第三章_液压系统的能量和功率.ppt

* * 第三章 液压系统的能量和功率 3.1概述（INTRODUCTION） 在液压系统中，油液在大气压下进入油泵，这个压力称为吸油压力。当油液通过油泵时，油液压力的增加使其势能显著增加。当油液流过管道、阀和管接头时，因摩擦作用引起这些能量损失。摩擦能量的损失表现为热能。在输出装置（液压执行元件）上剩余的能量传递给负载完成有用的工作。这实质上是能量传递在液压系统中的循环。油泵将能量加入系统并传递到系统执行元件用来驱动外负载。 一个液压系统本身是没有能源的。这个能源是驱动 油泵的原动机（如电机或一种内燃机）。事实上，一个液压系统仅仅是一个能量传递系统。为什么不取消液压传动而直接将原动机与机械设备连接起来？回答是在传递功率方面液压系统优点非常强。这些优点包括调速方便、变向容易、易于过载保护、功率－单位重量比高以及发生故障的情况下危险性小。 能量守恒定律表明能量既不产生也不消失。这就意味着系统中任何部位能量的总和保持恒定。能量总和包含因高度和压力而表现出的势能与因速度而表现出的动能。如果所有的能量改变了，那么真正说明液压系统总是能量守衡的。这将用伯努利原理来完成，当油液经过液压系统时注意这些变化表现在势能和动能的变化。由于摩擦产生的能量损失变成热能，由油泵输入机械能，负载执行元件输出机械能。 3.2 能量守恒（CONSERVATING OF ENERGY） 能量守恒定律表明了能量既不能产生也不能消失。其意味着系统的能量总和在任何情况下都是恒定的。总能量包括因高度和压力而表现出的势能和因速度而表现出的动能。我们来探讨这三种能量。 1.势能（EPE）：如图所示为一距离基准面高度为Z重W（N）的流体。相对于基准面这个重量的流体具有相应的势能因为已经对流体作了功使其离开基准面一个距离Z： （3－1） 注意EPE的单位是N?m。 2.压力能（PPE）：如果图中 的流体具有压力p，它就包含了 压力能。 （3－2） 其中：γ为流体的重度。PPE的单位是N?m。 3.动能（KE）：如果图中重W （N）的流体以速度v运动，它就包含了动能，能够用下式计算 （3－3） 其中：g＝9.81m/s2； KE的单位是N?m。 W（N）重的流体所具有的能量总和既不会生也不会灭。能量的代数和ET是常数： （3－4） 当然，能量可以从一种形式转变为另一种形式。例如，流体可以损失高度而减小势能，但是，将导致压力能或动能的增加。 3.3 连续方程（THE CONTINUITY EQUATION） 管道中稳定流动的连续状态方程表明经过管道所有截面的重量流量是相等的。 为了说明连续方程的重要性，参见图，它表明了流体以重量流量W（单位时间流过的流体重量）在管道中流动。这个管道有两个不同直径的截面1和2。如果在管道的任何部位流体无增加或减少，那么流过截面1和2的重量流量必然相等： 或 其中：γ－重度（N/m3）； A－管道截面积（m2）； v－流速（m/s）； 设一不可压缩流体，由于γ1＝γ2我们可约去前面方程中的重度项。液体流动的连续方程可简化为： （3－5） 因此，对于不可压缩流体，管道中的体积流量（单位时间体积）总是恒定的。体积流量用符合Q表示，我们有：