Amesim之液压冲击及空穴

一、液压冲击

（一）液压冲击现象

在液压系统中，由于某种原因引起液体压力在某一瞬间急剧升高，形成很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。

（二）液压冲击的成因

如图2-25所示，设活塞及所有与活塞相连的运动部件的质量为∑m，并以速度v相对于液压缸从左向右运动，右侧回油管路中油液的流速为vT。下面简单说明一下液压冲击的成因。

1．液流突然停止运动时产生的液压冲击

在图2-25中，当回油管路突然关闭时，管路中的液流速度由vT 突然降为零，液体质点的全部动能都转变为液体的弹性势能，因而使回油管路中的油压急剧升高，油温上升，产生很大的压力峰值。

2．运动部件制动或换向时产生的液压冲击

当液压缸制动或换向时（换向阀突然关闭液压缸的进出油口通道），由于运动部件的惯性，活塞将继续运动一段距离后才停止，使液压缸右腔油液受到压缩（运动部件的全部动能∑mv2/2都转变成液压缸右腔油液的压力能），从而引起液体压力急剧增加，形成压力峰值，产生液压冲击。

3．液压系统中某些液压元件动作失灵或不灵敏产生的液压冲击

当溢流阀在系统中作安全阀使用、对系统起过载保护作用时，若系统过载时安全阀不能及时打开（动作不灵敏）或根本打不开（动作失灵），也要导致系统管道压力急剧升高，产生液压冲击。

（三）液压冲击的危害

（1）产生液压冲击时，系统压力在极短时间内达到很高值，要比正常压力大几倍甚至十几倍，并产生噪声和振动。这不但影响传动精度和加工质量，而且会使某些液压元件的密封装置遭到破坏，降低设备的使用寿命。

（2）使某些液压元件（如阀、压力继电器等）产生误动作，并可能因此而损坏设备。

（四）防止措施

（1）增加管道内径以减少管道中液流速度，从而减少转变成压力能的动能。

（2）尽可能延缓或加长执行元件（运动部件）换向或制动的时间，如采用具有缓冲措施的液压缸结构。

（3）选择动作灵敏、响应较快的液压元件。

二、空穴现象

（一）空气分离压和饱和蒸气压

液体在灌装、运输等操作过程中，不可避免地要混入一部分空气。空气在液体内有两种存在方式：一种是以混合形式——气泡存在于液体内，可见。其体积大小直接影响液体体积；另一种是以溶解形式存在于液体内，不可见。其体积对液体没影响。

在某一温度下，当液体压力低于某一数值时，溶解于液体里的空气将迅速、大量地分离出来，形成许多气泡。这一压力称为该温度下这种液体的空气分离压。当液体压力低于另一数值时，不但溶解于液体里的空气大量分离出来，而且液体本身也开始沸腾、气化，产生大量气泡。这一压力称为该温度下的这种液体的饱和蒸气压。显然，液体的饱和蒸气压低于同一温度下的空气分离压。

（二）空穴现象

在液流中，如果某点的压力低于当时温度下油液的空气分离压或饱和蒸气压时，将产生大量气泡。这些气泡夹杂在油液中便产生了气穴，使充满在管道或液压元件中的油液成为不连续状态，这种现象称为空穴现象。

（三）产生的原因及部位

1．过流断面非常狭窄的地方

由伯努利方程式可知，在流量一定的情况下，过流断面越小，其流速越高，则该处液压力越低，越易导致空穴现象。

2．液压泵的吸油管道

当液压泵吸油管道较细、吸油管道阻力较大、滤油网堵塞、吸油面过低或液压泵转速过高时，液压泵吸油腔不能被油液完全充满，在该处就可能产生一定的真空，以致产生空穴现象。

（四）危害

（1）液流中产生的气泡随液流到高压区时，因承受不住高压而破灭，并凝结成液体。由于这一过程发生在一瞬间，因此引起局部液压冲击，其温度急剧升高，引起强烈的振动和噪声。

（2）发生气蚀，使零件表面受腐蚀。由于从液体分离出来的空气中所含的氧气，具有较强的酸化作用（使油液氧化，生成酸性化合物的作用），因而使零件表面易受腐蚀，降低元件的工作寿命。这种因空穴现象而产生的腐蚀，一般称为气蚀。

（五）防止措施

（1）在系统管路中应尽量避免有狭窄和急剧转弯处。

（2）正确设计液压泵的结构参数，特别注意使吸油管道有足够的直径。对高压液压泵应采用低压泵供油，及时清洗更换滤油网。

（3）采用抗腐蚀能力强的金属材料制造液压件，降低零件表面粗糙度。