1、机电工程系机电工程系 刘方方刘方方 第第1 1章章 液压流体力学基础液压流体力学基础l1.1 液压油液l1.2 液体静力学l1.3 液体动力学l1.4 管道流动的压力损失l1.5 孔口流动l1.6 缝隙流动l1.7 液压冲击和气穴现象 第第1 1章章 液压流体力学基础液压流体力学基础液压油液视频8.8.选用液压油主要考虑的几个方面选用液压油主要考虑的几个方面 工作压力压力高，要选择粘度较大的液压油液 环境温度温度高，选用粘度较大的液压油。运动速度速度高，选用粘度较低的液压油。液压泵的类型各类泵适用的粘度范围可查阅相关参考书。工作压力环境温度运动速度设备种类1.1 液压油液液压油液8.8.选用液
2、压油主要考虑的几个方面选用液压油主要考虑的几个方面液压泵适用的液压油液实例：1.1 液压油液液压油液9.9.液压油的合理使用液压油的合理使用-防止污染防止污染l 液压油污染的危害造成系统故障降低元件寿命使液压油变质影响工作性能l 液压油的污染源系统残留物外界侵入物内部生成物l 污染的控制彻底清洗系统保持系统清洁定期清除污物定期换油1.1 液压油液液压油液9.9.液压油的合理使用液压油的合理使用-防止油温过高防止油温过高l 油温过高的危害油液粘度下降，易泄露油液易变质受热膨胀，影响阀芯移动密封圈老化，丧失密封性能l 合适的工作油温液压泵入口：低于55油路中局部区域：必须低于120油箱：30-45
3、l 防止措施防止措施保证油面高度，确保足够循环冷却；防止过载、防止和高温物体接近；及时测量，油温一旦过高，应立即停工并检查原因、及时排除障碍；1.1 液压油液液压油液9.9.液压油的合理使用液压油的合理使用-防止空气混入防止空气混入防止空气在油箱中被油液带入系统注意液压泵至油箱吸油管道之间的密封随时排除进入液压系统中的空气1.1 液压油液液压油液一、静一、静 压力的概念及特性压力的概念及特性若在液体的面积A上所受的作用力F为均匀分布时，静压力可表示为：p=F/A 液体静压力在物理学上称为压强，工程实际应用中习惯称为压力。AFpAlim0 静止液体在单位面积上所受的法向力称为静压力。液体静压力的
4、特性：液体静压力垂直于承压面，方向为该面内法线方向。液体内任一点所受的静压力在各个方向上都相等。1.2 液体静力学液体静力学1.2 液体静力学液体静力学一、静一、静 压力的概念及特性压力的概念及特性在国际单位制在国际单位制(SI)中，压力的单位是中，压力的单位是Pa(帕，帕，N/m2)，由于此单位太小，在工程上，由于此单位太小，在工程上使用很不方便，因此常采用它的倍数单位使用很不方便，因此常采用它的倍数单位MPa(兆帕兆帕)。1 MPa106 Pa106 N/m2国际上压力曾经惯用的单位是国际上压力曾经惯用的单位是bar(巴巴)。我国过去在工程上采用工程大气压。我国过去在工程上采用工程大气压(
5、at)、水、水柱高度、汞柱高度等压力单位。各种压力单位之间的换算关系如下：柱高度、汞柱高度等压力单位。各种压力单位之间的换算关系如下：1 bar1105 Pa0.1 MPa1 at(工程大气压工程大气压)1 kgf/cm29.8104 Pa1 mH2O(米水柱米水柱)9.8103 Pa1 mmHg(毫米汞柱毫米汞柱)1.33102 Pa 二、液体静力学基本方程二、液体静力学基本方程)(AghApApo（压力随深（压力随深度线性增加；度线性增加；等深等压。）等深等压。）静压力基本方程式 p=p0+gh 重力作用下静止液体压力分布特征：a.压力由两部分组成：液面压力p0，自重形成的压力gh；b.液
6、体内的压力与液体深度成正比；c.离液面深度相同处各点的压力相等，压力相等的所有点组成等压面，重力作用下静止液体的等压面为水平面1.2 液体静力学液体静力学三、三、压力的表示压力的表示（1 1）绝对压力）绝对压力（2 2）相对压力（表压力）相对压力（表压力）绝对压力绝对压力=相对压力相对压力+大气压力大气压力真空度真空度=大气压力大气压力-绝对压力绝对压力 p pp p0 0 p p表压表压=p p相对相对=p p绝对绝对 p p0 0 p pp p0 0 p p真空度=p p相对=p p0 p p绝对绝对1.2 液体静力学液体静力学如果液体中某点处的绝对压力小于大气压力，这时该点的绝对压力比大
7、气压力小的那部分压力值，称为真空度，此时相对压力为负值，又称负压。四、静压力的传递四、静压力的传递 帕斯卡原理帕斯卡原理 在密闭容器内，施加于静止液在密闭容器内，施加于静止液体的压力可以等值同时地传递到液体的压力可以等值同时地传递到液体内各点。体内各点。这就是帕斯卡原理，也这就是帕斯卡原理，也称为静压传递原理。称为静压传递原理。图示是应用帕斯卡原理的实例，图示是应用帕斯卡原理的实例，作用在大活塞上的负载作用在大活塞上的负载F1形成液体形成液体压力压力p=F1/A1。为防止大活塞下降，为防止大活塞下降，在小活塞上应施加的力在小活塞上应施加的力 F2=pA2=F1A2/A1。由此可得：由此可得：液
8、压传动可使力放大，可使力缩液压传动可使力放大，可使力缩小，也可以改变力的方向。小，也可以改变力的方向。液体内的压力是由负载决定的。液体内的压力是由负载决定的。1.2 液体静力学液体静力学 四个基本概念四个基本概念 （1 1）理想液体：理想液体：假设的既无假设的既无粘性粘性又不可压缩的与与人体称为理想又不可压缩的与与人体称为理想液体。液体。（2 2）恒定流动：恒定流动：液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密液体流动时，液体中任一点处的压力、速度和密度都不随时间而变化的流动。度都不随时间而变化的流动。1.3 液体动力学液体动力学四个基本四个基本概念概念（3 3）流量流量q q 单位时间内流经某
9、通流截面的流体的体积，单位时间内流经某通流截面的流体的体积，流量以流量以q表示表示，单位为单位为 m3/s 或或 L/min。（4 4）流速流速V V 工程实际中，平均流速才有应用意义 平均流速平均流速：通过流体某截面流速的平均值通过流体某截面流速的平均值。tVqAqv1.3 液体动力学液体动力学液体在管内作恒定流动，任取液体在管内作恒定流动，任取1 1、2 2两个通流截面，根据质量守恒两个通流截面，根据质量守恒定律，在单位时间内流过两个定律，在单位时间内流过两个截面的液体流量相等，即：截面的液体流量相等，即：依据：依据：质量守恒定律质量守恒定律因此：因此：流量一定时，管道细的地方流速快，管道
10、粗的地流量一定时，管道细的地方流速快，管道粗的地方流速慢；方流速慢；v v1 1 A A1 1=v v2 2 A A2 2 q q=v Av A=常量常量 (液流的连续性方程）液流的连续性方程）五、五、流动液体的连续性方程流动液体的连续性方程1.3 液体动力学液体动力学理想液体作恒定流动时，具有理想液体作恒定流动时，具有势能、压力能、动能三种形式，势能、压力能、动能三种形式，它们之间可以互相转换，但能它们之间可以互相转换，但能量总和保持不变。量总和保持不变。依据：依据：能量守恒定律能量守恒定律式中，式中，p1,p2 单位体积液体的压力能单位体积液体的压力能 gz1,gz2 单位体积液体势能单位
11、体积液体势能 V12/2,V22/2 单位体积液体的动能单位体积液体的动能 C-常数常数 六、六、流动液体的伯努利方程流动液体的伯努利方程Cvgzpvgzp2222211121211.3 液体动力学液体动力学式中，式中，1，2为修正系数，为修正系数，hw为实际液体单位体积的能量损失；为实际液体单位体积的能量损失；六、六、流动液体的伯努利方程流动液体的伯努利方程whvgzpvgzp22222211112121 实际液体是有粘性的，因此实际液体的伯努利方程需要在理想液体方程的基础上进行一定的修正，修正系数=1.011.1，因此实际液体的伯努利方程为：1 1、连续性方程、连续性方程 质量守恒定律质量
12、守恒定律 主要用于分析同一管道内不同界面，流体的流速与面积间的关系；主要用于分析同一管道内不同界面，流体的流速与面积间的关系；2 2、伯努利方程、伯努利方程 能量守恒定律能量守恒定律 主要用于解决流体内与压力、速度、位置有关的问题；主要用于解决流体内与压力、速度、位置有关的问题；1.3 液体动力学液体动力学1-1-溢流管溢流管2-2-进水管进水管3-3-密度与水相同的红色液体密度与水相同的红色液体4-4-控制阀控制阀5-5-小管小管6-6-容器容器7-7-水平玻璃管水平玻璃管8-8-控制阀控制阀1.4 管道管道流动的压力损失流动的压力损失 七、七、流动液体的压力损失和流量损失流动液体的压力损失
13、和流量损失1、雷诺数、雷诺数液体的两种流态：液体的两种流态：层流层流：分层、稳定：分层、稳定 湍流湍流：不分层、不稳定：不分层、不稳定 七、七、流动液体的压力损失和流量损失流动液体的压力损失和流量损失1、雷诺数、雷诺数 雷诺数雷诺数ReRe，它决定了液体流动的状态；，它决定了液体流动的状态；临界雷诺数临界雷诺数ReRec c 判定方法判定方法 ReRe ReRec c湍流，惯性力起主导作用湍流，惯性力起主导作用vdRe 平均流速管道内径液体运动粘度1.4 管道管道流动的压力损失流动的压力损失 七、七、流动液体的压力损失和流量损失流动液体的压力损失和流量损失 判定方法判定方法 ReRe ReRe
14、c c湍流，惯性力起主导作用湍流，惯性力起主导作用1.4 管道管道流动的压力损失流动的压力损失 七、七、流动液体的压力损失和流量损失流动液体的压力损失和流量损失1、雷诺数、雷诺数 判断流态2、沿程压力损失、沿程压力损失 由于液体的粘性摩擦，在管道内流动时造成的压力损失3、局部压力损失、局部压力损失 由于液体流经管道的接头、弯头、突然变化的截面以及 阀口等处时所引起的压力损失；4、总压力损失、总压力损失=沿程压力损失沿程压力损失+局部压力损失局部压力损失 由于流动液体具有粘性，以及流动时突然转弯或通过阀由于流动液体具有粘性，以及流动时突然转弯或通过阀口会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必然会产生阻
15、力。为口会产生撞击和旋涡，因此液体流动时必然会产生阻力。为了克服阻力，流动液体会损耗一部分能量，这种能量损失可了克服阻力，流动液体会损耗一部分能量，这种能量损失可用液体的压力损失来表示。用液体的压力损失来表示。1.4 管道管道流动的压力损失流动的压力损失 七、七、流动液体的压力损失和流量损失流动液体的压力损失和流量损失如何减少管道系统压力损失？如何减少管道系统压力损失？尽量缩短管道长度，减少弯曲和截面突变；尽量缩短管道长度，减少弯曲和截面突变；提高管道内壁的光滑程度；提高管道内壁的光滑程度；管道应有足够大的通流截面面积，把流速限制在适当的范围内；管道应有足够大的通流截面面积，把流速限制在适当的
16、范围内；选择粘度适当的液压油；选择粘度适当的液压油；1.4 管道管道流动的压力损失流动的压力损失1.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象 一、一、液压冲击液压冲击 1 1、含义、含义：由于某种原因致使系统：由于某种原因致使系统压力突然增高、突然转变压力突然增高、突然转变的现象。的现象。2 2、原因、原因：管道阀门瞬间关闭；管道阀门瞬间关闭；高速运动部件突然制动或换向；高速运动部件突然制动或换向；3 3、后果、后果：损坏密封装置、管道、液压元件，影响元件和系统寿命：损坏密封装置、管道、液压元件，影响元件和系统寿命 产生噪声。产生噪声。1.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象 一、一、液压
17、冲击液压冲击 4 4、减少液压冲击的措施：、减少液压冲击的措施：(1)适当增大管径，限制管道流速v，一般在液压系统中把v控制在4.5 m/s以内，pmax不超过5 MPa就可以认为是安全的。(2)正确设计阀口或设置制动装置，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的时间，可采用换向时间可调的换向阀。(4)尽可能缩短管道长度，减小压力波的传播时间，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或设置蓄能器，以吸收冲击的能量；也可以在这些部位安装安全阀，以限制压力升高。二、二、气穴现象气穴现象 1 1、产生原因、产生原因：系统内某点的压力突然降低，过
18、饱和的空气将从油液分离：系统内某点的压力突然降低，过饱和的空气将从油液分离出来，致使液体中析出气泡的现象。出来，致使液体中析出气泡的现象。2 2、危害、危害：气泡压破产生噪声；：气泡压破产生噪声；产生局部液压冲击或高温；产生局部液压冲击或高温；元件表面产生气蚀；元件表面产生气蚀；3 3、减少气穴现象的措施、减少气穴现象的措施：避免压力突降。减小压力降，降低吸油高度：避免压力突降。减小压力降，降低吸油高度h h，加大管径加大管径d d，限制液体流速，限制液体流速v v，防止空气进入。，防止空气进入。1.7 液压冲击和气穴现象液压冲击和气穴现象习题习题1、液压传动系统是由 、和 五部分组成。2、在研究流动液体时，将既没有 又不可 的假想液体，称 为理想液体。3、液体的粘性用粘度表示。常用的粘度有 、和 。4、在密闭系统中，由外力作用所产生的压力可 地传递到 的所有各点，这就是静压力传递原理。5、液压系统的压力损失有 和 两种。6、某压力容器表压力为0.3MPa，则压力容器的绝对压力为_MPa。（大气压力为0.1MPa）7、液体在管道中存在两种流动状态，状态时粘性力起主导 作用，状态时惯性力起主导作用8、什么是液压冲击现象？有什么危害？减少液压冲击的措施 有哪些？
