设备控制课件(2)

1 1液压控制基础 二 复习提问 液压控制系统的组成 一 液体静力学基础 液体的静压力 液体的压力是指液体在单位面积上所受的法向作用力 确切地说应该是压强 工程上习惯称为压力 用公式表示为 P F A液体静压力特性 1 垂直并指向于承压表面 液体在静止状态下不呈现粘性 内部不存在切向剪应力而只有法向应力 静力学研究内容 研究液体处于静止状态的力学规律和这些规律的实际应用 静止液体 指液体内部质点之间没有相对运动 至于液体整体完全可以象刚体一样做各种运动 2 各向压力相等 有一向压力不等 液体就会流动 各向压力必须相等 h G P P0 A dA 静力学基本方程 例题计算静止液体内任意点A处的压力 P0 pdA p0dA G p0dA ghdA p p0 gh 其中hdA等于V 压力的表示方法 绝对压力和相对压力 测压两基准 1 绝对压力 以绝对零压 绝对真空 为基准所测2 相对压力 以大气压力为基准所测 压力之间的关系 绝对压力 大气压力 相对压力或相对压力 表压 绝对压力 大气压力注意 液压传动系统中所测压力均为相对压力即表压力真空度 大气压力 绝对压力 帕斯卡原理 在密封容积中 由外力作用在液面上所产生的压力可以等值地传递到液体内所有各点 推论 在液压系统中 外力作用所产生的压力远大于液体自重产生的压力 因此常将液体自重产生的压力忽略不计 而认为在密闭容积中静止液体各点压力处处相等 例题讲解 图为相互连通的两个液压缸 两活塞的面积分别为A1 A2 在大活塞上放一重物G 在小活塞上施加外力F 问应施加多大的力F才能使大活塞顶起重物 解 外力F在小液压缸中产生压力为p1 F A1液压缸中产生的压力为p2 G A2 根据帕斯卡原理p1 p2 p所以要顶起大活塞要在小活塞上加的外力为F G A1 A2 推论 液压传动的一个基本概念是液压系统的工作压力取决于外负载 二 液体动力学基础 目的任务 了解流动液体特性 传递规律掌握动力学基本方程 流量重点难点 流量与流速关系及结论 动力学基本方程及结论 物理意义 研究内容 研究液体运动和引起运动的原因 即研究液体流动时流速和压力之间的关系 或液压传动两个基本参数的变化规律 主要讨论 动力学基本方程 1 基本概念 1 过流断面 液体流动时垂直于液体流动方向的截面 常用A来表示 2 理想液体 既无粘性又不可压缩的液体 3 恒定流动 稳定流动 定常流动 流动液体中任一点的p u和 都不随时间而变化流动 4 流量q 单位时间t内流过某过流断面的液体体积V用公式表示为q V t单位一般为m3 S或者L min 5 平均流速V 液体在管道内流动时 实际上由于液体具有粘性 其在过流断面 上各点的速度是不相同的 分布规律为抛物线 计算时假想过流断面上各点的流速均匀分布 且以均布流速v流动 以此流速v流过过流断面A的流量等于以实际流速u流过该断面的流量 流速v称为过流断面上的平均流速 则q vA即平均流速为 v q A A V q 液压缸运动速度的推导 v q Aq 0v 0q v q v 结论 液压缸的运动速度取决于进入液压缸的流量 并且随着流量的变化而变化 2 动力学基本方程 1 连续性方程液体的可压缩性很小 在一般情况下可忽略不计 即液体的密度 为常数 根据质量守恒定律 当液体在管内作稳定流动时 液体在管道内既不能增多 也不能减少 因此单位时间内流入液体的质量应恒等于流出液体的质量 动画演示 v1A1 v2A2 常量v1A1 v2A2 q 常量 连续性方程 A1 A2 过流截面面积 v1 v2 过流截面处的液体平均流速 连续性方程的物理意义 当不可压缩的液体在作稳定流动时 不管平均流速和过流截面沿着流程怎样变化 流过不同截面的流量是相等的 即过流截面积大 流速小 过流截面积小 流速大 例题讲解 如图1 6所示 已知A1 50 2A2 100 2 外力F1推动小活塞的运动V1 6m min 试求管道中的流量q及大活塞的运动速度V2解 活塞的运动速度即为液体的流速 则小液压缸的流量为V1A1 由液体的连续性方程可知 管道中的流量及大液压缸的流量都与小液压缸的流量相等 故可求出q V2q V1A1 6 50 10 4 103L min 30L minV2 V1A1 A2 6 50 100m min 3m min 2 伯努力方程液体流动的能量表现形式有三种 即压力能 势能和动能 假定图中管道内流动的液体为理想液体 即无粘性又不可压缩的液体 并作稳定流动 则根据能量守恒定律 在任一截面上的这三种能量之间都可以相互转化 但其总和保持不变公式推导 1外力对液体所做的功W p1A1v1dt p2A2v2dt p1 p2 V2机械能的变化量位能的变化量 Ep mg h g V h2 h1 动能的变化量 Ek m v2 2 V v22 v12 2 根据能量守恒定律 则有 W Ep Ek p1 p2 V g V h2 h1 V v22 v12 2整理后得单位重量理想液体伯努利方程为 p1 gh1 v12 2 p2 gh2 v22 2或p g h v2 2g C c为常数 这就是伯努力方程 P 单位质量液体的压力能 gh 单位质量液体的势能 v2 2 单位质量液体的动能 液体流动示意图 由于实际流动的液体要有粘性 且在过流断面上的速度非均匀分布 故应用修正的伯努力方程来进行实际的运算 修正的伯努力方程 P1 gh1 1v12 2g P2 gh2 2v22 2 ghw 1 2 动能修正系数 ghw 能量损失 三 液体流动中的压力损失液体在管路中流动时 由于液体各质点间及液体与管壁之间的相互摩擦和碰撞 因而就有阻力 液阻 产生 为了克服阻力 就必然要消耗能量 造成能量损失 这种能量损失主要表现为压力损失 1 沿程压力损失 P 定义 液体沿等径直管流动时 由于液体的粘性摩擦和质点的相互扰动作用 而产生的压力损失 产生原因 内摩擦 因粘性 液体分子间摩擦摩擦 外摩擦 液体与管壁间 2 局部压力损失 P 定义 液体流经管道的弯头 接头 突变截面以及阀口滤网等局部装置时 液流会产生旋涡 并发生强烈的紊动现象