液压课件第二章 液压介质及流体力学要点讲诉

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1、第二章 液压介质及流体力学要点 液压介质一般称为液压油(有部分液压介 质已不含油的成份)。液压介质的性能对液压 系统的工作状态有很大影响。 流体力学是研究流体的平衡与运动规律的 学科。 在研究液压系统前,必须先对液压介质及 其性质有较深入的了解。 2.1.1 液压介质的主要物理性质 1、密度: 单位容积液体的质量称为液体的密度。体积为 V，质 量为m的液体的密度为 （2-1） 2、可压缩性: 液体受压力作用而发生体积变化的性质称为液体 的可压缩性。 液体的压缩性可用体积压缩系数表示。 体积弹性模量K (体积压缩系数的倒数) 2.1 液压介质 V0一定，在同样p下， K 越大, V 越小;说明K

2、 越大，液体 的抗压能力越强。 （2-2） 1） 粘性的概念 液体质点间产生相对运动时，分子间的内聚力要阻止分子间的相对运 动而产生一种内摩擦力，这种性质叫做液体的粘性。 （2-3） 这就是牛顿的液体内摩擦定律。 2） 粘度 : 液体的粘性大小可用粘度来表示。粘度的表示方法有动力粘度 、运动粘度、相对粘度。 动动力粘度的物理意义：液体在单位速度梯度下流动时产生的内摩擦 应力。动力粘度的单位为Pas（帕秒，Ns/m2 ）。 运动动粘度 =/ 运动粘度的单位为m2/s。 相对粘度 恩氏粘度E、赛氏粘度SSU、雷氏粘度Re等。 液体的粘度随液体的压力和温度而变: 1) 压力增大时，粘度增大，但影响很

3、小，通常忽略不计。 2) 液压油的粘度对温度变化十分敏感。温度升高时，粘度下降。 3、粘性 2.1.2 液压介质的分类与代号 液 压 介 质 石油基液压油 无添加剂的石油基液压液（L-HH） HH+抗氧化剂防锈剂 （L-HL） HL+抗磨剂（L-HM） HL+增粘剂（L-HR） HM+增粘剂（L-HV） 抗燃液压液 含 水 液 压 液 高含水液压液 （L-HFA） 水包油乳化液 （L-HFAE） 水的化学溶液 （L-HFAS） 油包水乳化液（L-HFB） 水乙二醇（L-HFC） 合 成 液 压 液 磷酸酯液(L-HFAE) 氯化氢(L-HFAE) HFDR+HFDS(L-HFDT) 其他合成液

4、压液（L-HFDU） 2.1.3 液压介质的选用 1、选择液压油液的类型 在选择液压油液类型时，主要是考虑液压系统的工作环境和工 作条件，若系统靠近300 以上的高温表面热源或有明火场所，要 选择抗燃型液压油或液压液，其中对液压油液用量大的液压系统 建议选用乳化型液压液；用量小的选用合成型液压液。当选用了 矿物油型液压油后，首选的是专用液压油；在受到某些限制或对 简单液压系统，也可选用普通液压油或汽轮机油。 2、选择液压油液的粘度 对液压系统所使用的液压油液来说，首先要考虑的是粘度。粘度太大，液 流的压力损失大，使系统的效率降低；粘度太小，泄漏增大，也会使液压系统的 效率降低。因此，应选择使系

5、统能正常、高效和可靠工作的油液粘度。 在液压系统中，液压泵的工作条件最为严峻。它不但压力大、转速和 温度高，而且液压油液被泵吸入和被泵压出时要受到剪切作用，所以一般根据液 压泵的要求来确定液压油液的粘度。同时，因油温对油液的粘度影响较大，而且 还会分解出不利于使用的成分，或因过量的汽化而使液压泵吸空，无法正常工作 。所以，应根据具体情况控制油温，使泵和系统在油液的最佳粘度范围内工作。 对各种不同的液压泵，推荐粘度范围及用油见下表。 各类泵的最佳粘度范围 40粘度（mm2/s） 环境温度5404080 齿轮泵307011054 叶片泵p7MPa30504377 叶片泵p7MPa54706595

6、轴向式柱塞泵437770172 径向式柱塞泵3012865270 2.1.4 液压传动工作介质的污染及控制 1、工作介质污染的原因 w液压装置组装时残留下来的污染物 w从周围环境混入的污染物 w在工作过程中产生的污染物 工作介质（包括液压油）的污染用污染度等级来表示， 它是指单位容积工作介质中固体颗粒污染物的含量，即工作 介质中所含固体颗粒的浓度。 ISO4406规规定的污污染度根据颗颗粒浓浓度的大小共分为为26个 等级级数码码，颗颗粒浓浓度愈大，代表等级级的数码码愈大。 为了定量地描述和评定工作介质的污染程度，国际标准 ISO4406中已经给出了污染度等级标准，污染度等级用两个数 码表示工作

7、介质中固体颗粒的污染度，前面的数码代表1 mL 工作介质中尺寸不小于5 m的颗粒数等级，后面的数码代表1 mL工作介质中尺寸不小于15 m的颗粒数等级，两个数码之间 用一斜线分隔。 例如污染度等级数码为18/15的液压油，表示它在每毫升 内不小于5 m的颗粒数在1 3002 500之间，不小于15 m的 颗粒数在160320之间。 2、工作介质污染的危害 固体颗粒和胶状生成物堵塞滤油器，使液压泵吸油不畅 、运转困难、产生噪声；堵塞阀类元件的小孔或缝隙，使 阀类元件动作失灵。 微小固体颗粒会加速有相对滑动零件表面的磨损，使液 压元件不能正常工作；同时，它也会划伤密封件，使泄漏 流量增加。 水份和

8、空气的混入会降低液压油液的润滑性，并加速其 氧化变质；产生气蚀，使液压元件加速损坏；使液压传动 系统出现振动、爬行等现象。 3、工作介质污染的控制 （1）减少外来的污染：液压传动系统的管路和油箱等在装配前必须严格清 洗，用机械的方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。液压传动系统在组装 后要进行全面清洗，最好用系统工作时使用的油液清洗，特别是液压伺服系统最 好要经过几次清洗来保证清洁。油箱通气孔要加空气滤清器，给油箱加油要用滤 油车，对外露件应装防尘密封，并经常检查，定期更换。液压传动系统的维修、 液压元件的更换、拆卸应在无尘区进行。 （2）滤除系统产生的杂质：应在系统的相应部位安装适当精度的

9、过滤器 ，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。 （3）控制液压介质的工作温度：液压介质的工作温度过高会加速其氧化 变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限。所以要限制油液的最高使用温度。 （4）定期检查更换液压介质：应根据液压设备使用说明书的要求和维护保 养规程的有关规定，定期检查更换液压介质。更换液压介质时要清洗油箱， 冲洗系统管道及液压元件。 2.2 液体静力学 2.2.1 液体静力学基本方程 2.2.1.1 液体静压力及其特性 液体单位面积上所受的法向力称为液体压力。即 液体静止时的压力称液体静压力，具有以下两个重要特性： 1) 液体静压力始终垂直于作用面，其方向总是指向作用面的 内法向。 2

10、)在平衡液体中，静止液体内任意点处的压力在各个方向上都 相等。 2.2.1.2 压力的度量及表示法 压力的法定计量单位为Pa, l Pa1 Nm2，常用几种压力工 程单位的关系如下: 1 MPa106 Pa10 bar10.2 atm102 mH2O 液体压力按度量基准点不同，可分为绝对压力和相对压力 以绝对真空作为基准所度量的压力称为绝对压力； 绝对压力相对压力大气压力 以大气压力作为基准所度量的压力称为相对压力。 相对压力绝对压力-大气压力 如果液体中某点处的绝对压力小于大气压,这时在这个点上 的绝对压力比大气压力小的部分数值称为真空度。 即 : 真空度大气压力绝对压力 绝对压力、相对压力

11、及真空度的关系可用下图表示。 绝对压力、相对压力和真空度的相对关系： 由上式可知： 1)静止液体内的压力随液体深度 呈线性分布。 2)离液面深度相同的各点的压力 相等，压力相等的所有点组成 的面叫等压面。静止液体的等 压面是一个水平面。 2.2.1.3 静力学基本方程 如图所示，在重力作用下的静止液体，液体中任点处的 压力为: 式中 p距液面深度为h处的液体压力,Pa； 液面上的压力，Pa； 液体的密度，kgm3。 2.2.2 静止液体对壁面的作用力 2.2.2.1 液体对平面的作用力 静止液体与平面相接触时，若不计重力 作用，则平面上各点处的静压力大小相等， 方向垂直于平面，且指向平面的内法

12、线方向 ，即平面上的液体静压力是相互平行的。因 此，作用在平面的力为液体静压力p与承压 面面积A的乘积。即 F静止液体对平面的作用力，N； P压力，Pa； A与液体接触的平面面积，m2。 故 因此，液体在曲面上的静压力在 某个方向上的分力，等于液体静压力 和曲面在该方向上投影面积的乘积。 2.2.2.2 液体对曲面的作用力 当静止液体和曲面相接触时，由于静压力始终沿着 内法线方向垂直于其作用面，因而曲面上各点处的静压 力是不平行的。如图所示液压缸缸筒，静止液体作用在 缸筒右半侧内壁上的力为 2.3 液体动力学 为讨论问题的方便，先引入几个基本概念： 理想液体 既无粘性又不可压缩的液体称为理想液

13、体， 是一种假想液体。 稳定流动 液体流动时，液体中任意点处的压力、速度 和密度都不随时间变化,也叫定常流动。反之，则为非 稳定流动。 一维流动 当液体整个作线形流动时称为一维流动。 液体动力学的主要内容是研究液体流动时速度和压力的变化 规律。涉及到三个基本方程：流量连续性方程、伯努利方程和动 量方程。前两个方程反映压力、流速与流量之间的关系，后一个 方程用来解决流动液体与固体壁面间的作用力问题。 通流截面 垂直于液体流动方向的截面称为通 流截面，也叫过流截面，符号：A，单位：m2。 流 量 单位时间内流过某通流截面的液体体积 称为流量(体积流量)，符号：q，单位：m3s。 平均流速 流过某通

14、流截面的流量与通流截面 积的比值 。 2.3.1 连续性方程 连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的一种具体表现 形式 。 如图所示的液体在任意形状 的管道中作稳定流动，任取1、2 个不同的通流截面。根据质量守 恒定律，单位时间内流过这两个 截面的液体质量是相等的，即 对整个流管： 若忽略液体的可压缩性，即1=2，则 ： 常数 上式称为不可压缩液体作稳定流动时的连续性方程。 说明： 1) 通过流管任一通流截面的流量相等。 2) 液体的流速与管道通流截面积成反比。 3)在具有分歧的管路中具有q1=q2+q3的关系.。 伯努利方程是能量守恒定律在流动液体中的表现形式。 首先讨论理想液体的伯努利方程

15、，然后对它进行修正，最后 得到实际流体的伯努利方程。 2.3.2.1 理想液体的伯努利方程 如图所示为一变截面管道，理想液体在管道中作稳定流动， 任意选取两个截面II和，其间的液体为所研究的控制体 。同时，在任意位置上选取一个水平面 OO作为基准面。设截 面II的面积为A1，位置高度为z1，液体压力为pl，平均流速为v1 ；截面的相应值分别为A2、z2、p2、v2。 在很短时间dt内，控制体I I 移到II处,两截面的移 动距离分别为v1dt、v2dt,外力Fl、F2对控制体所做的功为 2.3.2 伯努利方程 液体流速的变化引起其动能的改变, 即 由于液体位置高度的变化引起 其势能的改变,即

16、根据能量守恒定律,外力对控制体所做的功等于其机械能的增量,即 式中 单位重量液体所具有的压力能，又称为比压能； 单位重量液体所具有的动能，又称为比动能； z 单位重量液体所具有的势能，又称为比势能。 上式即为理想液体伯努利方程，该方程表明理想液体在管道内 作稳定流动时，在任意截面处均具有压力能、动能和势能。这三种 能量可以互相转换，但其总和不变。这就是理想液体伯努利方程的 物理意义。 对于单位重量液体，上式两端同除mg得 常数 常数 对于任意截面可写成 从几何意义上来说， 的量纲是长度L， 它代表测压管中的液面离该断面中心的高度， 称为压力水头；z代表断面上的流体质点至基 准面的平均高度其量纲也是长度L，称为 位置水头； 的量纲也是长度L，它相当 于液体的垂直向上的速度v所能达到的高度， 称为速度水头。公式表明，流束任意通流截 面的总水