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        是什么原因导致液压油流动时的压力损失了?

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        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,简称压降,也称压力损失或压差。今天我们讲讲影响液压油压力损失的 3 大因素。

        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(下图),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。

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        是什么原因导致液压油流动时的压力损失了?

        液压技术中常用运动黏度来度量液体的黏性,单位为 mm2/s 厘斯。

        黏度加倍,意味着阻力加倍,压力损失加倍,泄漏减半。

        水的运动黏度约为 1mm2/s。 

        常用的液压油的运动黏度在40°C时为 32mm2/s、46mm2/s、64 mm2/s。

        (1)黏温特性 

        矿物油的黏度会随温度变化:温度越低,黏度越高(见下表)??笪镉偷呐坪鸥萜?40°C 时的运动黏度而定。

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        矿物油在不同温度时的黏度 (单位 mm2/s)


        使用液压油请使用相当于 ISO VG32 标准的液压油。冬天用 32# 液压油,夏天用 46# 液压油。

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        是什么原因导致液压油流动时的压力损失了?

        黏温特性曲线


        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,爬山涉水,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,选择恰当黏度的液压油。

        2. 流态

        (1)层流和紊流 


        如果注意观察从自来水龙头中流出的水(见下图),可以发觉,在流量较小 时,水柱晶莹透亮,形状相对稳定;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。前者被称为层流,后者被称为紊流。

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        是什么原因导致液压油流动时的压力损失了?

        层流之所以看上去透明稳定,是因为液体的流速较低,液体分子团相互之间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a与紊流b之分(见下图)。

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        是什么原因导致液压油流动时的压力损失了?

        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 


        如果缓慢开大自来水开关,在层流转为紊流后,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,而由混乱再恢复为整齐难。

        也正是这点,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-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

        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。在这些地方,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。

        原文始发于微信公众号(液压说):是什么原因导致液压油流动时的压力损失了?


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