液壓系統(tǒng)基本原理介紹液壓基本概念課件

第4章液壓系統(tǒng)基本原理介紹4-1液壓基本概念4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-3液壓裝置組成認識4-4液壓傳動的優(yōu)缺點第4章液壓系統(tǒng)基本原理介紹4-1液壓基本概念

液壓學（hydraulics）一詞其在工程上的定義為藉液體的運動產生力量，來達到方向之控制及能量傳送的一門科學。

近年來液壓設備的運用非常普遍，在我們日常生活中到處都可看到液壓應用的實例，諸如：馬路上的怪手、垃圾車、堆土機、以及各種的土木建築機械、農業(yè)機械、工廠上的工具機、衝床、壓床，汽車轉向系統(tǒng)及煞車系統(tǒng)、船上方向舵控制裝置、飛機的著陸裝置等都是藉由液壓的原理而達到控制的目的。4-1液壓基本概念4-1液壓基本概念

尤其是在目前國內，為了提高生產效率與提高品質，正提倡生產自動化，其自動化的要素不外乎為電氣、氣壓、液壓、電腦或可程式控制器，而目前的自動化機械就是分別由這四項要素之特徵所構成，如CNC、機械人等等不勝枚舉。所以液壓在未來的發(fā)展，更將無遠弗屈。

液壓的應用範圍非常廣，可大列分為： 1.以力的傳達為主要目的：行靜力傳達機構，如

液壓千斤頂。 2.以傳達泵產生的動力至各種運動系統(tǒng)為主要目

的：行進給運動的機構。4-1液壓基本概念 尤其是在目前國內，為了提高生產效率與提高品質，正提倡生產

目前常見的應用液壓機器有： (1)在道路上使用之挖土機堆高機等建設機構。 (2)在工廠上使用之壓床、工作母機等。 (3)在汽車上使用的有動力轉向及煞車等。 (4)在飛機上使用的起落架收放機構等。 (5)在農業(yè)上的使用上，有曳引機，綜合收獲機等，液

壓系統(tǒng)的應用實例在日常生活中可說是到處可見。4-1液壓基本概念 目前常見的應用液壓機器有：4-1液壓基本概念

在靜止液體中，有一高度為h，底面積為A的圓柱，如圖4-1所示。由於液體在靜止狀態(tài)，故作用在圓柱底面的壓力均能在平衡狀態(tài)。作用於底面的力F與其液柱之自重W平衡。

假設液體比重為，則液柱的重量

W=Ah，在液柱的底面產生一反作用力

F等於W。若F平均作用在底面積A上，則單位面積上所受的力P稱之為靜壓力。4-2巴斯卡原理與液壓傳動 在靜止液體中，有一高度為h，底面積為A的圓柱，如圖4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動

4-14-2巴斯卡原理與液壓傳動4-14-2巴斯卡原理與液壓傳動

4-14-2巴斯卡原理與液壓傳動4-14-2巴斯卡原理與液壓傳動

由例題4-1所示，知道在兩個不同形狀的容器內注入同樣的液體，如高度由例題4-1所示，知道在兩個不同形狀的容器內注入同樣的液體，如高度=h一樣，則壓力。由此可知靜壓力的大小僅與液柱的高度有關，而與容器的形狀及容積無關。

對以上的敘述及證明可歸納下面三點結論： 1.靜止液體中，任何一點靜壓力，等於作用在液面的壓力和液體所產生的壓力

之和。 2.液體中靜壓力，僅與液柱高度h有關，而與容器的形狀大小無關。 3.同一液體中，只要液體的深度相同，其靜壓力也相同。4-2巴斯卡原理與液壓傳動 4-2巴斯卡原理與液壓傳動

所謂巴斯卡原理係指在一密閉容器中，利用液體的不可壓縮性（圖4-3為液體無論受任何外力壓縮時，壓力均會升高，但其體積永遠保持不變）與力傳導性，當某一部分受到壓力時，其容器內壁任何一Z所受到的壓力P均相等，且均等傳遞到各部。4-2巴斯卡原理與液壓傳動 所謂巴斯卡原理係指在一密閉容器中，利用液體的不可壓縮性（由圖4-3所示可得四點結論。

1.液體不可壓縮性。 2.壓力垂直作用於作用面。 3.容器內任何一點的壓力均相等。 4.密封容器中任一部分所產生的壓力均等傳遞到各部，此即所謂巴斯噶原理。4-2巴斯卡原理與液壓傳動由圖4-3所示可得四點結論。4-2巴斯卡原理與液壓傳動

4-24-2巴斯卡原理與液壓傳動4-24-2巴斯卡原理與液壓傳動

液壓傳動係根據(jù)巴斯卡原理，以小的力量作用在小活塞上而能在大活塞上舉起重物，如圖4-4所示。4-24-2巴斯卡原理與液壓傳動4-24-2巴斯卡原理與液壓傳動由公式4-3知作用力的大小與活塞面積成正比，截面積愈大由外加的力所產生的作用力也愈大?，F(xiàn)今的一般車輛大都採用液壓煞車，即根據(jù)此原理，以小力踩煞車踏板來產生大的力量來控制煞車作用，除此之外液壓千斤頂也是利用此原理，如圖4-5所示。4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-34-44-2巴斯卡原理與液壓傳動4-34-44-2巴斯卡原理與液壓傳動4-34-44-2巴斯卡原理與液壓傳動4-34-44-2巴斯卡原理與液壓傳動

圖4-6為兩個不同面積的活塞以一連桿連接，當外力F1作用於截面積為A1的活塞上產生壓力P，當壓力P作用在A2上時，在大活塞上產生一作用力F2，此一作用力經(jīng)由活塞桿的傳遞而作用在小活塞A3上，因此產生P3的壓力。由於A3<A2，因此P3>P2達到增壓作用。

由上式知在增壓器上壓力的大小與截面積成反比。4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-54-2巴斯卡原理與液壓傳動4-54-2巴斯卡原理與液壓傳動4-54-2巴斯卡原理與液壓傳動4-54-2巴斯卡原理與液壓傳動

流體在某一任何橫斷面的流動狀態(tài)，不隨時間而改變者稱為穩(wěn)定流動，反之稱為非穩(wěn)定流動，在穩(wěn)定流動的狀況下，管道任何一橫斷面之流體的流量恆維持一定，此稱之為連續(xù)定理。4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動

由圖4-7所示管路中，斷面A流速為v，斷面A的流速的v，根據(jù)連續(xù)定理

由公式4-4得知，油流經(jīng)管路斷面積較大之位置其流速較慢，管路面積較小的位置其流速較快。4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-64-2巴斯卡原理與液壓傳動4-64-2巴斯卡原理與液壓傳動4-64-2巴斯卡原理與液壓傳動4-6

在管路內穩(wěn)定流動的液體具有壓力能、位能、動能三種形式的能量，如不考慮流體在管路內因摩擦所造成之熱能損失，根據(jù)能量守恆定律，可知在同一管路每一截面積上的總能量都是相等的，如圖4-8所示。管路液體流過截面積A及B兩斷面，它們的能量是相等的，可用公式4-5表示。4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動

在液壓系統(tǒng)中，一般液壓管路配置都不會太高，位能可以忽略不計，所以公式可以改寫如公式4-6所示。

又由連續(xù)定理得知油流經(jīng)斷面大時速度慢，反之則速度快，所以由圖知的速度比

慢，所以。由此可知液體流經(jīng)斷面大時壓力大，速度慢。反之流斷面小時壓力小速度快，此即所謂的柏努力定理。4-2巴斯卡原理與液壓傳動 在液壓系統(tǒng)中，一般液壓管路配置都不會太高，位能可以忽略不

所謂功率，係指單位時間內所做的功，以下我們以千斤頂?shù)妮敵隽α縁和移動距離S來導出壓力P，流量Q和功率L三者的關係式：4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動

由上式公式知要提高系統(tǒng)之功率，可以提高壓力P及增加流量Q來達成，以液壓千斤頂來說，如圖4-9所示。若負荷被要求以等速上升，如希望推動的負荷要越大，則手壓把柄的力也就要越大，若是負荷不變而要求上升速度加快，則手壓把柄往下壓的速度也就要越快。4-2巴斯卡原理與液壓傳動 4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動4-2巴斯卡原理與液壓傳動

在實際計算中尚須考慮其泵效率，故其修正後泵的輸入功率如公式中4-8所示。4-2巴斯卡原理與液壓傳動 在實際計算中尚須考慮其泵效率，故其修正後泵的輸入功率如公4-74-2巴斯卡原理與液壓傳動4-74-2巴斯卡原理與液壓傳動4-74-2巴斯卡原理與液壓傳動4-74-2巴斯卡原理與液壓傳動

基本液壓裝置組成必須包括下列四大部門，在此用一簡單方塊圖，如圖4-10所示加以說明。 1.液壓產生裝置：將電能或機械能轉變成液體的壓力能。 2.液壓控制裝置：控制液體的流動方向、壓力及流量，使其作動合於系統(tǒng)之要求。 3.液壓作動裝置：將液壓產生機構所產生的壓力能以機械的方式輸出，以達到工作之目的。 4.操作裝置：藉以手動、機械、電氣等各種方式以控制方向閥、流量閥及壓力控制閥，以改變其作動方向、流量及壓力的裝置。4-3液壓裝置組成認識 基本液壓裝置組成必須包括下列四大部門，在此用一簡單方塊圖 5.液壓附屬元件：液壓系統(tǒng)所使用各種附屬裝置。

各液壓裝置組成元件，如表4-1所示。4-3液壓裝置組成認識4-3液壓裝置組成認識4-3液壓裝置組成認識4-3液壓裝置組成認識

為何使用油？水是否也可以呢？當然也可以，利用泵送水的壓力（水壓機即是），但因為水有其限度，亦即水到100℃時會沸騰，成為水蒸氣。即使未到100℃，也會大量蒸發(fā)，高溫時因黏性低，容易外洩，也容易生銹，又無潤滑性，機器很快磨耗，所以須要用特別材料，而油除了沒有水的缺點之外尚有以下的優(yōu)點。4-4液壓傳動的優(yōu)缺點 為何使用油？水是否也可以呢？當然也可以，利用泵送水的壓力

和氣壓機器比較，相同輸出的液壓設備其構造較小，輸出比較大，一般使用壓力在70kgf/cm2(6.86MPa)。即使使壓力升高到350kgf/cm2(34.3MPa)，也不會有爆炸的危險，不像空氣那樣在高壓時有爆炸的危險。因為氣壓系統(tǒng)必須透過儲氣筒蓄存工作壓力源，而當壓力高於儲氣筒所能承受的最大壓力時會爆裂。

一般機械或電氣過負荷時容易發(fā)生故障及燒壞，而液壓系統(tǒng)一般均裝有溢流閥，當負荷達到某一限度時，溢流閥會自動打開流回油箱，唯溢流閥打開，將因損失能量而降低效率。4-4液壓傳動的優(yōu)缺點 和氣壓機器比較，相同輸出的液壓設備其構造較小，輸出比較大

一般機械要改變其輸出，相當困難而複雜，而液壓系統(tǒng)要改變其輸出，僅需調整其溢流閥的壓力即可，相當方便。因F=P×A；力＝壓力×截面積。

要調整液壓系統(tǒng)速度的變化，僅須調整其流量控制閥的流量即可，就像調整水龍頭的水量那麼簡單。

一般的機械或馬達慣性大，起動、停止、逆轉時會有衝擊震動現(xiàn)象，而液壓系統(tǒng)由於其慣性小，所以對於轉動、急加速、減速、逆轉、停止、作動比較圓滑。4-4液壓傳動的優(yōu)缺點4-4液壓傳動的優(yōu)缺點

如要做遠距離的控制，僅需延長管線即可，如再與氣壓、電氣、電腦配合使用，將更能發(fā)揮自動化的特點。

液壓油本身具有潤滑作用，所以機件磨耗損失也較小，故有耐久性。4-4液壓傳動的優(yōu)缺點4-4液壓傳動的優(yōu)缺點

液壓系統(tǒng)是由許多液壓元件組合而成，而各元件之間信號的傳送必須藉由配管來達成，接頭多、配管麻煩，接頭部分常會有漏油問題產生。

通常使用的油具有可燃性，其閃點大約在210℃左右，周圍有高溫時很危險，雖也可採用不