最生動、直白的講述-液壓原理

液壓原理在一定的機(jī)械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大，實(shí)現(xiàn)機(jī)械功能的輕巧化、科學(xué)化、最大化。利用液壓原理，可以構(gòu)建液壓傳動系統(tǒng)，也可以構(gòu)建液壓控制系統(tǒng)。液壓回路的基本機(jī)能在于以液體壓力能的形式進(jìn)行容易控制的能量傳遞。
壓力和流動
壓力和流動的作用
    在液壓基礎(chǔ)研究中，我們將談及以下內(nèi)容：力，能量轉(zhuǎn)移，功和動力，所有這參數(shù)將在與之相關(guān)的壓力和流動中談到。壓力和流動是每一個液壓系統(tǒng)中的兩種主要參量。壓力和流動互相關(guān)連，但是各自完成任務(wù)不同。
什么是壓力 ？
   讓我們考慮一下壓力是為什么和如何形成的。流體(氣體或液體)受擠壓時會膨脹并產(chǎn)生作用力。這就是壓力。當(dāng)你把空氣注入輪胎時，則產(chǎn)生了壓力。你連續(xù)越來越多的空氣注入輪胎，當(dāng)輪胎充滿氣體時，內(nèi)部不再需要空氣，而氣體仍不斷進(jìn)入，氣體將向外推動輪胎壁，這種推力就是壓力的一種形式。然而，空氣是一種氣體，因此它可以被壓縮。
壓縮空氣以各點(diǎn)相等的力向外推動輪胎壁，當(dāng)所有流體處于壓力之下時，情況也是如此。主要差別是，氣體可作較大的壓縮，液體則只能作微量壓縮。
密閉流體的壓力
   如果您推動密閉的液體，則產(chǎn)生壓力。像輪胎中空氣的例子一樣，這種壓力在裝有液體容器的各點(diǎn)上是相等的。如果壓力太大，容器會破裂；
因?yàn)楦鼽c(diǎn)的壓力是相同的，所以容器會在其最薄弱之處破裂，而不是在壓力最大之處破裂。
    密閉液體可用于管路中沿著轉(zhuǎn)角，向上向下的傳遞動力，因?yàn)橐后w幾乎是不可壓縮的，動力傳送可以立即發(fā)生。
   大部分液壓系統(tǒng)使用油，這是由于油幾乎是不可壓縮的。同時，油可以在液壓系統(tǒng)中起潤滑劑作用。
壓力和力的關(guān)系
在帕斯卡定律中，壓力和力之間有兩個重要關(guān)系，它們是以下兩項(xiàng)等式：
液壓杠桿
   在下圖所示的活塞模型中，你可以看到通過液壓杠桿互相平衡重量的例子。
帕斯卡類似這一例子的發(fā)現(xiàn)是，只要活塞面積與重量成比例，小活塞上的小重量就可以平衡大活塞上的大重量。他的這一發(fā)現(xiàn)可以利用密閉液體證實(shí)。其原因是，液體在相同的面積上作用著相同的力。
在插圖中，你看到的是 2 公斤重量和 100 公斤重量。2公斤重量的作用面積是 1 平方厘米，因此其壓力為 2公斤/平方厘米；另一重量是 100 公斤，其作用面積是50 平方厘米，因此它的壓力也是 2 公斤/平方厘米；結(jié)果是兩個重量平衡。這就是一種類型的液體杠桿。
機(jī)械杠桿
   可以利用以下插圖中的機(jī)械杠桿例子說明相同的情況。
1 公斤的貓坐在距杠桿支點(diǎn) 5 米的位置，它與坐在距杠桿支點(diǎn)一米位置的 5 公的貓可以使杠桿平衡，就像液壓杠桿中的平衡重量一樣。
液壓杠桿中的能量傳遞
    務(wù)必牢記，流體在相同的作用面積上的作用力相同。
    在工作狀態(tài)中，這一規(guī)律對我們大有幫助。如果我們有兩只尺寸完全相同的油缸，因?yàn)槊恐换钊拿娣e相等，所以當(dāng)我們以 10 公斤的力向下按動一只活塞時，它使另一只活塞產(chǎn)生 10 公斤的上推力。如果面積不相等，則力也不相等。
例如，假定系統(tǒng)另一端大活塞的表面面積為 50 平方厘米，小活塞的面積為 1 平方厘米，當(dāng)我們將 10 公斤的力作用于較小的活塞時，根據(jù)帕斯卡定律，它將產(chǎn)生 10 公斤/平方厘米的壓力作用于大活塞的每一個部分，因此，大活塞接受總共為 500 公斤的力。我們以這種方式利用壓力傳遞能量，并使之為我們工作。
這種能量傳遞過程中十分重要的一點(diǎn)是力和距離之間的關(guān)系。記住，在機(jī)械杠桿中，施加相等的力時，較輕的重量需要更長的杠桿。要使 5 公斤的貓?zhí)岣?span> 10 厘米，1 公斤的貓必須向杠桿下方移動 50 厘米。
讓我們再看一下液壓杠桿插圖，并考慮較小活塞移動的距離。需要較小的油缸產(chǎn)生 50 厘米的行程傳遞足夠的液體使大油缸移動 1 厘米。
流動產(chǎn)生運(yùn)動
什么是流動？
當(dāng)液壓系統(tǒng)的兩點(diǎn)上有不同的壓力時，流體流動至壓力較低的一點(diǎn)上。這種流體運(yùn)動叫做流動。
這里舉一些流動的例子。城市水廠在我們的水管中形成壓力或水位差。我們打
開龍頭時，壓力差異將水壓出。
液壓系統(tǒng)中的泵產(chǎn)生流量。
這一裝置連續(xù)推出液壓油。
速率和流量
速率和流量是測量流動的兩個參數(shù)。
速率是液體通過規(guī)定點(diǎn)流動的速度。
流量是指在規(guī)定的時間內(nèi)有多少液體流經(jīng)某一點(diǎn)。
流量和速度
在液壓油缸中，可以很容易地看到流量和速度之間的關(guān)系。
我們必須首先考慮需要加注的油缸容量，然后再考慮活塞的運(yùn)動距離。
這里油缸 A 為兩米長，容量 10 升，油缸 B 只有 1米長，但是容量也是 10 升。如果我們每分鐘將 10升液體泵入每一個油缸，兩活塞將在一分鐘內(nèi)完成它們的全部行程；在這種情況下，油缸 A 中的活塞運(yùn)動速度快是油缸 B 的兩倍。這是因?yàn)樵谙嗤瑫r間內(nèi)它有兩倍于 B 油缸的距離移動。
這告訴我們，當(dāng)兩者流量相同時，小筒徑油缸運(yùn)動速度比大筒徑油缸更快。如果我們把流量提高到 20 升/分鐘，將可以用一半的時間加注油缸室。活塞速度也將快兩倍。
因此，我們有兩種方法加快油缸速度。一是減小油缸尺寸，二是增大油缸流量。這樣，油缸速度和流量成正比例，而和活塞面積成反比例。
壓力和力
壓力的形式
如果你按動一裝滿液體容器的塞頭，液體將止動塞頭。按動塞頭受到液體的抵抗力與容器各邊受到的力相同。如果繼續(xù)越發(fā)用力地按動塞頭，則容器會遭到破壞。
最小阻力通道
如果您有一充滿液體的容器，并且在容器一側(cè)開一孔口，當(dāng)你按動頂部，液體便會從此流出。這是因?yàn)榭卓谑俏ㄒ粵]有阻力的點(diǎn)。
我們說當(dāng)力作用于密閉液體時，液體將從阻力最小的部位流出。
油壓設(shè)備的故障
受壓液體的以上特點(diǎn)在液壓設(shè)備中十分有用，但是這也是大部分液壓故障的根源。例如，如果你的系統(tǒng)中有泄漏，受壓液體將從這里流出，因?yàn)橐后w始終在尋找最易于流動的方向。配合部位松動或損壞之密封部位的油泄漏即為典型例子。
自然壓力
我們談到了壓力和流動，但是壓力常常在沒有流動的情況下存在。
重力就是很好的例子。如果我們有如下圖所示的三個相連的不同水位的容器，重力使內(nèi)部液體處于同一水平之上。這是我們可以在液壓系統(tǒng)中利用的另一條原理。
重力的作用
重力產(chǎn)生的壓力把油箱中的油壓入泵。油不是象許多人想像的那樣被泵“吸入”的。泵工作把油推出。通常所說的泵的吸油過程，意指重力將油推入泵。
液體的重量
液體重量也產(chǎn)生壓力。潛入海中的潛水員會告訴你，他們不能潛得太深。如果他們潛得太深，壓力會使他們受到傷害。這種壓力來自水的重量。因此，還存在一種來自液體本身重量的壓力。
壓力與深度成比例增大，我們可以精確計(jì)算任何深度的壓力。插圖中，你可以看到高度為 10 米的一平方米水柱。
大家知道，一立方米水重量為 1,000 公斤。用水柱高度10 米乘以這一數(shù)量，得到的總重量是 10,000 公斤。底部面積是一平方米。這樣，重量分布在 10,000 平方厘米之上。如果我們把總量10,000公斤除以10,000平方厘米，我們可以發(fā)現(xiàn)，這一深度的壓力是每平方厘米 1 公斤。

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