1.3 液压传动的压力损失、流量损失和功率计算

学习目标

1.理解液压传动的压力损失、流量损失和功率的概念。

2.了解液压传动压力损失的机理，并能估算泵与缸的压力。

3.了解液压传动流量损失的工作机理，并能估算泵与缸之间的流量。

4.熟悉泵、缸、电动机功率的计算。

内容摘要

液压传动中，由于油液存在黏性，在油液流动过程中会存在能量损失，其表现为压力损失；同时由于各运动件之间有间隙，并存在压力差，所以泄漏不可避免；正是由于存在压力损失和流量损失，故存在功率损失，因此泵、缸和电动机的功率计算应重点掌握。

一、液压传动的压力损失

1.液阻和压力损失

由于油液具有黏性，在油液流动时，油液的分子之间、油液与管壁之间的摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻碍油液流动的阻力称为液阻。液压传动系统存在着液阻，油液流动时会引起能量损失，主要表现为压力损失。如图1-3-1所示，油液从A处流到B处，中间经过较长的直管路、弯曲管路、各种阀孔和管路截面的突变，由于液阻的影响致使油液在A处的压力pA与在B处的压力pB不相等，显然pA＞pB，引起的压力损失为Δp，即Δp=pA-pB。

2.沿程损失与局部损失

油液流动引起的压力损失包括沿程损失和局部损失。

（1）沿程损失

油液在截面积相同的直管路中流动，由于管壁对油液的摩擦，油液的部分压力用于克服这一摩擦阻力，这种压力损失称为沿程损失。管路越长，沿程损失越大。

（2）局部损失

油液流过管路弯曲部位、管路截面积突变部位及开关等地方，由于液流速度的方向和大小发生变化而产生的压力损失称为局部损失。在液压传动系统中，由于各种液压元件的结构、形状、布局等原因，致使管路的形式比较复杂，因而局部损失是主要的压力损失。

油液流动产生的压力损失，会造成功率浪费，油液发热，黏度下降，进而使泄漏增加，同时液压元件受热膨胀也会影响正常工作，甚至“卡死”。因此，必须采取措施尽量减少压力损失。一般情况下，只要油液黏度适当，管路内壁光滑，尽量缩短管路长度和减少管路的截面变化及弯曲，可以使压力损失控制在很小的范围内。

3.压力损失的近似估算

影响压力损失的因素很多，精确计算较为复杂，通常采用近似估算的方法。

液压泵最高工作压力的近似计算式为

p泵=K压p缸

式中，p泵——液压泵最高工作压力（Pa）；

p缸——液压缸最高工作压力（Pa）；

K压——系统的压力损失系数，一般K压=1.3～1.5，系统复杂或管路较长取大值，反之取小值。

二、液压传动的流量损失

1.泄漏和流量损失

在液压系统正常工作的情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象称为泄漏。由于液压元件必然存在着一些间隙，当间隙的两端有压力差时，就会有油液从这些间隙中流过。所以，液压系统中泄漏现象总是存在的。

液压系统的泄漏包括内泄漏和外泄漏两种。液压元件内部高、低压腔间的泄漏称为内泄漏。液压系统内部的油液漏到系统外部的泄漏称为外泄漏。图1-3-2表示了液压缸的两种泄漏现象。

液压系统的泄漏必然引起流量损失，使液压泵输出的流量不能全部流入液压缸等执行元件。

2.流量损失的估算

流量损失一般也采用近似估算的方法。液压泵输出流量的近似计算式为

qV泵=K漏qV缸

式中，qV泵——液压泵最大输出流量（m3/s）；

qV缸——液压缸最大输出流量（m3/s）；

K漏——系统的泄漏系数，一般K漏=1.1～1.3，系统复杂或管路较长取大值，反之取小值。

三、液压传动的功率计算

1.液压缸的输出功率P缸

功率等于力和速度的乘积。对于液压缸来说，其输出功率等于负载阻力F和活塞（或液压缸）运动速度v的乘积，即

P缸=Fv

由于F=pA，，所以液压缸的输出功率（不计液压缸的损失）

P缸=p缸qV缸

式中，P缸——液压缸的输出功率（W）；

p缸——液压缸的最高工作压力（Pa）；

qV缸——液压缸的最大流量（m3/s）。

2.液压泵的输出功率P泵

P泵=p泵qV泵

式中，P泵——液压泵的输出功率（W）；

p泵——液压泵的最高工作压力（Pa）；

qV泵——液压泵的最大流量（m3/s）。

对于输出流量为定值的定量液压泵，qV缸即为该泵的额定流量。

3.液压泵的效率和驱动液压泵的电动机功率的计算

由于液压泵在工作中也存在因泄漏和机械摩擦所造成的流量损失及机械损失，所以驱动液压泵的电动机所需的功率P电要比液压泵的输出功率P泵大。液压泵的总效率

η总=

液压泵的总效率η总，对于外啮合齿轮泵取0.63～0.80，叶片泵取0.75～0.85，柱塞泵取0.80～0.90，或参照液压泵产品说明。

驱动液压泵的电动机功率

P电==

例题解析

【例1-3-1】 某液压泵铭牌上标有转速n=1450r/min，额定流量qV=60L/min，额定压力pp=8MPa，泵的总效率η总=0.8，试求：

（1）该泵应选配的电动机功率。

（2）若该泵使用在特定的液压系统中，该系统要求泵的工作压力p=4MPa，该泵应选配的电动机功率是多少？

【要点解析】 驱动液压泵的电动机功率的确定，应按照液压泵的使用场合进行计算。当不明确液压泵在什么场合使用时，可以按照铭牌上的额定压力、额定流量值进行功率计算；当泵的使用压力已经确定，则应按照实际工作压力进行计算。

【解】 （1）因为不知道泵的实际工作压力，故按照额定压力进行功率计算：

（2）因为泵的实际工作压力已经确定，故按照实际工作压力进行功率计算：

巩固练习

一、填空题

1.由于油液具有黏性，在油液流动时，油液的分子之间、油液与管壁之间的摩擦和碰撞会产生________，这种阻碍油液流动的________称为________，油液流动时会引起能量损失，主要表现为________。

2.油液流动引起的压力损失包括________和________。

3.功率等于________。

4.液压系统的泄漏包括________和________两种。

5.驱动液压泵的电动机所需功率P电要比液压泵输出功率P泵大的原因是________。

6.油液在________管路中流动造成的损失为沿程损失，而在________、________及________造成的压力损失为局部压力损失。

7.液阻引起________，在________（流动、静止）油液中产生。泄漏引起________。

8.油液在长的直管中流动时，产生________压力损失，在变径管中流动时，产生________损失。

二、判断题

9.当液压系统存在泄漏时，液压系统处于不正常的工作状态。（ ）

10.压力损失影响因素很多，精确计算较为复杂，常采用近似估算，但流量损失，常采用精确计算。（ ）

11.实际液压系统中，压力损失以局部压力损失为主。（ ）

12.驱动液压泵的电动机功率比液压泵的功率大。（ ）

三、选择题

13.当系统复杂或管路较长时，K漏=（ ），K压=（ ）。

A.1.3 B.1.1 C.1.5 D.0.9

14.液压泵的总效率η总，对于外啮合齿轮泵常取（ ）。

A.0.63～0.80 B.0.75～0.85 C.0.80～0.90 D.0.90～1.0

15.驱动定量泵的电动机功率P电=（ ），驱动变量泵的电动机功率P电=（ ）。

A. B. C. D.

16.油液流动产生的压力损失会使（ ）。

A.功率浪费，泄漏增加 B.黏度上升，油液发热

C.泄漏减少，效率提高 D.泄漏减少，黏度下降

四、计算题

17.图1-3-3所示的简化液压系统，要求活塞速度v=0.05m/s，负载F=24kN，A=0.008m2，液压泵额定流量为10.5×10-4m3/s，额定压力为63×105Pa，泵的总效率η=0.8，取K压=1.4，K漏=1.2。试解答：

（1）该泵是否适用？

（2）驱动该泵的电动机功率。

（3）与该泵匹配的电动机功率。