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液压传动是流体(包括液体和气体)传动的一种,是利用液体传递压力的一个系统,液体通常是液压油。本文从中学物理和专业物理两个角度谈谈什么是液压传动,包括原理、构造和组成等。
第一,从中学物理角度来说,液压传动的基本原理就是帕斯卡定律。
帕斯卡定律告诉我们:不可压缩的静止流体中任一点受外力产生的压力增值后,此压力增值能够瞬时间传至静止流体中的各点。即作用在密闭容器内静止液体某个方向上的压力,能够大小不变的传递到液体内的所有部分,液体内各点的压力在所有方向上都相等。
由于单位面积上的压力就叫压强,且压力总是垂直作用于液体内的任意表面,所以,帕斯卡定律又可以这样表达:在密闭容器内,加在静止液体上的压强能够大小不变的同时传到液体内部各点,液体内各点的压强在所有的方向上都相等。帕斯卡定律又称静压传递原理,它是流体静力学中的一条重要定律。
为了准确描述帕斯卡定律,以下图为例详细说明一下。
根据帕斯卡定律,在如图系统中的一个活塞(S1)上施加一定大小的压强,必在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果两个活塞处于同一水平线上,其压强必然相等,即P1=P2。根据压强公式有:F1/S1=F2/S2,变形为:F1/F2=S1/S2。
如果一个活塞的面积(S2)是另一个活塞的面积(S1)的15倍,那么,作用于另一个活塞(S1)上的力是一个活塞(S2)的15倍。
人们利用这个原理设计并制造了液压驱动装置,即流体机械。
第二,从专业物理角度来看,液压传动是一项液体传动技术,在工农业生产中有着广泛的应用。
根据静压力平衡方程:p=p0+ρgh,当外加压强p0发生变化时,密闭容器内静止状态的液体,任一点的压强均发生同样大小的变化,并由液体向各个方向传递。若在小活塞上施加较小力,可在大活塞上产生较大的力。
工作原理:在液压系统中,电动机带动液压泵从油箱吸油,液压泵将机械能(动力源)转化为液体的压力能,通过压力能的变化实现能量的传递,通过各种控制阀和管路把液体压力能又转换为机械能,驱动机构工作,实现直线往复运动和回转运动。其中液体一般为矿物油,液压油缸是主要部件。
为了达到某种目的,人们把各种液压元件组合成为一个液压回路,许多液压回路连接在一起就构成了液压传动系统,实现传递压力、速度、能量、有效控制等。基本回路分为压力控制回路、速度控制回路和方向控制回路。
液压传动系统的主要组成:电动机、油泵(如柱塞泵、叶片泵、齿轮泵、螺杆泵)、工作阀(如溢流阀、换向阀、单向阀、充液阀等)、油缸、活塞,活塞把油缸分成两个腔,一个腔内充油。辅助装置有油箱、热交换器、蓄能器、滤油器、管件等,主要是维护系统的动态性能,对稳定性能、工作寿命、噪声有直接影响。
液压传动应用非常广泛,如机床、建筑机械、农业机械、汽车、提升装置、防洪闸门、发电厂涡轮机调速装置、船头门、测量浮标、火炮的操纵装置、飞机起落架收放装置等。