液壓沖擊和空穴現(xiàn)象

液壓沖擊和空穴現(xiàn)象第1頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動Part2.9.1

液壓沖擊在液壓系統(tǒng)中，當突然關閉或開啟液流通道時，在通道內液體壓力發(fā)生急劇交替升降的波動過程稱為液壓沖擊。出現(xiàn)液壓沖擊時，液體中的瞬時峰值壓力往往比正常工作壓力高好幾倍，它不僅會損壞密封裝置、管道和液壓元件，而且還會引起振動和噪聲；有時使某些壓力控制的液壓元件產生誤動作，造成事故。第2頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動1.管內液流速度突變引起的液壓沖擊有一液位恒定并能保持液面壓力不變的容器如圖2-40所示。容器底部連一管道，在管道的輸出端裝有一個閥門。管道內的液體經閥門B出流。若將閥門突然關閉，則緊靠閥門的這部分液體立刻停止運動，液體的動能瞬時轉變?yōu)閴毫δ埽a生沖擊壓力，接著后面的液體依次停止運動，依次將動能轉變?yōu)閴毫δ?，在管道內形成壓力沖擊波，并以速度c由B向A傳播。圖2-40

液流速度突變引起的液壓沖擊第3頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動設圖2-40中管道的截面積和長度分別為A和l，管道中液體的流速為v，密度為ρ，則根據(jù)能量守恒定律，液體的動能轉化成液體的壓力能，即所以(2-121）式中

Δpmax——液壓沖擊時壓力的升高值；

K’——計及管壁彈性后的液體等效體積模量；

c——壓力沖擊波在管道中的傳播速度，即第4頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動壓力沖擊波在管道中的傳播速度可按下式計算(2-112）式中

K——液體的體積模量；

d——管道的內徑；

δ——管道的壁厚；

E——管道材料的彈性模量。壓力沖擊波在管道中液壓液內的傳播速度c一般在890~1420m/s范圍內。第5頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動如果閥門不是全部關閉，而是部分關閉，使液體的流速v降到v’，則只要在式(2-121）中以（v-v’）代替v，便可求得這種情況下的壓力升高值，即(2-123）一般，依閥門閉時間常把液壓沖擊分為兩種：當閥門關閉時間時，稱為直接液壓沖擊（又稱完全沖擊）。當閥門關閉時間，稱為間接液壓沖擊（又稱不完全沖擊）。此時壓力升高值比直接沖擊時小。(2-124）第6頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動各種情況下關閉液流通道時管內液壓沖擊的壓力升高值歸納于表2-20。表2-20關閉液流通道時管內液壓沖擊的壓力升高值閥心關閉情況液壓沖擊的壓力升高值Δp暖時全部關閉液流（t≤tc）（v＇=0）瞬時部分關閉液流（t≤tc）（v＇≠0）逐漸全部關閉液流（t≤tc）（v＇=0）逐漸全部關閉液流（t≤tc）（v＇≠0）Δpmax=ρcvΔpr=ρc(v-v＇)不論是哪一種情況，知道了液壓沖擊的壓力升高值Δp后，便可求得出現(xiàn)沖擊時管道中的最高壓力(2-125）式中，p為正常工作壓力。第7頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動2.運動部件制動引起的液壓沖擊圖2-41

運動部件制動引起的液壓沖擊原理：如圖2-41所示，活塞以速度v驅動負載m向左運動，活塞和負載的總質量為Σm。當突然關閉出口通道時，液體被封閉在左腔中。但由于運動部件的慣性而使腔內液體受壓，引起液體壓力急劇上升。運動部件則因受到左腔內液體壓力產生的阻力而制動。設運動部件在制動時的減速時間為Δt，速度的減小值為Δv，則根據(jù)動量定律可近似地求得左腔內的沖擊壓力Δp，由于第8頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動故有(2-126）式中Σm——運動部件（包括活塞和負載）的總質量；

A——液壓缸的有效工作面積；

Δt——運動部件制動時間；

Δv——運動部件速度的變化值，Δv=v-v′；

v——運動部件制動前的速度；

v′——運動部件經過Δt時間后的速度。上式的計算忽略了阻尼、泄漏等因素，其值比實際的要大些，因而是偏安全的。第9頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動3.減小液壓沖擊的措施針對上述各式中影響沖擊壓力Δp的因素，可采取以下措施來減小液壓沖擊；1）適當加大管徑，限制管道流速v，一般在液壓系統(tǒng)中把v控制在

4.5m/s以內，使Δpmax不超過5MPa就可以認為是安全的。2）正確設計閥口或設置制動裝置，使運動部件制動時速度變化比較均勻。3）延長閥門關閉和運動部件制動換向的時間，可采用換向時間可調的換向閥。4）盡可能縮短管長，以減小壓力沖擊波的傳播時間，變直接沖擊為間接沖擊。5）在容易發(fā)生液壓沖擊的部位采用橡膠軟管或設置蓄能器，以吸收沖擊壓力；也可以在這些部位安裝安全閥，以限制壓力升高。第10頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動圖2-42

氣體溶解度以及從油液中放出的氣體體積與壓力間的關系a）溶解度壓力間的關系b）油液中放出氣體體積與壓力間的關系如圖2-42a所示。在常溫常壓下，石油基液壓油的空氣溶解度約等于（6~12）%。溶解在液體中的空氣對液體的體積模量沒有影響，但當液體的壓力降低時，這些氣體就會從液體中分離出來，如圖2-42b所示。第11頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動在一定溫度下，當液體壓力低于某值時，溶解在液體中的空氣將會突然地迅速從液體中分離出來，產生大量氣泡，這個壓力稱為液體在該溫度下的空氣分離壓。

有氣泡的液體其體積模量將明顯減小。氣泡越多，液體的體積模量越小。當液體在某一溫度下其壓力繼續(xù)下降而低于一定數(shù)值時，液體本身便迅速汽化，產生大量蒸氣，這時的壓力稱為液體在該溫度下的飽和蒸氣壓。一般說來，液體的飽和蒸氣壓比空氣分離壓要小得多。第12頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動幾種液體的飽和蒸氣壓與溫度的關系如圖2-43所示。圖2-43

飽和蒸氣壓與溫度的關系①油-水乳化液②水-乙二醇液③氯化烴液④合成液⑤石油基油液⑥硅酸酯液⑦磷酸酯液⑧硅酮液第13頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動2.節(jié)流孔口的氣穴氣穴的產生：當液體流到圖2-44所示的節(jié)流口的喉部位置時，由于流速很高，根據(jù)能量方程，該處的壓力會很低。如那里的壓力低于液體工作溫度下的空氣分離壓，就會出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象。同樣，在液壓泵的自吸過程中，如果泵的吸油管太細、阻力太大，濾網堵塞，或泵安裝位置過高、轉速過快等，也會使其吸油腔的壓力低于工作溫度下的空氣分離壓，從而產生氣穴。圖2-44

節(jié)流口的氣穴現(xiàn)象第14頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動當液壓系統(tǒng)出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象時，大量的氣泡使液流的流動特性變壞，造成流量不穩(wěn)，噪聲驟增。特別是當帶有氣泡的液流進入下游高壓區(qū)時，氣泡受到周圍高壓的壓縮，迅速破滅，使局部產生非常高的溫度和沖擊壓力。這樣的局部高溫和沖擊壓力，一方面使金屬表面疲勞，另一方面又使工作介質變質，對金屬產生化學腐蝕作用，從而使液壓元件表面受到侵蝕、剝落，甚至出現(xiàn)海綿狀的小洞穴。因氣穴而對金屬表面產生腐蝕的現(xiàn)象稱為氣蝕。氣蝕會嚴重損傷元件表面質量，大大縮短其使用壽命，因而必須加以防范。第15頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月high-technicalinstituteofShanghaiDianJiUniversity上海電機學院高職學院第二章液壓傳動基礎液壓傳動3.