液壓的常見知識

1、什么是液體傳動、液壓傳動和液力傳動?
答：(1)液體傳動 以液體為工作介質傳遞能量和進行控制的傳動方式稱為液體傳動。
(2)液壓傳動 利用液體壓力能傳遞動力和運動的傳動方式稱為液壓傳動。
(3)液力傳動 主要利用液體動能的傳動方式稱為液力傳動。
2、什么是液壓傳動原理圖?什么是元件、回路和系統?
答：(1)液壓傳動原理圖 由代表各種液壓元件、輔件及連接形式的圖形符號組成，用以表示一個液壓系統工作原理的簡圖，稱為液壓傳動原理圖。圖1—1所示的磨床工作臺液壓傳動原理圖，即是一例。
圖形符號有兩種表達方式：一種用結構示意圖，如圖1—1a所示，這樣的圖形比較直觀，元件的結構特點清楚明了，但圖形太繁瑣，繪圖麻煩；另一種是圖形符號圖，即把各類液壓元件用其圖形符號表示，
(2)元件 由數個不同零件組成的，用以完成特定功能的組件，稱為元件，如液壓缸、液壓馬達、液壓泵、閥、油箱、過濾器、蓄能器、冷卻器和管接頭等。這些元件有的是通用的、標準化的。
(3)回路 液壓回路是完成某種特定功能、由元件構成的典型環節。
(4)系統 液壓系統是由回路組成的，用以控制和驅動液壓機械完成所需工作的整個傳動系統。 在農業機械中，采用液壓技術電很廣泛，如聯合收割機、拖拉機和犁等。
在汽車工業中，液壓越野車、液壓自卸式汽車、液壓高空作業車和消防車等均采用了液壓技術。
在輕紡工業中，采用液壓技術的有塑料注塑機、橡膠硫化機、造紙機、印刷機和紡織機等。
在船舶工業中，應用液壓技術很普遍，如全液壓挖泥船、打撈船、打樁船、采油平臺水翼船、氣墊船和船舶輔機等。
近幾年，又在太陽跟蹤系統、海浪模擬裝置、船舶駕駛模擬器、地震再現、火箭助飛發射裝置、宇航環境模擬和高層建筑防震系統及緊急剎車裝置等設備中，也采用了液壓技術。
總之，一切工程領域，凡是有機械設備的場合，均可采用液壓技術，其前景非常光明。
3、什么是壓力與壓強?壓力的單位是什么?
答：液體的壓力是指液體在單位面積上所受到的垂直作用力，常用p表示。
壓強與壓力概念相同，是同義詞，在物理學中稱為壓強；在液壓傳動中稱為壓力。
壓力的法定計量單位為Pa(帕，N／m2)或MPa(兆帕)，1MPa=106Pa。
4、靜止液體的壓力特性如何?
答：（1）靜止液體中，任何一點所受到的各個方向的壓力都相等。如果液體中某點受到的各個方向的壓力不等，那么液體就要運動，破壞了靜止的條件。
（2）液體只能承受壓力，且液體的壓力總是垂直于承受壓力的表面，其壓力的方向指向承壓表面的內部。如果壓力不垂直于承壓表面，則液體就要沿著這個表面的某個方向產生相對運動；如果壓力的方向不是指向承壓表面的內部，則由于液體不能承受拉力，液體也要離開這個表面產生運動，于是破壞了液體的靜止條件。
（3）在密閉容器中的靜止液體．如果任意一點的壓力有變化，這個壓力的變化值將傳給液體中的所有各點，且其值不變。
5、什么是大氣壓力、相對壓力、壓力和真空度?它們之間有什么關系?液壓系統中的壓力指的是什么壓力?
答：(1)大氣壓力 由大氣中空氣重力產生的壓力稱為大氣壓力。
(2)相對壓力 以大氣壓力為基準測得的高出大氣壓的那一部分壓力稱為相對壓力。通常，壓力計所指示的壓力是相對壓力。
(3)壓力 以真空為基準測得的壓力稱為壓力。
(4)真空度 如果作用在液體某處上的壓力小于大氣壓力時，壓力比大氣壓力小的那部分數值，叫做該點的真空度。 ，
(5)液壓系統中的壓力 液壓系統中的壓力，指的是相對壓力。
6、在液壓傳動中，計算液體的壓力時，為什么一般忽略由液體質量引起的壓力，而在建筑水渠時必須計算水的質量對壩產生的壓力?
答：液體內部所受到的壓力為 ，由此可知，液體內部壓力包括兩部分，一是由液體質量所引起的壓力，另一是由外力所引起的壓力。
在一般的液壓傳動系統中，管道配置高度通常不超過10m，若液壓油的密度為900kg／m3，這時由液壓油質量所引起的壓力 ，但由外力所引起的壓力是很高的，在低壓系統中可達2.5MP，在高壓系統中可達32MPa以上。可見，在液壓傳動系統中，由外力引起的壓力遠遠大于由液體本身質量引起的壓力，因此在計算液體的壓力時，可忽略由液體本身質量引起的壓力。
對于水渠來說高達幾米或更高，這時由河水本身引起的壓力 已相當大，而由大氣壓引起的壓力是微不足道的，這時必須計算水的質量對壩產生的壓力。
7、什么是流動液體的液阻和壓力損失?壓力損失分哪兩種形式?
答：(1)液阻 實際液體具有粘性，在管道中流動就會產生阻力，這種阻力稱為液阻。
(2)壓力損失 液體在管道中流動時，由于存在液阻，就必須多消耗一些能量來克服前進路上的阻力，這種能量消耗稱為壓力損失。
(3)壓力損失的形式 液體在直管中流動時，由于液體具有粘性，因液體各質點的運動速度不同。液體分子間存在內摩擦力的作用，液體與管壁間也產生摩擦，由于摩擦阻力的存在，液體流動必須克服摩擦力的阻礙，因此消耗了一部分能量，這是沿程壓力損失。
液體在管道中流動時，還會遇到管道的彎曲、直徑突然擴大或縮小、管道分支、小孔、閥口等局部裝置，液體流經這些局部地區時就會產生撞擊，速度突然變化而產生附加摩擦，流向改變形成旋渦等，因此要消耗一部分能量，這是局部壓力損失。液體在管道中流動時的壓力損失，就表面而言，為沿程壓力損失和局部壓力損失這兩種形式。
8、 溢流闊的調節壓力低于推動活塞運動所需壓力時，系統能正常工作嗎?為什么?
答：溢流閥的調節壓力低于推動活塞運動所需的壓力時，系統不能正常工作。理由是：當系統壓力達到溢流閥的調節壓力時，溢流閥打開，油液經溢流閥排出，系統中的壓力也就不會再升高了，這時系統的壓力等于溢流閥的調整壓力，因油壓低于推動活塞運動所需壓力，所以系統不能正常工作。要使系統正常工作，必須提高溢流閥的調整壓力，使其稍高于系統的工作壓力。
9、什么是理想液體和實際液體?
答：(1) 理想液體 假設液體既無粘性又不可壓縮，這樣的液體稱為理想液體。實際上不存在理想液體，僅在一般分析中為了簡化起見，才引用這一概念。
(2) 實際液體 任何液體都具有粘性，而且可以上壓縮(盡管可壓縮性很小)，這樣的液體稱為實際液體。
10、 什么是流量和流速?二者之間有什么關系?液體在管道中的流速指的是什么速度?
答：(1)流量 在單位時間內，流過某通流截面的液體體積，稱為流量。通常用q表小，單位為cm3／s或L／min (1L==l000cm3)。
(2 ) 流速 是指流動液體內的質點在單位時間內流過的距離。以v表示，單位為m／min或cm/s。
(3 ) 液體在管道中的流速 由于實際液體都具有粘性，所以液體在管道中流動時，在同一截面上各點的實際流速不相等，越接近管子中心、流速越高，管子中心的流速zui高；相反，越接近管壁其流速越低。在一般場合下，都以平均流速計算。平時所說液體在管道中的流速指的是平均流速。
(4 ) 流量和流速的關系 流量和流速的關系可用下式表示，即
q=vA
式中q—流量；
v—液體的流速；
A—液體流經某橫截面的面積。
這表明液體的流量q等于液體通過某一橫截面的面積A與液體流速v的乘積。當液體通過的橫截面面積一定時，液體的流動速度越高，需要的流量越大。
11、什么是流動液體連續性原理?舉例說明它的應用。
答：在一般工作狀態下．液體基本上是不可壓縮的，即密度ρ是常數；液體又是連續的，不可能有空隙存在，因此液體在壓力作用下穩定流動時，液體中間也不可能產生空隙，根據物質不滅定律，液體在管內既不可能增多，也不可能減少，所以它在單位時間內流過管道每一截面的液體質量一定是相等的。這就是液體的連續性原理。
這一原理應用很廣泛，例如利用它可計算圖1－5中柱塞4上升的速度v2。設活塞5的有效面積為A1，，活塞下降速度為v1，柱塞4的有效面積為A2。。根據液體的連續性原理可知：

于是 ， 從計算v2的過程可以看出，液體流經截面一定時，流量越大，則流速越高。根據這個道理可計算出執行元件的運動速度和所需流量。
12、什么是流動液體的能量方程(伯努利方程)?在液壓傳動中為什么只考慮油液的壓力能?
答：(1) 流動液體的能量方程 理想液體在管內做穩定流動時，具有三種能量形式，即壓力能、動能和位能。它們之間可以互相轉換，并且液體在管內的任何位置，這種能量的總和是一定的。其方程式為：

式中，ρ－液體的密度；
g—重力加速度。
(2)在液壓傳動中所考慮的能量形式 在液壓傳動中，位能h 和動能 與壓力能 相
比小得多，因此可忽略不計。也就是說，油液中的能量主要是以壓力能形式出現，所以在計算時只考慮壓力能的作用。
13、必須具備哪些條件才能應用伯努利方程解決實際問題?
答：（1）液體是穩定流動。（2）液體所受質量力只有重力。（3）液體是連續的，不可壓縮的，即密度 =常數。（4）所選擇的兩個通流截面必須符合漸變流條件，而不考慮兩截面間的流動狀態。
14、什么是層流和紊流?
答：(1)層流 層流是指液體流動時，液體質點沒有橫向運動，互不混雜，呈線狀或層狀的流動。
(2)紊流 紊流是指液體流動時，液體質點有橫向運動(或產生小旋渦)，做混雜紊亂狀態的運動。
15、用什么來判斷液體的流動狀態?雷諾數有什么物理意義?
答：(1) 對液體流動狀態的判斷 液體的流動狀態為層流或紊流，通過雷諾數Re來判斷。液體在圓管中流動時的雷諾數Re用數學式表示為：

式中d—管道直徑；
v一液體流動速度；
—液體的運動粘度。
液體流動的狀態，由層流轉為紊流的條件由臨界雷諾數決定。當雷諾數Re小于臨界雷諾數Rec時為層流：大于Rec時為紊流。通過實驗得出的常見液流管道的臨界雷諾數見表1 -l。
表1-1 臨界雷諾數
管道形狀 臨界雷諾數Rec
光滑的金屬圓管
橡膠軟管
光滑的同心環狀縫隙
光滑的偏心環狀縫隙 2000～2300
1600～2000
1100
1000
有環槽的同心環狀縫隙
有環槽的偏心環狀縫隙 滑閥閥口 700
400
260
(2)雷諾數的物理意義 由雷諾數Re的數字表達式可知，慣性力與粘性力的無因次比值是雷諾數；而影響液體流動的力主要是慣性力和粘性力。所以雷諾數大就說明慣性力起主導作用，這樣的液流呈紊流狀態；若雷諾數小就說明粘性力起主導作用，這樣的液流呈層流狀態。
16、產生空穴現象有何危害?應怎樣防止它產生?
答：如果在液流中產生了空穴現象，會使系統中的局部壓力猛烈升高，引起噪聲和振動，加上氣泡中有氧氣，在高溫、高壓和氧化的作用下就會產生氣蝕，使零件表面受到腐蝕，甚至造成零件失靈。尤其在液壓泵部分發生空穴現象時，除了會產生噪聲和振動外，還會由于液體的連續性被破壞，降低吸油能力，以致造成流量和壓力的波動，使液壓泵零件承受沖擊載荷，降低液壓泵的使用壽命。要想*消除空穴現象是十分困難的，但可盡力加以防止，其主要措施有下面幾點：
（1）保持液壓系統中的油壓高于空氣分離的壓力。對于管道來說，要求油管要有足夠的管徑，并盡量避免有狹窄處或急劇轉彎處。對于液壓泵，離油面的高度不得過高，以保證液壓泵吸油管路中各處的油壓都不低于空氣分離壓力。
（2）降低液體中氣體的含量，例如管路的密封要好，不要漏氣，以防空氣侵入。
（3）對液壓元件應選用抗腐蝕能力較強的金屬材料，并進行合理的結構設計，適當增加零件的機械強度，減小表面粗糙度，以提高液壓元件的抗氣蝕能力。
17、為什么要限制液體在管路中流動的速度?
答：液壓傳動中的壓力損失，絕大部分轉變為熱能，造成油溫升高，泄漏增多，使液壓傳動效率降低，因而影響液壓系統的工作性能。油液流動時，其流速對壓力損失影響很大。層流時的沿程壓力損失Δp與油液的流動速度v一次方成正比，紊流時的沿程損失Δp與油液流動速度v1.75～v2成正比；流動油液的局部壓力損失與其流速v2成正比。可見降低流速對減少壓力損失是十分重要的，因此應限制液體在管道中的zui高流速。但是液體的流速太低又會使管路和閥類元件的結構尺寸變大。所以應當使油液在管路中有個適宜的速度，
18、壓力損失對液壓系統有什么危害?有什么益處?
答：壓力損失△p越大，壓力效率越低，因此推動液壓缸工作的壓力p越低；壓力損失的絕大部分轉變為熱能，造成油溫升高，使液壓元件受熱膨脹，泄漏增加，影響系統的工作性能，這是壓力損失對液壓系統有害的方面。
但是，壓力損失對液壓系統也有有益的一面，有些控制閥，如減壓閥和節流閥等就是利用改變液阻的辦法來控制壓力或流量，即通過壓力損失的變化來改變控制閥的壓力或流量；又如有些液壓缸也是依靠液阻的阻尼作用而實現緩沖的。
19、怎樣減少液壓系統中的壓力損失?
答：減少壓力損失的常見措施有：（1）盡量縮短管道長度，減少管道彎曲和截面的突然變化。（2）管道內壁力求光滑。（3）選用的液壓油粘度要適當。（4）管道應有足夠大的通流面積，并將液流的速度限制在適當范圍內。
20、在液壓系統中，什么是泄漏?有什么危害?產生的根源是什么?
答：在液壓系統和液壓元件中，由于加工誤差和配合表面具有相對運動要求，總會存在一定的縫隙，油液流經這些縫隙時就會產生泄漏現象。泄漏的形式有兩種：一是油液由高壓區流向低壓區的泄漏為內泄漏；二是系統內的油液泄漏到液壓系統外面的泄漏為外泄漏。
泄漏會使液壓系統效率降低，并污染環境；內泄漏的損失轉換為熱能，使系統油溫升高，影響液壓元件的性能和液壓系統的正常工作。
泄漏是由壓力差與配合件表面問的間隙造成的。
21、什么是空穴?什么是氣蝕?
答：(1)空穴 油液中能溶解的空氣量比水中能溶解的要多。在大氣壓下正常溶解于油液中的空氣，當壓力低于大氣壓時，就成為過飽和狀態。如果壓力繼續降低到某一值，過飽和的空氣將從油液中迅速分離析出而產生氣泡。此外，當油液中某一點處的壓力低于當時溫度下的蒸氣壓力時，油液將沸騰氣化，也在油液中形成氣泡。上述兩種情況都會使氣泡混雜在液體中，產生氣穴，使原來充滿在管道或元件中的油液成為不連續狀態，這種現象一般稱為空穴現象。
(2)氣蝕 當氣泡隨著液流進入高壓區時，在高壓作用下迅速破裂或急劇縮小，又凝結成液體，原來氣泡所占據的空間形成了局部真空，周圍液體質點以*速度來填補這一空間，質點間相互碰撞而產生局部高壓，形成液壓沖擊。如果這個局部液壓沖擊作用在零件的金屬表面上，使金屬表面產生腐蝕。這種因空穴產生的腐蝕則稱為氣蝕。
22、液壓系統常用的工作介質有哪些類型？國外發展動態如何？
答：(1)礦物油系 主要成分是由提煉后的石油制品加入各種添加劑精制而成的；具有潤滑性好、腐蝕性小和化學穩定性較好等優點，廣泛應用于液壓設備上。
(2)抗燃性介質 這種液壓介質分為水基液壓油和合成液壓油兩種。水基液壓油的主要成分是水，加入某些防銹和潤滑等添加劑，具有價格便宜、抗燃等優點，但是潤滑性能差、腐蝕性大、適用溫度范圍小，因此，一般用于水壓機、礦山機械和液壓支架等特殊場合。合成液壓油是由多種磷酸酯和添加劑用化學方法合成的，其優點是潤滑性能好、凝固點低，防水性能好，缺點是價格貴、有毒，一般用于鋼鐵廠、壓鑄車間、火力發電廠和飛機等
防火要求較高的場合。
國外20世紀70年代初，隨著能源危機而發展起來的高水基液(HWBF)，現在已演變到第三代。*代是可溶性油，由5％的可溶性油和95％的水制成，即原始的水包油型乳化液。第二代是合成溶液，不含油，由無色透明的合成溶液和水按5：95的比例配制而成。第三代是微型乳化液，它既不是乳化液，也不是溶液，而是一種在95％水相中均勻擴散著的水溶性抗磨添加劑的膠狀懸浮液。這種合成乳化液伴隨著科學技術的發展將會廣泛地應用于各個工業領域。
23、液壓油的粘度新牌號與舊牌號有何不同?
答：液壓油粘度新牌號是以40ºC為運動粘度的標準溫度，而舊牌號以50ºC為標準溫度。它們的粘度牌號如表2—2所示。
表2—2液壓油新、舊粘度牌號對照表
新牌號粘度級 7 10 15 22 32 46 68 100 150
舊牌號粘度級 5 7 10 15 20 30 40 60 80

24、什么是液體的壓縮性和膨脹性?為什么在液壓系統計算時常常被忽略?
答：液體受壓力作用而發生體積變小的性質稱為液體的可壓縮性。液體的體積隨溫度升高而膨脹的性質稱為液體的膨脹性。
液體由于受壓力和溫度的影響，所以具有壓縮性和膨脹性，當壓力增高時，其密度增加而體積變小；當溫度升高時，其密度減小而體積變大。但是，在液壓傳動系統中的工作壓力變化不大時，其油溫又在控制范圍內的情況下，對油液的壓縮性和膨脹性影響甚小，所以在液壓系統計算時可忽略不計。可是，在要求計算時，如動態分析或在壓力變化很大的高壓情況下工作時，就應考慮液體壓縮性的影響；對于容積很大的封閉液體，要注意因溫
升而引起的膨脹，因為這種膨脹能產生很高的壓力，往往會脹裂液壓系統的某些薄弱部位。
25、什么是液壓油的粘性?
答：當油液在外力作用下發生流動時，由于油液分子與固體壁面之間的附著力和分子之間內聚力的作用，會導致油液分子間產生相對運動，從而在油液中產生內摩擦力。人們稱油液在流動時產生內摩擦力的特性為粘性。
從油液的粘性定義可知，油液只有在流動時才有粘性，而處于靜止狀態則不顯示粘性。
26、用什么衡量油液的粘性?
答：油液粘性的大小可用粘度來衡量。粘度是表征油液流動時內摩擦力大小的系數。通常用粘度單位表示粘度的大小，我國常用的粘度單位有三種。即：動力粘度、運動粘度和相對粘度。
27、什么是動力粘度、運動粘度和相對粘度?
答：(1)動力粘度是用液體流動時所產生的內摩擦力大小來表示的粘度。它的物理意義是：面積各為1cm2，相距為1cm的兩層液體，以1cm／s的速度相對運動，此時所產生的內摩擦力，稱為動力粘度，用μ表示。μ為動力粘度系數。
動力粘度μ的單位在法定計量單位中，是用帕[斯卡]秒表示，簡稱為帕•秒(Pa•s)。
(2)運動粘度 在相同溫度下，液體的動力粘度μ與它的密度ρ之比，稱為運動粘度，用 表示，即 。
（3）相對粘度（恩氏粘度） 用恩式粘度計進行測量，故稱恩氏粘度。
恩氏粘度的測定方法是：將被測的油放在一個特制的容器里(恩氏粘度計)，加熱至t~C后，由容器底部一個Ф2.8mm的孔流出，測量出200cm3體積的油液流盡所需時間t油，與流出同樣體積的20ºC的蒸餾水所需時間t水相比，比值就是該油在溫度tºC時的恩氏粘度，用符號ºE表示。

式中 —2003cm。被測油液流過恩氏粘度計小孔所需要的時間(s)；
——200cm3蒸餾水，在20ºC溫度下流過恩氏粘度計小孔所需的時間(s)。
28、使用液壓油時應注意些什么問題?
答：（1）應保持液壓油清潔，防止金屬屑和纖維等雜質進入油中。換油時，要*清洗油箱，注入新油時必須過濾。
（2）油箱內壁一般不要涂刷油漆，以免油中產生沉淀物質。
（3）為防止空氣進入系統，回油管口應在油箱液面以下，并將管口切成斜面；液壓泵和吸油管路應嚴格密封；液壓泵和油管安裝高度應盡量小些，以減少液壓泵吸油阻力；必要時在系統的zui高處設置放氣閥。
（4）定期檢查油液質量和油面高度。
（5）應保證油箱的溫升不超過液壓油允許的范圍，通常不得超過70ºC，否則應進行冷卻調節。
29、液壓油為什么會污染?如何防止?
答：(1)油中混入空氣 油液中混入空氣后，油易變質，甚至不能使用。油中混入空氣，主要由于管接頭、液壓泵、控制元件、蓄能器、液壓缸等密封不好，油箱中有氣泡，或者油液質量差等原因引起。
防止措施是：應及時地更換不良的密封件，降低液壓泵安裝高度，正確選擇液壓油等。
(2)油中混入水分 油中混入一定量的水分后，會使油液變成乳白色并變質，以致不能繼續使用，其原因是濕度較高的空氣由空氣過濾器進入油箱；冷卻器漏水；以及從油箱上蓋進入冷卻液等。
防止措施：嚴格防止由油箱上蓋進入冷卻液；及時更換破舊的水冷卻器等。
(3)油中混入了固體雜質 油中混入了切屑、焊渣、砂土、銹片以及金屬粉末等都會影響系統的工作性能，降低元件的使用壽命。
防止措施：在灌油前，油箱內部要洗凈；使用時，箱蓋要覆蓋嚴密；向油箱注油時，要用過濾器濾出雜質。
(4)油中產生膠質狀物質 液壓系統工作時，由于密封圈、蓄能器皮囊、油箱涂漆等被油液侵蝕或油液變質，使油液中產生膠狀物質，這種膠狀物質常常使節流小孔堵塞。
防止措施：選擇質量好的液壓油以及不易被油侵蝕的接觸物。
30、對被污染的油液如何進行再生處理?
答：被污染了的油液經過再生處理，可重新使用。一般采用如下再生辦法：
（1）采用過濾機除去油中的機械雜質和少量水分。它的工藝過程是：將被污染的油液進行沉淀，沉淀后的油液送入過濾機的混合器中，用人工或機械的方法將其混合并加熱至一定的溫度，再加入適量的白粘土進行混合，混合均勻后進行過濾，除去白土和全部雜質。根據油液污染情況不同，可反復進行數次，即可得到清潔的油液。
（2）使用凈油機(如國產GF-105型凈油機)，對油液中的乳濁液或懸浮液進行分離。
31、液壓油使用時間長了，用什么方法確定是否應當更換?
答：液壓油使用時間長了，會逐漸地老化變質，在不同的場合更換液壓油，常用如下一些方法：
（1）對于要求不高、耗油量較少的液壓系統，可采用經驗更換法，即操作者或現場服務的技術人員根據其使用經驗，或者通過外觀比較，或者采用沉淀法和加熱過濾法等簡易測定法，對液壓油的污染程度作出判斷，從而決定液壓油是否應當更換。
（2）對于工作條件和工作環境變化不大的中、小型液壓系統，可采用定期更換法，即根據液壓油本身規定的使用壽命進行更換。
（3）對于大型的或耗油量較大的液壓系統，可采用試驗更換法，即在液壓油使用過程中，定期取樣化驗，鑒定污染程度，監視油液的質量變化；當被測定油液的物理、化學性能超出規定的使用范圍時，就不能繼續使用了，而應更換。這種以實驗數據確定換油時間，是一種可取的科學方法。