液压系统建模与仿真
上QQ阅读APP看书,第一时间看更新

2.4 压力与流量

2.4.1 液压管路的压力损失

液压管道中流动液体的压力损失包括沿程压力损失和局部压力损失。

1. 沿程压力损失

沿程压力损失是当液体在直径不变的长直管中流过一段距离时,因内摩擦力而产生的压力损失。

经实验研究和理论分析,沿程压力损失与流过管路的液体黏度μ、管道直径d、管路长度l、流量q或平均流速υ等参数有关,计算公式如下:

层流时,式中为沿程阻力损失系数。我们由此对沿程压力损失的一般定性理解是,管路越长,压力损失越大;管道越粗,压力损失越小;流速越大,压力损失越大;黏度越大,压力损失越大等。

2. 局部压力损失

局部压力损失是指液流流经截面突然变化的管道、弯管、管接头及控制阀阀口等局部障碍时,形成涡流等引起的压力损失。局部压力损失可用下式计算:

式中:ξ——局部阻力系数。

3. 总压力损失

整个管路系统的总压力损失,等于管路系统中所有沿程压力损失和局部压力损失之和,即

由于零件结构不同(尺寸的偏差与表面粗糙度不同),因此要准确地计算出总的压力损失的数值是比较困难的,一般采用估算或经验值计算。压力损失是液压传动中必须考虑的因素,关系到确定系统所需的供油压力和系统工作时的温升,工程应用中要让压力损失尽可能小一些。

2.4.2 孔口的流量与压力特性

当小孔的通道长度l与孔径d之比时称为薄壁孔,如图2-19(a)所示。当小孔的通道长度l与孔径d之比时称为细长孔,如图2-19(b)所示。当小孔的通道长度l与孔径d之比时称为短孔,细长孔和薄壁孔之间。

图2-19 孔口示意图

对于薄壁孔,可以根据伯努利方程和连续性方程推导得到(推导过程略)其通过的流量q与小孔前后的压差△p之间的关系式为

Cd为流量系数,计算时一般取Cd=0.60~0.61。

由式(2-21)可知,流经薄壁孔的流量q与小孔前后的压差△p的平方根及小孔面积A成正比;式中无黏度参数,因而流量q与黏度无关。

当液压系统由于油温显著升高而使液压油的黏度变化时,薄壁孔形的液压元件的流量将保持稳定。正是因为薄壁孔的这个特点,在液压系统中常用薄壁孔作为节流元件的阀口形式。

对于细长孔,相当于一段圆管,由式(2-18)沿程压力损失计算公式推导出流经细长孔的流量q与其两端的压差△p之间的关系式为

式(2-22)中可以明确看出,流经细长孔的流量与动力黏度μ成反比,流量受油温影响较大,这一特点与薄壁孔不同。

为了统一表达形式,式(2-21)和式(2-22)经代数变换为

薄壁孔

细长孔

因此,可用一个统一的公式形式来表达各种小孔的流量压力特性。

式中:K——由小孔形状和液体性质决定的系数;

m——由孔的具体类型决定的指数,薄壁孔m=0.5,细长孔m=1,短孔0.5<m<1。