第4- 液压流体力学基础.ppt

本堂内容小结 第七节 液压冲击及空穴现象 在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象，称为空穴现象。 在一定的温度下，如压力降低到某一值时，过饱和的空气将从油液中分离出来形成气泡，这一压力值称为该温度下的空气分离压。 当液压油在某温度下的压力低于某一数值时，油液本身迅速汽化，产生大量蒸气气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸气压。 注意：液压油的饱和蒸气压相当小，比空气分离压小得多，因此，要使液压油不产生大量气泡，它的压力最低不得低于液压油所在温度下的空气分离压。 一、空穴现象 １、 气穴产生的部位： （１）液压泵的空穴现象 ： （２）节流口处的空穴现象。 液压泵吸油管直径太小，或吸油阻力太大，或液压泵转速过高。由于吸油腔压力低于空气分离压而产生空穴现象，形成气泡。 ２、气穴系数： 据气穴产生机理，通常是用节流气穴系数来描述节流气穴发生的程度，即 式中，p0为节流孔下游压力，即节流流动的最低压力；v0为节流下游的流速，即流经节流孔后收缩喉部位处流速；pv为油液空气分离压力。 节流孔前后的节流压力之差为： 节流气穴系数可表示为 由于pv与p0和p1相比小的很多，因此上式可化为 据文献可知，当 0.4时，油液不产生气穴；当　 0.4时，油液产生气穴，且越小，则气穴产生越严重。令＝0.4，可得气穴产生的临界压力之比为 ３、空穴的危害： 气蚀：这些气泡随着液流流到下游压力较高的部位时，会因承受不了高压而破灭，产生局部的液压冲击，发出噪声并引起振动，当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温（766°,993°,1149°)和高压(几百MPa)，会使金属剥落，使表面烧伤、粗糙或出现海绵状的小洞穴。这种固体壁面的腐蚀、剥蚀的现象称为气蚀。 减小空穴现象的措施 （1）减小流经节流小孔前后的压力差，一般希望小孔前后压力比小于3.5。 （2）正确设计液压泵的结构参数，适当加大吸油管内径。 （3）提高零件的抗气蚀能力，增加零件的机械强度，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗糙度等。 二、液压冲击 在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。 液压冲击的实质主要是管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬时转变。 液压冲击产生的原因 ： 当阀门瞬间关闭时，管道中便产生液压冲击。 液压系统中运动着的工作部件突然制动或换向时，由工作部件的动能将引起液压执行元件的回油腔和管路内的油液产生液压激振，导致液压冲击。 液压系统中某些元件的动作不够灵敏，也会产生液压冲击，如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速打开时，便产生压力超调，即液压冲击。 （1）运动部件制动时产生的液压冲击： 　　　设总质量为∑M的运动部件在制动时的减速时间为△t，速度的减小值为△v，液压缸的有效工作面积为A，则根据动量定理可近似地求得系统中的冲击压力△p，因 所以 （2）液体突然停止运动时产生的液压冲击： 设管道的截面积为A，长度为l，管道中液流的流速为v，密度为ρ。当管道的末端突然关闭时，液体立即停止运动。根据能量转化和守衡定律，液体的动能ρAlv2/2转化为液体的弹性能Al△p2/（2K’），即 ρAlv2/2=Al△p2/（2K’） 所以 上式中，△p为液压冲击时压力的升高值；K’为液体的等效体积弹性模量；c为冲击波在管道中的传播速度，按下式计算： 上式中，K为液体的体积弹性模量；d为管道内径；δ为管道壁厚；E为管道材料的弹性模量；冲击波在管道中的液压油内的传播速度c一般约为890～1270m/s。 完全冲击：当阀门关闭时间t小于压力波来回一次所需的时间tc(临界关闭时间)的情况，即ttc(tc=2l/c)，称为完全冲击。 非完全冲击：否则称为非完全冲击。 非完全冲击时引起的压力峰值比完全冲击时的低，按下式计算: 减小液压冲击的措施 由以上分析可知，采取以下措施可减小液压冲击： (1)使直接冲击变为间接冲击，这可用减慢阀的关闭速度和减小冲击波传递距离来达到。 (2)正确设计阀口，使运动部件制动时速度变化比较均匀。 (3)限制管道中油液的流速v。 (4)用橡胶软管或在冲击源处设置蓄能器，以吸收液压冲击的能量。 (5)在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。 １、液体流动压力损失 　（１）沿程损失；（２）局部损失；（３）叠加原理 ２、油液流经小孔和缝隙的流量与压力之间关系 　　（１）薄壁小孔（２）短小孔；（３）细长孔 　　（４）平板缝隙（５）环形缝隙 ３、液压冲击和气穴现象 　　　 （１）液压冲击产生的原因； （２）液压冲击的危害及减小冲击的措施 （３）气穴产生的原因 （４）气