水力学基本原理导论

什么是液压机械?

液压机械是通过流体力学原理提高机械强度的设备和工具。以重型设备为例，液压油在高压下通过液压泵输送到设备中的执行器。液压泵由发动机或电动机驱动。通过操纵各种液压控制阀来控制液压油以获得所需的压力或流量。液压元件通过液压管连接。和气动系统一样，液压系统也是基于帕斯卡定律。在封闭系统中，任何一点施加于流体的压力都会以相同的压力传递到各个方面。液压系统使用不可压缩流体作为工作介质。液压机械设备由于其传动功率大，传动采用细管和柔性软管，因而其功率密度高，适用功率的执行机构宽而灵活，适当改变压力面积增加力巨大。与由齿轮和轴组成的机械系统相比，液压系统流过管道的流体阻力会造成一定的功率损失。

水力学基本概念:

A液压是由一些机械部件控制后，利用高压液压油做工作的装置，其目的是控制负载的运动。在许多高压大容量机械中，液压通常是唯一的选择，这对于学习液压的人来说是必须的。

帕斯卡原理与液压传动:

液压系统最基本的理论是帕斯卡原理。在密闭容器中，流体压力在各点处相等，方向垂直于容器表面。利用这个原理，a处的一个小力可以推动B处的一个重物。

液压装置的部件有哪些?

液压系统由油箱、液压泵、控制阀、驱动器和一些辅助部件组成。液压系统各部件的作用是负责能量转换。其中，只有石油是个例外。它不进行任何能量转换，只是作为能量转换的媒介。

1. 液压泵:
   液压泵由马达或发动机驱动。从能量的角度来看，它的作用是将电机或发动机产生的机械能转化为流体能。从机械角度看，泵只利用大气压力差或位能差，将液体从一端吸入，从另一端排出。
2. 执行机构:
   执行器的作用是将流体能转化为机械能来推动负载运动。它可分为液压缸和液压马达。液压缸使负载直线运动，液压马达使负载旋转。
3. 控制阀门:
   在液压系统中，用油的压力来控制驱动器的输出，用油的流量来控制驱动器的速度，用油的流动方向来控制驱动器的运动方向。因此，压力控制阀、流量控制阀、换向阀是液压系统中最基本、不可缺少的。
4. 坦克:
   液压系统中使用的液压油必须回收再利用，因此，油箱一方面用于储存液压油，另一方面用于电机和泵的安装座。
5. 液压配件:
   液压附件是用来增强液压系统的功能，如过滤器去除油中的杂质，油冷却器防止油温过高，压力蓄能器和各种管道部件。
6. 压力的定义及使用单位:
   液压的定义与使用气压为单位的定义是一样的，不同的是液压没有真空压力。

液压传动的优缺点:

液压系统能量转换的效率:根据能量不灭的规律，可以有不同形式的相互转换，但每次转换都必须有损失，损失的能量会以热的形式散失。液压系统的能量利用率必然不高，一般在50%以下，甚至更低，通常在30~40%左右。

液压系统的可操作性:液压系统作为系统的驱动装置，液压的特殊性对于要求输出大、定位精度高的机械来说很重要。液压系统的能效较差，但工业上使用的却越来越多。

液压的优点:

• 体积小，产量大:液压一般在70kg /cm2左右，也可高达500kg /cm2。
• 没有超载的危险:液压系统安装了一个减压阀。当压力超过设定压力时，阀门打开，液压油通过泄压阀流向油箱。
• 输出调节容易:液压装置的输出调节简单，只要达到压力控制阀的设定压力即可轻松实现。
• 调速容易:液压系统的调速简单，只要调节压力控制阀的设定流量，就可以很容易地实现，并且可以无级变速。
• 运动平稳，易反转:由于液体的高不可压缩性，液压油不允许流入或流出驱动器，负载的速度将立即停止。并且负载运动产生的惯性会被液压油吸收，因此根本不需要安装任何制动装置。并且由于液体驱动器的机构简单，其惯性小，所以运动平稳，反转容易。
• 易于自动化:液压设备配有电磁阀、电气元件、传感器、可编程控制器、微处理器，可组装成各种自动化机器。
• 高耐久性:液压设备的大部分部件几乎都浸没在液压油中，而且大部分液压油中都含有防锈剂，其抗锈性和耐磨性好，设备的耐久性高。

液压的缺点:

• 管道不良会造成液压油泄漏，不仅会污染工作场所，还会造成火灾隐患。
• 液压油的粘度受温度的影响很大。当油温升高时，粘度降低，当油温下降时，粘度增加。粘度的变化会影响流量，使传动速度不稳定。
• 液压系统将发动机或马达输出的机械能转化为流体能。通过阀门作一些调整后，由驱动器将流体能转化为机械能来驱动负载。由于能量转换多次，损耗较大。其能源效率低于传统机械。
• 能量转换过程中损失的能量会以热量的形式散失，热量会通过液压油传递到设备上，导致系统发热异常。
• 为了减少油液流动时的粘性摩擦损失，必须限制油液的流量，使其稳定流动，从而影响液压设备的工作效率。
• 液压系统使用许多不同的控制阀、接头和管道。为了防止泄漏和损失，要求部件的加工精度高，还需要专业的管道技术。

什么是液压回路?

液压回路是连接传输液体的各种元件的系统。这种系统的目的是控制流体通过的流量或控制流体压力。液压机械设备使用液压回路来移动重物。从单个部件描述流体系统的方法受到电路分析的启发。当电子元件是独立的和线性的时，电路更容易分析。同样，当考虑相互独立的线性元素时，液压回路理论更容易分析。

液压回路的组件包括无源(被动)设备，如管道或传输线，和动力(主动)设备，如电源组或泵。液压回路理论特别适用于具有长而小的管道和独立泵的系统，例如化学过程中的流动系统或微型装置。

液压回路有哪些类型?

• 中间开式电路使用泵提供连续的液体流，通过控制阀的中间开式通道返回到油箱。换句话说，如果控制阀处于空挡位置，则它为油箱提供了一个开放的回流通道，而不会在高压下泵出油。一旦控制阀被启动(阀门位置的改变)，它将引导油进入/流出执行器和油箱。因为泵的输出是恒定的，所以油的压力会随着遇到的阻力的大小而上升和下降。如果压力升高过高，油将通过溢流阀返回油箱。多个控制阀可以集成成串联。加药泵可以用于这种类型的电路，这是便宜的操作。
• 闭合回路是一种回路，无论任何阀门是否操作，都能为控制阀提供足够的压力。液压泵的流量是可变的，泵的流量很小，直到没有人操作阀门为止。由于阀门改变了阀门位置，因此阀门的阀芯不必打开通往油箱的中间回油通道。多个阀门可以并联连接，系统压力等于所有阀门。
• 开环:在开环系统中，泵的吸入口和电机的回油口都与液压油箱相连，这也是一个开/闭回路。中通电路使用泵来提供连续的液体流动。流体通过控制阀的中间通道流回储罐。此时，控制阀处于空挡位置，提供一个打开的回流通道，以回流到油箱，防止流体被泵入高压。此外，一旦控制阀被操作，它将引导流体进出执行器和储层。由于泵的输出是恒定的，油的压力将随着遇到的阻力而增加。如果压力上升过高，油将通过安全阀返回油箱。几个控制阀可以串联在一起。加药泵可以用于这种类型的电路，这是便宜的操作。
• 闭环:在闭环系统中，电机的返回口与泵的吸入口直接相连。为了保持低压侧的压力，回路有一个充电泵，将过滤后的冷油供应给低压侧。闭环电路通常用于车辆静压传动。闭环的优点是根本没有换向阀，所以响应快，回路可以在更高的压力下工作。泵的旋转角度可以提供正、负的液体流动方向。缺点是，冷却可能是一个问题，因为流体流动的交换是有限的，而且泵也很难用于其他液压功能。在大功率闭环系统的回路中，要增加冷却和过滤的油量，必须安装补油阀，使换油量大于泵和电机的基本泄漏量。补给阀通常集成在电机的机壳内，用于冷却电机本身机壳内的循环油。由于车辆的电机速度可以达到4000-5000 r/min，甚至在全速时更高，因此电机外壳内部循环的损失和滚珠轴承的损失可能是显著的。泄漏，就像额外的电荷，将由电荷泵提供。 If it is set to be used in high-pressure and high motor speed drives, a large displacement charge pump is important. When driving at high speed for a long time, if a hydrostatic transmission is used, high oil temperature is usually the main problem. High oil temperatures will drastically reduce the life of the transmission. To suppress oil temperature, transportation equipment must reduce system pressure and motor displacement must be limited to the minimum reasonable value. Closed-loop systems are also used in mobile equipment to replace mechanical and hydraulic transmissions. The advantage is that the gear ratio is infinitely variable, and the transmission ratio can be controlled more flexibly according to the load and operating conditions.