基礎(chǔ)液壓技術(shù)

1、液壓基礎(chǔ)基礎(chǔ)液壓技術(shù)基礎(chǔ)液壓技術(shù)液壓基礎(chǔ)系統(tǒng)工作要求：實(shí)現(xiàn)油缸的前進(jìn)、后退運(yùn)動(dòng)，油缸最大系統(tǒng)工作要求：實(shí)現(xiàn)油缸的前進(jìn)、后退運(yùn)動(dòng)，油缸最大推動(dòng)負(fù)載力：推動(dòng)負(fù)載力：F=150000NF=150000N；前進(jìn)、后退速度在；前進(jìn)、后退速度在0-0.15m/s0-0.15m/s范圍之內(nèi)連續(xù)可調(diào)（電控制）。實(shí)時(shí)檢測(cè)液壓泵出口壓范圍之內(nèi)連續(xù)可調(diào)（電控制）。實(shí)時(shí)檢測(cè)液壓泵出口壓力、流量力、流量設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)任務(wù)：1.1.設(shè)計(jì)、繪制液壓系統(tǒng)原理圖；設(shè)計(jì)、繪制液壓系統(tǒng)原理圖；2.2.系統(tǒng)壓力、流量、液壓缸尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算；系統(tǒng)壓力、流量、液壓缸尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算；3.3.電動(dòng)機(jī)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速計(jì)算；電動(dòng)機(jī)功率、扭矩、轉(zhuǎn)速計(jì)

2、算；4.4.電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、液壓元器件（泵、閥、油缸）及傳電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、液壓元器件（泵、閥、油缸）及傳感器選型感器選型液壓基礎(chǔ)什么是液壓？什么是液壓？以液體為介質(zhì)，用其產(chǎn)生的壓以液體為介質(zhì)，用其產(chǎn)生的壓 力傳遞能量的方式稱為力傳遞能量的方式稱為 液壓液壓液壓基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理液壓基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中能量的傳遞和轉(zhuǎn)換液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中能量的傳遞和轉(zhuǎn)換液壓基礎(chǔ)1.動(dòng)力元件液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的組成2.執(zhí)行元件4.輔助元件3.控制元件5.傳動(dòng)介質(zhì)液壓泵液壓泵液壓馬達(dá)或油缸液壓馬達(dá)或油缸各種閥各種閥:方向閥、壓力閥、流量閥方向閥、壓力閥、流量閥油箱、濾油器、加熱器、

3、冷卻器等油箱、濾油器、加熱器、冷卻器等即液體即液體液壓基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)1. 1. 實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速。2. 2. 在同等輸出功率下，液壓傳動(dòng)裝置的體積在同等輸出功率下，液壓傳動(dòng)裝置的體積 小、小、重量輕、運(yùn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)性能好。重量輕、運(yùn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)性能好。3. 3. 實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。4. 4. 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng)過(guò)載保護(hù)。便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng)過(guò)載保護(hù)。5. 5. 采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)，因此液壓元件有自我潤(rùn)滑采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)，因此液壓元件有自我潤(rùn)滑作用，有較長(zhǎng)的使用壽命。作用，有較長(zhǎng)的使用壽

4、命。6. 6. 液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，便于設(shè)計(jì)、制造和推液壓元件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣應(yīng)用廣應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：液壓基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)1 1、損失大、效率低、發(fā)熱大。、損失大、效率低、發(fā)熱大。2 2、不能得到定比傳動(dòng)。、不能得到定比傳動(dòng)。3 3、當(dāng)采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)時(shí)還需要注意防火問(wèn)題。、當(dāng)采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)時(shí)還需要注意防火問(wèn)題。4 4、液壓元件加工精度要求高，造價(jià)高。、液壓元件加工精度要求高，造價(jià)高。5 5、液壓系統(tǒng)的故障比較難查找，對(duì)操作人員的技術(shù)、液壓系統(tǒng)的故障比較難查找，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求高。水平要求高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：液壓基礎(chǔ)流體傳動(dòng)流體傳動(dòng)液

5、壓基礎(chǔ)流體傳動(dòng)流體傳動(dòng)能量轉(zhuǎn)換和傳遞基能量轉(zhuǎn)換和傳遞基于于“靜靜液壓液壓”原理原理流體流體相對(duì)相對(duì)“靜止靜止”通過(guò)流體的通過(guò)流體的壓力壓力傳傳遞動(dòng)力遞動(dòng)力能量轉(zhuǎn)換和傳遞基于能量轉(zhuǎn)換和傳遞基于“動(dòng)動(dòng)液壓液壓”原理原理利用流體的利用流體的動(dòng)能動(dòng)能傳遞傳遞能量能量液壓基礎(chǔ)能量轉(zhuǎn)換和傳遞能量轉(zhuǎn)換和傳遞能量傳遞方式比較能量傳遞方式比較液壓液壓氣動(dòng)氣動(dòng)電傳動(dòng)電傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)能量來(lái)源能量來(lái)源(驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng))電機(jī)柴油機(jī)蓄能電機(jī)柴油機(jī)蓄能器器電機(jī)柴油機(jī)蓄能電機(jī)柴油機(jī)蓄能罐罐電網(wǎng)蓄電池電網(wǎng)蓄電池電機(jī)柴油機(jī)重力、電機(jī)柴油機(jī)重力、拉力拉力(彈簧彈簧)傳遞能量元件傳遞能量元件軟管、硬管軟管、硬管軟管、硬管軟管、硬管電

6、纜磁場(chǎng)電纜磁場(chǎng)機(jī)械零件：杠桿、機(jī)械零件：杠桿、軸、齒輪等軸、齒輪等能量載體能量載體液體液體氣體氣體電子流電子流剛性和彈性物體剛性和彈性物體作用力密度作用力密度(功率密功率密度度)大高壓、大力、大高壓、大力、小流量小流量相當(dāng)小壓力低相當(dāng)小壓力低小電功率密度與小電功率密度與液壓功率密度比液壓功率密度比為為1:10 大與液壓相比不易大與液壓相比不易實(shí)現(xiàn)功率流的選擇實(shí)現(xiàn)功率流的選擇和分配和分配平穩(wěn)性控制平穩(wěn)性控制(加減速加減速)非常好通過(guò)壓力非常好通過(guò)壓力和流量調(diào)節(jié)和流量調(diào)節(jié)一般通過(guò)壓力和一般通過(guò)壓力和流量調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)一般和非常好之一般和非常好之間通過(guò)開(kāi)環(huán)和閉間通過(guò)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)調(diào)節(jié)一般一般輸出裝置

7、運(yùn)動(dòng)形式輸出裝置運(yùn)動(dòng)形式通過(guò)使用液壓馬通過(guò)使用液壓馬達(dá)和油缸很容易達(dá)和油缸很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)使用氣動(dòng)馬通過(guò)使用氣動(dòng)馬達(dá)和氣動(dòng)缸很容達(dá)和氣動(dòng)缸很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)原始為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)原始為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直線和旋轉(zhuǎn)直線和旋轉(zhuǎn)液壓基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制 運(yùn)動(dòng)的兩種方式運(yùn)動(dòng)的兩種方式 直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng): : - -液壓油缸液壓油缸 -氣動(dòng)油缸氣動(dòng)油缸 -絲杠絲杠+ +直線軸承直線軸承2. 2. 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) -液壓馬達(dá)液壓馬達(dá) -減速機(jī)減速機(jī) -氣動(dòng)馬達(dá)氣動(dòng)馬達(dá) -伺服電機(jī)伺服電機(jī) -變頻調(diào)速電機(jī)變頻調(diào)速電機(jī)液壓基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)

8、控制 滾珠絲杠滾珠絲杠變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的-電機(jī)電機(jī)-伺服電機(jī)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)液壓基礎(chǔ)液壓流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)液壓流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)液壓流體靜液壓流體靜力學(xué)力學(xué)液壓流體力學(xué)液壓流體力學(xué)液壓流體動(dòng)液壓流體動(dòng)力學(xué)力學(xué)液壓流體液壓流體運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)帕斯卡定理帕斯卡定理流量連續(xù)性流量連續(xù)性定理定理伯努利方程伯努利方程液壓基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)液壓傳動(dòng)的理論基礎(chǔ)1. 1. 靜液壓理論建立在理想的介質(zhì)上靜液壓理論建立在理想的介質(zhì)上p 靜液壓原理是建立在理想的傳遞介靜液壓原理是建立在理想的傳遞介質(zhì)上的質(zhì)上的-沒(méi)有質(zhì)量沒(méi)有質(zhì)量-沒(méi)有摩擦沒(méi)有摩擦-不可壓縮不可

9、壓縮p 對(duì)高頻響的系統(tǒng)，就要考慮介質(zhì)的對(duì)高頻響的系統(tǒng)，就要考慮介質(zhì)的壓縮性。即介質(zhì)不是剛性的而是彈性壓縮性。即介質(zhì)不是剛性的而是彈性的的 Hydraulics 液壓基礎(chǔ)液壓流體靜力學(xué)液壓流體靜力學(xué)如果作用面積如果作用面積A1=A2=A3; 則則F1=F2=F3液壓基礎(chǔ)液壓流體靜力學(xué)液壓流體靜力學(xué)2. 靜液壓理論建立在帕斯卡定理靜液壓理論建立在帕斯卡定理(Pascals law)上上液壓基礎(chǔ)帕斯卡定理的要點(diǎn)帕斯卡定理的要點(diǎn):液壓流體靜力學(xué)液壓流體靜力學(xué)液壓基礎(chǔ)力的傳遞力的傳遞:液壓流體靜力學(xué)液壓流體靜力學(xué)液壓基礎(chǔ)p 正負(fù)載正負(fù)載 由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力給負(fù)載由液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力給負(fù)載p 負(fù)負(fù)載（產(chǎn)生吸

10、空）負(fù)負(fù)載（產(chǎn)生吸空） 由負(fù)載產(chǎn)生動(dòng)力給液壓系統(tǒng)由負(fù)載產(chǎn)生動(dòng)力給液壓系統(tǒng)p節(jié)流負(fù)載節(jié)流負(fù)載 用節(jié)流的方式使油泵產(chǎn)生動(dòng)力用節(jié)流的方式使油泵產(chǎn)生動(dòng)力液壓流體靜力學(xué)液壓流體靜力學(xué)液壓基礎(chǔ)壓力傳遞壓力傳遞:液壓流體靜力學(xué)液壓流體靜力學(xué)液壓基礎(chǔ)液壓流體靜力學(xué)液壓流體靜力學(xué)液壓基礎(chǔ)液壓流體靜力學(xué)液壓流體靜力學(xué)液壓基礎(chǔ)液壓流體運(yùn)動(dòng)學(xué)液壓流體運(yùn)動(dòng)學(xué)液壓系統(tǒng)中速度取決于流量液壓系統(tǒng)中速度取決于流量 液壓基礎(chǔ)液壓流體運(yùn)動(dòng)學(xué)液壓流體運(yùn)動(dòng)學(xué)在變徑的流道內(nèi)，在任何時(shí)候，通過(guò)個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量相在變徑的流道內(nèi)，在任何時(shí)候，通過(guò)個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量相流量連續(xù)性原理流量連續(xù)性原理液壓基礎(chǔ)液壓流體動(dòng)力學(xué)液壓流體動(dòng)力學(xué)能能守恒定守恒定關(guān)于運(yùn)動(dòng)

11、液體的能關(guān)于運(yùn)動(dòng)液體的能守恒定守恒定指出，只要沒(méi)有能指出，只要沒(méi)有能從外從外界補(bǔ)充，也沒(méi)有能界補(bǔ)充，也沒(méi)有能傳送到外界，則運(yùn)動(dòng)液體的總能傳送到外界，則運(yùn)動(dòng)液體的總能保持保持變。變。 這一總能這一總能包括：包括： 勢(shì)能（位能）勢(shì)能（位能） 動(dòng)能（運(yùn)動(dòng)動(dòng)能（運(yùn)動(dòng)能）能） 決定于流體的高度和決定于流體的高度和靜壓力靜壓力 決定于流體流動(dòng)速度決定于流體流動(dòng)速度和背壓力和背壓力得到伯努方程 液壓基礎(chǔ)液壓流體動(dòng)力學(xué)液壓流體動(dòng)力學(xué)伯努利方程伯努利方程液壓基礎(chǔ)液壓流體動(dòng)力學(xué)液壓流體動(dòng)力學(xué)能量守恒：流速、壓力能量守恒：流速、壓力液壓基礎(chǔ) 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失1.液體的流動(dòng)狀態(tài) 19世紀(jì)末，雷

12、諾首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察了水在圓管內(nèi)的流動(dòng)情況，并發(fā)現(xiàn)液體在管道中流動(dòng)時(shí)有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和紊流（湍流）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)被稱為雷諾實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在層流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)互不干擾，液體的流動(dòng)呈線性或?qū)訝睿移叫杏诠艿垒S線；而在紊流時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，在沿管道流動(dòng)時(shí)，除平行于管道軸線的運(yùn)動(dòng)外，還存在著劇烈的橫向運(yùn)動(dòng)，液體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)中互相干擾。 層流和紊流是兩種不同的流態(tài)。層流時(shí)，液體的流速低，液體質(zhì)點(diǎn)受粘性約束，不能隨意運(yùn)動(dòng)，粘性力起主導(dǎo)作用，液體的能量主要消耗在液體之間的摩擦損失上；紊流時(shí)，液體的流速較高，粘性的制約作用減弱，慣性力起主導(dǎo)作用，液體的能量主要消耗在動(dòng)能損失上。 液壓基礎(chǔ) 通過(guò)雷諾實(shí)

13、驗(yàn)還可以證明，液體在圓形管道中的流動(dòng)狀態(tài)不僅與管內(nèi)的平均流速 有關(guān)，還和管道的直徑d、液體的運(yùn)動(dòng)粘度有關(guān)。實(shí)際上，液體流動(dòng)狀態(tài)是由上述三個(gè)參數(shù)所確定的稱為雷諾數(shù)Re的無(wú)量綱數(shù)來(lái)判定，即： 對(duì)于非圓形截面管道，雷諾數(shù)Re可用下式表示，即： 水力直徑R可用下式計(jì)算： 式中：A 過(guò)流斷面積； 濕周，即有效截面的管壁周長(zhǎng)。 dRe4 RReAR 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液壓基礎(chǔ) 雷諾數(shù)是液體在管道中流動(dòng)狀態(tài)的判別數(shù)。對(duì)于不同情況下的液體流動(dòng)狀態(tài)，如果液體流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)Re相同，它的流動(dòng)狀態(tài)也就相同。液流由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)和由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)是不相同的，后者的數(shù)值要小，所

14、以一般都用后者作為判斷液流狀態(tài)的依據(jù)，稱為臨界雷諾數(shù)，記作Recr。當(dāng)液流的實(shí)際雷諾數(shù)Re小于臨界雷諾數(shù)Recr時(shí)，液流為層流；反之，為紊流。 雷諾數(shù)的物理意義：雷諾數(shù)是液流的慣性作用對(duì)粘性作用的比。當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，說(shuō)明慣性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于紊流狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，說(shuō)明粘性力起主導(dǎo)作用，這時(shí)液體處于層流狀態(tài)。 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液壓基礎(chǔ)2.沿程壓力損失 () 液體層流時(shí)的沿程壓力損失 層流時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)作有規(guī)則的流動(dòng)，是液壓傳動(dòng)中最常見(jiàn)的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)和使用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，都希望管道中的液流保持這種流動(dòng)狀態(tài)。 下圖所示為液體在等徑水平直管中作層流流動(dòng)的情況。 液體流動(dòng)

15、時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液壓基礎(chǔ) 在液流中取一段與管軸重合的微小圓柱體作為研究對(duì)象，設(shè)它的半徑為r，長(zhǎng)度為l，作用在兩端面的壓力分別為p1和p2，作用在側(cè)面的內(nèi)摩擦力為Ff。液流在作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)處于受力平衡狀態(tài)，故有： 式中Ff是液體內(nèi)摩擦力， Ff =-2 rldu/dr（其中的負(fù)號(hào)表示流速u隨半徑r的增大而減小），若令 ，并將Ff 代入上式，整理可得： 對(duì)上式進(jìn)行積分，并代入相應(yīng)的邊界條件，即當(dāng)r =R時(shí)，u = 0，得： 可見(jiàn)管內(nèi)液體質(zhì)點(diǎn)的流速在半徑方向上按拋物線規(guī)律分布。 212f)pprF（ppp122pdurdrl 22()4puRrl 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損

16、失液壓基礎(chǔ) 對(duì)于微小環(huán)形通流截面積dA=2rdr，所通過(guò)的流量為： 于是積分可得： 根據(jù)平均流速的定義，在管道內(nèi)的平均流速是： 2222()4pdqudAurdrRrrdrl442202()48128RpRdqRrrdrpplll 4221128324qddppAlld 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液壓基礎(chǔ)整理后，得沿程壓力損失為： 從上式可以看出，當(dāng)直管中的液流為層流時(shí)，其沿程壓力損失與液體粘度、管長(zhǎng)、流速成正比，而與管徑的平方成反比。適當(dāng)變換上式沿程壓力損失計(jì)算公式，可改寫成如下形式： 式中為沿程阻力系數(shù)。對(duì)于圓管層流，理論值 = 64/Re?？紤]到實(shí)際圓管截面可能有變形，以及

17、靠近管壁處的液層可能被冷卻等因素，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可對(duì)金屬管取 = 75/Re，橡膠管 = 80/Re。 232 lppd pdldldld6426422222Re 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液壓基礎(chǔ) (2) 液體紊流時(shí)的沿程壓力損失 紊流時(shí)計(jì)算沿程壓力損失的公式在形式上同于層流，即： 但式中的阻力系數(shù) 除與雷諾數(shù)有關(guān)外，還與管壁的粗糙度有關(guān)，即 = f (Re，/d)，這里的為管壁的絕對(duì)粗糙度，它與管徑d 的比值/d 稱為相對(duì)粗糙度。 pld22 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液壓基礎(chǔ)3.局部壓力損失 液體流經(jīng)管道的彎頭、接頭、突變截面以及閥口、濾網(wǎng)等局部裝置時(shí)，液流方

18、向和流速發(fā)生變化，在這些地方形成旋渦、氣穴，并發(fā)生強(qiáng)烈的撞擊現(xiàn)象，由此而造成的壓力損失稱為局部壓力損失。局部壓力損失的阻力系數(shù)，一般要依靠實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。局部壓力損失的計(jì)算公式有如下形式： 液體流過(guò)各種閥類的局部壓力損失亦服從上式，但因閥內(nèi)的通道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，按此公式計(jì)算比較困難，故閥類元件局部壓力損失的實(shí)際計(jì)算常用公式： 22p2Vnnqppq 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液壓基礎(chǔ)4.管路系統(tǒng)總壓力損失 整個(gè)管路系統(tǒng)的總壓力損失應(yīng)為所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失之和，即： 在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，絕大多數(shù)壓力損失轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，造成系統(tǒng)溫度增高，泄漏增大，影響系統(tǒng)的工作性能。從計(jì)算壓力損失的公

19、式可以看出，減小流速，縮短管道長(zhǎng)度，減少管道截面突變，提高管道內(nèi)壁的加工質(zhì)量等，都可使壓力損失減小。其中流速的影響最大，故液體在管路中的流速不應(yīng)過(guò)高。但流速太低，也會(huì)使管路和閥類元件的尺寸加大，并使成本增加，因此要綜合考慮確定液體在管道中的流速。2222lpppd 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液壓基礎(chǔ) 液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失液體流動(dòng)時(shí)的壓力損失管道流速選擇管道流速選擇液壓基礎(chǔ) 孔口流量孔口流量 (1) 薄壁孔口的流量 下圖所示為進(jìn)口邊做成刃口形的典型薄壁孔口。由于液體的慣性作用，液流通過(guò)孔口時(shí)要發(fā)生收縮現(xiàn)象，在靠近孔口的后方出現(xiàn)收縮最大的通流截面2-2。對(duì)于薄壁圓孔，當(dāng)孔前通道直徑與

20、小孔直徑之比d1/d7時(shí)，流束的收縮作用不受孔前通道內(nèi)壁的影響，這時(shí)的收縮被稱為完全收縮；反之，當(dāng)d1/d7時(shí)，孔前通道對(duì)液流進(jìn)入小孔起導(dǎo)向作用，這時(shí)的收縮被稱為不完全收縮。 薄壁小孔液流液壓基礎(chǔ) 現(xiàn)對(duì)孔前通流斷面11和收縮斷面22之間的液體列出伯努利方程： 式中，h1=h2；因1 2 ，則1可以忽略不計(jì)，認(rèn)為是零；因?yàn)槭湛s斷面的流動(dòng)是紊流，則2=1；而 僅為局部損失，即 ，代入上式后可得： 由此可得通過(guò)薄壁孔口的流量公式為： pghpghpw11112222221212 pw212122()1ppCpqAC C ApC ApcTqT22222)(22222dldlpw 孔口流量孔口流量液壓基

21、礎(chǔ) (2) 短孔、細(xì)長(zhǎng)孔口的流量 短孔的流量公式仍然為上式。短孔比薄壁孔口容易制作，因此特別適合于作固定節(jié)流器使用。 流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的液流，由于粘性而流動(dòng)不暢，流速低，故多為層流。所以其流量計(jì)算可以應(yīng)用前面推出的圓管層流流量公式： 在這里，液體流經(jīng)細(xì)長(zhǎng)孔的流量q和孔前后的壓差 p成正比，而和液體的粘度成反比?？梢?jiàn)細(xì)長(zhǎng)孔的流量和液壓油的粘度有關(guān)。這一點(diǎn)是和薄壁孔口的特性大不相同的。 綜合各孔口的流量公式，可以歸納出一個(gè)流量通用公式： 4128dqplqCApT 孔口流量孔口流量液壓基礎(chǔ)液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象1.液壓沖擊 在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，常常由于一些原因而使液體壓力突然急劇上升，形成很

22、高的壓力峰值，這種現(xiàn)象被稱為液壓沖擊。 (1) 液壓沖擊產(chǎn)生的原因 在閥門突然關(guān)閉或運(yùn)動(dòng)部件快速制動(dòng)等情況下，液體在系統(tǒng)中的流動(dòng)會(huì)突然受阻。這時(shí)，由于液流的慣性作用，液體就從受阻端開(kāi)始，迅速將動(dòng)能逐層轉(zhuǎn)換為液壓能，因而產(chǎn)生了壓力沖擊波；此后，這個(gè)壓力波又從該端開(kāi)始反向傳遞，將壓力能逐層轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，這使得液體又反向流動(dòng)；然后，在另一端又再次將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，如此反復(fù)地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。由于這種壓力波的迅速往復(fù)傳播，便在系統(tǒng)內(nèi)形成壓力振蕩。這一振蕩過(guò)程，由于液體受到摩擦力以及液體和管壁的彈性作用不斷地消耗能量，才使振蕩過(guò)程逐漸衰減而趨向穩(wěn)定，產(chǎn)生液壓沖擊的本質(zhì)是動(dòng)量變化。液壓基礎(chǔ) (2) 液壓沖擊的

23、危害 系統(tǒng)中出現(xiàn)液壓沖擊時(shí)，液體瞬時(shí)壓力峰值可以比正常工作壓力大好幾倍。液壓沖擊會(huì)損壞密封裝置、管道或液壓元件，還會(huì)引起設(shè)備振動(dòng)，產(chǎn)生很大噪聲。有時(shí)沖擊會(huì)使某些液壓元件如壓力繼電器、順序閥等產(chǎn)生誤動(dòng)作，影響系統(tǒng)正常工作。 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓基礎(chǔ) (3) 沖擊壓力 （a）管道閥門關(guān)閉時(shí)的液壓沖擊 設(shè)管道截面積為A，產(chǎn)生沖擊的管道長(zhǎng)為l，壓力沖擊波第一波在l長(zhǎng)度內(nèi)傳播的時(shí)間為t1，液體的密度為，管中液體的流速為，閥門關(guān)閉后的流速為零，則由動(dòng)量方程得： 整理后得 式中c = l/t，為壓力沖擊波在管道中的傳播速度。 應(yīng)用式（3.45）時(shí)，需要先知道c值的大小，而c值不僅和液體的

24、體積彈性模量K有關(guān)，而且還與管道材料的彈性模量E、管道的內(nèi)徑d及壁厚 有關(guān)。在液壓傳動(dòng)中，c值一般在9001 400 m/s之間。 若液體流速 不是突然降為零，而是降為則上式可寫成 pAAlt1ctlp1)(1cp液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓基礎(chǔ) 設(shè)壓力沖擊波在管中往復(fù)一次的時(shí)間為tc，其中tc=2l / c。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間ttc時(shí)，閥門不是突然關(guān)閉，此時(shí)壓力峰值較小，這時(shí)的沖擊稱為間接沖擊，其p值可按下式計(jì)算 （b）運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)的液壓沖擊 設(shè)總質(zhì)量為的運(yùn)動(dòng)部件在制動(dòng)時(shí)的減速時(shí)間為t，速度減小值為，液壓缸有效作用面積為A，則根據(jù)動(dòng)量定理得 上式中忽略了阻尼和泄漏等因素，計(jì)算結(jié)果偏大，但比較安全。ttcpc)(1pmA t液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓沖擊和空穴現(xiàn)象液壓基礎(chǔ) (4) 減小壓力沖擊的措施l 盡可能延長(zhǎng)閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)換向的時(shí)間。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中采用換向時(shí)間可調(diào)的換向閥可做到這一點(diǎn)。l 正確設(shè)計(jì)閥口，限制管道流速及運(yùn)動(dòng)部件速度，使運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)速度變化比較均勻。例如在機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，通常將管道流速限制在4.5 m/s以下，液壓缸驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)部件速度一般不宜超過(guò)10 m/min等。l 在某些精度要求不高的工作機(jī)械上，使液壓缸兩腔油路在換向閥回到中位時(shí)瞬時(shí)互通。l 適當(dāng)加大管道直徑，