第二章 液压流体力学 第六节 空穴现象和液压冲击

在流动的液体中，因某点处的压力低于空气分离压而产生气泡的现象，称为空穴现象。

在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间会突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。

一、油液的空气分离压和饱和蒸气压

1、过饱和状态

在一定的温度下，如压力降低到某一值时，过饱和的空气将从油液中分离出来形成气泡，这一压力值称为该温度下的空气分离压。

当液压油在某温度下的压力低于某一数值时，油液本身迅速汽化，产生大量蒸气气泡，这时的压力称为液压油在该温度下的饱和蒸气压。

一般来说，液压油的饱和蒸气压相当小,比空气分离压小得多，因此，要使液压油不产生大量气泡，它的压力最低不得低于液压油所在温度下的空气分离压。

2、空穴现象举例

1）、节流口处的空穴现象

2）、液压泵的空穴现象

液压泵吸油管直径太小时、或吸油阻力太大、或液压泵转速过高。 由于吸油腔压力低于空气分离压而产生空穴现象。 形成气泡

危害：这些气泡随着液流流到下游压力较高的部位时，会因承受不了高压而破灭，产生局部的液压冲击，发出噪声并引起振动，当附着在金属表面上的气泡破灭时，它所产生的局部高温和高压会使金属剥落，使表面粗糙，或出现海绵状的小洞穴。

这种固体壁面的腐蚀、剥蚀的现象称为气蚀。

在液压系统中的任何地方，只要压力低于空气分离压，就会发生空穴现象。为了防止空穴现象的产生，就是要防止液压系统中的压力过度降低，具体措施有：

（1）减小流经节流小孔前后的压力差，一般希望小孔前后压力比小于3.5。

（2）正确设计液压泵的结构参数，适当加大吸油管内径。

（3）提高零件的抗气蚀能力，增加零件的机械强度，采用抗腐蚀能力强的金属材料，减小零件表面粗糙度等。

二、液压冲击

1、液压冲击产生的原因

当阀门K瞬间关闭时，管道中便产生液压冲击液压冲击的实质主要是管道中的液体因突然停止运动而导致动能向压力能的瞬时转变。 另外液压系统中运动着的工作部件突然制动或换向时，由工作部件的动能将引起液压执行元件的回油腔和管路内的油液产生液压激振，导致液压冲击。 液压系统中某些元件的动作不够灵敏，也会产生液压冲击，如系统压力突然升高，但溢流阀反应迟钝，不能迅速打开时，便产生压力超调。也即液压冲击。

如图所示，有一较大的容腔（如液压缸或蓄能器）和在另一端装有阀门的管道相连，容腔的体积较大，认为其中的压力p是恒定的，阀门开启时，管道内的液体以流速v流过当不考虑管中的压力损失时，即均等于p。

2、液体突然停止运动时产生的液压冲击

在前图中，设管道的截面积为A，长度为l，管道中液流的流速为v，密度为ρ。当管道的末端突然关闭时，液体立即停止运动。根据能量转化和守衡定律，液体的动能ρAlv2/2转化为液体的弹性能Al△p2/（2K ’），即

ρAlv2/2 = Al△p2/（2K ’）

所以

上式中， △p为液压冲击时压力的升高值；K ’为液体的等效体积弹性模量；c为冲击波在管道中的传播速度。

上式中， K 为液体的体积弹性模量；d为管道内径；δ为管道壁厚；E为管道材料的弹性模量；冲击波在管道中的液压油内的传播速度c一般约为890～1270m/s。 完全冲击与非完全冲击：当阀门关闭时间t小于压力波来回一次所需的时间tc（临界关闭时间）的情况，即t < tc （ tc = 2l/c），称为完全冲击，否则，称为非完全冲击。

非完全冲击时引起的压力峰值比完全冲击时的低，按下式计算