液压冲击和空穴现象

high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,Part 2.9,瞬变流动,在液压与气动系统中有时会出现流体的流速在极短的瞬间发生很大变化的现象，从而导致压力的急剧变化，这就是所谓,瞬变流动,。瞬变流动会给系统带来很大的危害，应尽量予以避免。,本节主要介绍,液压冲击,和,气穴现象,以及它们的减小措施。,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,Part 2.9.1,液压冲击,在液压系统中，当突然关闭或开启液流通道时，在通道内液体压力发生急剧交替升降的波动过程称为,液压冲击,。出现液压冲击时，液体中的瞬时峰值压力往往比正常工作压力高好几倍，它不仅会损坏密封装置、管道和液压元件，而且还会引起振动和噪声；有时使某些压力控制的液压元件产生误动作，造成事故。,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,1.,管内液流速度突变引起的液压冲击,有一,液位恒定,并能,保持液面压力不变,的容器如,图,2-40,所示。容器底部连一管道，在管道的输出端装有一个阀门。管道内的液体经阀门,B,出流。若将阀门突然关闭，则紧靠阀门的这部分液体立刻停止运动，液体的动能瞬时转变为压力能，产生冲击压力，接着后面的液体依次停止运动，依次将动能转变为压力能，在管道内形成压力冲击波，并以速度,c,由,B,向,A,传播。,图,2-40,液流速度突变引起的液压冲击,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,设,图,2-40,中管道的截面积和长度分别为,A,和,l,，,管道中液体的流速为,v,，,密度为,，,则根据能量守恒定律，,液体的动能转化成液体的压力能,，即,所以,(2-121）,式中,p,max,液压冲击时压力的升高值；,K,计及管壁弹性后的液体等效体积模量；,c,压力冲击波在管道中的传播速度，即,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,压力冲击波在管道中的传播速度可按下式计算,(2-112）,式中,K,液体的体积模量；,d,管道的内径；,管道的壁厚；,E,管道材料的弹性模量。,压力冲击波在管道中液压液内的,传播速度,c,一般在,8901420m/s,范围内。,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,如果阀门不是全部关闭，而是部分关闭，使液体的流速,v,降到,v,，,则只要在式,(2-121,）中以（,v,-,v,）,代替,v,，,便可求得这种情况下的,压力升高值,，即,(2-123）,一般，依阀门闭时间常把液压冲击分为两种：,当阀门关闭时间 时，称为,直接液压冲击,（又称,完全冲击,）。,当阀门关闭时间,，,称为,间接液压冲击,（又称,不完全冲击,）。,此时压力升高值比直接冲击时小,。,(2-124,）,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,各种情况下关闭液流通道时管内液压冲击的压力升高值归纳于表,2-20,。,表,2-20,关闭液流通道时管内液压冲击的压力升高值,阀心关闭情况,液压冲击的压力升高值,p,暖时全部关闭液流（,t,t,c,）（,v,=0,）,瞬时部分关闭液流（,t,t,c,）（,v,0,）,逐渐全部关闭液流（,t,t,c,）（,v,=0,）,逐渐全部关闭液流（,t,t,c,）（,v,0,）,p,max,=,cv,p,r,=,c,(,v,-,v,),不论是哪一种情况，知道了液压冲击的压力升高值,p,后，便可求得出现冲击时管道中的,最高压力,(2-125,）,式中，,p,为正常工作压力,。,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,2.,运动部件制动引起的液压冲击,图,2-41,运动部件制动,引起的液压冲击,原理：,如,图,2-41,所示，活塞以速度,v,驱动负载,m,向左运动，活塞和负载的总质量为,m,。,当突然关闭出口通道时，液体被封闭在左腔中。但由于运动部件的惯性而使腔内液体受压，引起液体压力急剧上升。运动部件则因受到左腔内液体压力产生的阻力而制动。,设运动部件在制动时的,减速时间,为,t,，,速度的减小值,为,v,，,则根据,动量定律,可近似地求得,左腔内的冲击压力,p,，,由于,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,故有,(2-126）,式中,m,运动部件（包括活塞和负载）的总质量；,A,液压缸的有效工作面积；,t,运动部件制动时间；,v,运动部件速度的变化值，,v,=,v,-,v,；,v,运动部件制动前的速度；,v,运动部件经过,t,时间后的速度。,上式的计算忽略了,阻尼,、,泄漏,等因素，其值比实际的要大些，因而是偏安全的。,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,3.,减小液压冲击的措施,针对上述各式中影响冲击压力,p,的因素，可采取以下措施来减小液压冲击；,1,）,适当加大管径，限制管道流速,v,，,一般在液压系统中把,v,控制在,4.5m/s,以内，使,p,max,不超过,5MPa,就可以认为是安全的。,2,）,正确设计阀口或设置制动装置，使运动部件制动时速度变化比较均,匀。,3,）,延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间，可采用换向时间可调的,换向阀。,4,）,尽可能缩短管长，以减小压力冲击波的传播时间，变直接冲击为间,接冲击。,5,）,在容易发生液压冲击的部位采用橡胶软管或设置蓄能器，以吸收冲,击压力；也可以在这些部位安装安全阀，以限制压力升高。,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,图,2-42,气体溶解度以及从油液中放出的气体体积与压力间的关系,a,）,溶解度压力间的关系,b,）,油液中放出气体体积与压力间的关系,如,图,2-42a,所示。在常温常压下，石油基液压油的,空气溶解度,约等于（,612,）,%,。,溶解在液体中的空气对液体的,体积模量,没有影响，但当液体的压力降低时，这些气体就会从液体中分离出来，如,图,2-42b,所示。,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,在一定温度下，当液体压力低于某值时，溶解在液体中的空气将会突然地迅速从液体中分离出来，产生大量气泡，这个压力称为液体在该温度下的,空气分离压,。,有气泡的液体其体积模量将明显减小。气泡越多，液体的体积模量越小。,当液体在某一温度下其压力继续下降而低于一定数值时，液体本身便迅速汽化，产生大量蒸气，这时的压力称为液体在该温度下的,饱和蒸气压,。,一般说来，液体的饱和蒸气压比空气分离压要小得多。,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,几种液体的,饱和蒸气压,与,温度,的关系如,图,2-43,所示。,图,2-43,饱和蒸气压与温度的关系,油,-,水乳化液,水,-,乙二醇液,氯化烃液,合成液,石油基油液,硅酸酯液,磷酸酯液,硅酮液,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,2.,节流孔口的气穴,气穴的产生,：当液体流到,图,2-44,所示的节流口的喉部位置时，由于流速很高，根据能量方程，该处的压力会很低。如那里的压力低于液体工作温度下的空气分离压，就会,出现气穴现象,。同样，在液压泵的自吸过程中，如果泵的吸油管太细、阻力太大，滤网堵塞，或泵安装位置过高、转速过快等，也会使其吸油腔的压力低于工作温度下的空气分离压，从而,产生气穴,。,图,2-44,节流口的气穴现象,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,当液压系统出现气穴现象时，大量的气泡使液流的流动特性变坏，造成流量不稳，噪声骤增。特别是当带有气泡的液流进入下游高压区时，气泡受到周围高压的压缩，迅速破灭，使局部产生非常高的,温度,和,冲击压力,。这样的局部高温和冲击压力，,一方面,使金属表面疲劳，,另一方面,又使工作介质变质，对金属产生化学腐蚀作用，从而使液压元件表面受到侵蚀、剥落，甚至出现海绵状的小洞穴。,因气穴而对金属表面产生腐蚀的现象称为,气蚀,。,气蚀,会严重损伤元件表面质量，大大缩短其使用寿命，因而必须加以防范。,high-technical institute of Shanghai Dian,Ji,University,上海电机学院高职学院,第二章 液压传动基础,液压传动,3.,减小气穴的措施,在液压系统中，哪里压力低于空气分离压，那里就会产生,气穴现象,。为了防止气穴现象的发生，最根本的一条是,避免液压系统中的压力过分降低,。具体措施有：,1,）,减小阀孔口前后的压差，一般希望其压力比,p,1,/,p,2,3.5,。,2,）,正确设计和使用液压泵站,3,）,液压系统各元部件的连接处要密封可靠，严防空气侵入。,4,）,采用抗腐蚀能力强的金属材料，提高零件的高职强度，减小零,件表面粗糙度值。,Back,