液压系统设计 液压基础知识（上）

液压基础知识上目录页次引言1第 1 部分液压原理4第1节 压力和流动 5第2节 压力和力的关系 7第3节 流动产生运动 9提要 11结论 16第 2 部分液压设备 18第1节液压系统和能量转换19第2节液压和工作20第3节液压部件21第4节泵的分类25第5节执行元件的分类27第6节阀的分类29第7节回路图35第8节管路的分类36第9节液压系统的优、缺点37引言当今建筑机械中使用液压系统十分广泛。尽管还有电气、气动或机械系统可供选择利用，但是液压系统已越来越多地得到应用。例如在许多挖掘机上，利用液压系统提升和降下动臂，移动铲斗，以及机器上部结构的回转动作的完成。为什么使用液压系统？原因很多，部分原因是由于液压系统在动力传递中具有用途广、效率高和简单的特点。液压系统的任务就是将动力从一种形式转变成另一种形式。我们希望本书能帮助您理解液压系统的基本工作原理。高效动力传递2液压发展的历史我们已经说过，液压系统将动力从一种形式转变成另一种形式。这一过程通过利用密闭液体作为媒介而完成。通过密闭液体处理传递力或传递运动的科学叫做“液压学”，液压学一词源 于希腊语“hydros”，它的意思为水。液压学科学是一门 年轻的科学仅有数百年历史。它开始于一位名叫布莱斯·帕斯卡的人发现的液流体动力学流体静力学压杠杆传动原理。这一原理后来被称为帕斯卡定律。虽然帕斯卡作出了这一发现，但却是另一位名叫约瑟·布拉姆的人，在他于 1795 年制造的水压机中首次使液压得到了实际使用。在这一水压机中作为媒介利用的液体就是水。流体动力学和流体静力学水力学科学自帕斯卡发现以来得到了长足发展。事实上，它现在已划分成两门科学。流体动力学就是我们所说的运动液体科学。液体静力学就是我们所说的压力液体科学。水轮就是流体动力工具的一个很好的例子。所使用的能量就是水的运动能量。在流体静力装置中，则使用不同的能量。液体作为能量的媒介使用。液体流动产生运动，但是它们不是这种运动的源泉。由于密闭液体处于压力之下，能量得到了转移。当今使用的大部分液压机械以流体静力方式运行。3第 1 部分液压原理4第 1 节压力和流动压力和流动的作用在液压基础研究中，我们将谈及以下内容：力，能量转移，功和动力，所有这些参数将在与之相关的压力和流动中谈到。压力和流动是每一个液压系统中的两种主要参量。压力和流动互相关连，但是各自完成任务不同。水枪是压力和流动在实际使用中的 很好例子。扣动扳机在水枪内形 成压力，产生的压力使水从水枪 前面射出，从而使木制士兵移动。压力推动或施加力或扭矩。流动使事物移动。各点的力相等什么是压力？让我们考虑一下压力是为什么和如何形成的。流体(气体或液体)受挤压时会膨胀并产生作用力。这就是压力。当你把空气注入轮胎时，则产生了压力。你连续将越来越多的空气注入轮胎，当轮胎充满气体时，内部不再需要空气，而气体仍不断进入，气体将向外推动轮胎壁， 这种推力就是压力的一种形式。然而，空气是一种气体， 因此它可以被压缩。压缩空气以各点相等的力向外推动轮胎壁，当所有流体处于压力之下时，情况也是如此。主要差别是，气体可作较大的压缩，液体则只能作微量压缩。56密闭流体的压力如果您推动密闭的液体，则产生压力。像轮胎中空气的例子一样，这种压力在装有液体容器的各点上是相等的。如果压力太大，容器会破裂；因为各点的压力是相同的，所以容器会在其最薄弱之处破裂，而不是在压力最大之处破裂。气体可以压缩液体几乎不可压缩气体液体密闭液体可用于管路中沿着转角，向上向下的传递动力，因为液体几乎是不可压缩的，动力传送可以立即发生。大部分液压系统使用油，这是由于油几乎是不可压缩的。同时，油可以在液压系统中起润滑剂作用。帕斯卡定律说：“施加在密闭液体上的压力丝毫不减地向各个方向传递，其作用于各个部位的力相等”。第 2 节压力和力的关系在帕斯卡定律中，压力和力之间有两个重要关系，它们是以下两项等式：F=力P=压力A=面积7液压杠杆在下图所示的活塞模型中，你可以看到通过液压杠杆互相平衡重量的例子。帕斯卡类似这一例子的发现是，只要活塞面积与重量成比例，小活塞上的小重量就可以平衡大活塞上的大重量。他的这一发现可以利用密闭液体证实。其原因是，液体在相同的面积上作用着相同的力。kgkg1cm250cm2在插图中，你看到的是 2 公斤重量和 100 公斤重量。2 公斤重量的作用面积是 1 平方厘米，因此其压力为 2公斤/平方厘米；另一重量是 100 公斤，其作用面积是50 平方厘米，因此它的压力也是 2 公斤/平方厘米；结果是两个重量平衡。这就是一种类型的液体杠杆。机械杠杆可以利用以下插图中的机械杠杆例子说明相同的情况。1 公斤的猫坐在距杠杆支点 5 米的位置，它与坐在距杠杆支点一米位置的 5 公斤的猫可以使杠杆平衡，就像液压杠杆中的平衡重量一样。8液压杠杆中的能量传递务必牢记，流体在相同的作用面积上的作用力相同。在工作状态中，这一规律对我们大有帮助。如果我们有两只尺寸完全相同的油缸，因为每只活塞的面积相等，所以当我们以 10 公斤的力向下按动一只活塞时，它使另一只活塞产生 10 公斤的上推力。如果面积不相等，则力也不相等。例如，假定系统另一端大活塞的表面面积为 50 平方厘米，小活塞的面积为 1 平方厘米，当我们将 10 公斤的力作用于较小的活塞时，根据帕斯卡定律，它将产生 10 公斤/平方厘米的压力作用于大活塞的每一个部分，因此，大活塞接受总共为 500 公斤的力。我们以这种方式利用压力传递能量，并使之为我们工作。这种能量传递过程中十分重要的一点是力和距离之间的关系。记住，在机械杠杆中，施加相等的力时，较轻的重量需要更长的杠杆。要使 5 公斤的猫提高 10 厘米， 1 公斤的猫必须向杠杆下方移动 50 厘米。重轻较短杠杆较长杠杆让我们再看一下液压杠杆插图，并考虑较小活塞移动的距离。需要较小的油缸产生 50 厘米的行程传递足够的液体使大油缸移动 1 厘米。1cm250cm2第 3 节流动产生运动9什么是流动？当液压系统的两点上有不同的压力时，流体流动至压力较低的一点上。这种流体运动叫做流动。这里举一些流动的例子。城市水厂在我们的水管中形成压力或水位差。我们打开龙头时，压力差异将水压出。速率和流量速率和流量是测量流动的两个参数。速率是液体通过规定点流动的速度。液压系统中的泵产生流量。这一装置连续推出液压油。速率：m/min流量是指在规定的时间内有多少液体流经某一点。流量：liter/min10流量和速度在液压油缸中，可以很容易地看到流量和速度之间的关系。我们必须首先考虑需要加注的油缸容量，然后再考虑活塞的运动距离。这里油缸 A 为两米长，容量 10 升，油缸 B 只有 1 米长，但是容量也是 10 升。如果我们每分钟将 10 升液体泵入每一个油缸，两活塞将在一分钟内完成它们的全部行程；在这种情况下，油缸 A 中的活塞运动速度快是油缸 B 的两倍。这是因为在相同时间内它有两倍于 B 油缸的距离移动。这告诉我们，当两者流量相同时，小筒径油缸运动速度比大筒径油缸更快。如果我们把流量提高到 20 升/ 分钟，将可以用一半的时间加注油缸室。活塞速度也将快两倍。因此，我们有两种方法加快油缸速度。一是减小油缸尺寸，二是增大油缸流量。这样，油缸速度和流量成正比例，而和活塞面积成反比例。提要压力和力11压力的形式如果你按动一装满液体容器的塞头，液体将止动塞头。按动塞头受到液体的抵抗力与容器各边受到的力相同。如果继续越发用力地按动塞头，则容器会遭到破坏。最小阻力通道如果您有一充满液体的容器，并且在容器一侧开一孔口， 当你按动顶部，液体便会从此流出。这是因为孔口是唯 一没有阻力的点。我们说当力作用于密闭液体时，液体将从阻力最小的部位流出。油压设备的故障受压液体的以上特点在液压设备中十分有用，但是这也是大部分液压故障的根源。例如，如果你的系统中有泄漏，受压液体将从这里流出，因为液体始终在寻找最易于流动的方向。配合部位松动或损坏之密封部位的油泄漏即为典型例子。油从阻力最小的部位泄漏16自然压力我们谈到了压力和流动，但是压力常常在没有流动的情况下存在。重力就是很好的例子。如果我们有如下图所示的三个相连的不同水位的容器，重力使内部液体处于同一水平之上。这是我们可以在液压系统中利用的另一条原理。液体的重量液体重量也产生压力。潜入海中的潜水员会告诉你，他们不能潜