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第一講 液壓傳動基礎(chǔ)--3
 

       第3節(jié) 液體相關(guān)基礎(chǔ)

    3.1 液體的靜壓力及其特性

  1)當(dāng)液體相對靜止時,液體單位面積上所受的法向力,稱為液體的靜壓力p。
(壓力、壓強)

       P=F/A

  單位:Pa(帕)或 N/m2(牛/平方米),MPa(兆帕),kPa(干帕)       1MPa=kPa=Pa

     bar(巴),kgf/cm2  
     1bar=Pa=0.1MPa=1.02 kgf/cm2

  3)液體靜壓力的性質(zhì)

 a. 液體的壓力沿著內(nèi)法線作用于承壓面,即靜止液體只承受法向壓力,不承受剪切力和拉力。

 b. 靜止液體內(nèi),任意點處所受到的靜壓力各個方向都相等。

    3.2 工作壓力的分級

壓力等級

低壓

中壓

中高壓

高壓

超高壓

壓力 MPa

≤2.5

>2.5~8

>8~16

>16~32

>32

     3.3. 液體靜力學(xué)基本方程

 1) 靜止液體內(nèi)任一點處的壓力由兩部分組成,一部分是液面上的壓力,另一部分是與該點離液面的深度h的乘積。

 2)同一容器(同一系統(tǒng)中)中,同一種液體內(nèi)的靜壓力隨液體深度h的增加而線性增加。

 3)連通器內(nèi)同一種液體中,深度相同處的壓力都相等。

     3.4. 帕斯卡原理

   在密閉容積中,由外力作用所產(chǎn)生的壓力可以等值地傳遞到液體內(nèi)部所有各點,這就是帕斯卡原理,或稱為靜壓力傳遞原理。

     3.5. 絕對壓力、相對壓力和真空度

   以絕對真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力,稱為絕對壓力。

   以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力,稱為相對壓力。由于大多數(shù)測壓儀表所測的壓力都是相對壓力,所以相對壓力也稱為表壓力。

???   當(dāng)絕對壓力小于大氣壓力時,比大氣壓小的那部分壓力數(shù)值稱為真空度.

  [注:大氣壓力簡介:
       由于地心引力作用,距地球表面近的地方,地球吸引力大,空氣分子的密集程度高,撞擊到物體表面的頻率高,由此產(chǎn)生的大氣壓力就大。距地球表面遠(yuǎn)的地方,地球吸引力小,空氣分子的密集程度低,撞擊到物體表面的頻率也低,由此產(chǎn)生的大氣壓力就小。因此在地球上不同高度的大氣壓力是不同的,位置越高大氣壓力越小。  此外,空氣的溫度和濕度對大氣壓力也有影響。
      在物理學(xué)中,把緯度為45度海平面(即海拔高度為零)上的常年平均大氣壓力規(guī)定為1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)。
      此標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為一定值。其值為,
      1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760毫米汞柱=1.033bar =1.0133xpa=0.10133MPa]

     3.6. 連續(xù)性方程、伯努利方程

  1)理想液體:無粘性和不可壓縮的理想狀態(tài)的液體。

     液體流動時,若液體中任一點處的壓力、流量和密度不隨時間變化而變化,則稱為恒定流動;反之,若液體中任一點處的壓力、流量和密度中有一個參數(shù)隨時間變化而變化,則稱為非恒定流動。
   2) 層流、紊流和雷諾數(shù)

 液體流動時,有兩種基本流態(tài):層流和紊流。根據(jù)雷諾數(shù)判定。

        

    式中:--液體在管中的流速(m/s)

          d—管道的內(nèi)徑(m)

          --液體的運動粘度(

                  (點擊此處,觀看“雷諾實驗”的動畫演示

  2)連續(xù)性方程:理想液體在管道中作恒定流動時,流經(jīng)管道每一個截面的流量相等,這就是液流的連續(xù)性原理。

  3)理想液體的伯努利方程,也稱為理想液體的能量方程。其物理意義是:在密閉的管道中作恒定流動的理想液體具有三種形式的能量(動能、位能、壓力能),在沿管道流動的過程中,三種能量之間可以相互轉(zhuǎn)化,但是在管道任一斷面處三種能量總和是一常量。

    3.3 液壓沖擊和空穴現(xiàn)象

    3.3.1 液壓沖擊

  1)在液壓系統(tǒng)中,出現(xiàn)液體壓力突然急劇上升,形成很高的壓力峰值的現(xiàn)象,稱為液壓沖擊。

  2)產(chǎn)生的原因和危害

    液體在系統(tǒng)中的流動受阻或方向改變,由于液流的慣性作用,其能量發(fā)生轉(zhuǎn)換,因而產(chǎn)生壓力沖擊波;這種沖擊波的往復(fù)傳播,便在系統(tǒng)內(nèi)形成壓力振蕩。

   系統(tǒng)中出現(xiàn)液壓沖擊時,瞬時壓力峰值比正常壓力大幾倍。會損壞密封裝置、管道和液壓元件,引起振動,產(chǎn)生噪音。有時會造成元件誤動作,甚至造成設(shè)備事故。

  3) 減小液壓沖擊的措施

 a.延長閥門關(guān)閉時間和運動部件制動的時間。

 b. 限制液體的流速和運動部件的運動速度。

 c. 適當(dāng)加大管道直徑,縮短管路長度。

 d. 設(shè)置緩沖裝置,或采用軟管。

 e. 在液壓系統(tǒng)中設(shè)置蓄能器或安全閥。

     3.3.2 空穴現(xiàn)象

  1)空氣的分離壓:在一定溫度下,當(dāng)油的壓力低于某個值時,溶于油中的空氣就會迅速地從油中分離出來,產(chǎn)生大量氣泡。這個壓力稱為液壓油在該溫度下的空氣分離壓。

    飽和蒸氣壓:當(dāng)液壓油在某溫度下的壓力低于一定數(shù)值時,油液本身迅速汽化,即油從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài),產(chǎn)生大量油的蒸氣氣泡,這時的壓力稱為液壓油在該溫度下的飽和蒸汽壓。

 氣蝕:當(dāng)附著在金屬表面上的氣泡破滅時,所產(chǎn)生的局部高溫和高壓使金屬剝落,從而使表面粗糙或出現(xiàn)海綿狀小洞穴,這種現(xiàn)象稱為氣蝕。

 空穴現(xiàn)象:在液體流動中,某點處的壓力低于空氣分離壓而產(chǎn)生大量氣泡的現(xiàn)象,稱為空穴現(xiàn)象。
   空穴現(xiàn)象的本質(zhì):
   當(dāng)液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)空穴現(xiàn)象時,大量的氣泡波壞了液流的連續(xù)性。當(dāng)大量氣泡隨著液流到壓力較高的部位時,氣泡在高壓下迅速破裂,并又凝結(jié)成液體,使體積突然減小而形成真空,周圍高壓油迅速流過來補充。由于這一過程時間極短,液體質(zhì)點高速碰撞,產(chǎn)生局部高溫,溫度可達(dá)1149℃,沖擊壓力高達(dá)幾百兆帕,并產(chǎn)生強烈的振動和噪聲。在這樣的高溫高壓作用下,液壓油局部氧化,變黑,對金屬管壁產(chǎn)生化學(xué)腐蝕作用,使液壓元件表面受到侵蝕,剝落,長時間會形成麻點,海綿狀的小洞穴,這種現(xiàn)象稱為氣蝕。

  2) 減少空穴現(xiàn)象的措施

 a. 減小閥孔前后的壓差。

 b. 正確合理設(shè)計液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

 c. 提高零件的機械強度。

   附錄1:水--乙二醇抗燃液壓液概述

   附錄2:國際標(biāo)準(zhǔn)化組織有關(guān)液壓潤滑油清潔度的等級
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