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第一部分 液压原理
压力和流动
压力和流动的作用
在液压基础研究中，我们将谈及以下内容：力，能量转移，功和动力，所有这参数将在与之相关的压力和流动中谈到。压力和流动是每一个液压系统中的两种主要参量。压力和流动互相关连，但是各自完成任务不同。
什么是压力 ？
让我们考虑一下压力是为什么和如何形成的。流体(气体或液体)受挤压时会膨胀并产生作用力。这就是压力。当你把空气注入轮胎时，则产生了压力。你连续将越来越多的空气注入轮胎，当轮胎充满气体时，内部不再需要空气，而气体仍不断进入，气体将向外推动轮胎壁，这种推力就是压力的一种形式。然而，空气是一种气体，因此它可以被压缩。
压缩空气以各点相等的力向外推动轮胎壁，当所有流体处于压力之下时，情况也是如此。主要差别是，气体可作较大的压缩，液体则只能作微量压缩。
密闭流体的压力
如果您推动密闭的液体，则产生压力。像轮胎中空气的例子一样，这种压力在装有液体容器的各点上是相等的。如果压力太大，容器会破裂；
因为各点的压力是相同的，所以容器会在其最薄弱之处破裂，而不是在压力最大之处破裂。
密闭液体可用于管路中沿着转角，向上向下的传递动力，因为液体几乎是不可压缩的，动力传送可以立即发生。
大部分液压系统使用油，这是由于油几乎是不可压缩的。同时，油可以在液压系统中起润滑剂作用。
压力和力的关系
在帕斯卡定律中，压力和力之间有两个重要关系，它们是以下两项等式：
液压杠杆
在下图所示的活塞模型中，你可以看到通过液压杠杆互相平衡重量的例子。
帕斯卡类似这一例子的发现是，只要活塞面积与重量成比例，小活塞上的小重量就可以平衡大活塞上的大重量。他的这一发现可以利用密闭液体证实。其原因是，液体在相同的面积上作用着相同的力。
在插图中，你看到的是 2 公斤重量和 100 公斤重量。2公斤重量的作用面积是 1 平方厘米，因此其压力为 2公斤/平方厘米；另一重量是 100 公斤，其作用面积是50 平方厘米，因此它的压力也是 2 公斤/平方厘米；结果是两个重量平衡。这就是一种类型的液体杠杆。
机械杠杆
可以利用以下插图中的机械杠杆例子说明相同的情况。
1 公斤的猫坐在距杠杆支点 5 米的位置，它与坐在距杠杆支点一米位置的 5 公的猫可以使杠杆平衡，就像液压杠杆中的平衡重量一样。
液压杠杆中的能量传递
务必牢记，流体在相同的作用面积上的作用力相同。
在工作状态中，这一规律对我们大有帮助。如果我们有两只尺寸完全相同的油缸，因为每只活塞的面积相等，所以当我们以 10 公斤的力向下按动一只活塞时，它使另一只活塞产生 10 公斤的上推力。如果面积不相等，则力也不相等。
例如，假定系统另一端大活塞的表面面积为 50 平方厘米，小活塞的面积为 1 平方厘米，当我们将 10 公斤的力作用于较小的活塞时，根据帕斯卡定律，它将
产生 10 公斤/平方厘米的压力作用于大活塞的每一个部分，因此，大活塞接受总共为 500 公斤的力。我们以这种方式利用压力传递能量，并使之为我们工作。
这种能量传递过程中十分重要的一点是力和距离之间的关系。记住，在机械杠杆中，施加相等的力时，较轻的重量需要更长的杠杆。要使 5 公斤的猫提高 10 厘米，1 公斤的猫必须向杠杆下方移动 50 厘米。
让我们再看一下液压杠杆插图，并考虑较小活塞移动的距离。需要较小的油缸产生 50 厘米的行程传递足够的液体使大油缸移动 1 厘米。
流动产生运动
什么是流动？
当液压系统的两点上有不同的压力时，流体流动至压力较低的一点上。这种流体运动叫做流动。
这里举一些流动的例子。城市水厂在我们的水管中形成压力或水位差。我们打
开龙头时，压力差异将水压出。
液压系统中的泵产生流量。
这一装置连续推出液压油。
速率和流量
速率和流量是测量流动的两个参数。
速率是液体通过规定点流动的速度。
流量是指在规定的时间内有多少液体流经某一点。
流量和速度
在液压油缸中，可以很容易地看到流量和速度之间的关系。
我们必须首先考虑需要加注的油缸容量，然后再考虑活塞的运动距离。
这里油缸 A 为两米长，容量 10 升，油缸 B 只有 1米长，但是容量也是 10 升。如果我们每分钟将 10升液体泵入每一个油缸，两活塞将在一分钟内完成它们的全部行程；在这种情况下，油缸 A 中的活塞运动速度快是油缸 B 的两倍。这是因为在相同时间内它有两倍于 B 油缸的距离移动。
这告诉我们，当两者流量相同时，小筒径油缸运动速度比大筒径油缸更快。如果我们把流量提高到 20 升/分钟，将可以用一半的时间加注油缸室。活塞速度也
将快两倍。
因此，我们有两种方法加快油缸速度。一是减小油缸尺寸，二是增大油缸流量。这样，油缸速度和流量成正比例，而和活塞面积成反比例。
压力和力
压力的形式
如果你按动一装满液体容器的塞头，液体将止动塞头。按动塞头受到液体的抵抗力与容器各边受到的力相同。如果继续越发用力地按动塞头，则容器会遭到破坏。
最小阻力通道
如果您有一充满液体的容器，并且在容器一侧开一孔口，当你按动顶部，液体便会从此流出。这是因为孔口是唯一没有阻力的点。
我们说当力作用于密闭液体时，液体将从阻力最小的部位流出。
油压设备的故障
受压液体的以上特点在液压设备中十分有用，但是这也是大部分液压故障的根源。例如，如果你的系统中有泄漏，受压液体将从这里流出，因为液体始终在寻找最易于流动的方向。配合部位松动或损坏之密封部位的油泄漏即为典型例子。
自然压力
我们谈到了压力和流动，但是压力常常在没有流动的情况下存在。
重力就是很好的例子。如果我们有如下图所示的三个相连的不同水位的容器，重力使内部液体处于同一水平之上。这是我们可以在液压系统中利用的另一条原理。
重力的作用
重力产生的压力把油箱中的油压入泵。油不是象许多人想像的那样被泵“吸入”的。泵工作把油推出。通常所说的泵的吸油过程，意指重力将油推入泵。
液体的重量
液体重量也产生压力。潜入海中的潜水员会告诉你，他们不能潜得太深。如果他们潜得太深，压力会使他们受到伤害。这种压力来自水的重量。因此，还存在一种来自液体本身重量的压力。
压力与深度成比例增大，我们可以精确计算任何深度的压力。插图中，你可以看到高度为 10 米的一平方米水柱。
大家知道，一立方米水重量为 1,000 公斤。用水柱高度10 米乘以这一数量，得到的总重量是 10,000 公斤。底部面积是一平方米。这样，重量分布在 10,000 平方厘米之上。如果我们把总量10,000公斤除以10,000平方厘米，我们可以发现，这一深度的压力是每平方厘米 1 公斤。
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