2.6 空穴现象和液压冲击
在液压传动中，空穴现象和液压冲击都会给液压系统的正常工作带来不利影响，因此需要了解这些现象产生的原因，并采取相应的措施以减少其危害。
2.6.1 空穴现象
在流动的液体中，由于压力的降低，使溶解于液体中的空气分离出来（压力低于空气分离压）或使液体本身汽化（压力低于饱和蒸气压），而产生大量气泡的现象，称为空穴现象。
空穴多发生在阀口和液压泵的进口处。由于阀口的通道狭窄，液流的速度增大，压力则下降，容易产生空穴；泵的安装高度过高、吸油管直径太小、吸油管阻力太大或泵的转速过高，都会造成进口处真空度过大，而产生空穴。此外，惯性大的油缸和马达突然停止或换向时，也会产生空穴（见2.6.2节）。
（1）空穴现象的危害
降低油的润滑性能；使油的压缩性增大（使液压系统的容积效率降低）；破坏压力平衡、引起强烈的振动和噪声；加速油的氧化；产生气蚀和气塞现象。
气蚀：溶解于油中的气泡随液流进入高压区后急剧破灭，高速冲向气泡中心的高压油互相撞击，动能转化为压力能和热能，产生局部高温高压。如果发生在金属表面上，将加剧金属的氧化腐蚀，使镀层脱落，形成麻坑，这种由于空穴引起的损坏称为气蚀。
气塞：溶解于油液中的气泡分离出来以后，互相聚合，体积膨大，形成具有相当体积的气泡，引起流量的不连续。当气泡达到管道最高点时，会造成断流，这种现象称为气塞。
（2）减少空穴现象的措施
空穴现象的产生，对液压系统是非常不利的，必须加以预防。一般采取如下一些措施。
① 减小阀孔或其他元件通道前后的压力降，一般使压力比p1/p2<3。
② 尽量降低液压泵的吸油高度，采用内径较大的吸油管并少用弯头，吸油管端的过滤器容量要大，以减小管道阻力。必要时可采用辅助泵供油。
③ 各元件的连接处要密封可靠，防止空气进入。
④ 对容易产生气蚀的元件，如泵的配油盘等，要采用抗腐蚀能力强的金属材料，增强元件的机械强度。
要计算产生空穴的可能程度，要规定判别允许的和不允许的空穴界限。到目前为止，还没有判别空穴界限的通用标准，例如，对液压泵吸油口的空穴、油缸和液压马达中的空穴、压力脉动所引起的空穴，都有各自的专用判别系数，我们在此就不讨论了。
2.6.2 液压冲击
在输送海洋装备液压油的管路中，由于流速的突然变化，常伴有压力的急剧增大或降低，并引起强烈的振动和剧烈的撞击声。这种现象称为液压冲击。
（1）液压冲击的危害
液压冲击的危害有：引起振动、噪声；使管接头松动，密封装置破坏，产生泄漏；或使某些工作元件产生误动作；在压力降低时，会产生空穴现象。
（2）液压冲击产生的原因
在阀门突然关闭或运动部件快速制动等情况下，液体在系统中的流动会突然受阻。这时，由于液流的惯性作用，液体就从受阻端开始，迅速将动能逐层转换为压力能，因而产生了压力冲击波；此后，这个压力波又从该端开始反向传递，将压力能逐层转化为动能，这使得液体又反向流动；然后，在另一端又再次将动能转化为压力能，如此反复地进行能量转换。由于这种压力波的迅速往复传播，便在系统内形成压力振荡。这一振荡过程中，由于液体受到摩擦力以及液体和管壁的弹性作用不断消耗能量，因此振荡过程逐渐衰减而趋于稳定。
（3）冲击压力
假设系统正常工作的压力为p，产生压力冲击时的最大压力为：
（2.77）
式中 Δp——冲击压力的最大升高值。
由于液压冲击是一种非定常流动，动态过程非常复杂，影响因素很多，因此精确计算Δp值是很困难的。下面介绍两种液压冲击情况下的Δp值的近似计算公式。
① 管道阀门关闭时的液压冲击 设管道截面积为A，产生冲击的管长为l，压力冲击波第一波在l长度内传播的时间为t1，液体的密度为ρ，管中液体的流速为v，阀门关闭后的流速为零，则由动量方程得：
即
（2.78）
式中，c为压力波在管中的传播速度，c=l/t1。
应用式（2.78）时，需先知道c值的大小，而c不仅和液体的体积弹性模量K有关，还和管道材料的弹性模量E、管道的内径d及壁厚δ有关，c值可按式（2.79）计算：
（2.79）
在液压传动中，c值一般为900～1400m/s。
若流速v不是突然降为零，而是降为v1，则式（2.78）可写成：
（2.80）
设压力冲击波在管中往复一次的时间为tc，tc=2l/c。当阀门关闭时间t<tc时，压力峰值很大，称为直接冲击，其Δp值可按式（2.78）或式（2.80）计算；当t>tc时，压力峰值较小，称为间接冲击，这时Δp值可按式（2.81）计算：
（2.81）
② 运动的工作部件突然制动或换向时，因工作部件的惯性而引起的液压冲击 以液压缸为例进行说明，设运动部件的总质量为∑m，减速制动时间为Δt，速度的减小值为Δv，液压缸有效工作面积为A，则根据动量定理可求得系统中的冲击压力的近似值Δp为：
（2.82）
式（2.82）中因忽略了阻尼和泄漏等因素，计算结果比实际值要大，但偏于安全，因而具有实用价值。
（4）减小液压冲击的措施
分析前面各式中Δp的影响因素，可以归纳出减小液压冲击的主要措施如下。
① 延长阀门关闭和运动部件制动、换向的时间。在液压传动中采用换向时间可调的换向阀就可做到这一点。
② 正确设计阀口，限制管道流速及运动部件速度，使运动部件制动时速度变化比较均匀。
③ 加大管径或缩短管道长度。加大管径不仅可以降低流速，而且可以减小压力冲击波速度c值；缩短管道长度的目的是减小压力冲击波的传播时间tc。
④ 设置缓冲用蓄能器或用橡胶软管。
⑤ 装设专门的安全阀。