液压及气压传动11

1、 了解与液压传动有关的流体力学基本内容了解与液压传动有关的流体力学基本内容流体经过薄壁小孔、短孔、细长孔等小孔的流动情况，流体经过薄壁小孔、短孔、细长孔等小孔的流动情况，相应的流量公式相应的流量公式流体经过各种缝隙的流动特性及其流量公式流体经过各种缝隙的流动特性及其流量公式液压冲击和气穴现象及其减小措施液压冲击和气穴现象及其减小措施 在传动及控制中起传递在传动及控制中起传递和和的作用。的作用。流体传动及控制（包括液压与气动），在工作、性能特点上和机流体传动及控制（包括液压与气动），在工作、性能特点上和机械、电气传动之间的差异主要取决于械、电气传动之间的差异主要取决于的不同，前者采用工作的不同，

2、前者采用工作介质。因此，掌握液压与气动技术之前，必须先对其工作介质有介质。因此，掌握液压与气动技术之前，必须先对其工作介质有一清晰的了解一清晰的了解 。 与与液压传动及控制所用的工作介质为液压传动及控制所用的工作介质为或其他或其他，其，其应具备的应具备的如下如下 ： 把由把由所赋予的能量传递给所赋予的能量传递给； 润滑润滑、等运动件等运动件 ； 吸收并带出吸收并带出所产生的热量所产生的热量 ； 带走工作中产生的带走工作中产生的和来自外界的和来自外界的 ； 防止液压元件所用各种防止液压元件所用各种 。为为，对其工作介质提出的要，对其工作介质提出的要求是：求是： 可压缩性尽可能小，响应性好；可压缩

3、性尽可能小，响应性好； 温度及压力对粘度影响小，具有适当的粘度，粘温特性温度及压力对粘度影响小，具有适当的粘度，粘温特性好；好； 通用性对液压元件滑动部位充分润滑通用性对液压元件滑动部位充分润滑 ； 不因热、氧化或水解而变质，剪切稳定性好，使用寿不因热、氧化或水解而变质，剪切稳定性好，使用寿命长；命长； 对铁及非铁金属的锈蚀性小对铁及非铁金属的锈蚀性小 ； 介质中的气泡容易逸出并消除介质中的气泡容易逸出并消除 ；为为，对其工作介质提出的要，对其工作介质提出的要求还有：求还有： 除含水液压液外的油液，油水分离要容易除含水液压液外的油液，油水分离要容易 ； 质地要纯净，尽可能不含污染物，当污染物从

4、外部侵质地要纯净，尽可能不含污染物，当污染物从外部侵入时能迅速分离；入时能迅速分离； 对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好的相容性对金属、密封件、橡胶软管、涂料等有良好的相容性 ； 燃点高，挥发性小，最好具有阻燃性；燃点高，挥发性小，最好具有阻燃性； 对工作介质的其他要求还有；对工作介质的其他要求还有；和和；和和；等等 。School of Mechanical Engineering东南大学机械工程学院东南大学机械工程学院能够同时满足上述各项要求的理想的工作介质是不存在的。液压能够同时满足上述各项要求的理想的工作介质是不存在的。液压系统中使用的工作介质按系统中使用的工作介质按（）的分类（我

5、国国家）的分类（我国国家标准标准与此等效）如与此等效）如所示所示 。工工作作介介质质类类 别别组成与特性组成与特性代代 号号石油基液压液石油基液压液无添加剂的石油基液压液无添加剂的石油基液压液HH+抗氧化剂、防锈剂抗氧化剂、防锈剂HL+抗磨剂抗磨剂HL+增粘剂增粘剂HM+增粘剂增粘剂HM+防爬剂防爬剂无特定难燃性的合成液（特殊性能）无特定难燃性的合成液（特殊性能）LHHLHLLHMLHRLHVLHGLHS难燃液压液难燃液压液含水液压液含水液压液高含水液压液高含水液压液水包油乳化液水包油乳化液水的化学溶液水的化学溶液 含水大于含水大于80%（休积分数）（休积分数）LHFALHFAELHFAS油包

6、水乳化液油包水乳化液 含水小于含水小于80%80%（体积分数）（体积分数）LHFB含聚合物水溶液含聚合物水溶液/水乙二醇液水乙二醇液LHFC合成液压液合成液压液磷酸酯无水合成液磷酸酯无水合成液LHFDLHFDR氯化烃无水合成液氯化烃无水合成液LHFDSHFDR和和HFDS液混合的无水合成液液混合的无水合成液LHFDT其他成分的无水合成液其他成分的无水合成液LHFDU 液压传动工作介质的种类液压传动工作介质的种类 目前目前90%以上的液压设备采用以上的液压设备采用。基油为精制的石。基油为精制的石油润滑油馏分。为了改善液压油液的性能，以满足液压设备的不油润滑油馏分。为了改善液压油液的性能，以满足液

7、压设备的不同要求，往往在基油中加入各种添加剂。同要求，往往在基油中加入各种添加剂。有两类：一类是有两类：一类是的，如的，如、等；另一类等；另一类是是的，如的，如、等等 。为了为了，近年来在某些舰船液压系统中，也有以，近年来在某些舰船液压系统中，也有以或或为工作介质的。而且正在逐渐向为工作介质的。而且正在逐渐向、等领域延伸。等领域延伸。 另外，另外，（简称（简称）在英国、美国、日本、中国等国）在英国、美国、日本、中国等国家都在进行研究。家都在进行研究。ERF是在是在中加入中加入而形成的悬浊液。液体介质是而形成的悬浊液。液体介质是，如，如、（）或或等。而悬浮在油中的颗粒为尺寸在等。而悬浮在油中的颗

8、粒为尺寸在的不导电的元件和有机材料。的不导电的元件和有机材料。占流体总体积的占流体总体积的。ERF在外加静电场作用下其性质会发生迅速变化。在外加静电场作用下其性质会发生迅速变化。当当，；当；当，又立即，又立即。使用。使用ERF的的是：整个系统只需很少或根本没有运动是：整个系统只需很少或根本没有运动部件，因此可部件，因此可，；并且能；并且能，在被动系统中引入，在被动系统中引入主动性能以及实现电控下的主动性能以及实现电控下的。因此，。因此，ERF的应用前景十的应用前景十分看好分看好 。 单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度单位体积液体所具有的质量称为该液体的密度 。即：。即：Vm 式中式中 液

9、体的密度；液体的密度； 液体的体积；液体的体积； 液体的质量液体的质量 。常用液压传动工作介质的密度值见常用液压传动工作介质的密度值见 工作介质工作介质密度密度/（kgm3）工作介质工作介质密度密度/（kgm3）抗磨液压液抗磨液压液LHM32抗磨液压液抗磨液压液LHM46油包水乳化液油包水乳化液LHFB水包油乳化液水包油乳化液LHFAE0.81030.88751030.9321030.9977103水乙二醇液压液水乙二醇液压液LHFC通用磷酸脂液压液通用磷酸脂液压液LHFDR飞机用磷酸酯液压液飞机用磷酸酯液压液LHFDR10号航空液压油号航空液压油1.061031.151031.051030.

10、 85103表表1-2 常用液压传动工作介质的密度（常用液压传动工作介质的密度（2020） 液体的密度随着压力或温度的变化而发生变化，但其变化量一般液体的密度随着压力或温度的变化而发生变化，但其变化量一般很小，在工程计算中可以很小，在工程计算中可以 。液体因所受液体因所受而发生而发生的性质称为的性质称为。若。若时液体的时液体的，当压力增加，当压力增加，液体的体积减小，液体的体积减小，则液体在单位压力变化下的体积相对变化量为：则液体在单位压力变化下的体积相对变化量为：01VVpk 式中，式中， 称为液体的称为液体的。由于压力增加时液体的体积减小，两。由于压力增加时液体的体积减小，两者变化方向相反

11、，为使者变化方向相反，为使 成为正值，在上式右边须加一负号成为正值，在上式右边须加一负号 。液体压缩率液体压缩率，称为液体，称为液体，即，即 01VVpkK 所示为各种工作介质的所示为各种工作介质的。由表中。由表中的数量可知，它的可压缩性是钢的的数量可知，它的可压缩性是钢的（钢的弹性模（钢的弹性模量为量为2.1105MPa） 。工作介质工作介质体积模量体积模量K/MPa工作介质工作介质体积模量体积模量K/MPa石油基液压油石油基液压油水包油乳化液水包油乳化液油包水乳化液油包水乳化液（1.42）1031.951032.3103水乙二醇液压液水乙二醇液压液磷酸酯液压液磷酸酯液压液3.451032.

12、65103表表1-3 各种工作介质的体积模量（各种工作介质的体积模量（2020，大气压），大气压） ，工作介质的，工作介质的，但，但或或，则则 。石油基液压油的石油基液压油的与与、有关：有关：，K值减值减小，在液压油正常工作温度范围内，小，在液压油正常工作温度范围内，K值会有值会有5%25%的变化；的变化；，K值增大，但这种变化不呈线性关系，当值增大，但这种变化不呈线性关系，当p3MPa时，时，K值基本上不再值基本上不再增加增加 。，因此当工作介质中有游离气泡时，因此当工作介质中有游离气泡时，K值值将大大减小，且起始压力的影响明显增大。但是在液体内游离气将大大减小，且起始压力的影响明显增大。但

13、是在液体内游离气泡不可能完全避免，因此，一般建议泡不可能完全避免，因此，一般建议的取值为的取值为，且应采取措施尽量减少液压系统工作介，且应采取措施尽量减少液压系统工作介质中的游离空气的含量质中的游离空气的含量 。 ，分子间，分子间的存在的存在使其流动受到牵制从而沿其界面产生使其流动受到牵制从而沿其界面产生，这一特性称为液，这一特性称为液体的体的 。图图1-1 液体粘性示意图液体粘性示意图 现以现以为例说明液体的粘性。为例说明液体的粘性。若若的两平行平板间充满液的两平行平板间充满液体，下平板固定，而体，下平板固定，而向右平动由于液体和固体壁面间向右平动由于液体和固体壁面间的附着力及液体的粘性，会

14、使流动的附着力及液体的粘性，会使流动液体内部各液层的速度大小不等：液体内部各液层的速度大小不等：， ，而中间各层液体的速度当层间距离而中间各层液体的速度当层间距离时，从上到下近似呈时，从上到下近似呈规律分布。其中速度快的液层带规律分布。其中速度快的液层带动速度慢的；而速度慢的液层对速动速度慢的；而速度慢的液层对速度快的起阻滞作用度快的起阻滞作用 。hydyu0yxO实验测定表明，流动液体相邻液层间的实验测定表明，流动液体相邻液层间的与液层与液层、液层间的、液层间的成正比，成正比， 即：即：yuAFddf 式中，式中，称为称为或或 。若以若以 表示表示，即，即，则上式可表，则上式可表示为：示为：

15、 yuFddAf 这就是这就是 。 度量粘性大小的物理量称为度量粘性大小的物理量称为。常用的粘度。常用的粘度 有三种，即有三种，即、。由由可知，动力粘度可知，动力粘度是表征流动液体是表征流动液体大小的粘性系数。其大小的粘性系数。其等于等于， yudd 在我国在我国及及中，中，的单位是的单位是（）或用）或用（）表示）表示 。如果如果只与只与而与而与，这种液体称为，这种液体称为，否则为非牛顿液体。石油基液压油一般为牛顿液体。，否则为非牛顿液体。石油基液压油一般为牛顿液体。 液体液体与与称为该液体的称为该液体的， 即即v在我国在我国及及中，运动粘度中，运动粘度v的单位是的单位是（米（米2/秒）。因其

16、中只有长度和时间的量纲，故得名为运动粘度。秒）。因其中只有长度和时间的量纲，故得名为运动粘度。按按对对（）进行划分，见）进行划分，见 。粘度等级粘度等级40时粘度时粘度平均值平均值40时粘度时粘度范围范围粘度等级粘度等级40时粘度时粘度平均值平均值40时粘度时粘度范围范围VG10VG15VG22VG32101522329.0011.013.516. 519.824.228.835.2VG46VG68VG100466810041.450.661.274.890.0110 常用液压油运动粘度等级常用液压油运动粘度等级 相对粘度是根据相对粘度是根据制定的，故又称制定的，故又称。测量条件不同，采用的相

17、对粘度单位也不同。如。测量条件不同，采用的相对粘度单位也不同。如（欧洲一些国家）、通用（欧洲一些国家）、通用（美国、英国）、商用（美国、英国）、商用（英、美等国）和（英、美等国）和（法国）等（法国）等 。已规定统一采用已规定统一采用来表示油的粘度。来表示油的粘度。 温度变化使液体内聚力发生变化，因此液温度变化使液体内聚力发生变化，因此液体的体的对对的变化的变化：，（见（见）。这一特性称为液体的）。这一特性称为液体的。粘温特性。粘温特性常用常用来度量。来度量。VI表示该液体的表示该液体的与与。通常在各种工作介质的质量指标。通常在各种工作介质的质量指标中都给出粘度指数。中都给出粘度指数。，说明，说

18、明，其，其 。一般要求工作介质的粘度指数应在一般要求工作介质的粘度指数应在90以上，优异在以上，优异在100以上。以上。，应选用，应选用。几种典型工作介质的粘度指数列于几种典型工作介质的粘度指数列于 。介质种类介质种类粘度指数粘度指数VI介质种类介质种类粘度指数粘度指数VI石油基液压油石油基液压油LHM石油基液压油石油基液压油LHR石油琪液压油石油琪液压油LHG9516090油包水乳化液油包水乳化液LHFB水乙二醇液水乙二醇液LHFC磷酸酯液磷酸酯液LHFDR13017014017031170 典型工作介质的粘度指数典型工作介质的粘度指数VIVI ，。但是这种影响在低压时并不明显，。但是这种影

19、响在低压时并不明显，可以忽略不计；可以忽略不计；，其，其。压力。压力对粘度的影响可用下式计算对粘度的影响可用下式计算 ：vp=vaecpva(1+cp) 式中式中 液体的压力，单位为液体的压力，单位为； 压力为压力为p时液体的运动粘度，单位为时液体的运动粘度，单位为； 大气压力下液体的运动粘度，单位为大气压力下液体的运动粘度，单位为； 自然对数的底；自然对数的底； 系数，对于石油基液压油，系数，对于石油基液压油， ，对液体的粘度有一定影响，其值可按下式计算：，对液体的粘度有一定影响，其值可按下式计算： vb=v0(1+0.015b) 式中式中 混入空气的体积分数；混入空气的体积分数； 混入混入

20、b空气时液体的运动粘度，单位为空气时液体的运动粘度，单位为m2/s； 不含空气时液体的运动粘度，单位为不含空气时液体的运动粘度，单位为m2/s 。 正确而合理地正确而合理地和和工作介质对于液压系统达到工作介质对于液压系统达到、等方面都有重要影响等方面都有重要影响 。工作介质的选择包含两个方面：工作介质的选择包含两个方面：和和。选择工作介质时要考。选择工作介质时要考虑的因素如虑的因素如所示所示 。考虑方面考虑方面内内 容容系统工作环境系统工作环境是否阻燃（闪点、燃点）是否阻燃（闪点、燃点） 抑制嗓声的能力（空气溶解度、消泡性）抑制嗓声的能力（空气溶解度、消泡性）废液再生处理及环保要求废液再生处理

21、及环保要求系统工作条件系统工作条件压力范围（润滑性、承载能力）压力范围（润滑性、承载能力）温度范围（粘度、粘温特性、剪切损失、热稳定性、挥发度、低温流动性）温度范围（粘度、粘温特性、剪切损失、热稳定性、挥发度、低温流动性）转速（气蚀、对支承面浸润能力）转速（气蚀、对支承面浸润能力）工作介质的品质工作介质的品质物理化学指标物理化学指标 对金属和密封件等的相容性对金属和密封件等的相容性 过滤性能、吸气情况、去垢能力过滤性能、吸气情况、去垢能力锈蚀性锈蚀性 抗氧化稳定性抗氧化稳定性 剪切稳定性剪切稳定性经济性经济性价格及使用寿命价格及使用寿命 货源情况货源情况 维护、更换的难易程度维护、更换的难易程

22、度 选择工作介质时考虑的因素选择工作介质时考虑的因素 工作介质的选择通常要经历下述工作介质的选择通常要经历下述： 1）列出液压系统对工作介质以下性能变化范围的要求：）列出液压系统对工作介质以下性能变化范围的要求：、等；等；2），选出符合或基本符合上述各项要求的工作介，选出符合或基本符合上述各项要求的工作介质品种质品种 ；3），调整各方面的要求和参数；，调整各方面的要求和参数；4），最终决定所采用的合适工作介质。，最终决定所采用的合适工作介质。 （）示出各种工作介质的性能比较和应用范围，）示出各种工作介质的性能比较和应用范围，可供选择工作介质的品种时参考可供选择工作介质的品种时参考 。在液压系统

23、所有元件中，在液压系统所有元件中，的工作条件最为严峻，不但的工作条件最为严峻，不但、和和，而且，而且要要，所以一般根据，所以一般根据来确定介质来确定介质的粘度。的粘度。（）给出了各种液压泵用油的粘度范围）给出了各种液压泵用油的粘度范围及推荐牌号及推荐牌号 。此外，选择工作介质的粘度时，还应考虑此外，选择工作介质的粘度时，还应考虑、和和以及以及等因素：当等因素：当、，或或，或，或，而，而时宜有用时宜有用，以减少系统泄漏；当，以减少系统泄漏；当、，或或时，宜采用时，宜采用，以减少液流功率损失，以减少液流功率损失 。选择好合适的工作介质仅是保障液压系统正常工作的先决条件，而选择好合适的工作介质仅是保

24、障液压系统正常工作的先决条件，而要保持液压装置长期高效而可靠地运动，则必须对工作介质进行要保持液压装置长期高效而可靠地运动，则必须对工作介质进行和和。实际上，如果使用不当，还会使工作介质。实际上，如果使用不当，还会使工作介质的性质发生变化。的性质发生变化。 工作介质的维护关键是工作介质的维护关键是。实践证明，工作介质被污染是系。实践证明，工作介质被污染是系统发生故障的主要原因，它严重影响着液压系统的可靠性及元件的统发生故障的主要原因，它严重影响着液压系统的可靠性及元件的寿命寿命 。 液压系统中的污染物，是指混入工作介液压系统中的污染物，是指混入工作介质中的各种杂物，如固体颗粒、水、空气、化学物

25、质、微生物和质中的各种杂物，如固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等。工作介质被污染后，将对系统及元件产生下述不良污染能量等。工作介质被污染后，将对系统及元件产生下述不良后果后果 ：，堵塞缝隙及过滤器，使液压泵和阀，堵塞缝隙及过滤器，使液压泵和阀性能下降，产生噪声；性能下降，产生噪声；，并与添加剂起作用产生粘性，并与添加剂起作用产生粘性胶质，使滤心堵塞胶质，使滤心堵塞 ；，降低润滑，降低润滑性性 ；、 ；，降低润滑性能，加速元件腐，降低润滑性能，加速元件腐蚀，对高水基液压液的危险更大。蚀，对高水基液压液的危险更大。 工作介质遭受污染的原因是多方面的，污染物的来工作介质遭受污染的原因是

26、多方面的，污染物的来源如源如所示。表中液压装置组装时残留下来的污染物主要是指所示。表中液压装置组装时残留下来的污染物主要是指、等；从周围环境混入的污等；从周围环境混入的污染物主要是指染物主要是指、等；在工作过程中产生的污染物等；在工作过程中产生的污染物主要是指主要是指、涂、涂和密封件的和密封件的、以及工作介质变质后的以及工作介质变质后的等等 。外界侵入的污染物外界侵入的污染物工作过程中产生的污染物工作过程中产生的污染物工作介质运输工作介质运输过程中带来的过程中带来的污染物污染物液压装置组装液压装置组装时残留下来的时残留下来的污染物污染物从周围环境从周围环境混入的污染混入的污染物物液压装置中相对

27、液压装置中相对运动件磨损时产运动件磨损时产的污染物的污染物工作介质物理化工作介质物理化学学性能变化时产生性能变化时产生的的污染物污染物 工作介质中的污染物工作介质中的污染物 是指是指，即，即。为了定。为了定量地描述和评定工作介质的污染程度，以便对它实施控制，有必量地描述和评定工作介质的污染程度，以便对它实施控制，有必要制定要制定 。：1987污染度等级见污染度等级见（）。该）。该等级采用等级采用表示工作介质中固体颗粒的污染度，前面的数表示工作介质中固体颗粒的污染度，前面的数码代表码代表，后面的数码代表，后面的数码代表，在两个数码之间用一，在两个数码之间用一斜线分离。例如，污染等级为斜线分离。例

28、如，污染等级为20/17的液压油，表示它在每毫升内的液压油，表示它在每毫升内5m的颗粒数在的颗粒数在500010000之间，之间，15m的颗粒数在的颗粒数在6401300之间之间 。由由可知，可知，：1987规定的污染度根据颗粒浓度的大规定的污染度根据颗粒浓度的大小共分为小共分为26个等级数码，个等级数码，代表，代表。 我国国家标准我国国家标准液压系统工作介质固体颗粒污液压系统工作介质固体颗粒污染等级代号染等级代号与与：1987等效等效 。为适应工作介质污染控制技术的不断进步，为适应工作介质污染控制技术的不断进步，1999年国际标准化组年国际标准化组织对织对ISO4406：1987标准作了重大

29、修改。标准作了重大修改。ISO4406：1999与原来与原来标准的主要区别如下标准的主要区别如下 ：删除原来的删除原来的0.9等级数码，增加等级数码，增加25、26、27、28和和28等等5个个等级数码。各个等级的颗粒浓度范围不变。等级数码。各个等级的颗粒浓度范围不变。25等级以上的颗粒等级以上的颗粒浓浓度用外推法确定度用外推法确定 ；对于按对于按ISO 11171校准的自动颗粒计数器计数器计数，用校准的自动颗粒计数器计数器计数，用4m、6m和和14 m三个尺寸范围的颗粒浓度等级数码表三个尺寸范围的颗粒浓度等级数码表示油液的污染度示油液的污染度 。 为了有效地控制液压系统的污染，以保为了有效地

30、控制液压系统的污染，以保证液压系统的工作可靠性和元件的使用寿命，需要制定必须的管证液压系统的工作可靠性和元件的使用寿命，需要制定必须的管理规范和实施细则。理规范和实施细则。和和（）为我国制定）为我国制定的的和和。液压元件类型液压元件类型优等品优等品一等品一等品合格品合格品液压元件类型液压元件类型优等品优等品一等品一等品合格品合格品各种类型液压泵各种类型液压泵一般液压阀一般液压阀伺服阀伺服阀比例控制阀比例控制阀液压马达液压马达16/1316/1313/1014/1116/1318/1518/1514/1115/1218/1519/1619/1615/1216/1319/16液压缸液压缸摆动液压缸

31、摆动液压缸蓄能器蓄能器过滤器壳体过滤器壳体16/1317/1416/1315/1218/1519/1618/1515/1219/1620/1719/1617/14 典型液压无件清洁度等级典型液压无件清洁度等级常用的控制工作介质污染的措施有常用的控制工作介质污染的措施有 ：和和。液压元件在加工的每道工序后都应净。液压元件在加工的每道工序后都应净化，装配后再仔细清洗，以清除在加工和组装过程中残留的污化，装配后再仔细清洗，以清除在加工和组装过程中残留的污染染物。系统在组装前，先清洗油箱和管道，组装后再进行全面彻物。系统在组装前，先清洗油箱和管道，组装后再进行全面彻底底的冲洗；的冲洗；。在贮存、搬运及

32、加注的各个阶段都应。在贮存、搬运及加注的各个阶段都应防止工作介质被污染。工作介质必须经过过滤器注入系统。设防止工作介质被污染。工作介质必须经过过滤器注入系统。设计计时可在油箱呼吸孔上装设空气过滤器或采用密封油箱，防止运时可在油箱呼吸孔上装设空气过滤器或采用密封油箱，防止运行行时尘土、磨料和冷却物侵入系统。另外，在液压缸活塞杆端部时尘土、磨料和冷却物侵入系统。另外，在液压缸活塞杆端部应应装防尘密封，并经常检查定期更换；装防尘密封，并经常检查定期更换；。这是控制工作介质污染度的重要手段，。这是控制工作介质污染度的重要手段，它可使系统在工作中不断滤除内部产生的和外部侵入的污染它可使系统在工作中不断滤

33、除内部产生的和外部侵入的污染物。物。过滤器必须定期检查、清洗和更换滤心；过滤器必须定期检查、清洗和更换滤心；。工作介质的抗氧化、热稳定性决定了其。工作介质的抗氧化、热稳定性决定了其工作温度的界限。因此，液压装置必须具备良好的散热条件，工作温度的界限。因此，液压装置必须具备良好的散热条件，使使工作介质长期处在低于它开始氧化的温度下工作。一般液压系工作介质长期处在低于它开始氧化的温度下工作。一般液压系统统的工作温度最好控制在的工作温度最好控制在65以下，机床液压系统应更低一些；以下，机床液压系统应更低一些；。空气侵入系统将直接影响工。空气侵入系统将直接影响工作介质的物理化学性能。因此，一旦发生泄漏

34、，应立即排除；作介质的物理化学性能。因此，一旦发生泄漏，应立即排除；。每隔一定时间，对系统。每隔一定时间，对系统中的工作介质进行抽样分析。如发现污染度已超过标准，必须中的工作介质进行抽样分析。如发现污染度已超过标准，必须立立即更换。在更换新工作介质前，整个系统必须先清洗一次即更换。在更换新工作介质前，整个系统必须先清洗一次 。 本节主要介绍本节主要介绍。液体静力学是研究。液体静力学是研究的力学规律的力学规律以及这些规律的应用。这里所说的以及这些规律的应用。这里所说的是指是指而言，至于盛装液体的容器，不论它是静止的或是运动而言，至于盛装液体的容器，不论它是静止的或是运动的，都没有关系。的，都没有

35、关系。 在在所受的所受的称为称为。静压力在液压。静压力在液压传动中简称传动中简称，在物理学中则称为，在物理学中则称为 。静止液体中某点处静止液体中某点处上作用有上作用有，则该点的压力，则该点的压力定义为：定义为： AFpA lim0，则压力可表示，则压力可表示为：为： AFp 我国采用法定计量单位我国采用法定计量单位Pa来计量压力，来计量压力，。液压技术中。液压技术中习惯用习惯用MPa，。液体静压力有液体静压力有：，其方向和该面的内法线方向一致。，其方向和该面的内法线方向一致。这是由于液体质量点间的内聚力很小，不能受拉只能受压之故这是由于液体质量点间的内聚力很小，不能受拉只能受压之故 ；。如果

36、某。如果某点受到的压力在某个方向上不相等，那么液体就会流动，这就违点受到的压力在某个方向上不相等，那么液体就会流动，这就违背了液体静止的条件背了液体静止的条件 。 图图1-3 重力作用下的静止液体重力作用下的静止液体在重力作用下的静止液体，其在重力作用下的静止液体，其如如所示，除了所示，除了，还有，还有和和。如。如，可以从液体内取出一个底面通，可以从液体内取出一个底面通过该点的垂直小液柱作为控制体。过该点的垂直小液柱作为控制体。设设，如如所示。所示。这个小液柱在重力及周围液体的压力这个小液柱在重力及周围液体的压力 作用下处于平衡状态，其在垂直方向作用下处于平衡状态，其在垂直方向上的力平衡方程式

37、为上的力平衡方程式为 ：0gp ApAh A式中，式中，ghA为小液柱的重力。为小液柱的重力。上式化简后得：上式化简后得： hppg 0即为即为。它说明液体静压力分布有如下。它说明液体静压力分布有如下： 1）静止液体内任一点的压力由）静止液体内任一点的压力由：一部分是：一部分是，另一部分是，另一部分是当当，则该点的压力为：，则该点的压力为： hppga 2）静止液体内的压力随液体深度呈）静止液体内的压力随液体深度呈递增。递增。3），。由压力相等。由压力相等的点组成的面称为的点组成的面称为。在重力作用下静止液体中的等压面是。在重力作用下静止液体中的等压面是一个水平面。一个水平面。 将将所示盛有液

38、体的蜜闭容器放在基准水平面（所示盛有液体的蜜闭容器放在基准水平面（O-x）上加以）上加以考察，如考察，如所示，则静压力基本方程可改写成所示，则静压力基本方程可改写成 ： 静压力基本方程的静压力基本方程的物理意义物理意义 )(gg0zzphpp 00式中式中 液面与基准水平面之间的距液面与基准水平面之间的距 离；离； 深度为深度为h的点与基准水平面之间的点与基准水平面之间 的距离的距离 。常常数数 00zgpzgp 上式整理后可得：上式整理后可得： 是静压力基本方程的另一形式。是静压力基本方程的另一形式。式中式中p/(g)表示了单位重力液体的压力能，故又常称作表示了单位重力液体的压力能，故又常称

39、作；z表示了单位重力液体的位能，也常称作表示了单位重力液体的位能，也常称作。因此，静压力基本方程的物理意义是：静止液体内任何一点具有因此，静压力基本方程的物理意义是：静止液体内任何一点具有和和两种能量形式，且其两种能量形式，且其，即，即。但是但是 。根据度量基准的不同，压力有根据度量基准的不同，压力有：以绝对零压力作为：以绝对零压力作为基准所表示的压力，称为基准所表示的压力，称为；以当地大气压力为基准所表；以当地大气压力为基准所表示的压力，称为示的压力，称为。绝对。绝对压力与相当对压力之间的关系如压力与相当对压力之间的关系如所示。绝大多数测压仪表所示。绝大多数测压仪表因其外部均受大气压力作用，

40、所因其外部均受大气压力作用，所以仪表指示的压力是相对压力。以仪表指示的压力是相对压力。今后，今后，。 绝对压力与相对压力间的关系绝对压力与相对压力间的关系pappappap=0如果如果，这时该点的绝对压，这时该点的绝对压力比大气压力小的那部分压力值，称为力比大气压力小的那部分压力值，称为。 真空度真空度=大气压力绝对压力大气压力绝对压力 所示为一充满油液的容器，如作用在活塞上的力为所示为一充满油液的容器，如作用在活塞上的力为，活塞面积，活塞面积，忽略活塞的质量。试问活塞，忽略活塞的质量。试问活塞下方深度为下方深度为处的压力等于多少？油液的密度处的压力等于多少？油液的密度。 依据依据，活塞和液面

41、接触处的压力，活塞和液面接触处的压力，因此，深度为，因此，深度为处的液体压力为：处的液体压力为： =（106+9009.80.5）N/m2 =1.0044106N/m2106Pa=1MPa 由这个例子可以看到，由这个例子可以看到，其，其，并认为，并认为。 按按，盛放在密闭容器内的液体，其，盛放在密闭容器内的液体，其，。 也就是说，也就是说，。这就是。这就是，或称，或称。帕斯卡原理是液压传动的一个基本。帕斯卡原理是液压传动的一个基本原理原理 。 pAF 静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面将受到由液体静压所产静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面将受到由液体静压所产生的作用力生的作用力 。，故静压

42、力作用在固体壁面上的，故静压力作用在固体壁面上的，且，且，即：，即： ，情况就不同了：，情况就不同了：，因此，静压力作用在曲面某，因此，静压力作用在曲面某一方面一方面x上的上的 ，即：，即：xxpAF 上述结论对于任何曲面都是适用的。下面以上述结论对于任何曲面都是适用的。下面以为例加以为例加以证实。证实。 静压力作用在静压力作用在液压缸内壁面上的力液压缸内壁面上的力设液压缸两端面封闭，缸筒内充满着设液压缸两端面封闭，缸筒内充满着的油液，的油液，如，如所示。这时，缸筒内壁上各点的静所示。这时，缸筒内壁上各点的静压力大小相等，都为压力大小相等，都为p，但并不平行。因，但并不平行。因此，为求得油液作

43、用于缸筒右半壁内表面此，为求得油液作用于缸筒右半壁内表面在在x方向上的方向上的，需在壁面上取一微，需在壁面上取一微小面积小面积， ：dFx=dFcos=pdAcos=plrcosd上式积分后则上式积分后则 得：得： xxpAlrpplrFF22222 dcosdx即即 。 某安全阀如某安全阀如所示。阀心为圆锥形，阀座孔径所示。阀心为圆锥形，阀座孔径，阀心最大直径，阀心最大直径。，压力，压力油克服弹簧力顶开阀心而溢油，出油腔有背压油克服弹簧力顶开阀心而溢油，出油腔有背压求求阀内弹簧的预紧力阀内弹簧的预紧力 。 安全阀安全阀示意图示意图 1）压力）压力、向上作用在阀心锥面上的投影面向上作用在阀心锥

44、面上的投影面积分别为积分别为 和和,故阀心受到的向故阀心受到的向上的作用力为：上的作用力为：22212144pdDpdF)( 2）压力）压力2向下作用在阀心平面上的面积为向下作用在阀心平面上的面积为 ，则阀心受到的向下作用力为：，则阀心受到的向下作用力为：2224pDF 3）阀心受力平衡方程式）阀心受力平衡方程式 sFFF 21式中式中 弹簧弹簧预紧力。预紧力。 将将、代入上式得：代入上式得： s)(FpDpdDpd 2222212444整理后有：整理后有： NN).().()(s597104084010462212 ppdF 研究研究，研究研究。流体的。流体的、和和是流体运动学和流体动力学的

45、三个基本方程。是流体运动学和流体动力学的三个基本方程。（）时，）时，。因此为。因此为方便起见，本节在叙述这些基本方程时仍以液体为主要对象方便起见，本节在叙述这些基本方程时仍以液体为主要对象 。 ，研究液体流动时必须考虑粘性的影响。但由，研究液体流动时必须考虑粘性的影响。但由于这个问题非常复杂，所以开始分析时可以于这个问题非常复杂，所以开始分析时可以，然后再考虑粘性的作用并通过实验验证等办法对理想化的结论进然后再考虑粘性的作用并通过实验验证等办法对理想化的结论进行补充或修正。这种方法同样可以用来处理液体的可压缩性问行补充或修正。这种方法同样可以用来处理液体的可压缩性问题。一般把题。一般把称为称为

46、 。，如液体中，如液体中、和和都不随时间都不随时间而变化，便称液体是在作而变化，便称液体是在作；反之，只要压力、速度或密；反之，只要压力、速度或密度中有一个参数随时间变化，则液体的流动被称为非恒定流动。度中有一个参数随时间变化，则液体的流动被称为非恒定流动。，可以认为流体作，可以认为流体作；但在；但在，则必须按，则必须按来考虑来考虑 ，称为，称为；或或，称为，称为或或。一维流动最简单，但是严格意义上的。一维流动最简单，但是严格意义上的一维流动要求液流截面上各点处的速度矢量完全相同，这种情况一维流动要求液流截面上各点处的速度矢量完全相同，这种情况在现实中极为少见。在现实中极为少见。，再用实验数据

47、来修正其结果，液压传动中对工作介质流动的，再用实验数据来修正其结果，液压传动中对工作介质流动的分析讨论就是这样进行的分析讨论就是这样进行的 。是是，它表示在同，它表示在同一瞬时流场中各质点的运动状态。流线上一瞬时流场中各质点的运动状态。流线上每一质点的速度向量与这条曲线相切，因每一质点的速度向量与这条曲线相切，因此，流线代表了某一瞬时一群流体质点的此，流线代表了某一瞬时一群流体质点的流速方向，如流速方向，如所示。所示。，由于液流通过空间点的速度随时间变，由于液流通过空间点的速度随时间变化，因而流线形状也随时间变化；化，因而流线形状也随时间变化；，流线形状不随时间变化。由于流，流线形状不随时间变

48、化。由于流场中每一质点在每一瞬时只能有一个速场中每一质点在每一瞬时只能有一个速度，所以流线之间度，所以流线之间，流线也，流线也，它，它 。 流线、流管、流线、流管、流束和通流截面流束和通流截面流线流线 流管流管流束和通流截面流束和通流截面 流线、流管、流线、流管、流束和通流截面流束和通流截面流线流线 流管流管流束和通流截面流束和通流截面在流场中画一不属于流线的任意封闭曲线，在流场中画一不属于流线的任意封闭曲线，沿该封闭曲线上的每一点作流线，由这些流沿该封闭曲线上的每一点作流线，由这些流线组成的表面称为线组成的表面称为（见（见）。）。称为称为。根据流线不会相交的。根据流线不会相交的性质，流管内外

49、的流线均不会穿越流管，故性质，流管内外的流线均不会穿越流管，故。将流管截面无限缩小。将流管截面无限缩小趋近于零，便获得趋近于零，便获得或或束。束。 。称为称为；流线间；流线间夹角很小，或流线曲率半径很大的流动称为夹角很小，或流线曲率半径很大的流动称为缓变流动。平行流动和缓变流动都可以算是缓变流动。平行流动和缓变流动都可以算是一维流动一维流动 。流束中流束中称为称为，如，如中的中的和和，通流截面上每点处的流动速度都，通流截面上每点处的流动速度都于这个面于这个面 。 流线、流管、流线、流管、流束和通流截面流束和通流截面流线流线 流管流管流束和通流截面流束和通流截面称为称为，常用，常用 表示表示 ，

50、即：，即：tVq 式中式中 流量，在液压传动中流量流量，在液压传动中流量 常用单位常用单位； 液体的体积；液体的体积； 流过液体体积流过液体体积 所需的时间所需的时间 。由于由于，因此液体，因此液体在管道内流动时，通流截面上各点在管道内流动时，通流截面上各点的流速是不相等的。的流速是不相等的。，流速，流速分布如分布如所示。若欲求得流经所示。若欲求得流经整个通流截面整个通流截面A的流量，可在通流的流量，可在通流截面截面A上取一微小流束的截面上取一微小流束的截面（），则通过），则通过的微小的微小流量流量为为 ： 流量和平均流速流量和平均流速Auqdd 对上式进行积分，便可得到流经整对上式进行积分，

51、便可得到流经整个通流截面个通流截面A的流的流 量：量： AuqAd可见，要求得可见，要求得 的值，必须先知道的值，必须先知道在整个在整个上上的分的分布规律。实际上这是比较困难的，因为粘性液体流速布规律。实际上这是比较困难的，因为粘性液体流速u在管道中的在管道中的分布规律是很复杂的。所以，为方便起见，在液压传动中常采用分布规律是很复杂的。所以，为方便起见，在液压传动中常采用一种假想的一种假想的（）来求流量，并认为流体以平均）来求流量，并认为流体以平均流速流速v流经通流截面的流量等于以实际流速流过的流量流经通流截面的流量等于以实际流速流过的流量 ，即：，即：vAAuqA d由此得出通流截面上的平均

52、流速为由此得出通流截面上的平均流速为 ：Aqv 流量和平均流速流量和平均流速 是是的简称，它是的简称，它是，其实，其实质是质是的另一种表示形式，即将的另一种表示形式，即将 。在流体作恒定流动的流场中任取一流在流体作恒定流动的流场中任取一流管，其两端通流截面面积为管，其两端通流截面面积为、，如如所示。在流管中取一微小流所示。在流管中取一微小流束，并设微小流束两端的截面积为束，并设微小流束两端的截面积为、，液体流经这两个微小截面，液体流经这两个微小截面的流速和密度分别为的流速和密度分别为、和和、，根据质量守恒定律，单位时间内经根据质量守恒定律，单位时间内经流入微小流束的液体质量应与从流入微小流束的

53、液体质量应与从流出微小流束的流体质量相流出微小流束的流体质量相等，即：等，即： 图图1-11 连续方程推导筒图连续方程推导筒图222111AuAudd 如忽略液体的如忽略液体的，即，即，则，则 ：2211ddAuAu 22112AuAuAAdd1 2211AvAv 对上式进行积分，便得经过截面对上式进行积分，便得经过截面、流入流入、流出整个流管的、流出整个流管的 根据根据和和，上式可写成：，上式可写成： 21qq 或或式中式中 、分别为流经通流截面分别为流经通流截面1、2的流量；的流量； 、分别为流体在通流截面分别为流体在通流截面1、2上的平均流速。上的平均流速。 ，故有：，故有：常常量量 v

54、Aq这就是液流的这就是液流的，它说明，它说明，。换句话说，。换句话说，；而；而与与 。 又常称又常称，它实际上是流动液体的能量守恒定，它实际上是流动液体的能量守恒定律。律。由于流动液体的能量问题比较复杂，所以在讨论时先从由于流动液体的能量问题比较复杂，所以在讨论时先从的流动情况着手，然后再展开到实际液体的流动上去的流动情况着手，然后再展开到实际液体的流动上去 。在液流的微小流束上取出一段通流截面积为在液流的微小流束上取出一段通流截面积为、长度为、长度为的微元的微元体，如体，如所示。在所示。在情况下，对情况下，对来说，作用来说，作用在微元体上的外力有以下两种在微元体上的外力有以下两种 ： 理想液

55、体的一维流动理想液体的一维流动1）压力在）压力在上所产生的作用力上所产生的作用力dddd dppp ApsAs Ass 式中式中 sp 沿流线方向的压力梯度。沿流线方向的压力梯度。 2）作用在）作用在上的重力上的重力 suuAstuAsmadddddd Asgdd 在恒定流动下这一微元体的在恒定流动下这一微元体的为：为： 式中式中 微元体沿流线的运动速度，微元体沿流线的运动速度， 。 理想液体的一维流动理想液体的一维流动根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律有有 suuAsAsgAsspddcosdddd由于sz cos，代入上式，整理后可得： suuszgsp 1这就是这就是沿流线作沿流线作时的时

56、的。它表示了。它表示了 。将将沿沿从从积分到积分到（见（见），便可得），便可得到微元体流动时的能量关系式，即：到微元体流动时的能量关系式，即： sussszgspdd21 21221 上式两边同除以上式两边同除以 g，移项后整理，移项后整理 得得2211221222pupuzzgggg 理想液体的一维流动理想液体的一维流动常数常数 guzgp22 由于由于、 是任意是任意取的，故上式也可写成取的，故上式也可写成 ：或或就是就是或或。它与液体静压基本方程。它与液体静压基本方程相比相比多了一项单位重力液体的动能多了一项单位重力液体的动能（常称（常称）。）。 因此，理想液体能量方程的因此，理想液体能

57、量方程的是：理想液体作是：理想液体作时具时具有有、和和三种能量形成，在任一截面上这三种能量形三种能量形成，在任一截面上这三种能量形式之间可以相互转换，但式之间可以相互转换，但，即，即 。流动时还需克服由于粘性所产生的摩擦阻力，故存在能流动时还需克服由于粘性所产生的摩擦阻力，故存在能量损耗。设量损耗。设中微元体从中微元体从流到流到因粘性而因粘性而为为，则实际液体微小流束作恒定流动时的能量方程为，则实际液体微小流束作恒定流动时的能量方程为 ： whguzgpguzgp 2222222111 理想液体的一维流动理想液体的一维流动为了求得实际液体的能量方程，为了求得实际液体的能量方程，示出了一段流管中

58、的液流，示出了一段流管中的液流，两端的通流截面积各为两端的通流截面积各为、。在此液流中取出一微小流束，两。在此液流中取出一微小流束，两端的通流截面积各为端的通流截面积各为 和和，其相应的，其相应的、和和分别分别为为、 和和、 。这一微小注束的能量方程是。这一微小注束的能量方程是）。将）。将的两端乘以相应的微小流量的两端乘以相应的微小流量（），然后各自对液流的通流截面积），然后各自对液流的通流截面积和和进行积分，进行积分， 得：得：qhAuguAuzgpAuguAuzgpqAAAAdddddw221 2222222211211111221 流管内液流流管内液流能量方程推导简图能量方程推导简图为使

59、为使便于实用，首先将便于实用，首先将中中和和处的流动限处的流动限于平行流动（或缓变流动），这样，于平行流动（或缓变流动），这样，、可视为平可视为平面，在通流截面上除重力外无其他质量力，因而通流截面上各点面，在通流截面上除重力外无其他质量力，因而通流截面上各点处的压力具有与液体静压力相同的分布规律，即处的压力具有与液体静压力相同的分布规律，即。 其次，用其次，用代替代替或或上各点处上各点处，且，且令单位时间内截面令单位时间内截面 处液流的实际动能和按平均流速计算出的动能处液流的实际动能和按平均流速计算出的动能之比为之比为， 即即AvAuAvvAuuAA3322212dd 此外，对液体在流管中流动

60、时因粘性磨擦而产生的能量损耗，也此外，对液体在流管中流动时因粘性磨擦而产生的能量损耗，也用用的概念来处理，即令的概念来处理，即令 qqhhqdww 将上述关系式代入将上述关系式代入，整理后可得，整理后可得 whgvzgpgvzgp 222222221111 式中式中 、分别为分别为、上的动能修正系数上的动能修正系数 。就是仅受重力作用的实际液体在流管中作平行（或缓就是仅受重力作用的实际液体在流管中作平行（或缓变）流动时的能量方程。它的变）流动时的能量方程。它的是是。其中。其中为重力液体从为重力液体从流到流到过程中的过程中的 。在应用上式时，在应用上式时，必须必须和和 应为应为，为方便起见，通常