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1、 Training Text 液压基础知识液压基础知识 上上 日立建机日立建机(上海上海)有限公司有限公司 TTSH-032 目录目录 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 1高效动力传递 引言引言 当今建筑机械中使用

2、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。2流体动力学 流体静力学 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

3、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 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

4、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 4 第第 1 部分部分 液压原理液压原理 第第 1 节节 5 压力和流动压力和流动 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。压力推动或施加力或扭矩。流动使事物移 动。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

5、的压力使水从水枪 前面射出，从而使木制士兵移动。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。各点的力相等 6气体 液体 气体可以压缩液体几乎不可压缩帕斯卡定律说：“施加在密闭液体上 的压力丝

6、毫不减地向各个方向传递，其作用于各个部位的力相等”。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。第第 2 节节 7 压力和力的关系压力和力的关系 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

7、=面积 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。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。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

8、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。kg kg 1cm2 50cm2 8轻 重 较长杠杆 较短杠杆1cm2 50cm2 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。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。

9、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。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。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。第第 3 节节 9速率：m/min 流量：liter/min 流动产生运动流动产生运动 什么

10、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。流量是指在规定的时间内有多少液体流经某一点。10 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 1

11、0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。提要提要 11油从阻力最小的部位泄漏 压力和力压力和力 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

12、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。12油不是由泵“吸入”的。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

13、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。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。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

14、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。水柱提要提要 13巨大负载 大压力 平行连接管路中的压力 如果我们将三个不同负载以平行方式与下图所示的同一液压系统连接，油将会找到最小阻力通道，因为油缸 B 需要的压力最低，也就是说最轻负载将首先得到提升，提升最轻负载时，压力将上升到足够大小以提升下一次轻负载；油缸 A 到达其行程终端时，压力上升以提升最重负载。因此油缸 C 将在最后被提升。什么引起压

15、力？压力与流量结合产生液压力。液压系统中这种压力来自 何方？一些是重力的结果，但是其余的又来自何方？负载产生压力 大部分压力来自负载本身。以下插图中，泵每时每刻供 应着油。泵出的油寻找使它得以通过软管的最小阻力通 道，从而作用于油缸。负载重量产生压力，压力的量则 取决于负载大小。第第 3 章章 14压力表 泵 压力增大 工作油缸中的液压力(1)惯性定律告诉我们，事物有保持其静止状态的趋势。这就是工作油缸中活塞不作运动的原因之一。(3)当泵开始将油推入油缸时，工作活塞和负载阻止油的流动。因此抵抗这种阻力的油压上升了，当这一压力大于使活塞保持在本身位置的力时，活塞便产生运动。(2)油缸不作运动的另

16、一原因是在其上作用有负载。(4)活塞向上运动时，它提升了负载。作功时必须共同利用压力和流量。这就是液压力的工作原理。提要提要 15 流动流动 流动 我们曾经说过，流动的任务是使事物运动。记住另一个关键点，“流量和液压系统作功之间是什么关系？”答案是，如果流量稳定，液压油缸直径越小，活塞运动速度越快。关闭溢流阀不会提高速度 这里有一个例子是关于排除液压系统故障中常见的错误处理方法。油缸速度变缓时，某些机械师会立即调整溢流阀，他们认为增大压力可以提高工作速度；他们试图加大溢流阀设定，以此提高系统的最大压力。但是这样不会提高运动速度。配备溢流阀的意义在于保护液压系统，防止压力过高。不应该在规定的压力范围内加大压力设定。机械师不应该加大压力设定，而应该从别处寻找系统故障。流量增大导致速度加快 许多人认为增大压力将加快速度，但是这并不正确。不能通过增大压力来加快活塞运动速度。如果你要使活塞运动加快，必须提高进入油缸内油的流量。16结论结论 您现在已经对液压理论有了基本了解。您知道，帕斯卡定律告诉我们，压力作用于密闭液体时，施加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。您也知道，在