任務(wù)3　機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)中的壓力和流量

【任務(wù)目標(biāo)】

1.了解液體靜壓力的性質(zhì)及靜力學(xué)方程。

2.掌握壓力的表示方法。

3.了解動(dòng)力學(xué)方程及應(yīng)用。

【任務(wù)描述】

分析計(jì)算機(jī)床工作臺(tái)液壓系統(tǒng)中壓力、流量，總結(jié)歸納應(yīng)用力學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的一般方法。

【知識(shí)準(zhǔn)備】

液壓傳動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞的。研究液體平衡和運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律，有助于正確理解液壓傳動(dòng)的基本原理，同時(shí)這些內(nèi)容也是液壓系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)、計(jì)算和正確使用維護(hù)液壓傳動(dòng)裝置的理論基礎(chǔ)。

1.液體的靜壓力及其性質(zhì)

液體靜力學(xué)是研究液體處于相對(duì)平衡狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用。相對(duì)平衡是指液體內(nèi)部各個(gè)質(zhì)點(diǎn)之間沒有相對(duì)位移，此時(shí)液體不顯示黏性。液體內(nèi)部無剪切應(yīng)力，而只有法向應(yīng)力，即靜壓力。

（1）液體靜壓力　當(dāng)液體相對(duì)靜止時(shí)，液體單位面積上所受的法向力稱為壓力。它在物理學(xué)中稱為壓強(qiáng)，但在液壓傳動(dòng)中習(xí)慣稱為壓力，壓力通常用p表示。

壓力的單位為Pa（N/m2）。由于Pa單位太小，工程使用不便，因而常采用kPa（千帕）和MPa（兆帕），1MPa=103kPa=106Pa。目前國(guó)際上仍常用的單位為巴（bar），1bar=105Pa=0.1MPa。

（2）液體靜壓力的性質(zhì)

①液體的壓力沿著內(nèi)法線方向作用于承壓面。

②靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)外所受到的靜壓力在各個(gè)方向上的大小都相等。

（3）液體靜力學(xué)基本方程　在重力作用下的靜止液體，其受力情況如圖1-3-1（a）所示。液體內(nèi)部任取一點(diǎn)A，假想從液面向下垂直切去一個(gè)小液柱為研究對(duì)象，設(shè)小液柱的底面積為ΔA，高為h，如圖1-3-1（b）所示。由于小液柱處于平衡狀態(tài)，則A點(diǎn)所受的壓力為

pΔA=p0ΔA+ρghΔAp=p0+ρgh　　（1-3-2）

式中　g——重力加速度；

p0——作用于液面上的壓力，Pa；

ρ——液體密度，kg/m3；

h——該點(diǎn)至液面的垂直距離，m。

式（1-3-2）即為液體靜力的基本方程，由此可知：

①靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)處的壓力由兩部分組成，一部分是液面上的壓力p0，另一部分是該點(diǎn)以上液體自重對(duì)該點(diǎn)的壓力ρgh。

②靜止液體內(nèi)的壓力隨液體深度h的增加而呈線性規(guī)律分布。

③液體中深度相同的各點(diǎn)壓力相等，由壓力相等的點(diǎn)組成的面稱為等壓面。在重力作用下靜止液體中的等壓面是一個(gè)水平面。

（4）靜壓傳遞原理　由式（1-3-2）可知，靜止液體中任一點(diǎn)的壓力都包含了液面上的壓力p0，由此可得出結(jié)論：在密閉容器中，由外力施加于靜止液體表面所產(chǎn)生的壓力將以等值同時(shí)傳遞到液體內(nèi)部所有各點(diǎn)。這就是靜壓力傳遞原理，即帕斯卡原理。

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，由外力產(chǎn)生的壓力通常比液體自重產(chǎn)生的壓力大得多。因此，根據(jù)式（1-3-2）可認(rèn)為液壓系統(tǒng)中靜止液體內(nèi)部各點(diǎn)的壓力處處相等。即

由此可見，液壓系統(tǒng)中液體內(nèi)的壓力是由外界負(fù)載作用形成的，即液壓系統(tǒng)中的工作壓力決定于負(fù)載。這是液壓傳動(dòng)中一個(gè)重要的概念。

（5）壓力的表示方法及單位

①壓力的表示方法　壓力的表示方法有兩種。以絕對(duì)真空作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為絕對(duì)壓力。以大氣壓力作為基準(zhǔn)所表示的壓力，稱為相對(duì)壓力。由于作用于物體上的大氣壓一般自成平衡，所以在分析時(shí)，往往只考慮外力而不再考慮大氣壓。因此絕大多數(shù)的測(cè)壓儀表測(cè)得的壓力均為高于大氣壓的那部分壓力，即相對(duì)壓力，故相對(duì)壓力也稱表壓力。

絕對(duì)壓力與相對(duì)壓力的關(guān)系為

絕對(duì)壓力=相對(duì)壓力+大氣壓力

當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓時(shí)，相對(duì)壓力為負(fù)值，稱為真空度。即

真空度=大氣壓-絕對(duì)壓力

由此可知，當(dāng)以大氣壓為基準(zhǔn)計(jì)算壓力時(shí)，基準(zhǔn)以上的正值是表壓力，基準(zhǔn)以下的負(fù)值就是真空度。絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力和真空度的相互關(guān)系如圖1-3-2所示。

②壓力單位　壓力法定單位為Pa（N/m2）。在工程上采用壓力單位工程大氣壓at（kgf/cm2）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）、水柱高（mmH2O）或汞柱高（mmHg）等，在液壓技術(shù)中，目前還采用的壓力單位有巴（bar）。各種壓力單位之間的換算關(guān)系見表1-3-1。

（6）液體對(duì)固體壁面的作用力　在液壓傳動(dòng)中，略去液體自重產(chǎn)生的壓力，液體中各點(diǎn)的靜壓力是均勻分布的，且垂直作用于受壓表面。

如圖1-3-3（a）所示，當(dāng)承受壓力的表面為平面時(shí)，液體對(duì)該平面的總作用力F為液體的壓力p與受壓面積A的乘積，其方向與該平面相垂直。如壓力油作用在直徑為D的柱塞上，則有

F=pA=pπD2/4　　（1-3-3）

當(dāng)承受壓力的表面為曲面時(shí)，由于壓力總是垂直于承受壓力的表面，所以作用在曲面上各點(diǎn)的力相等但不平行。作用在曲面上的液壓作用力在某一方向上的分力等于靜壓力與曲面在該方向投影面積的乘積。圖1-3-3（b）、（c）為球面和錐面所受液壓作用力分析圖。球面和錐面在垂直方向受力F等于曲面在垂直方向的投影面積A與壓力p相乘，即

F=pA=pπd2/4　　（1-3-4）

式中　d——承壓部分曲面投影圓的直徑。

2.液體動(dòng)力學(xué)

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作中，液壓油處于流動(dòng)狀態(tài)。液體動(dòng)力學(xué)研究液體在外力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即研究作用于液體上的力與液體運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系。對(duì)液壓流體力學(xué)我們只分析研究平均作用力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。液流的連續(xù)性方程、伯努利方程和動(dòng)量方程是液體動(dòng)力學(xué)的三個(gè)基本方程，它們是剛體力學(xué)中的質(zhì)量守恒、能量守恒及動(dòng)量守恒原理在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。本任務(wù)主要討論連續(xù)性方程、伯努利方程。

（1）基本概念

①理想液體與恒定流動(dòng)　實(shí)際液體具有黏性和可壓縮性，復(fù)雜化。為使工程問題的研究簡(jiǎn)化，假想液體為無黏性又不可壓縮的理想液體。

液體流動(dòng)時(shí)，若液體中任一點(diǎn)處的壓力、流速和密度都不隨時(shí)間而變化，則稱為恒定流動(dòng)（也稱定常流動(dòng)或穩(wěn)定流動(dòng)），反之，則稱為非恒定流動(dòng)。恒定流動(dòng)與時(shí)間無關(guān)，研究比較方便。

②流量和平均流速　液體在管道中流動(dòng)時(shí)，通常將垂直于液體流動(dòng)方向的截面稱為通流截面或稱過流斷面。流量和平均流速是描述液體流動(dòng)的主要參數(shù)。

a.流量　單位時(shí)間流過某一過流斷面的液體體積稱為流量，用q表示

流量q單位為m3/s或L/min，1m3/s=6×104L/min。

b.平均流速　由于液體都具有黏性，液體在管中流動(dòng)時(shí)，在同一截面上各點(diǎn)的流速是不相同的，為方便計(jì)算，引入一個(gè)平均流速概念，即假設(shè)過流斷面上各點(diǎn)的流速均勻分布，流速是指液流在單位時(shí)間內(nèi)流過過流斷面的液體體積，通常用v表示，即

單位為m/s或m/min。

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，液壓缸工作時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)的速度就等于缸內(nèi)液體的平均流速。根據(jù)公式（1-3-6）可知，輸入液壓缸的流量決定了活塞的運(yùn)動(dòng)速度的大小。

（2）流量連續(xù)性方程　連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在液體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。設(shè)液體在圖1-3-4所示的管道中作恒定流動(dòng)，若任取兩個(gè)通流截面1、2，其截面積分別為A1、A2，此兩斷面上的密度和平均速度為ρ1、v1和ρ2、v2。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在同一時(shí)間內(nèi)流過兩個(gè)斷面的液體質(zhì)量相等，即

ρ1v1A1=ρ2v2A2

假定液體不可壓縮時(shí)，ρ1=ρ2，可得

v1A1=v2A2　　（1-3-7）

q=vA=常量　　（1-3-8）

上式即為液體流動(dòng)的連續(xù)性方程，它表明液體在管中流動(dòng)時(shí)流過各個(gè)通流斷面的流量相等，因而任一通流截面上的通流面積與流速成反比。直徑大的管道流速低，直徑小的管道流速快。

（3）液體流動(dòng)狀態(tài)　實(shí)際液體具有黏性，是產(chǎn)生流動(dòng)阻力的根本原因。液體流動(dòng)有兩種不同的流動(dòng)狀態(tài)——層流和紊流。

液體在管中的流動(dòng)狀態(tài)與管內(nèi)液體的平均流速v、管道水力直徑d及液體的運(yùn)動(dòng)黏度ν有關(guān)。上述三個(gè)因數(shù)所組成的一個(gè)無量綱數(shù)稱為雷諾數(shù)，用Re表示。

由式（1-3-9）可知，液流的雷諾數(shù)如相同，它的流動(dòng)狀態(tài)也相同。液體從層流變?yōu)槲闪鲿r(shí)的雷諾數(shù)大于由紊流變?yōu)閷恿鲿r(shí)的雷諾數(shù)，前者稱上臨界雷諾數(shù)，后者稱下臨界雷諾數(shù)。工程中以下臨界雷諾數(shù)Recr作為液流狀態(tài)判斷依據(jù)，若Re<Recr液流為層流；Re≥Recr液流為紊流。常見管道的液流的臨界雷諾數(shù)，見表1-3-2。

雷諾數(shù)是液流的慣性力對(duì)黏性力的無因次比。當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)，說明慣性力起主導(dǎo)作用，液體處于紊流狀態(tài)；當(dāng)雷諾數(shù)小時(shí)，說明黏性力起主導(dǎo)作用，液體處于層流狀態(tài)。液體在管道中流動(dòng)時(shí)，若為紊流，其能量損失較大；若為層流，其能量損失較小。因此，在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，應(yīng)盡量使液體在管道中為層流狀態(tài)。

（4）伯努利方程　伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的一種表達(dá)形式。

①理想液體的伯努力方程　如圖1-3-5所示為一液流管道，假定其為理想液體恒定流動(dòng)，根據(jù)能量守恒定律在同一管道內(nèi)各個(gè)截面處的總能量都相等。取兩通流截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ，距離基準(zhǔn)線分別為h1、h2，流速分別v1、v2，壓力分別為p1、p2，根據(jù)能量守恒定律則有

或?yàn)?/p>

式中　p/ρg——單位質(zhì)量液體的壓力能；

h——單位質(zhì)量液體的位能；

v2/2g——單位質(zhì)量液體的動(dòng)能。

上式稱為理想液體的伯努利方程，表明在密閉管道內(nèi)作恒定流動(dòng)的理想液體具有三種形式的能量即壓力能、位能和動(dòng)能，在沿管道流動(dòng)過程中在任意截面處三種能量的總和為常數(shù)，且三種能量之間可以互相轉(zhuǎn)化。

②實(shí)際液體伯努利方程　由于實(shí)際液體有黏性，在管道中流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，消耗能量；管道形狀和局部尺寸驟變，會(huì)使液流產(chǎn)生擾動(dòng)，造成能量損失。另外由于實(shí)際流速在管道通流斷面上分布是不均勻的，用平均流速v計(jì)算動(dòng)能時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生偏差，需要引入動(dòng)能修正系數(shù)來補(bǔ)償偏差。因此，實(shí)際液體的伯努利方程為

式中　pw——單位質(zhì)量液體的能量損失；

α——?jiǎng)幽苄拚禂?shù)，紊流時(shí)取α=1，層流時(shí)取α=2。

應(yīng)用伯努利方程時(shí)必須注意：流體不可壓縮作恒定流動(dòng)，流體上作用的質(zhì)量力只有重力；所選兩個(gè)截面需順流方向選取（否則pw為負(fù)值），且應(yīng)選在緩變的通流截面上；截面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，h取正值，反之取負(fù)值，通常選取特殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面。

在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，管路中的壓力常為十幾到幾百個(gè)大氣壓，而多數(shù)情況下油液流速不超過6m/s，管路安裝高度不超過5m。因此，系統(tǒng)中的動(dòng)能和位能相對(duì)壓力能可忽略不計(jì)，伯努利方程（1-3-11）可簡(jiǎn)化為

p1-p2=Δp=ρgpw　　（1-3-12）

伯努利方程揭示了液體流動(dòng)過程中的能量變化規(guī)律，是流體力學(xué)中重要的基本方程。在液壓傳動(dòng)中常與連續(xù)性方程一起應(yīng)用，求解系統(tǒng)中的壓力和速度。

3.流體在管道內(nèi)的流動(dòng)

液體在管道中流動(dòng)時(shí)，因其具有黏性而產(chǎn)生摩擦力，故有能量損失。另外，液體在流動(dòng)時(shí)會(huì)因管道尺寸或形狀變化而產(chǎn)生撞擊和出現(xiàn)旋渦，也會(huì)造成能量損失。在液壓管路中能量損失表現(xiàn)為液體的壓力損失。這樣的壓力損失可分為兩種，一種是沿程壓力損失，另一種是局部壓力損失。

（1）沿程壓力損失　液體在等截面直管中流動(dòng)時(shí)因黏性摩擦而產(chǎn)生的壓力損失，稱為沿程壓力損失。它主要取決于管路的長(zhǎng)度、管道的內(nèi)徑、液體的流速和黏度等。液體的流動(dòng)狀態(tài)不同，所產(chǎn)生的沿程壓力損失值也不同。液體在圓管中層流流動(dòng)在液壓傳動(dòng)中最為常見。

層流時(shí)的沿程壓力損失：經(jīng)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)證明，沿程壓力損失Δpλ可用以下公式計(jì)算

式中　λ——沿程阻力系數(shù)。對(duì)圓管層流，其理論值λ=64/Re。考慮到實(shí)際圓管截面可能有變形，以及靠近管壁處的液層可能冷卻，阻力略有加大。實(shí)際計(jì)算時(shí)，對(duì)金屬管應(yīng)取λ=75/Re，對(duì)橡膠管應(yīng)取λ=80/Re；

l——油管長(zhǎng)度，m；

d——油管內(nèi)徑，m；

ρ——液體的密度，kg/m3；

v——液流的平均流速，m/s。

（2）局部壓力損失　液體流經(jīng)管道的閥口、彎管、接頭、突變截面以及過濾網(wǎng)等局部裝置時(shí)，會(huì)形成旋渦、脫流，液體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相互撞擊而造成能量損失，使液流的方向和大小發(fā)生劇烈的變化，所引起的壓力損失稱為局部壓力損失。由于其流動(dòng)狀況極為復(fù)雜，影響因素較多，局部壓力損失值不易從理論上進(jìn)行分析計(jì)算。因此，一般是先用實(shí)驗(yàn)來確定局部壓力損失的阻力系數(shù)，再按公式計(jì)算局部壓力損失值。

局部壓力損失Δpζ的計(jì)算公式為

式中　ζ——局部阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)求得，各種局部結(jié)構(gòu)的ζ值可查有關(guān)手冊(cè)；

v——液流在該局部結(jié)構(gòu)處的平均流速。

（3）閥的壓力損失　液體流過各種閥類元件時(shí)，因閥內(nèi)通道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往液體要經(jīng)過多個(gè)不同阻力系數(shù)的變徑通道或彎曲通道，再用該公式（1-3-14）計(jì)算比較困難。因此，對(duì)已系列化生產(chǎn)的閥類元件，在額定流量下的最大壓力損失Δpe值都作了嚴(yán)格的規(guī)定，液體流過各種閥類的局部壓力損失計(jì)算常用下列經(jīng)驗(yàn)公式

式中　Δpe——閥在額定流量下允許的最大壓力損失（查液壓元件產(chǎn)品樣本或有關(guān)手冊(cè)）；

qve——閥的額定流量；

qvs——通過閥的實(shí)際流量；

（4）管路系統(tǒng)中的總壓力損失與效率　管路系統(tǒng)中的總壓力損失等于所有沿程壓力損失和所有局部壓力損失與流經(jīng)各種閥的壓力損失之和，即

∑Δp=∑Δpλ+∑Δpζ+∑Δpv　　（1-3-16）

應(yīng)用上式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，各阻力區(qū)間應(yīng)有足夠的距離，因?yàn)楫?dāng)液體流過一個(gè)局部阻力區(qū)，要在直管中流過一段距離才能穩(wěn)定，否則其局部阻力系數(shù)可能比正常情況時(shí)大2～3倍，阻力損失將大大增加。所以一般要求兩個(gè)相鄰的局部阻力區(qū)的距離應(yīng)大于10～20倍的直管內(nèi)徑。

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的壓力損失，絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽斐捎蜏厣撸孤┰龆啵挂簤簜鲃?dòng)效率降低，甚至影響系統(tǒng)的工作性能。因此應(yīng)注意布置管路時(shí)盡量縮短管道長(zhǎng)度，減少管路彎曲和截面的突變，提高管內(nèi)壁的加工質(zhì)量，適當(dāng)增大管徑，減少流速，合理選用閥類元件等措施，以減少壓力損失，提高系統(tǒng)效率。

【任務(wù)實(shí)施】

1.場(chǎng)地及設(shè)備

（1）場(chǎng)地　液壓實(shí)訓(xùn)室、實(shí)訓(xùn)基地。

（2）設(shè)備　液壓組合實(shí)訓(xùn)臺(tái)、液壓工作滑臺(tái)。

2.連續(xù)方程的運(yùn)用

分析圖1-3-6液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度及油液在進(jìn)、回油管中的速度。

液壓泵輸入液壓缸流量q=25L/min，液壓缸活塞直徑D=50mm，活塞桿直徑d=30mm，d1=d2=15mm。

①因?yàn)檫M(jìn)油管和回油管被活塞隔開，計(jì)算進(jìn)、回油管的流速時(shí)，不能直接應(yīng)用連續(xù)方程。

②由液壓泵輸入液壓缸流量q，可得到

進(jìn)油管流速

活塞的運(yùn)動(dòng)速度

③由連續(xù)方程可得到回油管流速

上述分析比較表明，應(yīng)用連續(xù)方程液體必須是連續(xù)的。液體在管路中的流速與通流截面成反比，即通流截面大，速度低；通流截面小，速度高。

3.機(jī)床工作臺(tái)液壓泵吸油高度對(duì)泵工作性質(zhì)的影響

分析如圖1-3-7所示裝置即液壓泵的吸油過程。

（1）以油箱液面為基準(zhǔn)面1-1截面，泵的進(jìn)油口處管道截面為2-2截面，列伯努利方程

式中，p1=pa、h1=0、v1=0、h2=H，代入上式可寫成

因?yàn)?span id="4m3kqsh" class="italic">p2是泵進(jìn)口處絕對(duì)壓力，故pa-p2為泵的進(jìn)油口處的真空度。由上式可知，泵吸油口處的真空度由三部分組成，即ρα2v22/2、ρgH和ρgpw。當(dāng)泵安裝高度高于液面時(shí)，即H>0，則+ρgH+ρgpw>0，則p2<pa，此時(shí)，泵的進(jìn)口處絕對(duì)壓力小于大氣壓力，形成真空，油液在大氣壓力的作用下被泵吸入液壓系統(tǒng)。當(dāng)泵的安裝高度在液面之下，H為負(fù)值，油自行流入泵內(nèi)。

由上述情況分析可知，泵的吸油高度越小，泵越容易吸油，在一般情況下，為便于安裝和維修，泵多安裝在油箱液面以上，形成的真空吸油。但工作時(shí)真空度也不能太大，因?yàn)椋?dāng)p2低于油液的空氣分離壓時(shí)，空氣就要析出，形成空穴現(xiàn)象，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，影響液壓泵和系統(tǒng)的工作性能。為避免真空度過大，應(yīng)限制v2、H和pw。一般采用較大吸油管徑，減少管路長(zhǎng)度，減小液動(dòng)流速v2和管路壓力損失pw，限制泵的安裝高度，一般H<0.5m。

（2）應(yīng)用伯努利方程必須注意以下幾點(diǎn)。

①截面1、2需順流向選取（否則hw為負(fù)值），且應(yīng)選在緩變的過流斷面上。

②選取的截面，一個(gè)在所求參數(shù)的截面上，另一個(gè)在已知截面上。

③截面中心在基準(zhǔn)面以上時(shí)，z取正值；反之取負(fù)值。通常選取特殊位置的水平面作為基準(zhǔn)面。

④常需同時(shí)運(yùn)用連續(xù)方程、靜壓力方程，以減少未知量。

⑤方程中的參數(shù)必須取相同標(biāo)準(zhǔn)。

【知識(shí)拓展】

1.液壓沖擊

在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在瞬間會(huì)突然升高，產(chǎn)生很高的峰值的現(xiàn)象稱為液壓沖擊。當(dāng)極快地?fù)Q向或關(guān)閉液壓回路時(shí)，致使液流速度急速地改變（變向或停止），由于流動(dòng)液體的慣性或運(yùn)動(dòng)部件的慣性，會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)的壓力發(fā)生突然升高或降低，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。

液壓沖擊產(chǎn)生的壓力峰值往往比正常工作壓力高好幾倍，常引起液壓系統(tǒng)的振動(dòng)和沖擊噪聲，從而損壞元件、密封、管件等，導(dǎo)致嚴(yán)重泄漏，降低使用壽命，有時(shí)還會(huì)引起某些液壓元件如壓力繼電器、順序閥等的誤動(dòng)作，特別在高壓、大流量系統(tǒng)中，其破壞性更加嚴(yán)重。因此，必要時(shí)要作最大壓力峰值的估算。

引起液壓沖擊的原因：

①液流通道迅速關(guān)閉或液流迅速換向，液流速度的大小或方向突然變化時(shí)，液流的慣性而引起；

②運(yùn)動(dòng)的工作部件突然制動(dòng)或換向時(shí)，由工作部件的慣性引起；

③某些液壓元件動(dòng)作失靈或不靈敏，使系統(tǒng)壓力升高而引起。

減小液壓沖擊的措施：

①減緩關(guān)閉閥門和運(yùn)動(dòng)部件的換向制動(dòng)時(shí)間，當(dāng)閥門關(guān)閉和運(yùn)動(dòng)部件換向制動(dòng)時(shí)間大于0.3s時(shí)，可顯著減小沖擊波的強(qiáng)度；

②限制管中油液流速和運(yùn)動(dòng)部件速度在適當(dāng)范圍內(nèi)，如機(jī)床液壓系統(tǒng)，將管道中的液體流速限制在5.0m/s以下，運(yùn)動(dòng)部件速度一般小于10m/min；

③加大管內(nèi)徑采用橡膠軟管，可以減小沖擊波的傳播速度；

④在沖擊源前設(shè)置蓄能器，以減小沖擊波傳播的距離；

⑤在系統(tǒng)中裝置安全閥，可起卸載作用。

2.空穴現(xiàn)象

在液壓系統(tǒng)中，如果某一處的壓力低于大氣壓的某個(gè)數(shù)值時(shí)，原溶解于液體中的空氣將游離出來形成大量氣泡，這一壓力值稱為空氣分離壓。若壓力繼續(xù)降到相應(yīng)溫度的飽和蒸汽壓時(shí)，油液將沸騰汽化而產(chǎn)生大量氣泡。這些氣泡混雜在油液中，產(chǎn)生空穴，使原來充滿管道或液壓元件中的油液成為不連續(xù)狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為空穴現(xiàn)象（也稱氣穴現(xiàn)象）。氣穴現(xiàn)象會(huì)造成流量和壓力的脈動(dòng)，引起振動(dòng)和噪聲；氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生出的大量氣泡，還會(huì)聚集在管道的最高處或通流的狹窄處如閥口形成氣塞，使油流不暢。氣泡在高壓區(qū)破裂時(shí)，會(huì)產(chǎn)生局部的高溫高壓，元件表面受到高溫高壓的作用，會(huì)發(fā)生氧化侵蝕而剝落破壞產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。當(dāng)液流速度過高時(shí)，液壓泵吸油口處的真空度過大，絕對(duì)壓力低于空氣分離壓時(shí)，也會(huì)發(fā)生氣穴現(xiàn)象。

為防止產(chǎn)生空穴和氣蝕現(xiàn)象，可采取下述措施。

①減小流經(jīng)節(jié)流小孔、縫隙處的壓力降，一般希望小孔前后的壓力比p1/p2<3.5;

②正確設(shè)計(jì)液壓泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，特別是吸油管路應(yīng)有足夠的管徑，盡量避免管道急彎，濾網(wǎng)應(yīng)及時(shí)清洗或更換，管接頭處應(yīng)密封良好；

③整個(gè)系統(tǒng)管路應(yīng)盡可能做到平直，而且配置要合理；

④允許最大吸油高度的計(jì)算，可以用空氣分離壓來代替泵吸油口的絕對(duì)壓力。空氣分離壓一般取0.02～0.03MPa。

⑤液壓元件采用抗氣蝕能力強(qiáng)大的金屬材料，降低表面粗糙度。

【思考與練習(xí)】

1.液體壓力如何形成？常用的壓力單位是什么？

2.什么叫大氣壓力、相對(duì)壓力、絕對(duì)壓力和真空度？它們之間有什么關(guān)系？液壓系統(tǒng)中壓力指的是什么壓力？

3.某液壓系統(tǒng)壓力表的讀數(shù)為49×10Pa，這是什么壓力？它的絕對(duì)壓力又是多少？

4.什么是層流和紊流？用什么來判斷液體的流動(dòng)狀態(tài)？雷諾數(shù)有什么物理意義？

5.理想液體的伯努利方程的物理意義是什么？

6.液體流動(dòng)中為什么會(huì)有壓力損失？壓力損失有哪幾種？其值與哪些因素有關(guān)？

7.為什么減緩閥門的關(guān)閉速度可以降低液壓沖擊？

8.如題8圖所示，已知水深H=10m，截面A1=0.02m2，截面A2=0.04m2，求孔口的出流流量以及點(diǎn)2處的表壓力（取α=1，不計(jì)損失）。

9.如圖所示一傾斜管道其長(zhǎng)度為L=20m，d=10mm，兩端的高度差為h=15m。當(dāng)液體密度為ρ=900kg/m3，運(yùn)動(dòng)黏度ν=45×10-6m2/s，1處p1=4.5×105Pa，2處p2=2.5×105Pa時(shí)在管道中流動(dòng)液體的流動(dòng)方向和流量。

10.圖示液壓泵從油箱吸油。液壓泵排量V=72cm3/r，轉(zhuǎn)速n=1500r/min，油液黏度ν=40×10-4m2/s，密度ρ=900kg/m3。吸油管長(zhǎng)度l=6m，吸油管直徑d=30mm，在不計(jì)局部損失時(shí)試求為保證泵吸油口真空度不超過0.4×105Pa液壓泵吸油口高于油箱液面的最大值H，并回答此H是否與液壓泵的轉(zhuǎn)速有關(guān)。