内煤矿液压支架中被广泛使用。1）HFA(高水基液、高水基液、HWBF或或HWCF)lHFAS(高水基合成液高水基合成液)组成组成：不含油，由：不含

9、油，由95的水和的水和5含有多种水溶性添加剂含有多种水溶性添加剂(包包括抗磨、防锈、防霉、防氧化、气相防蚀剂等括抗磨、防锈、防霉、防氧化、气相防蚀剂等)的浓缩液混合而的浓缩液混合而成。成。特点：特点：透明，过滤性好，抗磨性优于透明，过滤性好，抗磨性优于HFAE，适用于低压液压，适用于低压液压系统。系统。lHFAM(高水基微乳化液高水基微乳化液)组成：组成：由由95的水和的水和5含有高级润滑油与多种添加剂含有高级润滑油与多种添加剂(含油含油性和极压添加剂性和极压添加剂)的浓缩液混合而成。的浓缩液混合而成。特点：特点：它与它与HFAE的主要区别是其中油以非常微小粒子的主要区别是其中油以非常微小粒子

10、(2tim以下以下)的形式分散在水中。半透明，兼有的形式分散在水中。半透明，兼有HFAE和和HFAS的优点，的优点，其抗磨性、过滤性、稳定性均较好。适用于中、低压液压系统。其抗磨性、过滤性、稳定性均较好。适用于中、低压液压系统。组成组成：由：由40的水和的水和60的精制矿物油，再加入乳化剂、防的精制矿物油，再加入乳化剂、防锈剂、抗磨剂、抗氧剂、防霉剂等调制而成的以油为连续相，锈剂、抗磨剂、抗氧剂、防霉剂等调制而成的以油为连续相，水为分散相的油包水乳化液，乳白色，水为分散相的油包水乳化液，乳白色，优点：优点：润滑性、防锈蚀性等均较好润滑性、防锈蚀性等均较好(优于优于HFA和和HFC)，与矿，与矿

11、物油相容的金属材料物油相容的金属材料(镁、铅除外镁、铅除外)、橡胶密封材料、橡胶密封材料(聚氨酯除聚氨酯除外外)，也与，也与HFB相容，且有较好的抗燃性，价格较低，无毒无相容，且有较好的抗燃性，价格较低，无毒无味等优点。味等优点。缺点：缺点：乳化稳定性差乳化稳定性差(油水易分离油水易分离)，过滤性差，为非牛顿液，过滤性差，为非牛顿液体、剪切稳定性差，其粘度随含水量增加而增大。体、剪切稳定性差，其粘度随含水量增加而增大。2）HFB(油包水乳化液油包水乳化液)组成组成：含有含有3555的水，其余为能溶于水的乙二醇、的水，其余为能溶于水的乙二醇、丙二醇或其聚合物，以及水溶性的增粘、抗磨、防锈、消泡等

12、丙二醇或其聚合物，以及水溶性的增粘、抗磨、防锈、消泡等添加剂。添加剂。优点：优点：良好的抗燃性、低温流动性良好的抗燃性、低温流动性(凝点低，可在一凝点低，可在一20-5012的温度范围内使用的温度范围内使用)以及粘温特性以及粘温特性(粘度指数粘度指数l40170)，稳定性好，使用寿命较长。，稳定性好，使用寿命较长。缺点：缺点：抗磨性能差；与锌、锡、镁、镉、铝、聚氨酯胶及普抗磨性能差；与锌、锡、镁、镉、铝、聚氨酯胶及普通耐油涂料等均不相容；汽化压力高，易产生气蚀；与矿油型通耐油涂料等均不相容；汽化压力高，易产生气蚀；与矿油型液压油混合后易生油泥；粘度随含水量减少而显著增加；废液液压油混合后易生油

13、泥；粘度随含水量减少而显著增加；废液不易处理。不易处理。3）HFC(zk乙二醇乙二醇)组成组成：是一种以化学合成液体为基础的无水液压液。：是一种以化学合成液体为基础的无水液压液。HFDR系磷酸酯，系磷酸酯，HFDS系氯化烃，系氯化烃，HFDT系前两者的混合物，系前两者的混合物，HFDU系指其他成分的无水合成液。应用较多的是磷酸酯。系指其他成分的无水合成液。应用较多的是磷酸酯。优点优点：具有良好的润滑性、抗燃性：具有良好的润滑性、抗燃性(自燃温度可高达近自燃温度可高达近60012)及抗氧化性，挥发性低，对大多数金属不腐蚀，使用温及抗氧化性，挥发性低，对大多数金属不腐蚀，使用温度范围较广度范围较广

14、(-665)。缺点缺点：价格贵：价格贵(为液压油的为液压油的58倍倍)；不能用一般的耐油橡胶；不能用一般的耐油橡胶和耐油涂料，需用氟橡胶和耐油涂料，需用氟橡胶(最佳最佳)、丁基胶、乙丙胶、聚四氟、丁基胶、乙丙胶、聚四氟乙烯、环氧树脂漆等；混入水分时会发生水解，生成磷酸使金乙烯、环氧树脂漆等；混入水分时会发生水解，生成磷酸使金属腐蚀；对环境污染严重；有刺激性气味和轻度毒性。属腐蚀；对环境污染严重；有刺激性气味和轻度毒性。4）HFD(无水合成液无水合成液)液压油的选用液压油的选用l工作压力工作压力液压系统压力较高时泄漏问题较为突出，此时应选择粘度较液压系统压力较高时泄漏问题较为突出，此时应选择粘度

15、较大的油液。反之，则应选择粘度较小的油液。大的油液。反之，则应选择粘度较小的油液。l工作速度工作速度液压系统中工作部件运动速度较高时，油液的流速也高，压液压系统中工作部件运动速度较高时，油液的流速也高，压力损失较大。此时应选择粘度较小的油液。反之，则选择粘度力损失较大。此时应选择粘度较小的油液。反之，则选择粘度大的油液。大的油液。l环境温度环境温度矿物油的粘度由于温度的影响变化很大，当温度高时，宜采矿物油的粘度由于温度的影响变化很大，当温度高时，宜采用粘度较高的油液，周围环境温度较低时，采用粘度较低的油用粘度较高的油液，周围环境温度较低时，采用粘度较低的油液。液。l综合经济分析综合经济分析选择

16、工作介质还要通盘考虑价格和使用寿命等成本问题。选择工作介质还要通盘考虑价格和使用寿命等成本问题。液压油的选用液压油的选用l工作压力工作压力液压系统压力较高时泄漏问题较为突出，此时应选择粘度较液压系统压力较高时泄漏问题较为突出，此时应选择粘度较大的油液。反之，则应选择粘度较小的油液。大的油液。反之，则应选择粘度较小的油液。l工作速度工作速度液压系统中工作部件运动速度较高时，油液的流速也高，压液压系统中工作部件运动速度较高时，油液的流速也高，压力损失较大。此时应选择粘度较小的油液。反之，则选择粘度力损失较大。此时应选择粘度较小的油液。反之，则选择粘度大的油液。大的油液。l环境温度环境温度矿物油的粘

17、度由于温度的影响变化很大，当温度高时，宜采矿物油的粘度由于温度的影响变化很大，当温度高时，宜采用粘度较高的油液，周围环境温度较低时，采用粘度较低的油用粘度较高的油液，周围环境温度较低时，采用粘度较低的油液。液。l综合经济分析综合经济分析选择工作介质还要通盘考虑价格和使用寿命等成本问题。选择工作介质还要通盘考虑价格和使用寿命等成本问题。使用液压油的注意事项及识别油品品种的简易方法使用液压油的注意事项及识别油品品种的简易方法l 应保持液压油的清洁，防止金属屑和纤维等杂物进入油中。应保持液压油的清洁，防止金属屑和纤维等杂物进入油中。换油时要彻底清洗油箱，注入新油时必须过滤。换油时要彻底清洗油箱，注入

18、新油时必须过滤。l 油箱内壁一般不要涂刷油漆，以免油中产生沉淀物质。在液油箱内壁一般不要涂刷油漆，以免油中产生沉淀物质。在液压系统合适部位设置合适的过滤器，并定期检查、清洗或更换。压系统合适部位设置合适的过滤器，并定期检查、清洗或更换。l 为防止空气进入系统，回油管口应在油箱液面以下，并将管为防止空气进入系统，回油管口应在油箱液面以下，并将管口切成斜面；液压泵和吸油管路应严格密封；液压泵和油管安口切成斜面；液压泵和吸油管路应严格密封；液压泵和油管安装高度应尽量小些，以减少液压泵吸油阻力；必要时在系统的装高度应尽量小些，以减少液压泵吸油阻力；必要时在系统的最高处设置放气阀。最高处设置放气阀。l

19、定期检查油液质量和油面高度。定期检查油液质量和油面高度。l 应保证油箱的温升不超过液压油允许的范围，通常不超过应保证油箱的温升不超过液压油允许的范围，通常不超过700C，否则应进行冷却调节。，否则应进行冷却调节。1）使用液压油时的注意事项使用液压油时的注意事项 l看看由于不同种类的油品具有不同的颜色，有经验的管理人由于不同种类的油品具有不同的颜色，有经验的管理人员用肉眼即可鉴别出品种。通常，浅色的是蒸馏出的油及精制员用肉眼即可鉴别出品种。通常，浅色的是蒸馏出的油及精制程度深的油；深色的是残渣油及精制程度浅程度深的油；深色的是残渣油及精制程度浅的油。的油。l嗅嗅工作介质的气味，一般分为酸味、香味

20、、醚味及酒精味工作介质的气味，一般分为酸味、香味、醚味及酒精味等。一般来说，普通液压油有酸味，合成磷酯有醚味，蓖麻油等。一般来说，普通液压油有酸味，合成磷酯有醚味，蓖麻油型制动液有酒精味。型制动液有酒精味。l摇摇摇动装有油液的无色玻璃瓶，视油膜挂瓶状况及气泡的摇动装有油液的无色玻璃瓶，视油膜挂瓶状况及气泡的状态，可判定油液粘度。油膜挂瓶薄、气泡多、气泡直径小、状态，可判定油液粘度。油膜挂瓶薄、气泡多、气泡直径小、上升快及消失快，这些特征都表明油品粘度小。上升快及消失快，这些特征都表明油品粘度小。l摸摸通过摸的感觉可以区别矿物油型油品的精制程度。通常，通过摸的感觉可以区别矿物油型油品的精制程度。

21、通常，精制程度高的油液，其光滑感强。精制程度高的油液，其光滑感强。2）识别油品品种的简易方法识别油品品种的简易方法液压油的污染及控制液压油的污染及控制l固体颗粒会使泵的滑动部分固体颗粒会使泵的滑动部分(如叶片泵中的叶片和叶片槽、转如叶片泵中的叶片和叶片槽、转子端面和配油盘子端面和配油盘)磨损加剧，缩短泵的使用寿命磨损加剧，缩短泵的使用寿命l水的侵入会加速油液的氧化，并和添加剂起作用，产生粘性水的侵入会加速油液的氧化，并和添加剂起作用，产生粘性胶质，使滤芯堵塞。胶质，使滤芯堵塞。l空气的混入能降低油液的体积模量，引起气蚀，降低其润滑空气的混入能降低油液的体积模量，引起气蚀，降低其润滑性能。性能。

22、l微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀l不正当的热能、静电能、磁场能及放射能也常被认为会对油不正当的热能、静电能、磁场能及放射能也常被认为会对油液产生污染，有的会使油温超过规定限度，导致油液变质，有液产生污染，有的会使油温超过规定限度，导致油液变质，有的则导致火灾。的则导致火灾。1）液压油污染的危害液压油污染的危害 l降低温度，减小温差，延缓氧化速度，减少蒸发及氧化损失。降低温度，减小温差，延缓氧化速度，减少蒸发及氧化损失。l对于盛装容器，除根据气温变化留出必要的膨胀空间外，尽对于盛装容器，除根据气温变化留出必要的膨胀空间外，尽量

23、装满，达到安全容量，以减少油液蒸发及降低油液氧化速度。量装满，达到安全容量，以减少油液蒸发及降低油液氧化速度。盛装同品种油液的两个或多个容器未装满时，要及时合并。零盛装同品种油液的两个或多个容器未装满时，要及时合并。零星发放使用时，待一个容器的油液发完后，再动用另一个容器星发放使用时，待一个容器的油液发完后，再动用另一个容器l容器孔口应严加密封，防止油液蒸发和污染。容器孔口应严加密封，防止油液蒸发和污染。l注意容器清洗，尽可能做到容器专用。注意容器清洗，尽可能做到容器专用。l加强质量监督，不合格油品不出库。做到加强质量监督，不合格油品不出库。做到“存新发旧、优质存新发旧、优质后用后用”，易变质

24、和变质快的油品先出库。，易变质和变质快的油品先出库。l液压油使用到一定时期后，因其老化变质，性能下降，为保液压油使用到一定时期后，因其老化变质，性能下降，为保证液压系统能正常工作，应更换新油。证液压系统能正常工作，应更换新油。2）液压油污染的控制液压油污染的控制 液压油液的换油周期及常用们几种常用换油方法液压油液的换油周期及常用们几种常用换油方法l定期换油法定期换油法根据主机工况条件、环境条件及液压系统所用根据主机工况条件、环境条件及液压系统所用油品，规定换油周期。油品，规定换油周期。l目测检验换油法目测检验换油法定期从运行的液压系统中抽取油样，经与新定期从运行的液压系统中抽取油样，经与新油对

25、比或滤纸分析，检测其状态变化油对比或滤纸分析，检测其状态变化(如油液变黑、发臭、变成如油液变黑、发臭、变成乳白色等乳白色等)或感觉油已很脏，决定换油。或感觉油已很脏，决定换油。l定期取样化验换油法定期取样化验换油法定期测定一些项目（称为换油指标，如定期测定一些项目（称为换油指标，如黏度、酸值、水分及污染度、腐蚀性黏度、酸值、水分及污染度、腐蚀性)，与规定的油液劣化指标，与规定的油液劣化指标进行比对，一旦一项或几项超过换油指标，就必须换油。进行比对，一旦一项或几项超过换油指标，就必须换油。l换油指标换油指标因主机类型、工作条件及油品不同而异，但定期检因主机类型、工作条件及油品不同而异，但定期检测

26、的项目大同小异。测的项目大同小异。2.2.流体静力学基础流体静力学基础液体静压力及其特性液体静压力及其特性静力学基本方程静力学基本方程压力的表示方法及单位压力的表示方法及单位 帕斯卡原理帕斯卡原理n 作用在大活塞上的负载作用在大活塞上的负载F1形成液体压力形成液体压力 p1=F1/A1 n小活塞上应施加一个推力小活塞上应施加一个推力F2，缸内的压力为，缸内的压力为p2：p2=F2/A2 n根据帕斯卡原理根据帕斯卡原理p1=p2=p，则：则：F1/A1=F2/A2=p即：即：F1=F2 A1/A2 液体作用于固体表面上的力液体作用于固体表面上的力n液体和固体壁面接触时，固体壁面将受液体和固体壁面

27、接触时，固体壁面将受到液体静压力的作用到液体静压力的作用pDDFFdp基本概念基本概念3.3.流体动力学基础流体动力学基础液体的流动状态液体的流动状态雷诺雷诺雷诺实验雷诺实验雷诺实验雷诺实验雷诺实验雷诺实验雷诺数雷诺数非圆直管非圆直管雷诺数：R为水力半径为湿周临界雷诺数ec连续性方程连续性方程伯努利方程伯努利方程n:动能修正系数,为截面上单位时间内流过液体所具有的实际动能，与按截面上平均流速计算的动能之比（层流时=2，紊流时=1）n:单位重量液体所消耗的能量实际液体实际液体的伯努利方程的伯努利方程伯努利方程应用实例伯努利方程应用实例例例例例P122P2hh22n由于流动液体具有粘性，以及流动时

28、突然转弯或通过阀口由于流动液体具有粘性，以及流动时突然转弯或通过阀口会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必然会产生阻力。为会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必然会产生阻力。为了克服阻力，流动液体会损耗一部分能量，这种能量损失了克服阻力，流动液体会损耗一部分能量，这种能量损失可用液体的可用液体的压力损失压力损失来表示。来表示。n压力损失由压力损失由沿程压力损失沿程压力损失和和局部压力损失局部压力损失两部分组成。两部分组成。n液流在管道中流动时的压力损失和液流在管道中流动时的压力损失和液流运动状态液流运动状态有关。有关。液体流动时的压力损失液体流动时的压力损失4.4.管路内压力损失的计算管路内压力损失的

29、计算1）沿程压力）沿程压力损失损失n液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失，称为液体在等直径管中流动时因摩擦而产生的损失，称为沿程压力损失。沿程压力损失。n与管道的长度与管道的长度,内径内径,流速流速,粘度粘度,流动状态有关。流动状态有关。n因液体的流动状态不同沿程压力损失的计算有所区别。因液体的流动状态不同沿程压力损失的计算有所区别。层流时沿程压力损失:这种沿等直径管流动时的压力损失:沿程压力损失系数,其理论值为.当流动液体为液压油时，2）局部压力损失局部压力损失n液体流经管道的阀口、弯管、截面积变化等局部阻力处时，液体流经管道的阀口、弯管、截面积变化等局部阻力处时，由此造成的压力损失称为

30、由此造成的压力损失称为局部压力损失。局部压力损失。p=p+p3）管道系）管道系统中的中的总压力损失压力损失n整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有整个液压系统的总压力损失应为所有沿程压力损失和所有的局部压力损失之和。的局部压力损失之和。薄壁小孔薄壁小孔 薄壁小孔薄壁小孔薄壁小孔薄壁小孔是指小孔的长度和直径之比是指小孔的长度和直径之比l/d0.5的孔。的孔。图图图图 通过薄壁小孔的流体通过薄壁小孔的流体薄壁小孔液流薄壁小孔液流 式中式中 Cv小孔小孔速度系数速度系数，；p小孔前后的压差，小孔前后的压差，。由此得流经小孔的由此得流经小孔的流量流量为为式中式中 A0小孔的截面积；小孔的截

31、面积；Cc截面收缩系数，截面收缩系数，Cc=Ac/A0；Cd流量系数，流量系数，Cd=CcCv。短孔和细长孔短孔和细长孔1）当孔的长度和直径之比）当孔的长度和直径之比0.5l/d4时，称为时，称为短孔。短孔。短孔。短孔。2）当孔的长度和直径之比）当孔的长度和直径之比l/d4时，称为时，称为细长孔细长孔细长孔细长孔式中，液体流经细长孔的式中，液体流经细长孔的流量流量流量流量和和孔前后孔前后孔前后孔前后压差压差压差压差p成正比，而和成正比，而和液体粘度液体粘度液体粘度液体粘度成反比。成反比。因此流量受因此流量受液体温度液体温度液体温度液体温度变化的影响较大。变化的影响较大。这一点和薄壁小孔的特性明

32、显不同。这一点和薄壁小孔的特性明显不同。5.5.液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象l定义：在液压系统中，当突然关闭或开启液流通道时，在定义：在液压系统中，当突然关闭或开启液流通道时，在通道内液体压力发生急剧交替升降的波动过程称为通道内液体压力发生急剧交替升降的波动过程称为液压冲击液压冲击l危害：危害：液压系统中产生液压冲击时，瞬时压力峰值有时比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、顺序封装置、管道和元件的损坏。有时还会使压力继电器、顺序

33、阀等液压元件产生误动作，影响系统的正常工作。因此，在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防止或减小液压冲击。液压系统设计和使用中必须防止或减小液压冲击。产生液压冲击的原因产生液压冲击的原因l当管道内的液体运动时，如某一瞬时将液流通路迅速切断当管道内的液体运动时，如某一瞬时将液流通路迅速切断(如阀门迅速关闭如阀门迅速关闭)，则液体的流速将突然降为零。，则液体的流速将突然降为零。l液压系统中的高速运动部件突然制动时，也可引起液压冲液压系统中的高速运动部件突然制动时，也可引起液压冲击。因运动部件换向或制动时，常用控制阀关闭回油路，使击。因运动部件换向或制动时，

34、常用控制阀关闭回油路，使油液不能继续排出，但由于运动部件的惯性而将继续向前运油液不能继续排出，但由于运动部件的惯性而将继续向前运动，使封闭的油液受到挤压，其压力急剧升高而产生液压冲动，使封闭的油液受到挤压，其压力急剧升高而产生液压冲击。击。l当液压系统中的某些元件反应不灵敏时，也可能造成液当液压系统中的某些元件反应不灵敏时，也可能造成液压冲击。如溢流阀不能在系统压力升高时及时打开，限压式压冲击。如溢流阀不能在系统压力升高时及时打开，限压式变量泵不能在油压升高时自动减少输油量等，都会出现压力变量泵不能在油压升高时自动减少输油量等，都会出现压力超调现象，因而造成液压冲击。超调现象，因而造成液压冲击

35、。冲击压力冲击压力l当管道内的液体运动时，如某一瞬时将液流通路迅速切断当管道内的液体运动时，如某一瞬时将液流通路迅速切断(如阀门迅速关闭如阀门迅速关闭)，则液体的流速将突然降为零。，则液体的流速将突然降为零。l液压系统中的高速运动部件突然制动时，也可引起液压冲液压系统中的高速运动部件突然制动时，也可引起液压冲击。因运动部件换向或制动时，常用控制阀关闭回油路，使击。因运动部件换向或制动时，常用控制阀关闭回油路，使油液不能继续排出，但由于运动部件的惯性而将继续向前运油液不能继续排出，但由于运动部件的惯性而将继续向前运动，使封闭的油液受到挤压，其压力急剧升高而产生液压冲动，使封闭的油液受到挤压，其压

36、力急剧升高而产生液压冲击。击。l当液压系统中的某些元件反应不灵敏时，也可能造成液当液压系统中的某些元件反应不灵敏时，也可能造成液压冲击。如溢流阀不能在系统压力升高时及时打开，限压式压冲击。如溢流阀不能在系统压力升高时及时打开，限压式变量泵不能在油压升高时自动减少输油量等，都会出现压力变量泵不能在油压升高时自动减少输油量等，都会出现压力超调现象，因而造成液压冲击。超调现象，因而造成液压冲击。1.管内液流速度突变引起的液压冲击管内液流速度突变引起的液压冲击图图图图 液流速度突变引起的液压冲击液流速度突变引起的液压冲击设设上图上图上图上图中管道的截面积和长度分别为中管道的截面积和长度分别为A和和l，

37、管道中液体的流，管道中液体的流速为速为v，密度为，密度为，则根据能量守恒定律，则根据能量守恒定律，液体的动能转化成液体的动能转化成液体的动能转化成液体的动能转化成液体的压力能液体的压力能液体的压力能液体的压力能，即，即所以所以式中式中 pmax液压冲击时压力的升高值；液压冲击时压力的升高值；K计及管壁弹性后的液体等效体积模量；计及管壁弹性后的液体等效体积模量；c压力冲击波在管道中的传播速度，即压力冲击波在管道中的传播速度，即压力冲击波在管道中的传播速度可按下式计算压力冲击波在管道中的传播速度可按下式计算式中式中 K液体的体积模量；液体的体积模量；d管道的内径；管道的内径；管道的壁厚；管道的壁厚

38、；E管道材料的弹性模量。管道材料的弹性模量。压力冲击波在管道中液压液内的压力冲击波在管道中液压液内的传播速度传播速度传播速度传播速度c一般在一般在8901420m/s范围内。范围内。如果阀门不是全部关闭，而是部分关闭，使液体的流速如果阀门不是全部关闭，而是部分关闭，使液体的流速v降降到到v，则只要在式（，则只要在式（1-64）中以（）中以（v-v）代替）代替v，便可求得这，便可求得这种情况下的种情况下的压力升高值压力升高值压力升高值压力升高值，即，即一般，依阀门闭时间常把液压冲击分为两种：一般，依阀门闭时间常把液压冲击分为两种：当阀门关闭时间当阀门关闭时间 时，称为时，称为直接液压冲击直接液压

39、冲击直接液压冲击直接液压冲击（又称（又称完全冲击完全冲击完全冲击完全冲击）。）。当阀门关闭时间当阀门关闭时间 ，称为称为间接液压冲击间接液压冲击间接液压冲击间接液压冲击（又称（又称不完全冲击不完全冲击不完全冲击不完全冲击）。）。此时压力升高值比直接冲击时小此时压力升高值比直接冲击时小此时压力升高值比直接冲击时小此时压力升高值比直接冲击时小。2.运动部件制动引起的液压冲击运动部件制动引起的液压冲击 运动部件制动引起的液压冲击运动部件制动引起的液压冲击设运动部件在制动时的设运动部件在制动时的减速时间减速时间减速时间减速时间为为t，速度的减小值速度的减小值速度的减小值速度的减小值为为v，则根据则根据

40、动量定律动量定律动量定律动量定律可近似地求得可近似地求得左腔内的冲击压力左腔内的冲击压力左腔内的冲击压力左腔内的冲击压力 p p，由于，由于故有故有式中式中 m运动部件（包括活塞和负载）的总质量；运动部件（包括活塞和负载）的总质量；A液压缸的有效工作面积；液压缸的有效工作面积；t运动部件制动时间；运动部件制动时间；v运动部件速度的变化值，运动部件速度的变化值，v=v-v；v运动部件制动前的速度；运动部件制动前的速度；v运动部件经过运动部件经过t 时间后的速度。时间后的速度。上式的计算忽略了上式的计算忽略了阻尼阻尼阻尼阻尼、泄漏泄漏泄漏泄漏等因素，其值比实际的要大些，等因素，其值比实际的要大些，

41、因而是偏安全的。因而是偏安全的。l尽可能延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。在液压传尽可能延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。在液压传动系统中采用换向时间可调的换向阀就可做到这一点。动系统中采用换向时间可调的换向阀就可做到这一点。l正确设计阀口，限制管道流速，使运动部件制动时速度变化正确设计阀口，限制管道流速，使运动部件制动时速度变化比较均匀。比较均匀。l在精度要求不高的工作机械上，使液压缸两腔油路在换向阀在精度要求不高的工作机械上，使液压缸两腔油路在换向阀回到中位时瞬时互通。回到中位时瞬时互通。l适当加大管道直径，尽量缩短管道长度。加大管道直径不仅适当加大管道直径，尽量缩短管道长度。加大

42、管道直径不仅可以降低流速，而且可以减小压力冲击波速度可以降低流速，而且可以减小压力冲击波速度c值；缩短管道值；缩短管道长度的目的是减小压力冲击波的传播时间长度的目的是减小压力冲击波的传播时间tc；必要时，还可；必要时，还可在冲击区附近设置卸荷阀和安装蓄能器等缓冲装置来达到此目在冲击区附近设置卸荷阀和安装蓄能器等缓冲装置来达到此目的。的。l采用软管，增加系统的弹性，以减少压力冲击。采用软管，增加系统的弹性，以减少压力冲击。l在容易发生液压冲击的地方，设置卸荷阀或蓄能器。蓄能器在容易发生液压冲击的地方，设置卸荷阀或蓄能器。蓄能器不仅缩短了压力波传波的距离，减小了压力冲击波在管中往复不仅缩短了压力波

43、传波的距离，减小了压力冲击波在管中往复一次的时间为一次的时间为tc，还能吸收冲击压力。，还能吸收冲击压力。减小液压冲击的措施减小液压冲击的措施 气穴现象气穴现象液压系统中，某点压力低于液压油液所在液压系统中，某点压力低于液压油液所在温度下的空气分离压时，原先溶于液体中的空气会分离出温度下的空气分离压时，原先溶于液体中的空气会分离出来，使液体产生大量的气泡，这种现象称为气穴现象。当来，使液体产生大量的气泡，这种现象称为气穴现象。当压力进一步减小低于液体的饱和蒸汽压时，液体将迅速汽压力进一步减小低于液体的饱和蒸汽压时，液体将迅速汽化，产生大量蒸汽气泡使气穴现象更加严重。气穴现象多化，产生大量蒸汽气

44、泡使气穴现象更加严重。气穴现象多发生在阀口和泵的吸油口。发生在阀口和泵的吸油口。气穴现象的危害气穴现象的危害 大量气泡使液流的流动特性变坏，造大量气泡使液流的流动特性变坏，造成流量和压力不稳定；气泡进入高压区，高压会使气泡迅成流量和压力不稳定；气泡进入高压区，高压会使气泡迅速崩溃，使局部产生非常高的温度和冲击压力，引起振动速崩溃，使局部产生非常高的温度和冲击压力，引起振动和噪声；当附着在金属表面的气泡破灭时，局部产生的高和噪声；当附着在金属表面的气泡破灭时，局部产生的高温和高压会使金属表面疲劳，时间一长会造成金属表面的温和高压会使金属表面疲劳，时间一长会造成金属表面的侵蚀、剥落，甚至出现海绵状

45、的小洞穴，这种气蚀作用会侵蚀、剥落，甚至出现海绵状的小洞穴，这种气蚀作用会缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。缩短元件的使用寿命，严重时会造成故障。气穴现象气穴现象减小气穴的措施减小气穴的措施 在液压系统中，哪里压力低于空气分离压，那里就会产生在液压系统中，哪里压力低于空气分离压，那里就会产生气气气气穴现象穴现象穴现象穴现象。为了防止气穴现象的发生，最根本的一条是。为了防止气穴现象的发生，最根本的一条是避免液避免液避免液避免液压系统中的压力过分降低压系统中的压力过分降低压系统中的压力过分降低压系统中的压力过分降低。具体措施有：。具体措施有：1 1 1 1）减小阀孔口前后的压差，一般希望其压力比减小阀孔口前后的压差，一般希望其压力比p1/p23.5。2 2）正确设计和使用液压泵站。正确设计和使用液压泵站。3 3 3 3）液压系统各元部件的连接处要密封可靠，严防空气侵入。液压系统各元部件的连接处要密封可靠，严防空气侵入。4 4 4 4）采用抗腐蚀能力强的金属材料，提高零件的机械强度，减采用抗腐蚀能力强的金属材料，提高零件的机械强度，减小零件表面粗糙度值。小零件表面粗糙度值。