第2章 液压系统
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第2章 液压与气压传动流体力学基础思考题和习题2.1 什么叫压力?压力有哪几种表示方法?液压系统的压力与外界负载有什么关系?(答案略)2.2 解释下述概念:理想流体、定常流动、过流断面、流量、平均流速、层流、紊流和雷诺数。
(答案略)2.3 说明连续性方程的本质是什么?它的物理意义是什么?(答案略)2.4 说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程有什么区别?(答案略)2.5 如图2.32所示,已知测压计水银面高度,计算M 点处的压力是多少? 解:取B -C 等压面,C B p p =: Hg a C p p γ⨯+5.0= 因为D -B 为等压面,故 C B D p p p ==。
取M 水平面为等压面,O H D M p p 2)5.05.1(γ-+=O H Hg a p 20.15.0γγ++=。
2.6 一个压力水箱与两个U 形水银测压计连接如图2.33,a ,b ,c ,d 和e 分别为各液面相对于某基准面的高度值,求压力水箱上部的气体压力p g 是多少? 解:由等压面概念:)(0d e p p Hg d ∇-∇+γ= )(2d c p p O H c d ∇-∇+γ= )(b c p p Hg c b ∇-∇+γ= )(2b a p p p O H b a gas ∇-∇-γ==整理:20()()gas Hg H O p p c e b d b d c a γγ+∇+∇-∇-∇+∇-∇+∇-∇= (a p 为e ∇处大气压力)2.7 如图2.34所示的连通器,内装两种液体,其中已知水的密度ρ1= 1 000 kg/m ,h1= 60 cm ,h1= 75 cm ,试求另一种液体的密度ρ是多少? 解:取等压面1—1列方程: 11gh p p a ρ+=左 22右=gh p p a ρ+121ρρh h =2 2.8 水池如图2.35侧壁排水管为0.5⨯0.5 m ⨯m 的正方形断面,已知,h = 2 m ,α = 45︒,不计盖板自重及铰链处摩擦影响,计算打开盖板的力T是多少? 解:盖板所受的总压力,54.53385.05.0)245sin 5.02(81.91000===⨯⨯︒⨯+⨯⨯A gh F G ρ(N )压心位置,09.35.0)25.045sin 2(125.025.045sin 224=)=(=⨯+︒++︒+A J G G G C ηηη(m )对铰链力矩平衡,︒⨯⨯︒-45cos 5..0)45sin (T hF C =η 66.394945cos 5.0)45sin 209.3(54.5338==︒⨯︒-⨯T (N ) 2.9 如图2.36所示的渐扩水管,已知d = 15 cm ,D = 30 cm ,p A = 6.86×10 4 Pa ,p B = 5.88×10 4 Pa ,h = 1 m ,υB = 1.5 m/s ,求(1)υA =?(2)水流的方向,(3)压力损失为多少?解:(1)A B d D q υπυπ2244==0.65.1)1015()1030(222222===⨯⨯⨯--B A d D υυ(m/s ) (2)A 点总能头83.881.920.681.910001086.62242==⨯+⨯⨯+g g p A A υρ(mH 2O ) B 点总能头11.7181.925.181.910001088.52242==+⨯+⨯⨯++h g g p B B υρ(mH 2O ) 故水流方向为由A 到B(3)能头损失为 72.111.783.8=-(mH 2O )压力损失为:41069.181.9100072.1⨯⨯⨯=(Pa ) 2.10 如图2.37中,液压缸直径D = 150 mm ,活塞直径d = 100 mm ,负载F = 5×10N 。
第二章液压传动在工程机械上的应用2.1 液压传动基础1、液压油的压缩性液体在压力作用下引起的体积变化的性质叫做液体的压缩性。
由于液体的压缩性很小,液体压缩性的大小用体积压缩系数β表示,即液体所受压力每增加一个单位压力时,其体积的相对变化量,即:体积压缩系数:液体体积弹性模量:一般液压油的压缩系数为:β=(5~7)×10-10m2/N体积弹性模量为:K=(1.4~2)×109Pa液体的压缩性很小,一般情况下可以忽略不计。
但在压力较高或对液压系统进行动态分析时必须考虑液体的压缩性。
2、液压油的粘度在外力作用下油液流动时,由于液体分子间内聚力的作用而产生的阻碍其分子相对运动的内摩擦力,称为液体的粘性。
油液在静止时不显示粘性,运动时才显现粘性。
粘性只能阻碍、延缓液体内的相对运动而不能消除这种运动。
粘性的大小用粘度来表示,粘度是选择液压油的主要指标。
液压油对温度的变化十分敏感。
油温升高,液压油的粘度下降,油液变稀。
当系统压力发生变化时,液压油粘度也发生变化。
压力增加时,分子间距离缩小,分子间作用力加强,粘度增大。
但系统压力在20MPa 以下时,可忽略不计。
在液压计算中常用到运动粘度。
在国际单位制(SI )中,运动粘度以m 2/s 为单位。
1厘斯(1cST)=1mm 2/s 。
我国生产的润滑油和液压油采用其在40℃时运动粘度的厘斯数平均值作为其标号(例如20号机油在40℃时的平均运动粘度为20厘斯)V V p ∆∆β⋅-=1β1=K液压油是液压传动系统中作能量传递的工作介质,同时也具有润滑零部件和冷却传动系统的作用。
正确选择和合理使用液压油,可以减少液压元件的磨损,提高液压系统的可靠性,延长机械的使用寿命,还可避免液压油的污染变质,节省液压油费用。
目前大多数户外使用工程机械液压系统的特征是低速、大扭矩、高压和大流量,系统工作温度一般比环境温度高50~60℃。
因此对液压油的性能要求是:适当的粘度和较高的粘度指数;良好的润滑性能和抗磨性;良好的抗氧化安定性。