液壓傳動(dòng)第二章液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)及其力學(xué)基礎(chǔ)

1、 液壓傳動(dòng)中工作介質(zhì)起著重要的作用。工作介質(zhì)的種類，化學(xué)、物理性質(zhì)和力學(xué)特性一直是被研究的課題，伴隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的全過(guò)程。本章是液壓傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)本章的學(xué)習(xí)和掌握有助于后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)和深入研究。 液壓傳動(dòng)工作介質(zhì)的種類比較多，最初用水作為介質(zhì)，隨著液壓元件材料的金屬化，為了防止銹蝕，后來(lái)使用油液作為介質(zhì)。隨著對(duì)傳動(dòng)性能要求的提高和石油工業(yè)的發(fā)展，不同種類的石油型油液和難燃液被研制成功并廣泛應(yīng)用。為了節(jié)約石油、防止污染和耐高溫，目前又開(kāi)始研發(fā)以純水、海水為介質(zhì)的液壓元件和傳動(dòng)系統(tǒng)。一種被稱為電流變流體（Electro Rheological Fluid）作為工作介質(zhì)的傳動(dòng)技術(shù)具有更

2、加誘人的新穎性。使用這種介質(zhì)可使控制更加簡(jiǎn)化，只要增大或減小控制口的電場(chǎng)強(qiáng)度即可對(duì)這種介質(zhì)的流量和流動(dòng)方向進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。不過(guò)這種介質(zhì)及其相關(guān)的匹配元件仍處在研究階段。另外， 磁流變流體（Magnetic Rheological Fluid）也在研究之中。 綜上所述，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的工作介質(zhì)均為液體，通常稱為液壓液。（一） 主要功用1. 傳遞能量和壓力信號(hào)；2. 對(duì)元件進(jìn)行潤(rùn)滑；3. 防止銹蝕；4. 散熱。（二） 一般要求能夠滿足上述主要功用的同時(shí)，對(duì)工作介質(zhì)有以下基本要求：1. 粘度要適當(dāng)，受溫度變化影響小；2. 純凈無(wú)雜質(zhì)；3. 潤(rùn)滑性好，具有防銹能力；4. 對(duì)系統(tǒng)的其它材料要有良好的相容

3、性；5. 抑制泡沫能力和抑制乳化能力強(qiáng)；6. 燃點(diǎn)高，凝點(diǎn)低；7. 阻電能力強(qiáng)；8. 對(duì)人體無(wú)損害等。 作為工作介質(zhì)的液壓液具有液體的基本共性，即無(wú)固定形體，在外力作用下極易流動(dòng)。所以，液壓液可存在于液壓系統(tǒng)這樣的特殊容器中，在壓力差作用下能通過(guò)管道、孔口和各種縫隙中流動(dòng)并傳遞能量。除了這些共性，工程實(shí)際中更要掌握下面一些液體特性： （一） 密度 單位體積的液體具有的質(zhì)量稱為液體密度，用表示。對(duì)于均值液體，其密度為Vm 密度是液體的一個(gè)重要參數(shù)。不同種類液體的密度是不同的，而且會(huì)隨著溫度和壓力的變化而變化。由于在通常使用條件下變化不太明顯，可以忽略。通常使用的石油基液壓液，其密度可取 = 90

4、0 kg/m3進(jìn)行計(jì)算。 （二） 可壓縮性 當(dāng)液體受到壓力作用時(shí)，其體積會(huì)減小，這種特性稱為液體的可壓縮性。通常用壓縮系數(shù)k來(lái)表示VVpk1在工程實(shí)際應(yīng)用中，常用液體體積模量K表示液體抵抗壓力能力的大小 VVpkK1 對(duì)于石油基液壓液K （1.42）103 MPa，與鋼的體積模量相比雖然小些，但仍是很大的。所以，在一般工程中視為不可壓縮。 液體中溶入空氣后會(huì)使K值減小。 所以，實(shí)際使用中應(yīng)盡量減少空氣混入液壓液中的機(jī)會(huì)。同時(shí)，在一般計(jì)算中，可取 K =（0.71.4）103 MPa。 (三) 粘性1. 粘性的定義 任何液體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，因液體分子間的內(nèi)聚力會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力阻止其相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這

5、種性質(zhì)被稱為液體的粘性。 內(nèi)摩檫力F可由模型分析得出 yuAFdd牛頓液體內(nèi)摩擦定律 yuAFdd 2. 粘性的表示及度量 液體粘性及大小用粘度來(lái)表示。常用的粘度的表示方法有三種，即動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和相對(duì)粘度。（1）動(dòng)力粘度 動(dòng)力粘度又稱絕對(duì)粘度，用來(lái)表示yuAFdd單位為Pa s （2）運(yùn)動(dòng)粘度 運(yùn)動(dòng)粘度用表示 國(guó)際上通用運(yùn)動(dòng)粘度來(lái)表示液體的粘度。同時(shí)，采用溫度在40時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的平均值作為液壓液的粘度代號(hào)。例如HL32液壓液，表示這種液壓液在40時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)粘度為3210-6m2/s。又如HM46液壓液，表示這種液壓液在40時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)粘度為4610-6m2/s，等等。ISO按運(yùn)動(dòng)粘度平均

6、值劃分了粘度等級(jí)，見(jiàn)表2 1 單位為m2/s(3) 相對(duì)粘度 相對(duì)粘度又稱條件粘度。相對(duì)粘度是根據(jù)特定測(cè)量條件制定的。國(guó)際上各國(guó)采用的測(cè)量條件不盡相同，常見(jiàn)的有通用賽氏秒SUS（美國(guó)、英國(guó)用）、商用雷氏秒R1S（英國(guó)、美國(guó)用），巴氏度B（法國(guó)用）和恩氏度E (中國(guó)、德國(guó)和俄羅斯用)等。 恩氏度E是用恩氏粘度計(jì)測(cè)量的，方法是：先測(cè)出200m的被測(cè)液體在T時(shí)流經(jīng)恩氏粘度計(jì)（具有2.8mm小孔的漏斗式量具）所需時(shí)間, 并記為t1；再測(cè)出200m的蒸餾水在20時(shí)流經(jīng)同一恩氏計(jì)所需的時(shí)間, 記為t2（t2=52s）；t1/ t2即為此條件下的恩氏度ET 21TEtt用恩氏粘度計(jì)測(cè)出的恩氏粘度必須換算成運(yùn)

7、動(dòng)粘度表示 6TT10E31. 6E31. 7（四）粘溫性 液體粘度與溫度之間的關(guān)系簡(jiǎn)稱粘溫性。一般來(lái)說(shuō)，液體粘度隨溫度升高而減小，隨溫度降低而增大。粘溫性常用粘度指數(shù)表示。反映液體的粘度隨溫度變化程度與標(biāo)準(zhǔn)液體的粘度變化程度之比。粘度指數(shù)高，說(shuō)明粘度隨溫度變化小，即粘溫性好。常用液壓液的粘度指數(shù)值均大于90。常用液壓液的粘度溫度特性由圖2 2表示。（五）粘壓性 液體粘度與工作壓力之間的關(guān)系簡(jiǎn)稱粘壓性。一般來(lái)說(shuō)，液體的粘度隨工作壓力的增高而增大。但在壓力小于50MPa時(shí)影響不太明顯，故壓力小于50MPa的液壓系統(tǒng)可不考慮這一影響。 （思考）1112題 目前普遍使用的工作介質(zhì)分為兩大類，即石油基

8、液壓液和難燃液。為了適應(yīng)各種環(huán)境和場(chǎng)合的應(yīng)用這兩類介質(zhì)又有以下詳細(xì)劃分： （一）石油基型液壓液 1HH液液 這種液壓液是一種不含任何添加劑的精制石油型液壓液。由于穩(wěn)定性差只能用于簡(jiǎn)單設(shè)備或低壓系統(tǒng)中。也稱普通液壓液 2HL液液 這種液壓液是一種添加了抗氧化、防銹劑的液壓液?？捎糜谑覂?nèi)固定設(shè)備的中低壓系統(tǒng)。也稱通用液壓液 3HM液液 這種液壓液是一種加入了抗氧化劑、防銹劑、抗磨劑、消泡劑等多種添加劑的液壓液，又稱抗磨型液壓液。適用于工程機(jī)械等野外作業(yè)的高壓系統(tǒng)中，以及其他具有專門(mén)要求的低、中、高壓系統(tǒng)中。適應(yīng)溫度范圍為-1870。 4HV液液 這種液壓液是一種添加了抗氧化、防銹、粘度穩(wěn)定劑及降凝

9、劑的精制液壓液。粘度指數(shù)值大于130。適用于工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械和車輛液壓系統(tǒng)。也適用于寒冷地區(qū)作業(yè)的液壓系統(tǒng)。適應(yīng)溫度范圍為-2570。 5HS液液 這種液壓液基本性能同HV液。而HS更適用于嚴(yán)寒地區(qū)。其凝點(diǎn)可達(dá)-45。所以，HS和HV又稱為低溫液壓液。 6HR液液 這種液壓液是在HL基礎(chǔ)上添加了粘度穩(wěn)定劑制成的，其粘溫性更好。適用于環(huán)境溫度變化大的低壓系統(tǒng)，也用于數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)。低溫液壓液 7HG液液 這種液壓液是在HM的基礎(chǔ)上添加了減磨劑之類的抗粘滑劑制成的。使其不僅具有抗磨液的性能，還具有防爬行性能。HG液用于各種機(jī)床的導(dǎo)軌潤(rùn)滑，又稱導(dǎo)軌油。（二）難燃型液壓液 石油基液壓液具有眾多優(yōu)點(diǎn)

10、，是普遍使用的工作介質(zhì)。但是石油基液壓液除了污染環(huán)境外，致命的缺點(diǎn)就是阻燃性差，不宜用于高溫環(huán)境。因此，高溫環(huán)境的液壓系統(tǒng)應(yīng)使用難燃型液壓液。目前，難燃型液壓液分為A、B、C、D四種類型。 1HFA乳化液 具體又分為三種： （1）HFAE型型高水基乳化液 這種乳化液是由95%的水與5%的精制石油基液和各種添加劑混合而成，又稱水包油型液壓液，適用于易燃易爆場(chǎng)合。如礦井作業(yè)機(jī)械和冶金機(jī)械液壓設(shè)備。這種乳化液雖然閃點(diǎn)大于100，但使用溫度不要超過(guò)規(guī)定值，同時(shí)使用壓力應(yīng)在7MPa以下。 （2）HFAS液液 這種乳化液是由95%的水和5%的抗磨劑、防銹劑、防霉劑和消泡劑等混合而成，不含油的成分。適用于易

11、燃易爆及高溫環(huán)境的低壓系統(tǒng)中。 （3）HFAM液液 這種乳化液是由95%的水和5%的高級(jí)潤(rùn)滑油及多種添加劑混合而成。其性能優(yōu)于前兩種。適用于中、低壓系統(tǒng)。水包油型液壓液 2HFB型乳化液型乳化液 這種乳化液是由40%的水和60%的石油基液和抗磨劑、抗氧化劑、防銹劑、防霉劑、乳化劑等混合而成，具有石油基液壓液的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)阻燃性能好。適用于冶金、軋鋼和礦井設(shè)備的低壓系統(tǒng)。 3HFC型合成液型合成液 這種乳化液是由35%55%的水與乙二醇和抗磨劑、消泡劑、防銹劑、防腐劑、增粘劑混合而成，又稱水乙二醇液。這種乳化液粘溫性好，粘度指數(shù)值達(dá)140170，可在-2050范圍內(nèi)使用。但是，HFC液潤(rùn)滑性差，與

12、某些金屬（鋅、錫、鋁、鎘、鎂）及聚氨酯、普通涂料相容性差。因此，使用HFC液的液壓設(shè)備在選用元件和密封材料時(shí)要考慮這些問(wèn)題。 4HFD液 HFD液目前分為HFDR型、HFDS型、HFDT型和HFDU型。HFDR型出現(xiàn)較早，稱為磷酸酯液。 HFDR液液是在磷酸酯中加入抗氧劑、抗腐蝕劑、防銹劑和消泡劑結(jié)合而成。其優(yōu)點(diǎn)是具有良好的潤(rùn)滑性、阻燃性及抗氧化性。適用溫度范圍在-665。HFDR液對(duì)系統(tǒng)中的密封件材料、涂料有特殊要求。同時(shí)，磷酸對(duì)人體有害，使用時(shí)應(yīng)避免直接接觸或采用防護(hù)措施。 正確的選用工作介質(zhì)是充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。工作介質(zhì)的選用包括兩個(gè)方面，即品種和粘度的選用。 （一）品種的選

13、用工作介質(zhì)品種的選用一般從下面三個(gè)方面考慮： 1液壓系統(tǒng)工作環(huán)境工作環(huán)境包括：室內(nèi)/野外；高溫/嚴(yán)寒；陸地/海洋/航空；礦井/地面；有無(wú)環(huán)保要求等。 2液壓系統(tǒng)工作條件液壓系統(tǒng)工作條件包括工作壓力、溫度、執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度、元件使用的金屬材料、涂料、密封件材料等。 3液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)或控制設(shè)備的精密性和經(jīng)濟(jì)性 液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)或控制的設(shè)備有簡(jiǎn)單的民用型；工業(yè)通用型；工業(yè)精密型；國(guó)防尖端型。根據(jù)設(shè)備的重要性及整體造價(jià)選用既保證使用要求又在價(jià)格上相適應(yīng)的品種。 工作介質(zhì)的品種選擇可依據(jù)上述三個(gè)方面和工作介質(zhì)分類對(duì)應(yīng)選用，或查閱產(chǎn)品樣本選用。表2 2給出品種選用的基本實(shí)例供參考。（二）粘度的選擇 工作介質(zhì)的品

14、種選定后，選擇合適的粘度才能保證系統(tǒng)高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命地運(yùn)行。粘度選擇一般考慮四個(gè)方面：1. 工作壓力 選擇介質(zhì)粘度要考慮系統(tǒng)工作壓力。一般工作壓力較高的系統(tǒng)應(yīng)選擇粘度較大的介質(zhì)，以減少泄漏。2. 運(yùn)動(dòng)速度 選擇介質(zhì)粘度要考慮執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)執(zhí)行元件速度較高時(shí)，應(yīng)選擇粘度較低的介質(zhì)，以減少摩擦力，降低功率損耗。3. 環(huán)境溫度 選擇介質(zhì)粘度要考慮系統(tǒng)環(huán)境溫度。高溫環(huán)境中的系統(tǒng)應(yīng)選擇粘度高的介質(zhì)，低溫環(huán)境中的系統(tǒng)應(yīng)選擇粘度低的介質(zhì)。工作介質(zhì)隨溫度升高而粘度降低，工作中會(huì)增加泄漏甚至引起不能正常工作。當(dāng)?shù)蜏貢r(shí)，介質(zhì)粘度增高，將會(huì)導(dǎo)致阻力損失增大，甚至不能啟動(dòng)。4. 液壓元件或系統(tǒng)生產(chǎn)廠家建議 除了

15、上述三方面的考慮外，遵照廠家要求或建議選擇介質(zhì)的粘度是明智的。液壓泵在液壓系統(tǒng)中是核心元件，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件最多，對(duì)工作介質(zhì)質(zhì)量和粘度最敏感。因此，液壓泵生產(chǎn)廠家在其產(chǎn)品樣本中規(guī)定了介質(zhì)品種和粘度范圍。一般來(lái)說(shuō)，介質(zhì)的粘度符合了泵的要求也就滿足了系統(tǒng)的要求。 工作介質(zhì)的品種和粘度確定后，更重要的就是采購(gòu)、裝運(yùn)、使用與維護(hù)。管好每一環(huán)節(jié)是確保系統(tǒng)介質(zhì)不被污染，不變質(zhì)的關(guān)鍵。 工作介質(zhì)的污染來(lái)源是多方面的。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，采購(gòu)裝運(yùn)介質(zhì)的容器是第一污染源；組裝起來(lái)的液壓系統(tǒng)是第二污染源；工作環(huán)境是第三污染源。控制第一污染源應(yīng)采用專用儲(chǔ)運(yùn)容器，至少在裝運(yùn)前先用同一品種的介質(zhì)沖洗并清理過(guò)，在運(yùn)輸時(shí)加蓋封裝；控

16、制第二污染源首先應(yīng)保證系統(tǒng)油箱內(nèi)無(wú)鐵屑、鐵銹、毛刺、焊渣、粉塵、棉紗等可見(jiàn)雜質(zhì)，其次是用同種介質(zhì)清洗并初裝運(yùn)行，將管道和各元件內(nèi)原有的污物沖刷至油箱內(nèi)，經(jīng)再次清洗后經(jīng)過(guò)濾器正式灌裝；控制第三污染源應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境為液壓系統(tǒng)加裝必要的防護(hù)罩，或安放在專門(mén)的房間內(nèi)，只將執(zhí)行元件與運(yùn)動(dòng)部件連接，系統(tǒng)油箱采用空氣過(guò)濾器與大氣相通，或直接采用充氣密封油箱。另外要防止維修、更換元件時(shí)的污染物侵入。 控制污染源，使介質(zhì)免受污染是必須做到的。其實(shí)，液壓系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，各元件中運(yùn)動(dòng)件的磨損物、被沖刷的剝落物、化學(xué)反應(yīng)生成物等逐漸增多。所以應(yīng)定期檢查、凈化處理（盡量按ISO4406污染度標(biāo)準(zhǔn)檢查、評(píng)定）或更換新

17、介質(zhì)。液體單位面積上所承受的法向力稱為壓力，常用p表示。AFp 液體的壓力特性： 1. 液體壓力垂直作用于有效作用面，方向指向有效作用面的內(nèi)法線方向。 2. 液體內(nèi)任一點(diǎn)所受的壓力在各個(gè)方向上都相等。 工作介質(zhì)靜力學(xué)基礎(chǔ)涉及介質(zhì)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的受力平衡關(guān)系及其力學(xué)特性。所謂靜止?fàn)顟B(tài)是指介質(zhì)本身內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而不考慮盛裝介質(zhì)的容器是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的。由于工作介質(zhì)是液體，本節(jié)仍以液體靜力學(xué)描述。 AghApAp0ghpp0此為液體靜力學(xué)基本方程 appgh其意義如下： 1. 靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力由兩部分組成： 即液面上的壓力p0 和液體自重形成的壓力gh。當(dāng)液面上只受大氣壓Pa作用時(shí)有：

18、 2靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)的壓力隨深度呈線性規(guī)律分布。 3距液面同一深度的各點(diǎn)，其壓力均相等。壓力相等的各點(diǎn)組成的面稱為等壓面，且為水平面。 根據(jù)度量的基準(zhǔn)不同，壓力的表示方法有絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力兩種 以絕對(duì)零壓力為基準(zhǔn)度量時(shí)，其值為絕對(duì)壓力；而以大氣壓為基準(zhǔn)度量時(shí)，其值為相對(duì)壓力。 絕對(duì)壓力和相對(duì)壓力之間的關(guān)系為:絕對(duì)壓力 = 大氣壓力 + 相對(duì)壓力相對(duì)壓力 = 絕對(duì)壓力大氣壓力相對(duì)壓力為負(fù)值時(shí)稱真空度,并且用絕對(duì)值表示，或表達(dá)為： 真空度 = 大氣壓絕對(duì)壓力壓力的單位用N/m2、牛/米2；或Pa、帕；也可用MPa、兆帕表示。1 MPa =106 N/m2 = 106 Pa 例2 1， 圖2 5表

19、示一個(gè)盛有密度為 = 900kg/m3液體的容器，容器上有活塞使其密封。當(dāng)活塞與液體接觸面積為A = 110-3m2，其上受有F=1000N的作用力，在不考慮活塞的重力時(shí)，問(wèn)液面以下0.6m處的壓力為多大？（N/m2）6301011011000AFp6660105292106 . 08 . 990010ghpp解解 液體與活塞接觸面上的壓力為深度h = 0.6m處的壓力為 由此可見(jiàn)，當(dāng)液體受外力作用時(shí)，大氣壓和液體自重引起的壓力是微不足道的，在液壓系統(tǒng)中常被忽略不計(jì)，只計(jì)算外負(fù)載作用下的壓力。 （N/m2） 在密閉容器內(nèi)施加于靜止液體的壓力將以等值地傳向液體的各點(diǎn)，這就是帕斯卡原理，也稱靜壓傳

20、遞原理。 在液壓系統(tǒng)中，液體存在于液壓元件的容腔內(nèi)，并且作用于各種形體的固體壁面上形成作用力。這個(gè)作用力是設(shè)計(jì)液壓元件或液壓系統(tǒng)時(shí)受力分析的基礎(chǔ)。例2 2，如圖2 7所示，缸筒內(nèi)壁所受的液體壓力為p，計(jì)算缸筒在x方向所受的總作用力Fx。缸筒尺寸由圖給出。解解 先在壁面上取dA = Lds = Lrd的微面積，再求出液體在微面積dA上的作用力dF，然后求出在x方向上的分量dFx，再經(jīng)過(guò)積分后得到Fx為dcoscosdcosddLrpApFFxxxxpADLppLrLrpFF222dcosd （思考）（思考）216 （作業(yè)）（作業(yè)）214、16、17 液體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)是液體力學(xué)的兩個(gè)重要部分。運(yùn)

21、動(dòng)學(xué)研究流動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律；動(dòng)力學(xué)則研究流動(dòng)液體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力能關(guān)系。本節(jié)著重討論流動(dòng)液體連續(xù)性方程、能量方程和動(dòng)量方程及其應(yīng)用。 1. 理想液體 理想液體是指既無(wú)粘性，又不可壓縮的液體。液壓系統(tǒng)中使用的液壓液屬于真實(shí)液體，不僅具有粘性，而且具有一定的可壓縮性。粘性、可壓縮性又與實(shí)際溫度、壓力等有關(guān)，是個(gè)復(fù)雜問(wèn)題。因此，在分析、研究具體問(wèn)題時(shí)常將真實(shí)液體假設(shè)為理想液體處理，得出結(jié)論后再通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以修正。 3. 流線、流管和流束 液體流動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部任意點(diǎn)的壓力、速度和密度都不隨時(shí)間而變化時(shí)(dp/dt=0,d/dt=0,d/dt=0)即稱恒定流動(dòng)（定常流動(dòng)，非時(shí)變流動(dòng)）。否則，只要有一項(xiàng)隨時(shí)間

22、變化就叫做非恒定流動(dòng)（非定常流動(dòng)，時(shí)變流動(dòng)） 。液壓系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)可認(rèn)為是作恒定流動(dòng)；而在瞬態(tài)情況下認(rèn)為是作非恒定流動(dòng)。 研究液體在一定容器內(nèi)流動(dòng)時(shí)，根據(jù)容器形狀和液流流速可能會(huì)出現(xiàn)一維、二維或三維流動(dòng)。 液壓系統(tǒng)中，液體被限制在相對(duì)于水利建設(shè)的明渠或大壩泄洪而言是極其細(xì)小的管道內(nèi)流動(dòng)，通常視為一維流動(dòng)。一維流動(dòng)是最簡(jiǎn)單的流動(dòng)。 2. 恒定流動(dòng)和一維流動(dòng) 流線是標(biāo)志流動(dòng)液體中各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度方向的曲線。流線上任意一點(diǎn)的速度方向與流線相切。也就是說(shuō)，流線是某一瞬時(shí)液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡。當(dāng)液體作恒定流動(dòng)時(shí)，流線的形狀不隨時(shí)間而變，是一條條光滑的曲線。 4. 通流截面積 在恒定流動(dòng)的液流中假想畫(huà)一個(gè)封

23、閉的曲線，流線通過(guò)該封閉曲線時(shí)，以封閉曲線上的流線組成的面域稱為流管。流管內(nèi)所有的流線稱為流束。由于流管內(nèi)外流線保持原來(lái)狀態(tài)，故流線不穿越流管，因而流管就象真實(shí)管道一樣。當(dāng)把流管向無(wú)限縮小，直至趨近于零時(shí)，則流管內(nèi)各點(diǎn)的流速被認(rèn)為是相等的。 正交于流束中所有流線的面積稱為通流截面積。工程實(shí)際中常把垂直于管道軸線的橫截面稱為通流截面，其面積用A表示。實(shí)際通流截面形狀隨管道、孔口或縫隙的形狀而不同。 5. 流量和平均流速AutLAtVqAuqdd AAuqdAq6. 濕周和水力直徑Ad4H7. 液體流動(dòng)狀態(tài)及雷諾數(shù)液體流動(dòng)表現(xiàn)為兩種狀態(tài)，即層流和湍流 HdRe dRe 液體流動(dòng)狀態(tài)是層流還是湍流用

24、以下判別式確定：當(dāng)Re Rec 時(shí)，流態(tài)為層流；當(dāng)Re Rec 時(shí)，流態(tài)為湍流。20006721032025.086.06dRe例2 3，液壓泵入口管徑d = 0.025m，工作介質(zhì)為運(yùn)動(dòng)粘度是 = 3210-6m2/s的石油基液壓液。當(dāng)液壓泵以流量q = 0.4210-3m3/s工作時(shí)，判斷液壓泵吸油口管道內(nèi)的液流流態(tài)。 解解 液壓泵吸油管中液流的平均速度為86.0025.041042.023Aq（m/s）所以，液壓泵吸油口管道內(nèi)的液流流態(tài)為層流。 液體流過(guò)光滑內(nèi)壁的金屬圓管時(shí) Rec =23202000，一般計(jì)算可取2000來(lái)判斷。 液體流過(guò)橡膠軟管時(shí)， Rec =20001600，一般計(jì)

25、算可取1600來(lái)判斷。 流動(dòng)液體連續(xù)性方程是流動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)學(xué)中的重要方程之一，也是解決工程實(shí)際問(wèn)題的重要工具之一。222111ddAuAu2211ddAuAu2211dd21AuAuAA21qq2211AA得連續(xù)性方程為q = A11 = A22 = 常數(shù) 物理意義：1.不可壓縮液體做恒定流動(dòng)時(shí)，流過(guò)流管（管道）各通流截面的流 量是相等的，且為常數(shù)；2. 流經(jīng)任一通流截面的液體其流速與通流截面積成反比。即管道細(xì)的部位流速大，反之流速小。 流動(dòng)液體能量方程又稱伯努利方程，揭示了流動(dòng)液體遵守能量守恒定律，是解決流體工程和液壓傳動(dòng)技術(shù)問(wèn)題的重要工具之一。1. 液壓力對(duì)12段微流束做的功為dWtuApt

26、uApWddddd222111)(ddd21pptqW2. 12段微流束的機(jī)械能變化量為dEK + dEp)(21ddd2122kuutqE)(ddd12phhtqgEPkdddEEW)(dd)(21dd)(dd12212221hhtqguutqpptqCghupghup222212112121整理以后得出理想液體的能量方程為：其物理意義是：（1） 在外力作用下，作恒定流動(dòng)的理想液體流經(jīng)任一通流截面時(shí)具有三種能量，即壓力能 p、動(dòng)能u2/2、勢(shì)能gh；（2）三種能量可以互相轉(zhuǎn)換，且總和為常數(shù)。pghpghp222221211122式中：1和2為動(dòng)能修正系數(shù)， 當(dāng)流態(tài)為層流時(shí)=2 ； 當(dāng)流態(tài)為湍

27、流時(shí)=1 ； 1和2為液體平均流速； p為液體流經(jīng)12截面時(shí)的總能量損失。 能量方程適用條件、基準(zhǔn)選擇和通流截面選擇順序： 能量方程式適用于恒定流動(dòng)、幾乎不可壓縮、沿程流量不變；截面應(yīng)選在緩變流段；基準(zhǔn)最好選在其中一個(gè)通流截面形心上（對(duì)于圓形直管道來(lái)說(shuō)，基準(zhǔn)選在管道軸心線上），而且此通流截面積相對(duì)于另一通流截面積大的多；通流截面序號(hào)應(yīng)按流向依次設(shè)定。例2 4，圖2 11示出液壓泵與油箱的安裝位置關(guān)系。當(dāng)泵的流量qp = 416.710-6m3/s，吸油管內(nèi)徑d = 0.03m， 泵吸油口的絕對(duì)壓力p2 = 0.75105Pa；過(guò)濾器的壓力損失p = 0.2105Pa；油液密度為 = 900kg

28、/m3、運(yùn)動(dòng)粘度為32106m2/s；求泵的安裝高度H應(yīng)為多少？解解1. 列出能量方程式： 取油箱液面為通流截面1，泵的吸油口為通流截面2，基準(zhǔn)選在通流截面1上。列出能量方程式為 pghpghp222221211122由題意可知，式中總能量損失p包括流經(jīng)過(guò)濾器的壓力損失p和吸油管道的沿程壓力損失4128dLq（將在后面講到）兩部分，故有 pdLqghpghp4222222111112822根據(jù)所選截面可知：h1=0；1 7時(shí)，液流的收縮作用不受孔前管道內(nèi)壁的影響，稱完全收縮。當(dāng)d / dT 7時(shí)，孔前通道對(duì)液流起到引導(dǎo)作用，稱不完全收縮。 建立11和22兩截面的能量方程如下 pghpghp22

29、222222111121ppp22e1p2)1(2e22e2AAp222eppppp212e2)1(由兩個(gè)局部件串聯(lián)產(chǎn)生的壓力損失約等于零pCpp2)(21121ePACPCACAq22TdTcee孔口收縮系數(shù)，Cc = Ae /AT 孔口流量系數(shù)，Cd = CcC Cc、C、Cd可由實(shí)驗(yàn)得到。當(dāng)處于完全收縮時(shí)，Cc = 0.610.63，C = 0.970.98，Cd = 0.610.62。當(dāng)處于不完全收縮時(shí)，Cd = 0.70.8。2. 短孔及其流量計(jì)算 短孔的幾何形狀是0.52000時(shí)，應(yīng)取Cd = 0.82。 短孔通常用作固定節(jié)流口或阻尼器。3. 細(xì)長(zhǎng)孔及其流量計(jì)算 細(xì)長(zhǎng)孔的幾何形狀是

30、指L/d 4的孔。細(xì)長(zhǎng)孔流程長(zhǎng)，易發(fā)熱，易堵塞，不易作為節(jié)流口或阻尼器。細(xì)長(zhǎng)孔的流量公式為pLdq1284液流通過(guò)孔口的流量均與壓力差p成比例。所以，可寫(xiě)成通用公式 mpACqTq指數(shù)，薄壁孔和短孔m = 0.5、細(xì)長(zhǎng)孔m =1 對(duì)于細(xì)長(zhǎng)孔 LdCq322對(duì)于薄壁孔、短孔 2dCCq 縫隙即是兩零件間的間隙。通過(guò)縫隙流動(dòng)的液流受固體壁面影響較大，其流態(tài)均為層流。 通過(guò)縫隙的流量由兩種原因產(chǎn)生：對(duì)于固定零件間的縫隙流量是在壓力差的作用下流動(dòng)的，稱為壓差流量；對(duì)于相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件間的縫隙流量既有壓差作用下的壓差流量，又有運(yùn)動(dòng)零件帶動(dòng)的流量，稱剪切流量。分析縫隙流量的目的是合理設(shè)計(jì)間隙，減小泄漏，提高容

31、積效率分析縫隙流量的目的是合理設(shè)計(jì)間隙，減小泄漏，提高容積效率（一）平行平板縫隙及其流量計(jì)算 平行平板縫隙在液壓泵和馬達(dá)中是普遍存在的，既有固定平行平板縫隙，也有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平行平板縫隙。03212ubhpLbhq03212udhpLdhq壓差流壓差流剪切流 （二）圓柱環(huán)行縫隙及其流量計(jì)算 1. 同心圓柱面環(huán)形縫隙及其流量計(jì)算2. 偏心圓柱環(huán)形縫隙及其流量計(jì)算00302212)5 . 11 (udhpLdhq 當(dāng) = 0時(shí)，結(jié)果與同心圓柱環(huán)形縫隙情況相同。當(dāng) = 1，即為最大偏心時(shí)，流量是同心圓柱環(huán)形縫隙流量的2.5倍。由此可見(jiàn)，同心裝配的重要性。相對(duì)偏心率ohe（三）圓環(huán)平行平面縫隙及其流量計(jì)

32、算（三）圓環(huán)平行平面縫隙及其流量計(jì)算 123ln6rrphq柱塞泵、柱塞馬達(dá)中工作柱塞頭部的滑履是典型的實(shí)用案例。作用是靜壓支承。 一臺(tái)設(shè)計(jì)不完善的液壓系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)沖擊、振動(dòng)和噪聲。這些現(xiàn)象不僅對(duì)使用者健康造成危害，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)被破壞。本節(jié)將介紹液壓沖擊和氣穴現(xiàn)象的成因及預(yù)防措施。 （一）換向閥換向時(shí)的沖擊（二）執(zhí)行元件行程到終點(diǎn) 或遇到高負(fù)載（一）閥口突然關(guān)閉引起液壓沖擊ALtpA11Cp 壓力沖擊波的傳播速度 1tLC EKdKC1C = 8901420m/s 在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，通常 當(dāng)閥口不是全部關(guān)閉，而是部分關(guān)閉時(shí)，管道中的流速由減至1。這時(shí)的壓力沖擊為 CCp)(1CCp)(1當(dāng)閥口

33、關(guān)閉時(shí)間tsT 時(shí)，稱為間接壓力沖擊。p值由下式計(jì)算stTCp（二）運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)的液壓沖擊（二）運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)時(shí)的液壓沖擊tAmp（三）減小液壓沖擊的措施（三）減小液壓沖擊的措施減小液壓沖擊的措施主要有以下幾個(gè)方面：1對(duì)于大流量液壓系統(tǒng)，換向閥的閥芯應(yīng)采用具有節(jié)流三角槽或過(guò)渡錐結(jié)構(gòu)形式。也可采用換向時(shí)間可調(diào)的換向閥。2對(duì)于驅(qū)動(dòng)高速、大質(zhì)量運(yùn)動(dòng)部件的液壓缸應(yīng)采用緩沖措施，防止缸底撞擊或壓力沖擊。3適當(dāng)選用短而粗的管道，以降低流速。通常壓力管道中的液流速度應(yīng)控制在4.5m/s以內(nèi)。4在沖擊源安裝蓄能器或安全閥，以吸收或限制沖擊壓力。使用軟管連接也具有明顯效果。 在液壓系統(tǒng)中，當(dāng)某處液體壓力低于空氣

34、分離壓時(shí)，溶于液體中的氣體就會(huì)釋放出來(lái)，形成氣泡存在于液體中，這種現(xiàn)象被稱為氣穴現(xiàn)象。 氣穴會(huì)破壞液流的連續(xù)性，造成流量的脈動(dòng)。當(dāng)含有氣泡的液體再次循環(huán)到高壓區(qū)時(shí)，氣泡在高壓下被擠破，產(chǎn)生噪聲或沖擊振動(dòng)，甚至?xí)p傷接觸的固體表面（氣蝕作用）?？諝夥蛛x壓和飽和蒸汽壓： 在一定的溫度下，當(dāng)液體壓力低于某一壓力值時(shí)，溶于液體中的氣體將會(huì)迅速?gòu)囊后w中釋放出來(lái)，形成大量氣泡，這個(gè)壓力值被稱為液體在該溫度時(shí)的空氣分離壓。 液體在某一溫度，其壓力降低到某一值時(shí)，液體自身迅速汽化產(chǎn)生大量蒸汽，這時(shí)的壓力值稱為液體在該溫度時(shí)的飽和蒸汽壓。液體在不同溫度時(shí)，飽和蒸汽壓不同。水在20時(shí)的飽和蒸汽壓為2338.4Pa

35、，在50時(shí)的飽和蒸汽壓為12398.9Pa；HL32液壓液在20時(shí)的飽和蒸汽壓為1.799Pa，在50時(shí)的飽和蒸汽壓為0.013Pa；HL46液壓液在20時(shí)飽和蒸汽壓為0.387Pa，在50時(shí)的飽和蒸汽壓力則為0.011Pa。 減小氣穴的措施有：1. 控制急變管徑部位、小孔、縫隙前后的壓力比值p1 / p23.5。2. 在安裝液壓泵時(shí)，適當(dāng)選用通徑較大的吸油管，以降低泵的吸油口流速和吸油阻力。必要時(shí)采用倒灌安裝方式，并且要經(jīng)常進(jìn)行必要的檢查。3. 必要時(shí)在液壓缸上加裝排氣裝置。安裝和檢修完液壓系統(tǒng)后要在空負(fù)載下反復(fù)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，將混入系統(tǒng)內(nèi)的空氣通過(guò)排氣塞排入大氣。4. 所有元件油口的接頭部位要可靠密封，防止吸入空氣。5. 經(jīng)常檢查泵的吸油口過(guò)濾器具有較好的通流能力，減小入口阻 力。同時(shí)注意油箱液面始終不低于泵的吸油口。 氣穴一般發(fā)生在通道狹窄，液體流速急增的部位，或局部容積可變的封閉腔。如液壓泵的困油區(qū)、吸油口；液壓閥口等一些部位（