液(yè)壓(yā)傳(chuán)動中(zhōng)的主(zhǔ)要參數是(shì)壓力和流量,了(le)解這(zhè)兩大參數的概念、基(jī)本特性(xìng)和應用(yòng),有助(zhù)于深入理解液壓傳(chuán)動的(de)基本工作原理(lǐ)和特性。
一(yī)、壓力(lì)
1.壓力的概念
液(yè)體在單位(wèi)面積(jī)上所(suǒ)受(shòu)的(de)法向(xiàng)力稱為(wéi)壓力(在物理學中稱為(wéi)壓強),壓力通常(cháng)用p表示。若在液(yè)體的面積(jī)麼上受均勻分布的(de)作用(yòng)力f,則(zé)壓力可表示為:
p=f/a
壓力(lì)的國(guó)标單位為(wéi)n/m2(牛/米2),即(jí)pa(帕);工程(chéng)上常(cháng)用mpa(兆帕)、bar(巴)和(hé)kgf/cm2,它(tā)們的換算(suàn)關系(xì)為(wéi):
1mpa=10bar=106pa=10.2kgf/cm2
2.靜壓傳遞
據(jù)帕斯卡原(yuán)理可知,在(zài)密閉容器(qì)中的(de)靜止液體,由(yóu)外力作(zuò)用在液面的壓(yā)力能等值地傳(chuán)到液(yè)體(tǐ)内部的(de)所有(yǒu)各點。
如圖2-1所示(shì),a1、a2分(fèn)别為液(yè)壓缸1和2的活(huó)塞面積,兩(liǎng)缸用管(guǎn)道連通(tōng)。大(dà)活塞(sāi)缸2内(nèi)的活塞上有(yǒu)重力w,當(dāng)給小活塞缸1的活塞(sāi)上施加力f1時,液(yè)體中(zhōng)就産(chǎn)生了(le)的壓(yā)力(lì)。随着f1的增加,液體的壓(yā)力也(yě)不斷增加,當壓(yā)力(lì)到(dào)達平(píng)衡時,大活塞缸(gāng)2的活塞開始運(yùn)動。
1-小活塞缸;2-大(dà)活塞(sāi)缸;3-管道
可(kě)見,靜壓力傳動有以下特點。
傳(chuán)動必(bì)須在密封(fēng)容(róng)器(qì)内進行。
液(yè)壓系統(tǒng)内(nèi)壓(yā)力大小取決(jué)于外(wài)負載的大小。也就是說,液體的(de)壓力是由(yóu)于受(shòu)到各種形式的(de)阻力而形(xíng)成的(de),當外負(fù)載w=0時,則p=0。
液壓傳動可以将力放大,力的(de)放大倍(bèi)數(shù)等于(yú)活塞面積之比(bǐ)。
3.靜壓力基(jī)本方程
靜(jìng)止液體内(nèi)部(bù)受力情況可(kě)用圖(tú)2-2來(lái)說明。設容器中裝(zhuāng)滿液(yè)體,在任(rèn)意一點(diǎn)a處取(qǔ)一微(wēi)小面積da,該點(diǎn)距液面(miàn)深度為h,距(jù)坐标(biāo)原點(diǎn)高度(dù)為乙(yǐ)容器液平面距坐标(biāo)原(yuán)點為z0。為(wéi)了求得(dé)任意一(yī)點a的壓力,可取(qǔ)da·矗這個(gè)液(yè)柱為(wéi)分離體,見圖2.2(b)。根(gēn)據靜壓力(lì)的特(tè)性,作用于這個(gè)液柱(zhù)上的力在(zài)各方向都(dōu)呈平(píng)衡,現(xiàn)求各(gè)作用力在z方向的平(píng)衡方程。微小液柱頂面上的(de)作(zuò)用力為p0da(方向向(xiàng)下),液(yè)柱本(běn)身的重力g=ρghda(方向(xiàng)向下(xià)),液(yè)柱底面對液(yè)柱的作用力為(wéi)pda(方向向上),則平衡方程(chéng)為(wéi):
pda=p0da+ρghda
故p=p0+ρgh。
分(fèn)析上(shàng)式可(kě)知:
(1)靜(jìng)止液體中(zhōng)任一點的(de)壓力均由(yóu)兩部分組(zǔ)成,即(jí)液面上的表面(miàn)壓力(lì)p0和液體自重而引起的對(duì)該點的(de)壓力ρgh。
(2)靜(jìng)止液體内的壓(yā)力随液體距液(yè)面的(de)深度變化(huà)呈線性(xìng)規律分(fèn)布,且在同一深(shēn)度上各(gè)點的壓力相(xiàng)等,壓力相(xiàng)等的(de)所有(yǒu)點組(zǔ)成的(de)面為等壓(yā)面,很(hěn)顯然,在重(zhòng)力作用下靜止(zhǐ)液體的等(děng)壓面(miàn)為一(yī)個平面。
(3)可(kě)通(tōng)過下述(shù)三種(zhǒng)方式使液(yè)面産生壓力p0:
通過固體壁面(如(rú)活塞(sāi))使液(yè)面(miàn)産生壓(yā)力;
通過(guò)氣(qì)體使(shǐ)液面産生壓力;
通過不同質的(de)液體使液(yè)面産(chǎn)生壓(yā)力。
4.壓力的(de)表示(shì)方法
壓力(lì)的表示方法有(yǒu)絕對(duì)壓力(lì)和相對壓力兩(liǎng)種。
以(yǐ)絕對真空(p=0)為基(jī)準,所測(cè)得的壓(yā)力為絕對壓力;以大氣壓(yā)pa為基(jī)準,測得的壓力(lì)為相(xiàng)對壓力。
若(ruò)絕對壓力(lì)大于(yú)大氣(qì)壓,則(zé)相(xiàng)對(duì)壓力為正(zhèng)值,由(yóu)于大(dà)多數測壓(yā)儀表(biǎo)所測(cè)得的(de)壓力(lì)都是相對(duì)壓力(lì),所以相對(duì)壓力也稱(chēng)為表(biǎo)壓力(lì);若(ruò)絕(jué)對壓(yā)力小于大氣壓(yā),則相對(duì)壓(yā)力為負值,比大氣壓小的(de)那部分稱(chēng)為真空(kōng)度。
圖2-3清(qīng)楚地給出(chū)了絕(jué)對壓(yā)力、相對壓(yā)力和(hé)真空度三者之間的(de)關系(xì)。
5.液體作用(yòng)在固(gù)體壁面(miàn)上的力(lì)
液(yè)體(tǐ)流經管道(dào)和控制元(yuán)件(jiàn),并(bìng)推動(dòng)執行(háng)元件(jiàn)做功,都(dōu)要和固(gù)體壁(bì)面接觸。因(yīn)此,需(xū)要計算液(yè)體對(duì)固體(tǐ)壁面的作(zuò)用力。
當固體壁面為(wéi)一平(píng)面時(shí),流體對平(píng)面的作(zuò)用(yòng)力e等(děng)于流體的壓力p乘以該平(píng)面的面積麼,即f=pa
二、流(liú)量
1.流(liú)量的(de)概念
流(liú)量(liàng)是指(zhǐ)單位(wèi)時間内流過某一通流(liú)截面的(de)液體體積,用g表(biǎo)示。流量的國标(biāo)單位(wèi)為m3/s(立方米(mǐ)/秒),工程(chéng)上常用(yòng)的單位是(shì)l/min,它們的換(huàn)算關(guān)系為(wéi):1m3/s=6×104l/min。
油液(yè)通過(guò)截面(miàn)積為(wéi)麼的(de)管路(lù)或液壓缸(gāng)時,其平均(jun1)流速用v表示。
活塞(sāi)或液壓缸的運動速度(dù)等于液壓缸内(nèi)油液的平(píng)均速度,其大(dà)小(xiǎo)取決于輸入液壓缸(gāng)的流量。
2.液流的(de)連續(xù)性
理想狀(zhuàng)态,液體在同(tóng)一時間(jiān)内流過同(tóng)一通道兩(liǎng)個不(bú)同通(tōng)流截面的(de)體積相等(děng)。
如圖(tú)2-4所示管(guǎn)路中,流(liú)過截面1和(hé)2的流量分(fèn)别為(wéi)q1和q2,截(jié)面面積分别為(wéi)a1、a2,液體(tǐ)流經截面(miàn)1、2時的平均流速分别為v1、v2。根據液(yè)流連(lián)續(xù)性原理(lǐ),q1=q2,即
v1a1=v2a2=常(cháng)量(liàng)。
上(shàng)式表(biǎo)明,液體在(zài)無分(fèn)支管(guǎn)路中穩定(dìng)流動時(shí),流(liú)經管路不(bú)同截面時(shí)的平(píng)均流(liú)速與(yǔ)其截(jié)面積大小(xiǎo)成反比。管路截(jié)面積小的(de)地方(fāng)平均流(liú)速大,管路截(jié)面積(jī)大的地方平均(jun1)流速(sù)小。
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