1、液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册（第一卷）主编：刘俞铭华北通用机械出版社液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册（第二卷）主编：刘俞铭华北通用机械出版社液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册（第三卷）主编：刘俞铭华北通用机械出版社液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册（第四卷）主编：刘俞铭华北通用机械出版社文本名称：液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册文本主编：刘俞铭出版发行：华北
2、通用机械出版社! # $ % & ( & )%*+, & *开本：%*% - .)/( 开印张：(印刷：北京嘉铭印刷厂新华书店发行经销出版时间：/.+ 年 . 月第 版/.+ 年 . 月北京第 次印刷定价：)*0. 元（12 & 345 6 四卷配套手册）液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册编 委 会主编刘俞铭 （清华大学教授）编委（以姓氏笔画为序排名）丁夏王洋王鹏王卫莉冯龙吕思吕海宇刘航刘海维李晶张明天陈晓庆真晗徐永善蒋玮柏韩之谦前言液压技术是现代制造业的重点基础技术， 对国民经济各部门装备的发展具有十分重要的意义。世界上各工业发达国家都高度重视基
3、础技术的发展， 在工业迅猛发展的情况下， 它们的液压技术水平也显示出明显的进步。我国的液压技术发展也较好， 特别是改革开放后发生了举世瞩目的变化，已形成较大规模和一定技术基础的产业， 但与工业发达国家相比， 无论是在设计技术上， 还是在制造技术上， 都还存在着阶段性的差距。提高我国的液压技术水平， 增强机电产品的国际市场竞争力； 提高我国液压技术的开发与创新能力， 促进机电产品更新换代； 把握国际先进液压技术的发展动向， 缩短与工业发达国家的差距， 这些都是液压科技人员面临的当务之急。基于以上考虑， 我们借助国内近几年科学研究成果， 总结了生产实践中取得的大量成功经验， 并收集了国外液压技术发
4、展的新成就， 编写了这部全面的、 实用的、 科学的、 能充分反映现代液压技术发展动向的 液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册 。本书是一部液压技术专业性工具书， 笔者从液压基础理论入手， 认真总结了国内液压元件、 辅件和系统的先进的设计技术、 制造技术 （包括新材料、 新方法、 新工艺） 、 检测技术以及故障诊断技术， 认真总结了我国液压技术近期的成就和经验， 积极吸取了国外先进的科学技术， 并收集了大量技术资料和最新产品样本， 以全、 精、 新、 准的面貌奉献给广大读者一本内容深广、 成果先进、 资料可靠、 实用性强的工具书， 本书可供科研院所、
5、工厂企业从事液压机械设计、 制造和维修人员使用， 也可供高等院校液压传动、 控制专业师生参考。我们衷心希望本手册能成为广大液压技术人员的良师益友， 成为提高液压技术水平、 充分发挥液压技术整体效益的有用工具。最后， 限于编者水平与经验的限制， 本书编写过程中难免会有错误和疏漏之处， 请读者见谅！本书编委会!# 年 $ 月目录第一卷第一编总论第 ! 章液压技术概述（）!#!液压流体力学基本理论（）!#$流体的粘性流动（%）!#管道中的压力损失（&）第 $ 章液压传动系统的组成及其特点（!）$#!液压传动的工作原理和基本特征（!）$#$液压传动系统的组成（!(）$#多种传动方式的比较及液压传动的特
6、点（!)）$#液压技术发展历史的回顾及发展趋势（$*）第二编液压设备第 ! 章液压原理（$&）!#!液压系统在工程中的应用（$&）!#$液压传动系统的优缺点（$&）!#液压系统的分类及液压功能回路的作用（!）第 $ 章液压油液（(）$#!液压油液的功能与基本要求（(）$#$液压油液的理化性质（)）$#液压油液的种类和性质（）$#液压油液的添加剂（）$#%液压油液的选用（(）第 章液压缸（)）#!液压缸的分类及特点（)）#$液压缸的设计与计算（%$）#数值控制和模拟控制液压缸（%(）第 章液压马达（(*）#!高速液压马达（(*）#$低速大转矩液压马达（()）!目录!#液压马达的几种变量调节方式（
7、$%）第 % 章液压泵（&）%齿轮泵（&）%(中高压齿轮泵的结构特点（&)）%#内啮合齿轮泵（*#）%!齿轮泵的设计要点（*&）%叶片泵（+）%)柱塞泵（)）第 ) 章液压控制阀（!$）)液压控制阀的分类（!$）)(液压阀上的作用力（!*）)#液压阀的级间耦合（%）)!液压阀的控制输入装置（%$）)%液压控制阀的噪声（)%）)水压控制阀（)$）)$液压控制阀的材料及工艺要求（$）第三编液压阀优化设计第 章液压阀概述（$%）液压控制阀在液压系统中的功用及分类（$%）(常用液压图形符号 （,-./ $&)*#）（$）#液压阀的性能参数（&%）!对液压阀的基本要求（&)）%液压阀的选型要点（&)）)
8、液压阀的阀口形式及流量系数（*+）$液压阀的力学特性（*(）&液压阀的阻力控制原理（*&）*液压阀的级间耦合（(+(）+电控液压阀的控制输入装置（(+#）液压阀的技术进展与现状（()）第 ( 章压力控制阀优化设计（(）(概论（(）(压力控制阀的设计与计算（(）(#压力控制阀的试验方法（(!*）第 # 章流量控制阀优化设计（(%)）#概论（(%)）#(流量控制阀的设计与计算（()+）(液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册!流量控制阀的试验方法（#$%）第 & 章方向控制阀优化设计（#）&(概论（#）&#方向控制阀的设计与计算（!)(）&!方向控制阀的试
9、验方法（!&$）第 * 章多路换向阀优化设计（!+)）*(多路换向阀的分类（!+)）*#多路换向阀的典型结构及工作原理（!+)）*!多路换向阀主要零件的制造工艺（!+*）*&多路换向阀的试验方法（!%+）第 + 章叠加阀优化设计（!%）+(概述（!%）+#叠加阀的分类（&)）+!叠加阀的工作原理与性能特性（&)）+&叠加阀的典型结构与工艺要求（&)&）第 $ 章插装阀优化设计（&)$）$(概述（&)$）$#二通插装阀的结构和工作原理（&)）$!二通插装阀的基本回路及其组合（&#$）$&二通插装阀的阀块（&）$*二通插装阀的技术指标及产品质量评定方法（&*)）第二卷第 章电液伺服阀优化设计（&*
10、!）(概述（&*!）#电液伺服阀的结构组成（&*!）!电液伺服阀的分类和常见类型（&*&）&电液伺服阀的工作原理、 结构及特点（&*）*电液伺服阀的技术性能指标和有关的技术术语（&$）第 % 章电液比例控制阀优化设计（&%）%(电液比例控制阀的工作原理（&%）%#电液比例控制阀的分类及特点（*)*）%!电液比例控制阀的典型结构（*)$）%&电液比例控制阀主要零件的制造工艺（*(+）%*电液比例控制阀的技术指标及试验方法（*($）第 () 章电液数字控制阀优化设计（*#）()(概述（*#）!目录!#$电液数字控制阀的工作原理（%$）!#&电液数字控制阀的分类及特点（%&）!#电液数字控制阀的典型
11、结构（%&(）第四编其他液压件优化设计第 ! 章液压件设计方法（%&）!#!液压系统的设计步骤与设计要求（%&）!#$进行工况分析、 确定液压系统的主要参数（%&）!#&制定基本方案和绘制液压系统图（%)）!#液压元件的选择与专用件设计（%*）!#%液压系统性能验算（%(）!#)设计液压装置， 编制技术文件（%）!#+液压系统设计计算实例$% 克塑料注射机液压系统设计计算（%!）第 $ 章液压件基本功能回路（%)）$#!压力控制回路（%)）$#$速度控制回路 （流量控制回路）（%)&）$#&方向控制回路（%+$）$#插装阀液压系统回路（%+）$#%伺服阀、 比例阀液压回路（%*&）第 & 章液
12、压件计算机辅助设计（%*+）&#!概论（%*+）&#$优化设计（%(!）&#&有限元分析（%(&）&#液压动态特性仿真（%(&）&#%数控加工编程（%()）第 章液压件泄漏控制设计（%(*）#!液压元件及系统泄漏控制（%(*）#$静密封的泄漏控制（)$）#&动密封处的泄漏控制（)+）第 % 章液压件污染控制设计（)!&）%#!油液污染及对液压系统的影响（)!&）%#$油液污染分析（)!）%#&油液的净化（)$%）%#油液的污染控制与管理（)&）第 ) 章液压件噪声控制设计（)&*）)#!噪声的理论基础与度量、 评价（)&*）)#$液压噪声的控制（)&）液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技
13、术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册!#液压泵噪声级测定的试验规范（!$%）第 & 章液压件可靠性设计（!&）&(可靠性基本概念（!&）&)可靠性设计与分析（!&）&#可靠性试验（!*）&$液压元件可靠性试验有关标准及举例（!$）第 + 章液压件设计典型图集（!&）+(农业（!&）+)林业（!+）+#农林加工（!%)）+$造纸（&*(）+纺织（&*#）+!橡胶（&*!）+&塑料（&*&）+矿山（&(#）+%石油（&)$）+(*炼铁、 炼钢（&#）+(轧钢（&）+()金属热加工（&!*）+(#电力（&%*）+($建材、 建筑（&%&）+(公路（+(#）+(!汽车（+(!）+(&工程车（+)+）
14、+(+机床（+#）+(%船舶（+!）+)*航空（+&(）+)(其他（+#）第三卷第 % 章液压件设计禁忌（%*%）%(液压缸的设计禁忌（%*%）%)液压马达设计禁忌（%)$）%#液压泵设计禁忌（%#*）%$液压控制阀设计禁忌（%$)）%液压辅件设计禁忌（%&$）%!液压站、 油箱、 管路及管接头设计禁忌（%)）目录第五编液压控制装置的集成化与液压阀常用标准资料第 ! 章液压控制装置的集成化（!#）!$!液压控制装置的集成化方式及其设计流程（!#）!$%液压控制装置的板式集成（!）!$&液压控制装置的块式集成（!）!$(液压控制装置的链式集成（!()）!$*液压控制装置的叠加阀式集成（!*%）!
15、$)液压控制装置的插入式集成（!*(）!$#液压控制装置的复合式集成（!*#）!$+油路块的 ,-. 简介（!*#）第 % 章液压阀常用标准资料（!)）%$!常用计量单位及其换算（!)）%$%常用液压标准目录（!)!）%$&基础技术标准（!)）%$(液压阀安装面（!+）%$*二通插装阀的安装连接尺寸与螺纹式插装阀的阀孔尺寸（!%+）%$)管接头与连接法兰标准目录（!&）%$#液压气动用球涨式堵头安装尺寸 （/0 1% #!+）（!(）%$+液压阀的试验（!(!）第六编液压机械优化设计第 ! 章概述（!#&）!$!液压机的工作原理（!#&）!$%液压机的特点及分类（!#)）!$&液压机的基本参数
16、（!#+）!$(液压机的发展概况（!+）第 % 章液压机本体结构（!+%）%$!液压机本体结构概述（!+%）%$%液压缸部件（!+*）第 & 章液压机的操作系统设计（!）&$!概述（!）&$%液压放大器（!&）&$&电液伺服阀（!(）&$(机液伺服系统（!*）)液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册!#电液伺服系统（$%&）!计算机控制的液压伺服系统（$()）第 * 章液压机的动力系统设计（$()%）*$液压传动系统的设计步骤及设计要求（$()%）*(典型液压传动系统（$($)）第 # 章液压机的动力学计算（$()）#$液压机动力学计算的基本方程（$(
17、)）#(泵直接传动液压机的运动学（$()）#!液压冲击及冲击压力的计算和缓冲装置（$(）#*气蚀（$(!）第七编液压件生产新技术新工艺第 $ 章液压泵和液压马达生产新技术新工艺（$(&）$齿轮泵 （马达） 主要零件的制造工艺（$(&）$(叶片泵 （马达） 主要零件的制造工艺（$(*)）$!柱塞泵 （马达） 的制造工艺（$(#+）第 ( 章液压缸生产新技术新工艺（$(）($概述（$(）(活塞式液压缸（$(#）(!柱塞式液压缸（$(）(*多级套筒式液压缸（$(&）第 ! 章机床配件的装夹与夹具（$(&）!$概述（$(&）!(各类机床夹具（$(&+）!专用夹具的设计方法（$(%!）第 * 章机械加工
18、精度控制（$!)）*$概述（$!)）*(工艺系统几何误差（$!)&）*!工艺系统受力变形引起的加工误差（$!$)）*工艺系统热变形引起的加工误差（$!$&）*#工件内应力变形引起的加工误差（$!(）*加工误差的统计分析（$!(#）*&保证和提高加工精度的途径（$!$）第 # 章机械加工表面质量控制（$!#）#$概述（$!#）#(影响表面粗糙度的工艺因素及改善措施（$!+）#!影响表面层物理力学性能的工艺因素及改善措施（$!*!）&目录!#工艺系统振动简介（$%#&）第 章液压件装配工艺（$%!#）$概述（$%!#）(装配尺寸链（$%!）%保证装配精度的方法（$%!)）第四卷第八编液压控制阀生产
19、新技术新工艺第 $ 章方向控制阀生产新技术新工艺（$%&）$方向控制阀的功用及分类（$%&）$(单向阀（$%&）$%换向阀（$%&*）$#截止阀（$#($）$!压力表开关（$#($）$方向控制阀的典型产品（$#()）第 ( 章压力控制阀生产新技术新工艺（$#&）($压力控制阀的功用及分类（$#&）(溢流阀（$#&）(%减压阀（$#)）(#顺序阀（$#*）(!溢流阀、 减压阀、 顺序阀的结构原理与适用场合的综合比较（$!+)）(压力继电器（$!+*）(&压力控制阀的典型产品（$!$）第 % 章流量控制阀生产新技术新工艺（$!%)）%$流量控制阀的功用及分类（$!%)）%(节流阀（$!%)）%调速
20、阀（$!#!）%#溢流节流阀（$!$）%!分流 , 集流阀（$!#）%流量控制阀的典型产品（$!%）第 # 章叠加阀生产新技术新工艺（$!)）#$特点与分类（$!)）#(工作原理与典型结构（$!)&）#%主要性能（$!)）#使用要点（$!)*）)液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册!#常见故障及其诊断排除方法（$#%&）!叠加阀的典型产品（$#%$）第 # 章插装阀生产新技术新工艺（$&）#$分类与特点（$&）#(盖板式二通插装阀（$）#)螺纹式插装阀（$)）#!插装阀的典型产品（$!$）第 章电液伺服控制阀生产新技术新工艺（$）$功用、 组成及特点
21、与分类（$）(液压放大器（$(）)典型结构与工作原理（$#）!主要性能（$*)）#使用要点（$*%）常见故障及诊断排除（$%$）*电液伺服阀的典型产品（$%(）第 * 章电液比例控制阀生产新技术新工艺（$%!）*$功用、 组成及特点与分类（$%!）*(液压放大器简介（$%）*)电液比例压力控制阀（$%）*!电液比例流量阀（$*&*）*#电液比例方向控制阀（$*$)）*电液比例压力流量复合控制阀 （+, 阀）（$*(&）*主要性能（$*($）第 - 章电液数字控制阀生产新技术新工艺（$*(）-$功用、 特点及分类（$*(）-(基本工作原理（$*(）第九编液压机械生产新技术新工艺第 $ 章锻造液压
22、机（$*)$）$结构特点（$*)$）$(锻造液压机的快速性能（$*)(）$)锻件尺寸自动量测及压机与操作机联动（$*)）第 ( 章模锻液压机（$*)#）($有色金属模锻液压机（$*)#）(多向模锻液压机（$*)#）()中小型模锻液压机（$*)-）第 ) 章板料冲压液压机（$*!$）%目录第 ! 章挤压液压机（#!$）!%挤压液压机的组成（#!$）!%&挤压工艺过程（#!$）!%$挤压机的技术参数（#!$）!%!挤压机的结构特点（#!$）!%挤压机的速度控制（#!）第 章液压板料折弯机（#!(）%概述（#!(）%&本体结构（#!#）%$液压系统及滑块运动的同步控制（#!#）%!挠度补偿机构（#&
23、）%折弯力的计算（#&）%(三点弯曲板料折弯机（#$）%#液压板料折弯机的计算机控制（#!）第十编液压辅件生产新技术新工艺第 章滤油器生产新技术新工艺（#）%滤油器的用途（#）%&滤油器的种类和特点（#）%$滤油器的典型结构（#)）%!滤油器的主要性能参数及计算（#(&）第 & 章油箱生产新技术新工艺（#(#）&%概述（#(#）&%&油箱的种类和特点（#(#）&%$油箱的设计及计算（#*）&%!油箱内液面和油温的显示及控制（#）&%油箱的安装与使用（#&）&%(油箱的标准系列产品（#$）第 $ 章增压器生产新技术新工艺（#(）$%概述（#(）$%&增压器的工作原理（#(）$%$增压器的种类（#
24、）$%!增压器的参数选择与设计（#+*）第 ! 章冷却器生产新技术新工艺（#+&）!%冷却器的用途（#+&）!%&冷却器的种类和特点（#+&）!%$冷却器的选择及计算（#+!）!%!冷却器的安装与使用（#+(）*液压件 （阀） 液压机械设计图集与生产新技术新工艺及质量缺陷控制检验检测实用手册第 ! 章蓄能器生产新技术新工艺（#$%）!&蓄能器的用途（#$%）!&蓄能器的种类与特点（#$(）!&(蓄能器的参数选择及计算（#$)）第十一编液压件 （阀） 、 液压机械生产质量缺陷控制与检验检测相关标准液压单向阀（)%#）液压减压阀（)%）液压溢流阀（)(*）目录!第第第第第第第第第第第第第第第第一一
25、一一一一一一一一一一一一一一编编编编编编编编编编编编编编编编!总总总总总总总总总总总总总总总总论论论论论论论论论论论论论论论论第 ! 章液压技术概述!液压流体力学基本理论! 作用在流体上的力作用在流体上的力有表面力和质量力两类。!） 表面力作用在流体表面上， 并与流体表面积成正比的力。表面力又可分解为垂直作用于表面的法向表面力和平行于表面的切向表面力。#） 质量力作用在流体内部各质点上， 且与受作用的流体质量成正比的力。如重力、 惯性力、 离心惯性力等。作用在单位质量流体上的质量力， 称为单位质量为!$， 其量纲就是加速度的量纲。在直角坐标系中，!$在各坐标轴向的分量记为 、 #、 $。在重力
26、场情况下、 设 $ 轴垂直向上时， 则 % &、 # % &、 $ % %# 流体的静压力及其特性流体处于静止时， 作用于任一点上的法向表面力为!， 围绕该点取一微小面积!&， 当微小面积无限缩小而趋近于该点时， 此值!&的极限叫做该点的流体静压力， 并用 表示， 即 % ()$!*&!& 的单位量 +,。流体静压力的特性：, 静止流体中， 任一点的压力方向总是垂直于该点受力面。- 静止流体中， 任一点的压力大小与该点受力面的方位无关， 即任一点处的所有方位受力面上的压力是相等的。而其压力值只是一个由质点所在坐标 （(、 )、 *） 所确定的标性函数，即 % + （(、 )、 *） 。. 静压
27、力基本公式如图 ! ! 所示， 当静止且连续均匀的液体只受重力作用时， 液体中任一点 , 的静压力为 % &/%- % &/#-式中 液体中 , 点的静压力；& 自由液面上的静压力； 液体的密度，% 常数；.第 ! 章液压技术概述! 重力加速度；! 液体的重度，!； # 点到自由液面的垂直淹深。# 帕斯卡原理施加在静止液体边界上的压力， 将以同等大小向液体所有方向传递， 这就是帕斯卡原理。图 $ % $液体中的静压力图 $ % &液压机的工作原理各类液压机就是帕斯卡原理的具体应用。如图 $ % & 所示， 加于小柱塞上的力 $， 若不计重力及两柱塞所受到的摩擦力时， 依帕斯卡原理可求得大柱塞上
28、的力 $&$&! $（%&%$） ! $（&$）&式中%$、 %& 小柱塞、 大柱塞横截面的面积；&$、 & 小柱塞、 大柱塞横截面的直径。# 节流公式在液压元件中广泛地应用节流器或阻尼元件来控制流量或压力， 图 $ % ( 所示为薄壁节流小孔口的流动。$） 节流公式图 $ % (节流小孔口 ! ()(*%&#)! (+%&)!(*!%)%(*!$,$ -!#(+!,式中() 收缩系数；(* 流速系数；% 孔口面积；(+ 流量系数；第一编总论! 出流收缩断面的面积；! 实际流速；! 理论流速； 局部阻力系数； 实际流量； 理论流量；!# 节流孔前后的压力差。#） 节流孔口的出流系数出流系数是指
29、 $!、 $和 $%& 个系数的总名称、 出流系数随雷诺数和孔口形状、 孔口处位置不同而异。对于薄壁锐缘小圆孔口出流完善收缩时， 其出流系数随雷诺数%(&#!#!#!的变化见图 ) * +。对于低粘度液体通过薄壁小孔口作近似计算时， 常取$!( ,-.# / ,-.0$,-12,-,.$%( ,-. / ,-.)&） 液压阀口的流量系数在液压阀的设计和计算时， 流量应用节流公式计算， 在计算中 $%是个关键的数值， 而阀的种类和形状较多， 当不同的液体通过不同阀口时， 使阀内流动变得更复杂了， 故阀的流量系数不能一般而论。)-#流体的粘性流动)- 层流与紊流粘性流体按运动是否紊乱， 分为层流与
30、紊流两种流动状态。图 ) * +薄壁孔口的出流系数)） 层流流体质点间无宏观的互相掺混， 流线有条不紊， 层次分明的流动， 称为层流。#） 紊流当流体质点间互相掺混作无层次地流动， 而且流体中任一质点的速度、 压力等运动参数， 其大小或方向均随时间作不规则的变化时， 称为紊流， 又称为湍流。#- 雷诺数雷诺数 %是一个反映粘性力相似的特征数， 它是流体惯性力与粘性力之比的无量纲数。%(!($0第 ) 章液压技术概述式中! 流体的特征流速， 如在管流中则取过流断面上的平均流速； 流体的特征长度；! 流体的运动粘度。由上式可知， 当雷诺数很小时， 相对于惯性力而言， 流体的粘性力的作用是主要的，
31、因此整个流动中粘性力起主导作用。反之， 当雷诺数很大时， 说明惯性力是主要的， 粘性力只在邻近边界的边界层或速度梯度较大的流动区域内才是重要的。对于圆管流动， 其特征长度为圆管的内径 #， 特征流速为过流断面上的平均流速。$!#!#） 水力直径对于非圆形管道的雷诺数中的特征长度则用水力直径 #$来表示， 即四倍过流断面面积与湿周之比。#$ %&式中% 过流断面面积；& 过流断面上流体与固体相润湿的周长， 称为湿周。水力直径 #$是一个反映过流断面上水力特性的综合参数。在液压元件设计中常用到，如对液压阀的过流断面设计时， 应使 #$愈大愈好， 这样的过流断面其过流能力大而阻力小。而在设计阻尼元件
32、时应使 #$小些。常用管道的水力直径见表 # & #。） 临界雷诺数当流体的惯性力与粘性力之比不同时， 流动的状态会互相转变， 判别流动状态转变时的雷诺数， 称为临界雷诺数。当流动状态由层流转变为紊流时， 称为上临界雷诺数， 而由紊流转变为层流时称为下临界雷诺数 $!(。在工程实用中， 则用下临界雷诺数 $!(来判别流动是层流还是紊流。当$!) $!(时， 流动是层流$!* $!(时， 认为流动是紊流几种常用的管道的下临界雷诺数 $!(值见表 # & #。表 # & #几种管道的水力直径与下临界雷诺数断面形状图示水力直径 #$!(#$!圆管#+,正方形#,-第一编总论续表断面形状图示水力直径
33、!#$!同心缝隙%!&偏心缝隙# ( !&平行平板%!&滑阀开口%$%)注： 适用于满管流动。*+ 圆管紊流图 & ( , 所示为流体作准定常紊流运动时， 任一点处所测得的真实速度 % 随时间变化的情况。这种流动参数 （如 %） 随时间的不规则变化， 称为脉动现象。虽然 % 不断地随时间变化， 但这种变化始终围绕某一平均值!% 上下跳动。因此， 工程上在计算紊流的流动参数时， 就计算真实流动参数对时间的平均值。真实流动参数对时间的平均值， 称为时均流动参数， 如时均流速为!% $&%-&式中!% 时均点速，!% $ ( （$、 )、 *） ；% 真实点速， % $ ( （$、 )、 *、 &）
34、 ； 确定时均值所取的时间。真实流速与时均流速的关系% $!% . %/式中%/ 脉动流速， %/$ ( （$、 )、 *、 &） ， 其值可正可负。工程上处理紊流问题， 都基于这个流动参数时均化的基础上， 以下所论述的紊流都是时均化的紊流。&） 圆管紊流结构圆管中的紊流可分为 * 层， 见图 & ( )。0第 & 章液压技术概述! 粘性底层。在紧靠管内壁处， 流体质点的紊乱和横向运动均受到限制， 流动主要受粘性支配， 这一极薄的流层称为粘性底层。圆管中的粘性底层厚度为图 # $ %紊流中任意一点处的速度脉动图 # $ &圆管紊流结构!()!式中! 圆管直径； 雷诺数， *#!$； 圆管的沿程
35、阻力系数， 见图 # $ +。, 紊流核心区。在圆管中心附近， 流体质点的紊乱脉动有充分的自由度， 在此区内质点图 # $ -紊流与层流的速度分布的动量交换、 涡流紊动都得到充分地发展， 这区称为紊流核心区。. 过渡层。在粘性底层与紊流核心之间有一个界限不很分明的过渡区， 此区的流态仍属紊流流动。/） 流速分布由于紊流的流动规律极其复杂， 至今仍无一个完整的理论公式来表达紊流的流速分布。现介绍一个适用于光滑管紊流的指数公式# * #0!1（$）%式中# 时均点速 （以后全按时均化的紊流来分析， 不再标出时均参数的上标符号“ $ ” ） ；#0!1 管中心轴的最大时均点速；$ 管中任一质点距管壁
36、的垂直距离； 管道的内半径；% 与雷诺数有关的指数， 可查表 # $ /， 亦可用下式计算。%!（(2 3&2%）$ #一般而言， 紊流的流速分布较层流均匀， 如图 # $ - 所示。+第一编总论表 ! #光滑管紊流指数公式的指数雷诺数 !$% & !(#)( & !%!)! & !*!)! & !+（# , ()#） & !+指数 !+!+)+!-!.).!平均流速与最大点速之比!#/01)-2).!).#).*).+(） 切应力紊流时的切应力， 除了粘性切应力以外， 更主要的是由流体质点间掺混而产生动量交换所引起的紊动切应力 （雷诺应力） ， 致使其能量损失比层流的要大。!)(管道中的压力
37、损失粘性流体在管道内流动时， 都要受到与流动相反方向的流体阻力， 消耗能量， 而以压力降反映出来， 故称为压力损失或水头损失。管流的压力损失分为沿程压力损失和局部压力损失两种。!) 沿程压力损失!） 圆管的沿程压力损失圆管内流动的流体在整个流程上， 由于克服粘性力而引起的压力损失， 称为沿程压力损失!$3， 可按达西 （40567） 公式计算!$89%&#!#或以压头 （水头） 损失 8表示为89%&!#:式中 沿程阻力系数， 它是雷诺数 !$和相对粗糙度!;& 的函数；% 圆管的沿程长度；& 圆管内径；! 管内平均流速# 流体密度。#） 水力光滑管与水力粗糙管0) 水力光滑管。当粘性底层厚度
38、$， 大于管内壁绝对粗糙度%时， 其管道称为水力光滑管， 这种流动时的沿程阻力系数不受管壁粗糙度的影响， 因此9 ( （!$） 。) 水力粗糙管。当粘性底层厚度$小于管内壁绝对粗糙度!时， 其管道称水力粗糙管，这时的沿程阻力系数则要受管壁粗糙的影响， 即9 ( （!$!&6) 阻力平方区。此区的沿程阻力系数只与相对粗糙度!&有关， 即9 ( （!&） 。(） 沿程阻力系数一般而言， 沿程阻力系数是雷诺数 !$和相对粗糙度!&的函数。2第 ! 章液压技术概述不同管材内壁绝对粗糙度!， 称为当量粗糙度， 它随管材、 新旧程度不同而异， 见表 ! #。表 ! #管材内壁绝对粗糙度!材料管内壁状态绝对
39、粗糙度!（$）铜冷拔铜管、 黄铜管%&%! ( %&%!铝冷拔铝管、 铝合金管%&%! ( %&%)钢冷拔无缝钢管%&%! ( %&%#热拉无缝钢管%&% ( %&!轧制无缝钢管%&% ( %&!镀锌钢管%&!* ( %&!涂沥青的钢管%&%# ( %&%波纹管%&+ ( +&铸铁铸铁管%&%塑料光滑塑料管%&%! ( %&%! , !%$ 的波纹管 ( -!*%$ 的波纹管! ( #%橡胶光滑橡胶管%&%) ( %&%+含有加强钢丝的胶管%&# ( .注： 以上管子均指新管。*& 局部压力损失当流体流经局部的管件 （如弯头等） ， 而使流体流速的大小或方向或二者均发生变化， 致使局部的流体发
40、生动量交换和涡旋。而消耗能量时， 所产生的局部压力降， 称为局部压力损失，或局部水头损失。一般局部压力损失或局部水头损失可按下列公式计算!/,!*#/,*0式中 局部阻力系数， 与管件的形状、 雷诺数有关； 平均流速， 除特殊注明外， 一般均指局部管件后的过流断面上的平均流速。图 ! -管道的突然扩大!） 局部阻力系数除了突然扩大管件的局部阻力系数外， 一般局部阻力系数都是由实验测得， 或用一些经验公式计算。大部分的局部阻力系数都是指紊流的， 层流时的局部阻力系数资料较少。#突然扩大局部阻力系数的理论公式 （图 ! - 所示为管道突然扩大时的情况）%!第一编总论! 层流。当 !#$ %& 时，
41、 对大管的平均流速而言的突然扩大的局部阻力系数。!()%&（&*%*+, +）（*%*+, +）- 紊流。对大管平均流速的突然扩大局部阻力系数。!.) （%+, +）%突然扩大局部阻力系数亦可查表 + , /。表 + , /突然扩大局部阻力系数*%0*+1%&/12345+!(+2&+2%&3&12224+3&+&42+3/!.%1+/5+2%1&2/52/4+& 管路计算+） 短管与长管当管路计算中的局部压力损失与速度头之和， 与沿程压力损失相比， 小到可以略去不计时， 称为长管； 如输水管或输油管等。反之， 当压力损失中沿程、 局部损失各占一定比例时， 这类管路称为短管， 如液压管路。因此
42、短管与长管并非完全是几何长短的概念。管路计算中所涉及的参数为管道长度 #、 管道直径 $、 压力损失% 和输送流量 &6。一般情况下长度 # 为已知值， 因此管路计算可归结为 & 类问题：! 已知 #、 &6及%、 确定管径 $。- 已知 #、 $ 及 &6确定压力损失%。7 已知 #、% 及 $， 确定流量 &6。管道直径可根据推荐的管中平均流速#来计算8 ) /2&6!#式中$ 管道内径 （99） ；&6 管中流量 （(09:;） ；# 管中推荐的平均流速 （9=） ，#值可按表 + , 1 取得。表 + , 1推荐流速应用情况管道种类推荐流速#（9 %压油管道 （高压、 较矩）%1 2短
43、管道及局部收缩处+总回油管+1 %1+第 + 章液压技术概述!） 管路稳态特性管路稳态特性是指一条管路处于稳定流动状态时的压降! 与流量 之间的函数关系，用曲线表示则称为管路稳态特性曲线， 无论短管与长管均有自己的稳定特性曲线， 这些曲线将随流动状态不同而异， 见图 # $。管道的稳态特性一般可用下式表达! % #&式中!( 压降 （或压力损失） ；)& 液阻， #&%*!（$ +!$,）#!%-， 式中：为沿程阻力系数， 可查有关资料， $ 为直管段管长， $,为局部压力损失的当量管长， 因随流动状态不同而异， 故 #&也随流态不同而异。 流量；& 流动状态指数， & % . !。! % #
44、&与电学中欧姆定律 % #( 相类似， 压降! 与电压降 相类似， 流量 与电流相类似， 所以液阻 #&则与电阻相对应。只是液流中由于有层流与紊流两种流动状态， 故流量的流动状态指数将有所不同。/） 串联管路不同直径的管道无分支的依次连接的管路称为串联管路， 如图 # 0， 串联管路的特点是% !% /% % &$! % （#&+ #&!+ #&/+ ） &图 # $管路稳态特性曲线图 # 0串联管路1） 并联管路两条或两条以上管路由一点分支， 然后又汇合到另一点成为封闭的环路， 称为并联管路，如图 # 。并联管路中各分管的压力损失相等， 各分管的流量可不相等， 它们的总和等于总流量。即! %
45、 #&% #&!&!% #&/&/!第一编总论! ! !# !$# !%图 & 并联管路%第 章液压技术概述第 ! 章液压传动系统的组 成 及 其 特 点液压传动是以液体作为工作介质， 通过各种液压元件实现能量转换、 传递和控制的技术。它作为现代传动和控制的关键基础技术之一， 已被广泛应用于各类机械装备中。液压元件和系统是技术性很强， 对主机性能影响极大的一类基础件。世界工业发达国家都将液压工业列为竞相发展的产业， 其发展速度也远远高于机械工业的发展速度。现代液压元件、 系统及其控制已发展成为综合的液压技术， 其应用和发展被普遍认为是衡量一个国家的工业水平和现代工业发展水平的重要标志。!#液压
46、传动的工作原理和基本特征一部机器通常由三部分组成， 即原动机!传动装置!工作机。原动机的作用是把各种形态的能量转变为机械能， 是机器的动力源； 工作机是利用机械能对外作功； 传动装置设在原动机和工作机之间， 起传递动力和进行控制的作用。传动的类型有多种， 按照传动所采用的机件或工作介质的不同主要可分为： 机械传动、 电力传动、 气压传动和液体传动。用液体作工作介质进行能量传递和控制的， 称为液体传动。按其工作原理不同， 又可分为液压传动和液力传动。前者主要利用液体的压力能来传递动力； 后者主要利用液体的动能传图 ! $ #液压千斤顶工作原理图#小液压缸!排油单向阀%吸油单向阀&油箱截止阀(大液
47、压缸递动力。液压传动是利用液体静压传动原理来实现的。现以图 !$ # 所示的液压千斤顶为例来说明液压传动的工作原理和基本特征。如图 ! $ # 所示， 当向上抬起杠杆时， 小液压缸 # 中的小活塞向上运动， 小液压缸下腔容积增大形成局部真空， 排油单向阀 ! 关闭， 油箱 & 中的油液在大气压作用下经吸油管顶开吸油单向阀 % 进入小液压缸的下腔。当向下压杠杆时， 小液压缸下腔容积减小， 油液受挤压， 压力升高， 关闭吸油单向阀 %， 顶开排油单向阀 !， 油液经排油管进入大液压缸 ( 的下腔， 推动大活塞上移顶起重物。如此不断上下扳动杠杆， 则不断有油液进入大液压缸下腔， 使重物逐渐举升。如杠
48、杆停止动作， 大液压缸下腔油液压力将使排油单向阀 ! 关闭， 大活塞连同重物一起被锁住不动， 停止在举升位置。如打开截止阀 ， 大液压缸下腔通油箱， 大活塞将在自重作用下下移， 回复到原始位置。由液压千斤顶的工作原理可知， 小液压缸 # 与排油单向阀 !、 吸油单向阀 % 一起完成吸油与排油， 将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出， 称为 （手动） 液压泵。大液压缸 ( 将油液的压力能转换为机械能输出， 抬起重物， 称为 （举升） 液压缸。图中大、 小液压缸等组成了最简单&#第一编总论的液压传动系统， 实现了力和运动的传递。液压传动的基本特征是：（!） 力的传递设大液压缸活塞面积为 !， 作用
49、在大液压缸活塞上的负载力为 ， 该力在大液压缸中所产生的液体压力为 # $ !。根据帕斯卡原理，“在密闭容器内， 施加于静止液体上的压力将以等值同时传递到液体内各点” ， 所以， 液压泵的排油压力 #!应等于大液压缸中的液体压力 #， 即 #!# # #， 液压泵的排油压力又称为系统压力。由此可得!#!# #（ % !）或# #!# !（ % ）式中! 小液压缸活塞上的作用力；! 液压泵活塞面积。在 !、 !一定时， 负载力 越大， 系统中的压力 # 也越大， 所需要的作用力 !也越大，即系统压力与外负载密切相关。这是液压传动工作原理的第一个特征： 液压传动中工作压力取决于外负载 （包括外力和
50、液阻） ， 并非取决于液压泵， 泵只是按负载大小提供压力而已。通过改变大液压缸活塞面积 !和 （或） 系统工作压力 #， 可以获得为驱动负载所需的任意大小的负载力 。因此， 利用液压传动很容易获得大型设备上所需要的很大的力和力矩。为了保证工作安全， 液压系统中的工作压力不允许任意提高， 而必须限定在某一额定值以内。（） 运动的传递如果不考虑液体的可压缩性、 漏损和缸体、 管路的变形， 液压泵排出的液体体积必然等于进入大液压缸的液体体积。设液压泵活塞位移为 $!， 大液压缸活塞位移为$， 则有$!# $!（ % &）上式两边同除以运动时间 %， 得&!# !# !# &# &（ % ）式中!、
