液压系统沿程压力损失实验装置设计

摘 要 在“液压与气压传动”这门课程中，对于沿程压力损失只有理论的计算方法与公式，学生在接受时不容易理解，教学效果不佳。但通过该实验装置直观的实验现象，根据实验现象加以分析计算，最后可以计算出沿程压力损失大小，同时实验装置构成简单便于学生自己动手组装，该实验装置主要用于沿程压力损失教学演示为课程服务。沿程压力损失：指液体在直管中流动时因液体具有的粘性而产生的压力损失。流体的流动状态不同，所产生地沿程压力也有所不同，包括层流时的沿程压力损失和紊流时的沿程压力损失。

关键词 沿程压力损失 实验装置 液压与气压传动

中图分类号：TH137 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.02.077

0 引言

该装置的名称是液压系统沿程压力损失实验装置，一套液压压力测试装置，该装置可以用来测量液压系统沿管道的沿程压力损失。该装置可用于“液压与气压传动”课程中液体伯努利方程、液体流动阻力和能量损失等知识点的演示教学，通过该实验装置可以直观清楚的观察到实验结果，让学生更加容易接受这些理论性较强的原理，让教师授课时阐述原理的时候更加方便，该装置完全为教学课程服务。同时实验装置构成简单，学生完全可以自己动手验证原理，提高学生动手能力。

1 液压系统沿程压力损失主要原理

该装置的原理是液体在管道内流动时，液体本身具有一定的黏性，流动时会有阻力产生。为了克服阻力，流动液体需要损耗一部分能量，这种能量损失就是实际液体液体伯努利方程中的项。将该项这算成压力损失，可表示为 = 。在液压系统中，压力损失可以转变为热能，导致系统的温度升高。因此，在设计液压系统时，要尽量减少压力损失。

液体在等直管中流动时因黏性摩擦而产生的压力损失。而且液体的流动状态不同，所产生地沿程压力损失也有所不同。

1.1 层流时的沿程压力损失

1.2 紊流时的沿程压力损失

紊流时的沿程压力损失，其计算公式在形式上与层流相同，如上式，但是式中的阻力系数除与雷诺数有关外，还与管壁的表面粗糙度有关，即 = （， /），其中 ――管壁的粗糙度； /――管壁的相对粗糙度。

管壁的绝对粗糙度 和管道材料有关，一般计算可参考下列数值：对于钢管， 为0.04mm，对于铜管， 为0.0015～0.01mm，对于铝管， 为0.0015～0.06mm，对于橡胶管， 为0.03mm。

2 实验装置过程

通过以上的实验原理，该实验装置的构成，如图1所示：

由图1可以看出，水箱里的水通过水泵，经F点到E点，通过水管，到达A点，流到带刻度的水桶中，在这一过程中，水流经水管D和C两点间有压力损失，水分别上升到两个位置，由两边的高度差，经过计算可以得出两边的压力损失。然后，在A点的出水口通过带刻度的水桶，同时用秒表计时，通过计算可以得出其流量。

在做实验的过程中，先将各种器材按照图中所示，依次连接好，将水箱里面注三分之二的水，接通水泵电源，打开水泵开关，对水泵进行调试，最后观察两边橡胶细水管中水柱的高度差，就可以展示出实验所要呈现出的结果，通过对最后实验结果的分析和计算，就可以计算出沿程压力损失的大小。实验操作简单，学生完全可以自己动手实验，提高学生对液压系沿程压力损失的认识，更加容易接受新的理论知识。

3 实验装置分析

由上述计算中可以看出理论的两边高度差应为43，但是在实际实验过程中，最后得出的两边高度差只有31。其中产生实验误差的原因有：水管不够足够的长、管壁过于光滑等实验中人为的一些操作，导致最后产生实验误差。

4 结论

通过制作一套实验装置，可以更加清楚直观的了解什么叫液压系统沿程压力损失。在做这套装置的过程中，首先就是查找各种资料，查找所需要的东西，然后再去相关器材的店铺购买，而一些无法购买到的器材就自己动手加工，当所有器材都购买齐全以后，进行组装调试，以及不断地改进，最终得以完成这套实验装置。最后得出的实验结果往往与我们所计算出来的理论数据会有一定的出入，我们要认真分析实验原理，一定要找出造成实验误差的原因。只有理论没有实际操作也是完成不好一套实验装置的，实际与理论还是有相当大的差距的。我们只有将理论知识与实践相结合，自己亲手动手操作，才能更加理解理论知识的真正含义，并将其运用到我们的实际生活中。该装置的主要实际意义就是在于为教学服务，服务于课程，有了该装置在教师在授课中更加简单清楚的让学生明白上课内容，利于学生接受上课内容。实验装置简单，也极大的方便了学生自己亲手组装，学生可以DIY，提高兴趣，增加课堂趣味性。

2014年自治区级大学生创新创业计划立项项目，项目编号：201413639002

参考文献

[1] 李岚，陈曼龙.液压与气压传动[M].武汉：华中科技大学出版社，2013.

[2] 万会雄，明仁雄.液压与气压传动[M].北京：国防工业出版社，2008.

[3] 雷天觉，扬尔庄，李寿刚.新编液压工程手册[M].北京：北京理工大学出版社，2000.

[4] 郑浴.鲁钟琪.流体力学[M].北京：北京工业出版社，1980.

[5] 高殿荣.工程流体力学[M].北京：机械工业出版社，1999.

[6] 屈圭.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2001.

[7] 李启麟.液压传动中的能量损失与压力损失[J].液压与气动，2002：29-30.

[8] 王剑华.液压传动中的能量损失与压力损失[J].机械制造与自动化，2002（5）：28-29.