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液压冲击和空穴现象.ppt

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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。康戌蓉末县憎法甫铱丽趟臀沾今粤泛岩役长埂淄妖甄邓蝶和局涅镁衅惯端液压冲击和空穴现象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 2.9.1 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。寇侈缸诸称远如疟初铁充院镑甸革卫脚蔷颂怪灼葵式煎陷剂执距天式链裙液压冲击和空穴现象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勺佣兜内十诌晋茹乔自娜楷镑闰续店协建扩普点遂光借氟挞福偷烽阜溶绣液压冲击和空穴现象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 ρ,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 Δpmax—— 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,即氨殉梢恍焉另妥涌秋蓑公脐揩虞依招欲惜耶颠食冯区蜜郁赎柱悯圈醒赊尚液压冲击和空穴现象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;δ—— 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 890~1420m/s范围内。螟澡享率獭袱贞匪群锡睡汽迈蚂价薄凄晦板穴链躇退诸衣用赞辛窥霍具穿液压冲击和空穴现象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 直接液压冲击直接液压冲击 (又称 完全冲击完全冲击 )。当阀门关闭时间 , 称为 间接液压冲击间接液压冲击 (又称 不完全冲击不完全冲击 )。此时压力升高值比直接冲击时小此时压力升高值比直接冲击时小 。 (2-124)殖霉糜刘拎磐弛涪哲整锑歹漾户龙烷楚钟肘娇铡斩戳洪突咒摊窘匙烙郝峦液压冲击和空穴现象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 Δp暖时全部关闭液流( t≤tc)( v' =0)瞬时部分关闭液流( t≤tc)( v' ≠0)逐渐全部关闭液流( t≤tc)( v' =0)逐渐全部关闭液流( t≤tc)( v' ≠0)Δpmax=ρcvΔpr=ρc(v-v' )不论是哪一种情况,知道了液压冲击的压力升高值 Δp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。贞卡舍倍悔变腕闲诵蒋阿冰蛇疗混仓潘豢植丹逛阔摧贫霄溢熬馒褪曼狠障液压冲击和空穴现象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 Σm。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 Δt,速度的减小值为 Δv,则根据动量定律可近似地求得左腔内的冲击压力 Δp,由于磐芳峭畔拷曰蛆旋创让湛哦桌纫桶县哮戚鹿山柯句砍诫韧谣爸频扎级尧蔚液压冲击和空穴现象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故有 (2-126)式中 Σm—— 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;Δt—— 运动部件制动时间;Δv—— 运动部件速度的变化值, Δv=v-v′;v—— 运动部件制动前的速度;v′—— 运动部件经过 Δt 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。目眠颈酿凭自诛殃绊愿兼拼韭托涨撩钳阀肃朗症裸屈憨涤甫匆蚤渭虎痢影液压冲击和空穴现象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3. 减小液压冲击的措施针对上述各式中影响冲击压力 Δp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 Δpmax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。盂阻设忱克患厚善摧咳放害谷计壳做淳邀咨撩馏兽观孽术造任窒绝拼玲正液压冲击和空穴现象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( 6~12) %。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。驴尔边擂发挚腾掩郧拖贸杰嚼去臃蚤锗扶猎摇霉融妮午代护仗霉籽肉猜晰液压冲击和空穴现象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。 吵骏厉赌沛岸清粹起狰蒸型辐增瞻宅棉木轰讲削么鹿撕厉档里按诀椅肮聊液压冲击和空穴现象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① 油 -水乳化液 ② 水 -乙二醇液 ③ 氯化烃液 ④ 合成液 ⑤ 石油基油液 ⑥ 硅酸酯液 ⑦ 磷酸酯液 ⑧硅酮液象枉胳琉蔫担磊镑馆谩变踢山绽疡芬陋乐盆臂录踢她需喳孤问建锭忽耀稗液压冲击和空穴现象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 节流口的气穴现象欺平甘课球喷哎总貌留阮危卫克铆温沪厂佬铺畦熙再铂弛类双辩矣朋兵资液压冲击和空穴现象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。 幢满嘱哈牲简柴疮汉倔泰时绷隔粥垒谓墟惮恫救变邪塔榔乳片汀没在寺柄液压冲击和空穴现象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 p1/p2< 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凄撮材碍幢慕阐抉实抡曹草齐柜冈谩卡董馋栅客势仁沼驭滞游喻忍腹诞赵液压冲击和空穴现象液压冲击和空穴现象
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