液压技术中的压力介质概况及影响液压油压力损失的因素

行业动态 ????|???? 2019-11-11
摘要:在液压技术中,用来作为传递压力的液体,统称为压力介质,早期的压力介质是水。液压的英语 hydraulics,在很多英汉词典中的说明就是水力学。本文兴迪源机械带来液压技术中的压力介质概况及影响液压油压力损失的因素。

  在液压技术中,用来作为传递压力的液体,统称为压力介质,早期的压力介质是水。液压的英语 hydraulics,在很多英汉词典中的说明就是水力学。本文兴迪源机械带来液压技术中的压力介质概况及影响液压油压力损失的因素。

  一、液压技术中的压力介质概况

  在液压技术中,用来作为传递压力的液体,统称为压力介质,早期的压力介质是水。液压的英语 hydraulics,在很多英汉词典中的说明就是水力学。

  在1905年前后发现,矿物油——石油分馏精炼得到的碳氢化合物,比水黏稠, 因此,泄漏少得多,润滑性好得多,工作压力可以大大提高,鲜有腐蚀金属件的 问题。此外,由于矿物油的凝固点较水低得多,挥发点较水高得多,可以有更广的工作温度范围,所以,更适宜作为压力介质。因此,在很短时间内就被普遍采用了。当时还特别出现了“油压”一词,以强调区别于“水压”。

  在1905年工作压力还仅为4MPa,到了1940年,工作压力为35Mpa的液压泵已系列生产。

  采用矿物油开创了现代液压技术。 目前,在液压系统中使用的压力介质,主要还是以矿物油为基体,约占88%, (壳牌Shel石油企业2015年统计),2016年全世界消耗约38亿L液压,约值45亿美金。为叙述简便起见,一般情况下使用液压油或压力油泛指所有压力介质。

  在现代液压技术中,液压油起着多方面的作用,须满足多种要求与希望,因此,遇到了多种问题,研发出了多种应对措施。

  二、影响液压油压力损失的一些因素

  传递动力是液压油最基本的任务。要传递动力,液压油就必须流动。液压油流动,会导致压力的下降,也称压力损失或压差。以下分别先容影响压力损失的一些因素。

  1、黏性

  从一个瓶子里往外倒菜油、蜂蜜,会发觉,要比倒水明显来得慢,这是由于菜油、蜂蜜的黏性高于水。

  液体的黏性来自液体分子之间的吸引力。

  推动一块放在液体上面的板(见图3-1),会感到有一些阻力。原因在于,由于黏性,最高层的液体会随着上板运动,而最底层的液体会由于下板的不动而保持不动。夹在其中的液体,就相互牵制着,不情愿但又多少得动一些。这就是阻力的来源。液体黏性越高,阻力就越大。液压技术中常用运动黏度来度量液体的黏 性,单位为m㎡/s。 黏度加倍,意味着阻力加倍,压力损失加倍。 水的运动黏度约为1m㎡/s。


图3-1 液体黏性给运动带来阻力

  常用的液压油的运动黏度在40℃时为32m㎡/s、46m㎡/s、64m㎡/s 。

  (1)黏温特性

  图3-1液体黏性给运动带来阻力

  矿物油的黏度会随温度变化:温度越低,黏度越高(见表3-1)。矿物油的牌号根据其40℃时的运动黏度而定。

  表3-1矿物油在不同温度时的黏度  (单位:m㎡/s )
 

  据历史资料,二次大战时,纳粹德国的坦克都装有液压马达,操纵灵活,挺进神速。进攻苏联是在6月22日开始的,短短两个多月,就已兵临莫斯科城下。

  没料到冬天提前到来,气温骤降,液压油黏度陡增,以致坦克行动艰难,成为活靶子,最后兵败城下。由此可见,液压油的黏温特性也曾影响过历史进程,不可小觑。

  以后的研究发现,添加少量高分子化合物可以改善矿物油的黏温特性。

  (2)黏压特性

  矿物油的黏度,不仅受温度影响,也随压力增加而增加。

  因此,必须根据液压系统的环境温度、实际工作温度、压力、速度范围,选择适当黏度的液压油。

  2、流态

  (1)层流和素流:

  如果注意观察从自来水龙头中流出的水(见图3-2),可以发觉,在流量较小时,水柱晶莹透亮,形状相对稳定(见图3-2a):而流量增大以后,水柱就不再透亮了,似有多泡,形状湍动不安(见图3-2b)。前者被称为层流,后者被称为紊流。之所以看上去透明稳定,是因为液体的流速较低,液体分子团相互的吸引力高于它们的惯性力,流动没有漩涡,因此稳定有序。

  而当流量增大以后,流速增高,液体分子团的惯性力超过相互间的吸引力,分子团各行其道,相互撞击,无稳定轨迹,就成为紊流。

  在管道中,液体的流动也同样有层流与素流之分(见图3-3) 。

  图3-2自由流动的流态a)层流b)紊流     图3-3管道内分子团流动轨迹示意 a)层流b)紊流

  层流时,压力损失较低,大致与平均流速成正比。

  紊流时,由于分子团相互撞击严重,压力损失较高,大致与平均流速的平方成正比。

  (2)影响流态的因素:

  影响流态的主要因素:黏度、流速、管径。

  黏度越低则分子团相互之间的吸引力越小,流速越高则惯性力越大,而管径越大,则液体流动时可依附的部分相对就少,流动越容易成为紊流。

  (3)流态的转变

  开大自来水开关,在层转为紊流后,再缓慢关小开关, 仔细观察会发现,必须关到更小的开度,紊流才会回复为层流。这与日常生活经验相符:保持整齐不变为混乱易,而从混乱再恢复为整齐难。

  正是这点,给液压技术带来了最基本的不确定性。在层流和紊流时,压力损失与流量之间还有一个基本固定的关系。但在层流一紊流过渡区,就不能断定,流态是紊流还是层流,也就无法估算出压力损失。

  3、液流通道的形状

  根据对压力损失的影响,液流通道可分为以下两种类型。

  1)长通道,面积和形状没有突然改变,压力就逐渐下降,术语称沿程损失。这里,造成压力下降的主要原因是液体相互间,以及液体与管道壁的摩擦力。

  因为管径越大,与管道壁发生摩擦的液体相对总量越少,所以,压降越小。

  2)通流面积或和形状突然改变,如,小孔、弯头、管道分叉会合处等。在

  区些地方,由于液流方向改变,造成涡流,分子团相互撞击,重组,内耗严重,导致压力明显下降,术语称局部损失。

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  部分文段和图片摘自:

  《白话液压》

  编辑:张海平

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