最生动、直白的讲述-液压原理

液压原理在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。利用液压原理，可以构建液压传动系统，也可以构建液压控制系统。液压回路的基本机能在于以液体压力能的形式进行容易控制的能量传递。
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。
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。
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。
    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。
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：
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。
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 公的猫可以使杠杆平衡，就像液压杠杆中的平衡重量一样。
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。
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。
流动产生运动
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。
液压系统中的泵产生流量。
这一装置连续推出液压油。
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。
流量是指在规定的时间内有多少液体流经某一点。
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。
压力和力
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。
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。
重力的作用
重力产生的压力把油箱中的油压入泵。油不是象许多人想像的那样被泵“吸入”的。泵工作把油推出。通常所说的泵的吸油过程，意指重力将油推入泵。
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，他们不能潜得太深。如果他们潜得太深，压力会使他们受到伤害。这种压力来自水的重量。因此，还存在一种来自液体本身重量的压力。
压力与深度成比例增大，我们可以精确计算任何深度的压力。插图中，你可以看到高度为 10 米的一平方米水柱。
大家知道，一立方米水重量为 1,000 公斤。用水柱高度10 米乘以这一数量，得到的总重量是 10,000 公斤。底部面积是一平方米。这样，重量分布在 10,000 平方厘米之上。如果我们把总量10,000公斤除以10,000平方厘米，我们可以发现，这一深度的压力是每平方厘米 1 公斤。

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