小孔和間隙的流量.ppt

,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),Part2.6.4壓力損失,實(shí)際液體是有粘性的，所以流動(dòng)時(shí)粘性阻力要損耗一定能量，這種能量損耗表現(xiàn)為壓力損失。損耗的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，使液壓系統(tǒng)溫度升高，甚至性能變差。因此在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮盡量減小壓力損失。,液體在流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失分兩種：沿程壓力損失和局部壓力損失。沿程壓力損失：液體在等徑直管內(nèi)流動(dòng)時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的壓力損失。局部壓力損失：液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、閥口以及突然變化的截面等處時(shí)，因流速或流向發(fā)生急劇變化而在局部區(qū)域產(chǎn)生流動(dòng)阻力所造成的壓力損失。,由圓管層流的流量公式(2-82）可求得，即為沿程壓力損失,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),1.沿程壓力損失,(2-86）,將代入上式并整理后得,(2-87）,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),液體在直管中作湍流流動(dòng)時(shí)，其沿程壓力損失的計(jì)算公式與層流時(shí)相同，即仍為,式中液體的密度；沿程阻力系數(shù)，理論值?？紤]到實(shí)際流動(dòng)時(shí)還存在溫度變化等問(wèn)題，因此液體在金屬管道中流動(dòng)時(shí)宜取，在橡膠軟管中流動(dòng)時(shí)則取。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),不過(guò)式中的沿程阻力系數(shù)有所不同。由于湍流時(shí)管壁附近有一層層流邊界層，它在Re較低時(shí)厚度較大，把管壁的表面精糙度掩蓋住，使之不影響液體的流動(dòng)，像讓液體流過(guò)一根光滑管一樣（稱為水力光滑管）。這時(shí)的僅和Re有關(guān)，和表面粗糙度無(wú)關(guān)，即=f(Re)。當(dāng)Re增大時(shí)，層流邊界層厚度減薄。當(dāng)它小于管壁表面粗糙度時(shí)，管壁表面粗糙度就突出在層流邊界層之外（稱為水力粗糙管），對(duì)液體的壓力損失產(chǎn)生影響。這時(shí)的將與Re以及管壁的相對(duì)表面粗糙度/d（為管壁的絕對(duì)表面粗糙度，d為管子內(nèi)徑）有關(guān)，即=f(Re，/d)。當(dāng)管流的Re再進(jìn)一步增大時(shí)，將僅與相對(duì)表面粗糙度/d有關(guān)，即=f(/d)，這時(shí)就稱管流進(jìn)入了它的阻力平方區(qū)。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),圓管的沿程阻力系數(shù)的計(jì)算公式列于表118中。,表1-18圓管的沿程阻力系數(shù)的計(jì)算公式,管壁絕對(duì)表面粗糙度的值，在粗估時(shí)，鋼管取0.04mm，銅管取0.00150.01mm，鋁管取0.00150.06mm，橡膠軟管取0.03mm，鑄鐵管取0.25mm。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),2.局部壓力損失,局部壓力損失p與液流的動(dòng)能直接有關(guān)，一般可按下式計(jì)算,(2-88）,式中液體的密度；v液體的平均流速；局部阻力系數(shù)。由于液體流經(jīng)局部阻力區(qū)域的流動(dòng)情況非常復(fù)雜，所以的值僅在個(gè)別場(chǎng)合可用理論求得，一般都必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。的具體數(shù)值可從有關(guān)手冊(cè)查到。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),3.液壓系統(tǒng)管路的總壓力損失,液壓系統(tǒng)的管路一般由若干段管道和一些閥、過(guò)濾器、管接頭、彎頭等組成，因此管路總的壓力損失就等于所有直管中的沿程壓力損失p和所有這些元件的局部壓力損失p之總和，即,(2-89）,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),必須指出，上式僅在兩相鄰局部壓力損失之間的距離大于管道內(nèi)徑1020倍時(shí)才是正確的。因?yàn)橐毫鹘?jīng)過(guò)局部阻力區(qū)域后受到很大的干擾，要經(jīng)過(guò)一段距離才能穩(wěn)定下來(lái)。如果距離太短，液流還未穩(wěn)定就又要經(jīng)歷后一個(gè)局部阻力，它所受到的擾動(dòng)將更為嚴(yán)重，這時(shí)的阻力系數(shù)可能會(huì)比正常值大好幾倍。,通常情況下，液壓系統(tǒng)的管路并不長(zhǎng)，所以沿程壓力損失比較小，而閥等元件的局部壓力損失卻較大。因此管路總的壓力損失一般以局部損失為主。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),對(duì)于閥和過(guò)濾器等液壓元件往往并不應(yīng)用式(2-88）來(lái)計(jì)算其局部壓力損失，因?yàn)橐毫髑闆r比較復(fù)雜，難以計(jì)算。它們的壓力損失數(shù)值可從產(chǎn)品樣本提供的曲線中直接查到。但是有的產(chǎn)品樣本提供的是元件在額定流量qr下的壓力損失pr。當(dāng)實(shí)際通過(guò)的流量q不等于額定流量qr時(shí)，可依據(jù)局部壓力損失p與速度v2成正比的關(guān)系按下式計(jì)算,(2-90）,Back,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),Part2.7孔口流動(dòng),小孔在液壓傳動(dòng)中的應(yīng)用十分廣泛。本節(jié)將分析流體經(jīng)過(guò)薄壁小孔、短孔和細(xì)長(zhǎng)孔等小孔的流動(dòng)情況，并推導(dǎo)出相應(yīng)的流量公式，這些是以后學(xué)習(xí)節(jié)流調(diào)速和伺服系統(tǒng)工作原理的理論基礎(chǔ)。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),Part2.7.1薄壁小孔,薄壁小孔是指小孔的長(zhǎng)度和直徑之比l/d0.5的孔，一般孔口邊緣做成刃口形式如圖126所示。各種結(jié)構(gòu)形式的閥口就是薄壁小孔的實(shí)際例子。,圖1-26通過(guò)薄壁小孔的流體,當(dāng)流體流經(jīng)薄壁小孔時(shí)，由于流體的慣性作用，使通過(guò)小孔后的流體形成一個(gè)收縮截面Ac（見(jiàn)圖126），然后再擴(kuò)大，這一收縮和擴(kuò)大過(guò)程便產(chǎn)生了局部能量損失。當(dāng)管道直徑與小孔直徑之比d/d07時(shí)，流體的收縮作用不受孔前管道內(nèi)壁的影響，這時(shí)稱流體完全收縮；當(dāng)d/d07時(shí)，孔前管道內(nèi)壁對(duì)流體進(jìn)入小孔有導(dǎo)向作用，這時(shí)稱流體不完全收縮。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),列出圖126中截面11和22的能量方程，并設(shè)動(dòng)能修正系數(shù)=1，有,式中，h為流體流經(jīng)小孔的局部能量損失，它包括兩部分：流體流經(jīng)截面突然縮小時(shí)的h1和突然擴(kuò)大時(shí)的h2。,由前知,經(jīng)查手冊(cè)得,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),由于Ac<<A2，所以,將上式代入能量方程，并注意到A1=A2時(shí)，v1=v2，則得,(2-91）,式中Cv小孔速度系數(shù)，；p小孔前后的壓差，。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),由此得流經(jīng)小孔的流量為,(2-92）,式中A0小孔的截面積；Cc截面收縮系數(shù)，Cc=Ac/A0；Cd流量系數(shù)，Cd=CcCv。,液體流經(jīng)薄壁小孔的收縮系數(shù)Cc可從圖1-27中查得。,圖1-27液體的收縮系數(shù),high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),氣體流經(jīng)節(jié)流孔的收縮系數(shù)Cc由圖1-28查出。,圖1-28氣體流經(jīng)節(jié)流孔的收縮系數(shù),液體的流量系數(shù)Cd的值由實(shí)驗(yàn)確定。在液流完全收縮的情況下，當(dāng)Re=8005000時(shí)，Cd可按下式計(jì)算,(2-93）,當(dāng)Re105時(shí)，Cd可以認(rèn)為是不變的常數(shù)，計(jì)算時(shí)取平均值Cd=0.600.61。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),在液流不完全收縮時(shí)，流量系數(shù)Cd可增大至0.70.8，具體數(shù)值見(jiàn)表1-19。當(dāng)小孔不是刃口形式而是帶棱邊或小倒角的孔時(shí)，Cd值將更大。,表1-19不完全收縮時(shí)液體流量系數(shù)Cd的值,氣體的流量系數(shù)一般取Cd=0.620.64。,由式(2-92）可知，流經(jīng)薄壁小孔的流量q與小孔前后的壓差p的平方根以及小孔面積A0成正比，而與粘度無(wú)關(guān)。由于薄壁小孔具有沿程壓力損失小、通過(guò)小孔的流量對(duì)工作介質(zhì)溫度的變化不敏感等特性，所以常被用作調(diào)節(jié)流量的器件。正因?yàn)槿绱?，在液壓傳?dòng)中，常采用一些與薄壁小孔流動(dòng)特性相近的閥口作為可調(diào)節(jié)孔口，如錐閥、滑閥、噴嘴擋板閥等。流體流過(guò)這些閥口的流量公式仍滿足式(2-92），但其流量系數(shù)Cd則隨著孔口形式的不同而有較大的區(qū)別，在精確控制中尤其要進(jìn)行認(rèn)真的分析。詳細(xì)內(nèi)容可參考附錄A。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),Part2.7.2短孔和細(xì)長(zhǎng)孔,當(dāng)孔的長(zhǎng)度和直徑之比0.5<l/d4時(shí)，稱為短孔，短孔加工比薄壁小孔容易，因此特別適合于作固定節(jié)流器使用。,短孔的流量公式依然是式(2-92），但其流量系數(shù)Cd應(yīng)由圖1-29查出。由圖中可知，當(dāng)Re2000時(shí)，Cd基本保持在0.8左右。,圖1-29液體流經(jīng)短孔的流量系數(shù),當(dāng)孔的長(zhǎng)度和直徑之比l/d4時(shí)，稱為細(xì)長(zhǎng)孔。流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的液流一般都是層流，所以細(xì)長(zhǎng)孔的流量公式可以應(yīng)用前面推導(dǎo)的圓管層流流量公式(2-82），即,式中，液體流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量和孔前后壓差p成正比，而和液體粘度成反比。因此流量受液體溫度變化的影響較大。這一點(diǎn)和薄壁小孔的特性明顯不同。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),Part2.8縫隙流動(dòng),在液壓與氣動(dòng)元件的各組成零件間總存在著某種配合間隙，不論它們是靜止的還是變動(dòng)的，都與工作介質(zhì)的泄漏問(wèn)題有關(guān)。本節(jié)介紹流體經(jīng)過(guò)各種縫隙的流動(dòng)特性及其流量公式，作為分析和計(jì)算元件泄漏的依據(jù)。,與空氣相比液體的泄漏引起的功率損失和對(duì)環(huán)境的污染危害更大，所以下面闡述液體通過(guò)縫隙的流動(dòng)，即液體的泄漏問(wèn)題。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),Part2.8.1平行平板縫隙,圖134所示為在兩塊平行平板所形成的縫隙間充滿了液體，縫隙高度為h，縫隙寬度和長(zhǎng)度為b和l，且一般恒有bh和lh。若縫隙兩端存在壓差p=p1-p2，液體就會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)；即使沒(méi)有壓差p的作用，如果兩塊平板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于液體粘性的作用，液體也會(huì)被平板帶著產(chǎn)生流動(dòng)。,圖1-34平行平板縫隙間的液流,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),分析液體在平行平板縫隙中最一般的流動(dòng)情況，即既有壓差的作用，又受平板相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用。,在液流中取一個(gè)微元體dxdy（寬度方向取單位長(zhǎng)），作用在其左右兩端面上的壓力為p和p+dp，上下兩面所受到的切應(yīng)力為+d和，因此微元體的受力平衡方程為,經(jīng)過(guò)整理并將代入后有,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),對(duì)上式積分兩次得,(2-109）,式中，C1、C2為積分常數(shù)，可利用邊界條件求出：當(dāng)平行平板間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為u0時(shí)，在y=0處，u=0，在y=h處，u=u0，則,此外，液流作層流時(shí)p只是x的線性函數(shù)，即把這些關(guān)系式代入上式并整理后有,(2-110）,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),由此得通過(guò)平行平板縫隙的流量為,(2-111）,如果將上面的這些流量理解為元件縫隙中的泄漏量，那么從式(2-112）可以看到，在壓差作用下，通過(guò)縫隙的流量與縫隙值的三次方成正比，這說(shuō)明元件內(nèi)縫隙的大小對(duì)其泄漏量的影響是很大的。,H&P,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),Part2.8.2環(huán)形縫隙,液壓和氣動(dòng)元件各零件間的配合間隙大多數(shù)為圓環(huán)形間隙，如滑閥與閥套之間、活塞與缸筒之間等等。理想情況下為同心環(huán)形縫隙；但實(shí)際上，一般多為偏心環(huán)形縫隙。,1.流經(jīng)同心環(huán)形縫隙的流量,圖1-35同心環(huán)形縫隙間的液流a）縫隙較小b）縫隙較大,圖135所示為液體在同心環(huán)形縫隙間的流動(dòng)。圖135a中圓柱體直徑為d，縫隙大小為h，縫隙長(zhǎng)度為l。當(dāng)縫隙h較小時(shí)，可將環(huán)形縫隙沿圓周方向展開(kāi)，把它近似地看作是平行平板縫隙間的流動(dòng)。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),將b=d代入式(2-111），可得同心環(huán)形縫隙的流量公式,(2-114）,當(dāng)圓柱體移動(dòng)方向與壓差方向相反時(shí)，上式第二項(xiàng)應(yīng)取負(fù)號(hào)。,若圓柱體和內(nèi)孔之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即u0=0，則此時(shí)的同心環(huán)形縫隙流量公式為,(2-115）,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),當(dāng)縫隙較大時(shí)（見(jiàn)圖135b），必須精確計(jì)算。經(jīng)推導(dǎo)其流量公式為,(2-116）,式中符號(hào)意義見(jiàn)圖135b所示。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),2.流經(jīng)偏心環(huán)形縫隙的流量,圖1-36所示為液體在偏心環(huán)形縫隙間的流動(dòng)。設(shè)內(nèi)外圓間的偏心量為e，在任意角度處的縫隙為h。因縫隙很小，r1r2r可把微元圓弧db所對(duì)應(yīng)的環(huán)形縫隙間的流動(dòng)近似地看作是平行平板縫隙間的流動(dòng)。將db=rd代入式(2-111）得,圖1-36偏心環(huán)形縫隙間的液流,由圖136的幾何關(guān)系，可以得到,式中h0內(nèi)外圓同心時(shí)半徑方向的縫隙值；相對(duì)偏心率，=e/h0。,H&P,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),將h值代入上式并積分后，便得偏心環(huán)形縫隙的流量公式為,(2-117）,當(dāng)內(nèi)外圓之間沒(méi)有軸向相對(duì)移動(dòng)，即u0=0時(shí)，其流量公式為,(2-118）,由上式可以看出，當(dāng)=0時(shí)，它就是同心環(huán)形縫隙的流量公式；當(dāng)=1，即有最大偏心量時(shí)，其流量為同心環(huán)形縫隙流量的2.5倍。因此在液壓與氣動(dòng)元件中，為了減小縫隙泄漏量，應(yīng)采取措施，盡量使其配合處于同心狀態(tài)。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),3.流經(jīng)圓環(huán)平面縫隙的流量,圖1-37所示為液體在圓環(huán)平面縫隙間的流動(dòng)。這里，圓環(huán)與平面之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，液體自圓環(huán)中心向外輻射流出。設(shè)圓環(huán)的大、小半徑為r2和r1，它與平面間的縫隙值為h，則由式(2-110），并令u0=0，可得在半徑為r、離下平面z處的徑向速度為,流過(guò)的流量為,即,圖1-37圓環(huán)平面縫隙間的液流,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),對(duì)上式積分，有,當(dāng)r=r2時(shí)，p=p2，求出C，代入上式得,又當(dāng)r=r1時(shí)，p=p1，所以圓環(huán)平面縫隙的流量公式為,(2-119）,Back,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),Part2.9瞬變流動(dòng),在液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)流體的流速在極短的瞬間發(fā)生很大變化的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致壓力的急劇變化，這就是所謂瞬變流動(dòng)。瞬變流動(dòng)會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)很大的危害，應(yīng)盡量予以避免。,本節(jié)主要介紹液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象以及它們的減小措施。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),Part2.9.1液壓沖擊,在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)突然關(guān)閉或開(kāi)啟液流通道時(shí)，在通道內(nèi)液體壓力發(fā)生急劇交替升降的波動(dòng)過(guò)程稱為液壓沖擊。出現(xiàn)液壓沖擊時(shí)，液體中的瞬時(shí)峰值壓力往往比正常工作壓力高好幾倍，它不僅會(huì)損壞密封裝置、管道和液壓元件，而且還會(huì)引起振動(dòng)和噪聲；有時(shí)使某些壓力控制的液壓元件產(chǎn)生誤動(dòng)作，造成事故。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),1.管內(nèi)液流速度突變引起的液壓沖擊,有一液位恒定并能保持液面壓力不變的容器如圖1-40所示。容器底部連一管道，在管道的輸出端裝有一個(gè)閥門(mén)。管道內(nèi)的液體經(jīng)閥門(mén)B出流。若將閥門(mén)突然關(guān)閉，則緊靠閥門(mén)的這部分液體立刻停止運(yùn)動(dòng)，液體的動(dòng)能瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，產(chǎn)生沖擊壓力，接著后面的液體依次停止運(yùn)動(dòng)，依次將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽诠艿纼?nèi)形成壓力沖擊波，并以速度c由B向A傳播。,圖1-40液流速度突變引起的液壓沖擊,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),設(shè)圖1-40中管道的截面積和長(zhǎng)度分別為A和l，管道中液體的流速為v，密度為，則根據(jù)能量守恒定律，液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成液體的壓力能，即,所以,(2-121）,式中pmax液壓沖擊時(shí)壓力的升高值；K計(jì)及管壁彈性后的液體等效體積模量；c壓力沖擊波在管道中的傳播速度，即,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),壓力沖擊波在管道中的傳播速度可按下式計(jì)算,(2-112）,式中K液體的體積模量；d管道的內(nèi)徑；管道的壁厚；E管道材料的彈性模量。,壓力沖擊波在管道中液壓液內(nèi)的傳播速度c一般在8901420m/s范圍內(nèi)。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),如果閥門(mén)不是全部關(guān)閉，而是部分關(guān)閉，使液體的流速v降到v，則只要在式(2-121）中以（v-v）代替v，便可求得這種情況下的壓力升高值，即,(2-123）,一般，依閥門(mén)閉時(shí)間常把液壓沖擊分為兩種：,當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間時(shí)，稱為直接液壓沖擊（又稱完全沖擊）。,當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間，稱為間接液壓沖擊（又稱不完全沖擊）。此時(shí)壓力升高值比直接沖擊時(shí)小。(2-124）,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),各種情況下關(guān)閉液流通道時(shí)管內(nèi)液壓沖擊的壓力升高值歸納于表1-20。,表1-20關(guān)閉液流通道時(shí)管內(nèi)液壓沖擊的壓力升高值,pmax=cv,pr=c(v-v),不論是哪一種情況，知道了液壓沖擊的壓力升高值p后，便可求得出現(xiàn)沖擊時(shí)管道中的最高壓力,(2-125）,式中，p為正常工作壓力。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),2.運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)引起的液壓沖擊,圖1-41運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)引起的液壓沖擊,原理：如圖1-41所示，活塞以速度v驅(qū)動(dòng)負(fù)載m向左運(yùn)動(dòng)，活塞和負(fù)載的總質(zhì)量為m。當(dāng)突然關(guān)閉出口通道時(shí)，液體被封閉在左腔中。但由于運(yùn)動(dòng)部件的慣性而使腔內(nèi)液體受壓，引起液體壓力急劇上升。運(yùn)動(dòng)部件則因受到左腔內(nèi)液體壓力產(chǎn)生的阻力而制動(dòng)。,設(shè)運(yùn)動(dòng)部件在制動(dòng)時(shí)的減速時(shí)間為t，速度的減小值為v，則根據(jù)動(dòng)量定律可近似地求得左腔內(nèi)的沖擊壓力p，由于,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),故有,(2-126）,式中m運(yùn)動(dòng)部件（包括活塞和負(fù)載）的總質(zhì)量；A液壓缸的有效工作面積；t運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)間；v運(yùn)動(dòng)部件速度的變化值，v=v-v；v運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)前的速度；v運(yùn)動(dòng)部件經(jīng)過(guò)t時(shí)間后的速度。,上式的計(jì)算忽略了阻尼、泄漏等因素，其值比實(shí)際的要大些，因而是偏安全的。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),3.減小液壓沖擊的措施,針對(duì)上述各式中影響沖擊壓力p的因素，可采取以下措施來(lái)減小液壓沖擊；,1）適當(dāng)加大管徑，限制管道流速v，一般在液壓系統(tǒng)中把v控制在4.5m/s以內(nèi)，使pmax不超過(guò)5MPa就可以認(rèn)為是安全的。2）正確設(shè)計(jì)閥口或設(shè)置制動(dòng)裝置，使運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)速度變化比較均勻。3）延長(zhǎng)閥門(mén)關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間，可采用換向時(shí)間可調(diào)的換向閥。4）盡可能縮短管長(zhǎng)，以減小壓力沖擊波的傳播時(shí)間，變直接沖擊為間接沖擊。5）在容易發(fā)生液壓沖擊的部位采用橡膠軟管或設(shè)置蓄能器，以吸收沖擊壓力；也可以在這些部位安裝安全閥，以限制壓力升高。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),圖1-42氣體溶解度以及從油液中放出的氣體體積與壓力間的關(guān)系a）溶解度壓力間的關(guān)系b）油液中放出氣體體積與壓力間的關(guān)系,如圖1-42a所示。在常溫常壓下，石油基液壓油的空氣溶解度約等于（612）%。,溶解在液體中的空氣對(duì)液體的體積模量沒(méi)有影響，但當(dāng)液體的壓力降低時(shí)，這些氣體就會(huì)從液體中分離出來(lái)，如圖1-42b所示。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),在一定溫度下，當(dāng)液體壓力低于某值時(shí)，溶解在液體中的空氣將會(huì)突然地迅速?gòu)囊后w中分離出來(lái)，產(chǎn)生大量氣泡，這個(gè)壓力稱為液體在該溫度下的空氣分離壓。,有氣泡的液體其體積模量將明顯減小。氣泡越多，液體的體積模量越小。,當(dāng)液體在某一溫度下其壓力繼續(xù)下降而低于一定數(shù)值時(shí)，液體本身便迅速汽化，產(chǎn)生大量蒸氣，這時(shí)的壓力稱為液體在該溫度下的飽和蒸氣壓。,一般說(shuō)來(lái)，液體的飽和蒸氣壓比空氣分離壓要小得多。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),幾種液體的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系如圖1-43所示。,圖1-43飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系油-水乳化液水-乙二醇液氯化烴液合成液石油基油液硅酸酯液磷酸酯液硅酮液,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),2.節(jié)流孔口的氣穴,氣穴的產(chǎn)生：當(dāng)液體流到圖1-44所示的節(jié)流口的喉部位置時(shí)，由于流速很高，根據(jù)能量方程，該處的壓力會(huì)很低。如那里的壓力低于液體工作溫度下的空氣分離壓，就會(huì)出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。同樣，在液壓泵的自吸過(guò)程中，如果泵的吸油管太細(xì)、阻力太大，濾網(wǎng)堵塞，或泵安裝位置過(guò)高、轉(zhuǎn)速過(guò)快等，也會(huì)使其吸油腔的壓力低于工作溫度下的空氣分離壓，從而產(chǎn)生氣穴。,圖1-44節(jié)流口的氣穴現(xiàn)象,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象時(shí)，大量的氣泡使液流的流動(dòng)特性變壞，造成流量不穩(wěn)，噪聲驟增。特別是當(dāng)帶有氣泡的液流進(jìn)入下游高壓區(qū)時(shí)，氣泡受到周圍高壓的壓縮，迅速破滅，使局部產(chǎn)生非常高的溫度和沖擊壓力。這樣的局部高溫和沖擊壓力，一方面使金屬表面疲勞，另一方面又使工作介質(zhì)變質(zhì)，對(duì)金屬產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用，從而使液壓元件表面受到侵蝕、剝落，甚至出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。,因氣穴而對(duì)金屬表面產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象稱為氣蝕。,氣蝕會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷元件表面質(zhì)量，大大縮短其使用壽命，因而必須加以防范。,high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity,上海電機(jī)學(xué)院高職學(xué)院,第二章液壓傳動(dòng)基礎(chǔ),液壓傳動(dòng),3.減小氣穴的措施,在液壓系統(tǒng)中，哪里壓力低于空氣分離壓，那里就會(huì)產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。為了防止氣穴現(xiàn)象的發(fā)生，最根本的一條是避免液壓系統(tǒng)中的壓力過(guò)分降低。具體措施有：,1）減小閥孔口前后的壓差，一般希望其壓力比p1/p23.5。2）正確設(shè)計(jì)和使用液壓泵站3）液壓系統(tǒng)各元部件的連接處要密封可靠，嚴(yán)防空氣侵入。4）采用抗腐蝕能力強(qiáng)的金屬材料，提高零件的高職強(qiáng)度，減小零件表面粗糙度值。,Back,