液压传动-201303流体3.ppt

液压传动之流体力学 1 贾宝贤 5687026 FluidMechanics 3 4孔口和缝隙液流 2 在液压系统中 液流流经小孔或缝隙的现象是普遍存在的 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 3 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 4 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 用于固定节流器 3 33 小孔流量的通用公式 5 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 m 1 0 二 缝隙液流 6 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 7 当间隙h d 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 相对速度 三 流经偏心环形缝隙的流量 8 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 9 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分离压 一 空气分离压和饱和蒸气压 10 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 11 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 12 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 p2 3 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 13 三 减小气穴现象的措施 14 三 减小气穴现象的措施 15 3 6液压冲击 16 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 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 导致设备损坏 一 管内液流流速突变引起的液压冲击 17 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890 1270m 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压冲击 18 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 19 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 20 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 21 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 22 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