液压传动工作介质选用

1、【本章要点】能正确选择、使用液压油。能计算液压系统的压力损失的大小。【知识目标】掌握液压油的物理性质和选用原则。掌握液体静力学基础知识。掌握液体动力学基础知识。了解液压冲击与气穴现象。任务一：选用液压油任务二：液压传动中的压力和流量任务三：液压冲击和气穴现象 液压油是液压系统的工作介质，其主要作用是完成能量的转换和传递，还兼有润滑、密封、冷却、防锈等功能，因此液压油的质量（物理、化学性能）的优劣，尤其是力学性能对液压系统的工作的影响很大。所以，在研究液压系统之前，必须对所用的液压油的性能进行深入了解，以便进一步理解液压传动的基本原理。1. .油液的密度油液的密度 液体单位体积内的质量称为密度，

2、通常用 “”表示，单位为kg/m3。 =m/v 式中：m液体质量，kg； v液体体积，m3 。 我国采用油温为20时的油压密度为液压油的标准密度，工程机械常用的液压油密度为20 =880Kg/M3。2. .压缩性和热膨涨性压缩性和热膨涨性 液体的压缩性是指液体受压力作用后体积减小的性质。 液体的热膨胀性是指在液体因温度升高而体积增大的性质。3. .液体的粘度液体的粘度 液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力会阻碍分子间的相对运动而产生一种内摩擦力。这一特性称作液体的粘性。粘性的大小用粘度表示，粘性是液体重要的物理特性，也是选择液压油的主要依据。粘性使流动液体内部各液层间的速度不等。3. .液体

3、的粘度液体的粘度 油液的黏度直接影响液压系统的正常工作、效率和灵敏性，在机械系统中所用的油液主要是根据黏度来选择的。3. .液体的粘度液体的粘度 黏度的表示方法有三种，即动力黏度、运动黏度和相对黏度。1）动力黏度 2）运动黏度3）相对黏度绝对黏度动力黏度动力黏度 在流体中取两面积各为1m2，相距1m，相对移动速度为1m/s时所产生的阻力称为动力粘度。单位Pa.s（帕.秒）。过去使用的动力粘度单位为泊或厘泊。相对黏度相对黏度 相对黏度又称为条件黏度，是液体黏度与水的黏度比较的相对值所表示的黏度。因测定的方法不同，各国采用的相对黏度也不同，中国、德国和俄罗斯用恩式黏度（E），英国采用雷式黏度（R1

4、S），美国采用赛式黏度（SUS），法国采用巴氏黏度（B）。恩式黏度恩式黏度 恩式黏度用恩式黏度计测定，即将200ml被测液体装入底部有2.8mm的小孔的容器中，在某一特定温度下，测定液体在自重作用下流过小孔所需要的时间t1，和同体积的蒸馏水在20C时流过同一小孔所需要的时间t2之比值，便是该液体在该温度下的恩式黏度。油液黏度与压力和温度的关系 油液的黏度随压力和温度的变化有所不同，随着压力的增大，分子间距离将减小，内摩擦力增大，因此黏度会随之增大。 油液的黏度对温度的变化十分敏感，当油液的温度升高时，其黏度显著降低。油液黏度随温度变化的性质叫做黏温特性。油液黏度的变化直接影响液压系统的工作性能

5、和泄漏量。几种国产液压油的黏温特性曲线如图所示。4. .其他性质其他性质（1）闪点和燃点（2）流动点和凝点 (3) 酸值（4）腐蚀（5）化学稳定性和热稳定性 略 液压油是否清洁，不仅影响液压系统的工作性能和液压元件的使用寿命，而且直接关系到液压系统是否能正常工作。液压系统多数故障与液压油受到污染有关，因此控制液压油的污染是十分重要的。1. .液压油被污染的原因液压油被污染的原因 液压油被污染的原因主要有以下几方面。 (1)液压系统的管道及液压元件内的型砂、切屑、磨料、焊渣、锈片、灰尘等污垢在系统使用前冲洗时未被洗干净，在液压系统工作时，这些污垢就进入到液压油里。 (2)外界的灰尘、砂粒等，在液

6、压系统工作过程中通过往复伸缩的活塞杆，流回油箱的漏油等进入液压油里。另外在检修时，稍不注意也会使灰尘、棉绒等进入液压油里。 (3)液压系统本身也不断地产生污垢，而直接进入液压油里，如金属和密封材料的磨损颗粒，过滤材料脱落的颗粒或纤维及油液因油温升高氧化变质而生成的胶状物等。2. .油液污染的危害油液污染的危害 液压油污染严重时，直接影响液压系统的工作性能，使液压系统经常发生故障，使液压元件寿命缩短。造成这些危害的原因主要是污垢中的颗粒。对于液压元件来说，由于这些固体颗粒进入到元件里，会使元件的滑动部分磨损加剧，并可能堵塞液压元件里的节流孔、阻尼孔，或使阀芯卡死，从而造成液压系统的故障。水分和空

7、气的混入使液压油的润滑能力降低并使它加速氧化变质，产生气蚀，使液压元件加速腐蚀，使液压系统出现振动、爬行等。3.防止污染的措施防止污染的措施 为防止油液污染，在实际工作中应采取如下措施： （1）使液压油在使用前保持清洁。 (2)使液压系统在装配后、运转前保持清洁。 (3)使液压油在工作中保持清洁。 (4)采用合适的滤油器。 (5)定期更换液压油。 (6)控制液压油的工作温度。1、液体静压力垂直于承压面，其方向和该面的法线方向一致。2、静止液体内任一点所受的压力在各个方向上都相等，如果某一点受到的压力在某个方向上不相等，那么液体就会流动。 液压系统中的压力就是指压强，液体压力通常有绝对压力、相对

8、压力(表压力)、真空度三种表示方法。 以绝对零压力为基准所表示的压力称之为绝对压力；以当地大气压为基准所表示的压力为相对压力。绝大多数测压仪表因其外部均受大气压力作用，所以仪表指示的压力为相对压力，故相对压力又称表压力。(1)绝对压力大气压力+相对压力(2)真空度大气压力-绝对压力 盛放在密闭容器内的液体，其外加压力P0发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任意一点的压力均将发生同样大小的变化。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。 帕斯卡在1648年表演了一个著名的实验：他用一个密闭的装满水的桶，在桶盖上插入一根细长的管子，从楼房的阳台上向细

9、管子里灌水。结果只用了几杯水，就把桶压裂了，桶里的水就从裂缝中流了出来。 这就是著名的帕斯卡裂桶实验。 如果垂直液压缸的活塞上没有负载，即F1=0，则当略去活塞重量及其他阻力时，不论怎样推动水平液压缸的活塞也不能在液体中形成压力。这说明液压系统中的压力是由外界负载决定的，这是液压传动的一个基本概念。 在液压传动系统中，液压油总是在不断的流动中，因此要研究液体在外力作用下的运动规律及作用在流体上的力及这些力和流体运动特性之间的关系。1）理想液体 既具有黏性又可压缩的液体称为实际液体。理想液体就是指没有黏性、不可压缩的液体。2）恒定流量 液体流动时，液体中任意点处的压力、流速和密度都不随时间而变化

10、，称为恒定流动。反之，流体的运动参数中，只要有一个运动参数随时间而变化，液体的运动就是非定常流动或非恒定流动。【例】 某液压系统，两液压缸串联，缸1的活塞是主运动，缸2的活塞对外克服负载（从动运动），如图所示。已知小活塞大面积A1=14cm2，小活塞大面积A2=40cm2，连接两液压缸管路的流量 ，试求两液压缸运动速度及速比。说明：流速和通流截面的面积成反比 能量守恒是自然界的客观规律，流动液体也遵守能量守恒定律，这个规律是用伯努利方程的数学形式来表达的。伯努利方程是一个能量方程。上式适用的条件如下。（1）稳定流动的不可压缩液体，即密度为常数。（2）液体所受质量力只有重力，忽略惯性力的影响。（

11、3）所选择的两个通流截面必须在同一个连续流动的流场中是渐变流（即流线近于平行线，有效截面近于平面）。而不考虑两截面间的流动状况（4）流体为理想流体。对伯努利方程可作如下的理解。（1）伯努利方程式是一个能量方程式，它表明在空间各相应通流断面处流通液体的能量守恒规律。（2）理想液体的伯努利方程只适用于重力作用下的理想液体作恒定流动的情况。（3）任一微小流束都对应一个确定的伯努利方程式，即对于不同的微小流束，它们的常量值不同。伯努利方程的物理意义为：在密封管道内作定常流动的理想液体在任意一个通流断面上具有三种形成的能量，即压力能、势能和动能。三种能量的总合是一个恒定的常量，而且三种能量之间是可以相互

12、转换的，即在不同的通流断面上，同一种能量的值会是不同的，但各断面上的总能量值都是相同的。 液体在管路中流动时会产生能量损失，即压力损失。这种能量损失转变为热量，使液压系统温度升高，泄漏量增加，效率下降和液压系统性能变坏。 在液压技术中，研究阻力的目的是：为了正确计算液压系统中的阻力；为了找出减少流动阻力的途径；为了利用阻力所形成的压差 p来控制某些液压元件的动作。 19世纪末，雷诺首先通过试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。1.层流和紊流 层流和紊流是两种不同性质的流态。层流时，液体流速较低，质点受黏性制约，不能随意运动，黏性力起主导作用；紊流时液体流速较高，黏

13、性的制约作用减弱，惯性力其主要作用。雷诺数 液体在直管中流动时的压力损失是由液体流动时的摩擦引起的，称之为沿程压力损失。它主要取决于管路的长度、内径、液体的流速和粘度等。液体的流态不同，沿程压力损失也不同。液体在圆管中层流流动在液压传动中最为常见，因此，在设计液压系统时，常希望管道中的液流保持层流流动的状态。液体在等径直管中流动时多数情况下为层流。 局部压力损失是液体流经阀口、弯管、通流截面变化等时，产生的能量损失称为局部压力损失。液流通过这些地方时，由于液流方向和速度均发生变化，形成旋涡（见图2.18），使液体的质点间相互撞击和摩擦，从而产生较大的能量损耗。 液压系统中管路通常由若干段管道串

14、联而成。其中每一段又串联一些诸如弯头、控制阀、管接头等形成局部阻力的装置，因此管路系统总的压力损失等于所有直管中的沿程压力损失及所有局部压力损失 之和。减少压力损失的措施： 减少流速、缩短管路长度、减少管路的突变，提高管壁加工质量等，都可以使压力损失减少。在这些因素中，流速的影响最大，特别是局部压力损失与速度的平方成比例关系。故在液压传动系统中，管路的流速不应过高。但流速过低，又会使管路及阀类元件的尺寸加大，造成成本增高，有时在结构上也不允许。1、 液压冲击液压冲击 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。 液压冲击产生的压力峰值往往比正

15、常工作压力高好几倍，且常伴有噪声和振动，从而损坏液压元件、密封装置、管件等。1.液压冲击的类型 （1）液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流速度的大小或方向突然变化时，由于液流的惯力引起的液压冲击。（2）运动着的工作部件突然制动或换向时，因工作部件的惯性引起的液压冲击。（3）某些液压元件动作失灵或不灵敏，使系统压力升高而引起的液压冲击。2. 产生原因(1)阀门突然关闭引起液压冲击。(2)运动部件突然制动或换向时引起液压冲击。3. 减少液压冲击措施 液压冲击的危害是很大的。发生液压冲击时管路中的冲击压力往往急增很多倍，而使按工作压力设计的管道破裂。此外，所产生的液压冲击波会引起液压系统的振动和冲击

16、噪声。因此在液压系统设计时要考虑这些因素，应当尽量减少液压冲击的影响。为此，一般可采用如下措施。(1)缓慢关闭阀门，削减冲击波的强度。(2)在阀门前设置蓄能器，以减小冲击波传播的距离。(3)应将管中流速限制在适当范围内，或采用橡胶软管，也可以减小液压冲击。(4)在系统中装置安全阀，可起卸载作用。2 2、空穴、空穴( (气穴气穴) )现象现象 在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压力而产生气泡的现象，称为气穴现象气穴现象。 管道中发生空穴现象时，气泡随着液流进入高压区时，体积急剧缩小，气泡又凝结成液体，形成局部真空，周围液体质点以极大速度来填补这一空间，使气泡凝结处瞬间局部压力可高达数百帕，温度可达近千度。在气泡凝结附近壁面，因反复受到液压冲击与高温作用，以及油液中逸出气体具有较强的酸化作用，使金属表面产生腐蚀。因空穴产生的腐蚀，一般称为气蚀。泵吸入管路连接、密封不严使空气进入管道，回油管高出油面使空气冲入油中而被泵吸油管吸入油路以及泵吸油管道阻力过大，流速过高均是造成空穴的原因。1、空穴造成的危害性 空穴造成的危害性表现在以下几个方面： (1)影响运动平稳性（设