液压与气压传动技术 课件 项目1.3 液压流体力学的应用

液压与气压传动技术液压流体力学的应用授课导航液体的力学知识及其应用

液压冲击和空穴现象的危害与措施

液体的力学知识液体静力学基本方程的物理意义：1）静止液体内任一点处的压力由液面上的压力和液柱的重力所产生的压力两部分组成。2）静止液体内部的压力随液体深度的增加而线性地增加。3）距液面深度相同的各点压力相等。由压力相等的点组成的面称为等压面。重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。

一、液体静力学基本方程及其物理意义液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义1.流量连续性方程流量连续性方程是用于分析研究流动液体内流速、通流面积以及流量三者之间关系的方程。

流量连续性方程的物理意义：流量连续性方程的物理意义是液体在单位时间内流过各通流截面的液体体积相等。它表明液体在管路内做稳定流动时，单位时间内流过任何通流截面的液体体积都是相等的。它是液体流动的质量守恒方程。流量一定时，液体的流速与通流面积成反比，孔径小则流速快；通流面积一定时，流量大则流速就快。故，调节输入液压缸的流量可调节液压缸运动速度。液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义2.液体的伯努利方程伯努利方程是根据能量守恒定律推导出的流体力学的一种表达形式，它是用于分析研究液体流动过程中压力与流速之间转换规律的方程。（1）理想液体的伯努利方程是将液体作为既无粘性又无可压缩性的理想液体推导出的流动液体能量守恒方程。

液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义2.液体的伯努利方程理想液体伯努利方程的物理意义是：在密闭管道内作恒定流动的理想液体具有三种形式的能量（压力能、位能、动能），在沿管道流动过程中三种能量之间可以互相转化，但在任一截面处，三种能量的总和为一常量。上式是单位体积液体的能量守恒方程。

（2）实际液体的伯努利方程液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义

（2）实际液体的伯努利方程

通过伯努利方程可以计算液压泵吸油口处的真空度、分析液压泵的工作性能。一般情况下，由于液体的密度较小，液体位能在总能量中占据很小的比重，在利用伯努利方程定性分析时，为简化分析计算过程，即使管道不是水平放置的，也往往忽略液体的位置高度变化所产生的能量变化，而只考虑压力能和动能的变化。液体的力学知识二、液体动力学方程的物理意义思考图示液压泵吸油高度是如何影响液压泵工作性能的？

液压泵吸油过程中实际液体的伯努利方程：液体的力学知识三、液体流动时的压力损失液体在管路系统中流动时，因粘性等原因会产生能量损耗，表现为压力降低，把这种损失称为压力损失。1.沿程压力损失液体流经直径不变的直管时，因粘性摩擦而产生的压力损失称为沿程压力损失。2.局部压力损失液体流经局部阻力（阀口、管路分支、弯头、突变截面等）时，因流速和流向突变而产生的压力损失称为局部压力损失,

3.管路系统的总压力损失管路系统的总压力损失为所有沿程压力损失和所有局部压力损失之和液体的力学知识三、液体流动时的压力损失

为便于安装与维修，液压泵大多安装在油箱液面以上，依靠泵进口处形成的真空度来吸油。为使真空度不致过大，应尽可能减小吸油管压力损失，减小液压泵安装高度、增大吸油管直径、减少吸油管路长度和弯头都可以减小吸油管路的压力损失，使液压泵容易吸油。压力损失的产生与多方面因素有关，管道直径越小、管道越长、管道内壁越粗糙、液体流速越快以及液体粘性越大时，压力损失就越大；另外，为了减少压力损失，还应尽量减少弯管、分支或管路通流截面的突然变化。液体的力学知识四、液体流经小孔及间隙的流量的影响因素

2.节流口的堵塞和最小稳定流量（1）孔口形状对流量稳定性的影响节流口的形状不同，抗堵塞的性能就不同（2）节流口的堵塞节流口堵塞是指节流口处流量出现时断时续，甚至断流这种现象。节流口堵塞的原因主要有油液中的杂质及氧化析出的污染物堆积，节流缝隙的金属表面形成的边界吸附作用，压力差过大加剧节流缝隙处的吸附。1.小孔的流量特性和影响节流口流量稳定性的因素（1）负载变化对流量稳定性的影响（2）油温变化对流量稳定性的影响液体的力学知识四、液体流经小孔及间隙的流量的影响因素

2.节流口的堵塞和最小稳定流量（3）减轻节流口堵塞现象的措施选择薄刃节流口，精密过滤并定期更换液压油，合理选择节流口前后的压力差，选用抗氧化稳定性好的油液，减小节流口的表面粗糙度值等。（4）节流口的最小稳定流量1）定义节流口的最小稳定流量是指不发生节流小孔堵塞现象的最小流量。这个值越小，说明节流口的通流性越好，系统可获得的最低速度越低，阀的调速范围越大。2）选择依据节流口最小稳定流量必须满足系统最低速度的要求。只有节流口最小稳定流量小于系统以最低速度运行所需要的流量值，才能保证系统在低速工作时速度的稳定性。液体的力学知识四、液体流经小孔及间隙的流量的影响因素

小知识：有些液压系统的执行元件在低速下运行时可能产生爬行现象，严重影响工作质量，爬行的本质是一种振动，它与负载变化、环境温度变化、液压弹簧效应、流量不稳定等因素有关，其中最小供油量的稳定性对执行元件是否产生爬行、运动是否保持平稳起着很大的作用。

液体的力学知识四、液体流经小孔及间隙的流量的影响因素

2）液体流经细长孔的流量

3）液体流经短孔的流量

短孔是介于细长小孔和薄壁孔之间的孔，短孔的流量也可用薄壁孔的流量公式计算，但流量系数Cq不同，一般取Cq=0.82。总结：流经薄壁小孔的流量只与小孔前后的压差∆pT的平方根以及小孔的面积𝐴𝑇成正比，与粘度无关，因此流经薄壁小孔的流量受温度和粘度的影响小，不易堵塞，流量稳定，节流阀的节流口常采用薄壁小孔类型；细长小孔的流量与动力粘度μ成反比，流量受油温变化的影响较大，细长小孔常用作控制阀的阻尼孔；短孔制造要比薄壁小孔容易得多，常用作固定节流器。液压冲击和气穴现象的危害与措施一、液压冲击的危害及措施

在液压系统中，由于某种原因而引起油液的压力在瞬间急剧增高到某一峰值，这种现象称为液压冲击。1.造成液压冲击的主要原因油路突然关闭或换向时液流速度的急剧变化、高速运动的工作部件突然停止时的惯性力和某些液压元件的反应动作不灵敏等，都是造成液压冲击的原因。高压、大流量的系统更易出现液压冲击。2.液压冲击的危害产生液压冲击时，系统中的压力瞬间达到正常压力的好几倍，会导致系统的振动与噪声、管路或液压元件的损坏，甚至还会引起某些接收压力信号而动作的液压元件（如压力继电器）产生误动作，影响系统的正常工作、缩短系统的使用寿命。液压冲击和气穴现象的危害与措施一、液压冲击的危害及措施

3.减小液压冲击的措施根据液压冲击产生的机理，运用伯努利方程可知，避免液流速度急剧变化，延缓速度变化的时间，通过防止动能在瞬间转化成压力能，可以有效地防止液压冲击。常采用的办法有这样几种，适当加大管道直径以限制管道内液体的流速，限制执行元件运动速度不宜过快、延缓阀门动作时间，采用橡胶软管或在阀门前设置蓄能器吸收压力冲击。液压冲击和气穴现象的危害与措施二、气穴现象的危害及措施

在液压系统中，如果某处压力低于空气分离压时（如液压泵的吸油区域），原来溶解于油液中的空气就会游离出来形成气泡，这些气泡夹杂在油液中形成气穴，当压力进一步减小直至低于液体的饱和蒸气压时，液体就会迅速汽化形成大量气泡，这种现象称为气穴现象，也称空穴现象。气穴现象使液流呈不连续状态。1.造成气穴现象的主要原因造成气穴现象的主要原因是液压泵吸油口真空度过大和油液流经狭窄的阀口及缝隙引起压力降过大。液压冲击和气穴现象的危害与措施二、气穴现象的危害及措施

2.气穴现象的危害液体中的气泡随着液流运动到压力较高的区域时，气泡在较高压力作用下迅速破裂，从而引起局部液压冲击，造成噪音和振动；另外，由于气泡破坏了液流的连续性，造成流量和压力的波动，使液压元件承受冲击载荷，因此影响了其使用寿命，甚至还会出现液压元件的气蚀和液压缸低速爬行等现象。气泡中的高温氧气腐蚀金属元件表面这种因气穴现象而造成的腐蚀叫气蚀。气蚀现象是液压系统产生各种故障的原因之一，特别在高速、高压的液压设备中更应注意这一点。液压冲击和气穴现象的危害与措施二、气穴现象的危害及措施

3.减小气穴现象的措施

气穴现象主要发生在液压泵的吸油口，所以应注意液压泵的吸油口真空度不能过大。需要控制液压泵的吸油高度不能过大、吸油管径不能过小、泵轴转速不能太高、管路密封要好防止吸气，还有流经节流小孔的压力降不能过大，小孔前后压力比应小于3.5。减少故障发生率需注意的事项：