液压传动的工作原理及特征与气压传动的基本工作原理是相似的。现以如图 1.1 所示的液压千斤顶为例来阐述液压传动的工作原理。
如图 1.1 所示,当向上抬起杠杆时,手动液压泵的小活塞向上运动,小液压缸 1 下腔容积增大形成局部真空,排油单向阀 2 关闭,油箱 4 的油液在大气压作用下经吸油管顶开吸油单向阀 3 进入小液压缸下腔。当向下压杠杆时,小液压缸 1 下腔容积减小,油液受挤压,压力升高,关闭吸油单向阀 3,顶开排油单向阀 2,油液经排油管进入大液压缸 6 的下腔,推动大活塞上移顶起重物。如此不断地上下扳动杠杆,则不断有油液进入大液压缸 6 下腔,使重物逐渐举升。如杠杆停止动作,大液压缸下腔油液压力将使排油单向阀 2 关闭,大活塞连同重物一起被自锁不动,停止在举升位置。如打开截止阀 5,大液压缸 6 下腔通油箱,大活塞将在自重作用下向下移动,迅速回复到原始位置。
图 1.1 液压千斤顶工作原理图
1—小液压缸;2—排油单向阀;3—吸油单向阀;4—油箱;5—截止阀;6—大液压缸
液压千斤顶的工作原理
由液压千斤顶的工作原理可知,小液压缸 1 与单向阀 2,3 一起完成吸油与排油,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 6 将油液的压力能转为机械能输出,抬起重物,称为(举升)液压缸。在这里,大、小液压缸组成了最简单的液压传动系统,实现了力和运动的传递。
设液压缸活塞面积为A 2 ,作用在活塞上的负载力为F 2 。该力在液压缸中所产生的液体压力为
根据帕斯卡原理,在密闭容器内,施加于静止液体上的压力将以等值同时传递到液体各点,液压泵的排油压力p 1 应等于液压缸中的液体压力,即
p 1 = p 2 = p
液压泵的排油压力又称系统压力。
为了克服负载力使液压缸活塞运动,作用在液压泵活塞上的作用力F 1 应为
式中 A 1 ——液压泵活塞面积。
在A 1 ,A 2 一定时,负载力F 2 越大,系统中的压力p也越高,所需的作用力F 1 也越大,即系统压力与外负载密切相关。这是液压与气压传动工作原理的第一个特征:液压与气压传动中工作压力取决于外负载,与施加的力大小无关。
如果不考虑液体的可压缩性、漏损和缸体及管路的变形,液压泵排出的液体体积必然等于进入液压缸的液体体积。设液压泵活塞位移为s 1 ,液压缸活塞位移为s 2 ,则
式(1.2)两边同时除以运动时间t,得
式中 v 1 ,v 2 ——液压泵活塞和液压缸活塞的平均运动速度;
q 1 ,q 2 ——液压泵输出的平均流量和液压缸输入的平均流量。
由此可知,液压与气压传动是靠密闭工作容积变化相等的原则实现运动(速度和位移)传递的。调节进入液压缸的流量q,即可调节活塞的运动速度v,这是液压与气压传动工作原理的第二个特征:活塞的运动速度只取决于输入流量的大小,而与外负载无关。
由上述讨论还可知,与外负载力相对应的流体参数是流体压力,与运动速度相对应的流体参数是流体流量。因此,压力和流量是液压与气压传动中两个最基本的参数。