液压传动基本原理

2.1.1　液压传动基本原理

在各种机械中，机械传动主要是利用齿轮、传动带、链条、杠杆、轴或连杆等机构零件来传递和分配能量的，这一类零部件总称为传动件。

液压传动则是利用封闭系统中的液体压力能进行能量的转换、传递和分配的，其中的主体称为“工作介质”或“工作液体”，它的功能相当于机械传动中的传动件。液压千斤顶是一个最简单而又比较完整的液压传动装置，应用非常普遍，其结构与原理如图2-1所示。

柱塞3和柱塞孔1、柱塞4和柱塞孔2构成两个密封而又可以变化的空间容积。当杠杆9将柱塞3向上提时，柱塞孔1中的密封容积扩大，内部压力减小，而形成所谓“真空”状态。这时，油池8中的工作液体便在大气压力作用下推开单向阀6，被吸入柱塞孔1的密封空间中，单向阀5当然是关闭的；当杠杆9向下压柱塞3时，单向阀6被关闭，柱塞孔1的密封容积缩小，于是工作液体便顶开单向阀5，排入柱塞孔2的密封空间，将柱塞4推起，达到升起重物的目的。不停地摇动柱塞3，可使工作液体源源不断地压入柱塞孔2中，使柱塞4上升到必需的高度。工作完毕后，将阀门7转到接通柱塞孔2和油池8的位置，在重物G的作用下，柱塞4收缩，柱塞孔2的密封容积缩小，工作液体被排回油池，重物下降复位。就是说，密封容积中的液体不但可以传递力，还可以传递运动。要说明的是，液体必须在密封容积中才能起传动介质的作用。

图2-1　液压千斤顶结构原理

1，2-柱塞孔；3，4-柱塞；5，6-单向阀；7-阀门；8-油池；9-杠杆

由此可见，在液压千斤顶起重过程中，柱塞孔1和柱塞孔2相当于一个被柱塞3和柱塞4密封的连通器，如图2-2所示。

图2-2　液压千斤顶工作原理

1，2-柱塞孔；3，4-柱塞

根据帕斯卡定理，作用在小柱塞3上的力P₁，使它产生压力P，并且等值，同时传递到密封容器内各处。因此，大柱塞4底面也受到液压力P的作用而产生推力P₂推动重物。P₁与P₂的关系为

式中　A——柱塞4的横截面面积；

　　　a——柱塞3的横截面面积。

可见，液体在密封容器内传递的过程中，还可以实现力的放大或缩小作用。由于液压传动是基于帕斯卡定理，利用液体的静压力来传力的，因此又称为静压传动。

根据液体流动时的流量连续性原理，单位时间从小柱塞孔1排出的液体体积（即输出流量）一定等于单位时间输入大柱塞孔2的液体体积（即输入流量）。显然，小柱塞孔的输出流量取决于小柱塞3的运动速度v₁，而大柱塞4的上升速度v₂则取决于大柱塞孔的输入流量。v₁与v₂的关系为

因此，液体在密封容器内传递运动的过程中，也可以实现增速或减速运动，而且各速度之间的关系，只取决于密封空间容积的变化量，与所传递力的大小无关，故液压传动也称为容积式液压传动。

由以上分析可知，小柱塞孔所输出的液压功率为v₁P₁，大柱塞孔所输入的液压功率为v₂P₂，显然有以下关系：

可见，液体在密封容器内传递能量的过程中，尽管可以实现力的放大或缩小作用，或者实现减速或增速功能，但它所传递的能量恒为常数，这是符合能量守恒定律的。

在以上的分析过程中，虽然没有考虑液压传动过程中能量损失的影响，但其结论仍具有一般性。