液压传动的工作原理及工作特性

1.   液压传动的工作原理 

对于不同的液压装置和设备，它们的液压传动系统虽然不同，但液压传动的基本工作原理是相同的。下面以左图所示的液压千斤顶为例，介绍其工作原理。图中大小两个液压缸5和3的内部分别装有大话塞6和小活塞2，当向上提起手动杠杆4时，小活塞就被带动上升，于是小缸体3的下腔密封容积增大，腔内压力下降，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下推开单向阀1进入小缸的下腔，完成一次吸油动作。当压下杠杆4，小活塞下移，小缸下腔的密封容积减小，腔内压力升高，这时单向阀1 关闭，小缸下腔的压力油顶开单向阀7进人大缸体5的下腔，推动大活塞带动重物一起上升一段距离。如此反复地提 压手动杠杆4，就能使重物不断上升，达到起重的目的。 

若将截止阀8打开，则在重物自重的作用下，大缸中的油液流回油箱，大活塞落回到原位。

分析液压千斤顶的工作过程可知，小液压缸3和单向阀1、7一起实现吸油和排油，将杠杆的机械能转换为油液的压力能输出，称为手动液压泵；大液压缸5将油液的压力能转换为机械能输出，称为举升液压缸。总之液压传动是依靠液体在密封容积变化中的压力能来实现运动和动力传递的。液压传动装置本质上是一种能量转换装置，它先将机械能转换为便于输送的液压能，然后又将液压能转换为机械能做有用功。

2.   液压传动的工作特性

当大话塞上有重物负载时，其下腔的油液将产生一定的压力p，即

 

P=G/A₂

 

根据流体力学中的帕斯卡定律 “在密闭容器内，施加于路上液体上的压力将以等值同时传到液体各点”，若要顶起重物，则在小活塞下腔就必须产生一个等值的压力p，即小活塞上施加的力F₁，为

 

F_l=PA₁ =GA₁/A₂

 

式中，A₁、A₂ 分别为大小活塞6、2的面积。

可见在活塞面积A₁，A₂一定的情况下，液体压力p取决于重物负载，而小活塞上施 加的大F₁则取决于压力p。所以，负载越大，液体压力p越高，小活塞上所需要施加的力F1也就越大；反之，如果空载工作，且不计摩擦力，则液体压力P和小活塞上施加的力F1都为零。即有了负载，液体才会有压力，并且压力大小取决于负载。简单地说，液压传动中液体压力取决于负载。实际上，液压传动中液体的压力相当于机械传动中机械构件的应力。机械构件应力是取决于负载，同样液体的压力也取决于负载。但是机械构件在传动时可以承受拉、压、弯、剪等各种应力，而液压传动中液体只能承受压力，这是两者的重要区别。

另外，由于小活塞到大治塞之间为密封工作容积，所以小活塞向下压出油液的体积必然等于大活塞向上升起缸体内扩大的体积，即A₁h₁=A₂h₂

公式A₁h₁=A₂h₂两端同时除以活塞移动的时间t得

V₁A₁=v₂A₂

令q=v₁A₁，其中q表示小活塞以速度v₁运动时，单位时间内从小缸3中排出液体的体积，称为流量。流量9进人大缸时，大活塞6的运动速度为

V₂=q/A₂

即大活塞6的运动速度取决于进入活塞缸的流量。流量越大，速度越快，反之亦然。流量为零，速度也为零。简单地说，速度取决于流量。

液压系统的压力和外界负载，速度和流量的这两个关系称为液压传动的两个工作特性。