1、實(shí)際液體具有粘性，在液體流動時(shí)就有力，為了克服阻力，就必然要消耗能量，這樣就有能量損失。能量損失主要表現(xiàn)為壓力損失，這就是實(shí)際液體伯努利方程中最后一項(xiàng)的意義。 壓力損失過大，將使功率消耗增加，油液發(fā)熱，泄漏增加，效率降低，液壓系統(tǒng)性能變壞。因此在液壓技術(shù)中正確估算壓力損失的大小，從而找到減少壓力損失的途徑。, 第五節(jié) 管路壓力損失計(jì)算,液壓系統(tǒng)中的壓力損失分為兩類：,一是油液流經(jīng)直管時(shí)的壓力損失，稱為沿程壓力損失。這類壓力損失是由液體流動時(shí)的內(nèi)摩擦力引起的。,二是油液流經(jīng)局部障礙時(shí)，由于液流的方向和速度突然變換，在局部區(qū)域形成漩渦，引起液體質(zhì)點(diǎn)相互撞擊和劇烈摩擦因而產(chǎn)生的壓力損失，這種損失稱為

2、局部壓力損失。,一、液體的流態(tài),沿程壓力損失的大小與液體流動狀態(tài)無關(guān)，因此下面將首先介紹液體的兩種流態(tài)和判別準(zhǔn)則。,二、沿程壓力損失,三、局部壓力損失,四、管路系統(tǒng)總壓力損失,層流：液體中質(zhì)點(diǎn)沿管道作直線運(yùn)動而沒有橫向運(yùn)動，既液體作分層流動，各層間的流體互不混雜。如圖所示。,一、液體的流態(tài),紊流: 液體中質(zhì)點(diǎn)除沿管道軸線運(yùn)動外，還有橫向運(yùn)動，呈現(xiàn)紊亂混雜狀態(tài)。,雷諾系數(shù) RC=V.D/,油液在直管中流動的沿程壓力損失可用達(dá)西公式表示： P=(l/d)(v2/2) 式中 沿程阻力系數(shù)；l直管長度； d 管道直徑； v油液的平均流速； 油液密度。 公式說明了壓力損失P與管道長度及流速v的平方成正比

3、，而與管子的內(nèi)徑成反比。至于油液的粘度，管壁粗糙度和流動狀態(tài)等都包含在內(nèi)。,二、沿程壓力損失,1.層流時(shí)沿程阻力系數(shù)的確定,設(shè)液體在一直徑為d的圓管中作層流運(yùn)動，在液流中取微小圓柱體，直徑為2r，長為l。作用在這小圓柱體上的兩端壓力（p1,p2)和 圓柱兩側(cè)的剪切應(yīng)力(粘性力) 可求得管中流速分布的表達(dá)式為 U=(p1-p2)/4l(d2/4-r2) 在管中心處，流速最大，其值為 Umax=(p1-p2)/16l.d2,（1）液流在直管中流動時(shí)的速度分布規(guī)律,（2）圓管中的流量,在單位時(shí)間內(nèi)液體流經(jīng)直管的流量Q就是該拋物線體的體積，其值可由積分求得。 Q=0d/2u.2r.dr=(p1-p2)

4、/2l.0d/2(d2/4- r2)rdr=d4(p1-p2)/128l=d4p/128l 式中 d管道內(nèi)徑； l直管長度； 油液的動力粘度； p壓力損失或壓力降。 平均流速v=Q/A=(d4/128l).p/(d2/4)=32l.p,（3）沿程阻力系數(shù),層流時(shí)沿程阻力系數(shù)的理論值為： =64/Re 水的實(shí)際阻力系數(shù)和理論值很接近。 液壓油在金屬管中流動時(shí)，常取： =75/Re 在橡皮管中流動時(shí)，取 =80/Re,在這里應(yīng)注意，層流的壓力損失p與流速v的一次方程成正比，因?yàn)樵诘姆帜钢邪衯的因子。,2.紊流時(shí)沿程阻力系數(shù),紊流流動時(shí)的能量損失比層流時(shí)要大，截面上速度分布也與層流時(shí)不同，除靠近

5、管壁處速度較低外，其余地方速度接近于最大值。 其阻力系數(shù)由試驗(yàn)求得。 當(dāng)2.3x103Re105時(shí)，可用勃拉修斯公式求得： =0.3164Re-0.25,三、局部壓力損失,局部壓力損失是液流流經(jīng)管道截面突然變化的彎管、管接頭以及控制閥閥口等局部障礙處時(shí)的壓力損失。計(jì)算式為： p=(v2/2) 局部阻力系數(shù)，由試驗(yàn)求得；V液流流速。,液體流經(jīng)各種閥類的壓力損失主要為局部損失.當(dāng)實(shí)際通過的流量不等于額定流量時(shí)，可根據(jù)局部損失與v2成正比的關(guān)系按下式計(jì)算。 p =pr(Q/Qr)2,液壓系統(tǒng)中管路通常由若干段管道串聯(lián)而成。其中每一段又串聯(lián)一些諸如彎頭、控制閥、管接頭等形成局部阻力的裝置，因此管路系統(tǒng)

6、總的壓力損失等于所有直管中的沿程壓力損失P及所有局部壓力損失P之和。即：,四、管路系統(tǒng)總壓力損失,P=P+P =(l/d)(v2/2)+(v2/2),結(jié)束, 2-4 液流流經(jīng)孔口及隙縫的特性,本節(jié)主要介紹液流流經(jīng)小孔及縫隙的流量公式。前者是節(jié)流調(diào)速和液壓伺服系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)；后者則是計(jì)算和分析液壓元件和系統(tǒng)泄漏的根據(jù)。,一、孔口液流特性,二、液流流經(jīng)細(xì)縫的流量,1、流經(jīng)薄壁小孔的流量,一、孔口液流特性,當(dāng)小孔的通流長度L與孔徑d之比l/d小于等于0.5時(shí)稱為薄壁小孔。如圖所示。當(dāng)管道直徑D與小孔之直徑的比值D/d7時(shí)，收縮作用不受大孔側(cè)壁的影響，稱為完全收縮。 推導(dǎo)出通過薄壁小孔的流量： Q

7、=acvc=CC avc =CCCVa(2/pc)1/2 =Cda(2/）pc1/2,必須指出，當(dāng)液流通過控制閥口時(shí)，要確定其收縮斷面的位置，測定收縮斷面的壓力pc是十分困難的，也無此必要。一般總是用閥的進(jìn)、出油口兩端的壓力差p=p1-p2來代替， pc=p1-pc 。故上式可改寫為： Q=Cq.a(2/ p)1/2 由伯努利方程可知，故Cq要比Cd略大一些，一般在計(jì)算時(shí)取Cq=0.620.63，Cq稱為流量系數(shù)。,2、流經(jīng)細(xì)長小孔的流量,所謂細(xì)長小孔，一般是指長徑比l/d4的小孔。在液壓技術(shù)中常作為阻尼孔。如圖所示。 油液流經(jīng)細(xì)長小孔時(shí)的流動狀態(tài)一般為層流，因此可用液流流經(jīng)圓管的流量公式，

8、即： Q=(d4/128l)p 從上式可看出，油液流經(jīng)細(xì)長小孔的流量和小孔前后壓差成正比，而和動力粘度成反比，因此流量受油溫影響較大，這是和薄壁小孔不同的。,液壓元件各零件間如有相對運(yùn)動，就必須有一定的配合間隙。液壓油就會從壓力較高的配合間隙流到大氣中或壓力較低的地方，這就是泄漏。泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏。泄漏主要是有壓力差與間隙造成的。泄漏 量與壓力差的乘積便是功率損失， 因此泄漏的存在將使系統(tǒng)效率降 低。同時(shí)功率損失也將轉(zhuǎn)化為熱 量，使系統(tǒng)溫度升高，進(jìn)而影響 系統(tǒng)的性能。,二、液流流經(jīng)細(xì)縫的流量,（1）流經(jīng)同心圓柱環(huán)形間隙的流量 如圖所示可得出流經(jīng)同心圓柱環(huán)形間隙的流量為 Q=vA=(p/1

9、2l)2d =(d3/12l)p 上式即為通過同心圓環(huán)間隙 的流量公式。它說明了流量 與p和3成正比，即間隙 稍有增大，就會引起泄漏 大量增加。,1、流經(jīng)圓柱環(huán)形間隙的流量,在實(shí)際工作中，圓柱與孔的配合很難保持同心，往往有一定偏心，偏心量為e，通過此偏心圓柱形間隙的泄漏量可按下式計(jì)算: Q=(d3/12l)p(1+1.52) 從上式可知，通過同心圓環(huán)形間 隙的流量公式只不過是=0時(shí)偏心 園環(huán)形間隙流量公式的特例。當(dāng)完全偏心時(shí)e=,=1,此時(shí) Q(2.5d3/12l）p 可見，完全偏心時(shí)的泄漏量是同心時(shí)的 2.5倍。,（2）流經(jīng)偏心園環(huán)形間隙的流量,圖為一平面縫隙，液壓油在壓力差p作用下自左向右

10、流動。此平面隙縫可以看作是同心圓環(huán)形間隙的展開，故可用平面隙縫的寬度b代替同心圓環(huán)形間隙流量公式中的d，即得平行平面隙縫的流量公式： Q=b3/12lp,2、流經(jīng)平面隙縫的流量,3、流經(jīng)平行圓盤間隙的流量,圖為相距間隙很小的二平行圓盤，液流由中心向四周沿徑向呈放射形流出。柱塞泵和馬達(dá)中的滑閥和斜盤之間，噴嘴擋板閥的噴嘴擋板之間以及某些靜壓支承均屬這種結(jié)構(gòu)。其流量可按下式計(jì)算：Q=3p/6ln(R/r） R圓盤的外半徑；r圓盤中心孔半徑； 油液的動力粘度。 p進(jìn)口壓力與出口壓力之差。,結(jié)束,在液壓系統(tǒng)中，由于某種原因，液體壓力在一瞬間會突然升高，產(chǎn)生很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。, 2-

11、5 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，且常伴有噪聲和振動，從而損壞液壓元件、密封裝置、管件等。,液壓沖擊的類型有： 1、液流通道迅速關(guān)閉或液流迅速換向使液流速度的大小或方向突然變化時(shí)，由于液流的慣力引起的液壓沖擊。,2、運(yùn)動著的工作部件突然制動或換向時(shí)，因工作部件的慣性引起的液壓沖擊。 3、某些液壓元件動作失靈或不靈敏，使系統(tǒng)壓力升高而引起的液壓沖擊。,一、液流通道迅速關(guān)閉時(shí)的液壓沖擊,二、運(yùn)動部件制動時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊,一、液流通道迅速關(guān)閉時(shí)的液壓沖擊 (水錘現(xiàn)象）,如圖所示，液體自一具有固定液面的壓力容器沿長度為l，直徑為d的管道經(jīng)出口處的閥門以速度v0流出。諾將閥

12、門突然關(guān)閉，此時(shí)緊靠閥門口B處的一層液體停止流動，壓力升高p。其后液體也依次停止流動，動能形成壓力波, 并以速度c向A傳播。此后B處壓力 降低p，形成壓力降波，并向A傳 播。而后當(dāng)A處先恢復(fù)初始壓力， 壓力波又傳向B。則如此循環(huán)使液 流振蕩。振蕩終因摩擦損失而停止。,讓我們計(jì)算閥門關(guān)閉時(shí)的最大壓力升高值p。設(shè)管路斷面積為A1，管長為l，壓力波從B傳到A的時(shí)間為t，液體密度為，管中的起始流速為v0，則有： p=v0.1/t=cv0 式中c=1/t為壓力波傳播速度。 如閥門不是完全關(guān)閉，而是使流速從v0降到v1 則有： p=c(v0-vt)=cv 當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)間tT=21/c時(shí)稱為不完全沖擊，此時(shí)壓力峰值比完全沖擊時(shí)低。,（1）使完全沖擊改變?yōu)椴煌耆珱_擊 （2）限制管中油液的流速 （3）用橡膠軟管或在沖擊源處設(shè)置蓄能器，以吸收液壓沖擊的能量。 （4)在容易出現(xiàn)液壓沖擊的地方，安裝限制壓力升高的安全閥。,可采取下列措施來減少液壓沖擊：,二、運(yùn)動部件制動時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊,如圖所示，活塞以速度v0向左運(yùn)動，活塞和負(fù)載總質(zhì)量為M。當(dāng)換向閥突然關(guān)閉進(jìn)出油口通道，油液被封閉在兩腔之中，由于運(yùn)動部件的慣性，活塞將繼續(xù)運(yùn)動一段距 離后才停止，使液壓缸 左腔油液受到壓縮，從 而