液压机是如何设计制造的？液压系统工作原理详解

液压机是如何设计制造的？液压系统工作原理详解

液压系统为什么能够驱动液压机?

从后的劈木机到建筑工地上的大型机器,液压设备有着性能卓越、使用便捷的特点。在任何一个建筑工地,都可以看到液压驱动的设备,比如推土机、反铲挖土机、挖土机、装载机、铲车和起重机。在修车场,你可以看到当液压设备把汽车吊起后,工人就可以在车下作业了。许多自动扶梯也是液压驱动的,甚至你车上的刹车系统也是液压驱动的

液压系统的基本原理非常简单:通过不可压缩的液体,将作用于一点的力传递到另点。通常使用某种油来作为液体介质。在这一过程中,力通常会增大。

假设在两个充满油的、用一根输油管连接起来的汽缸里放入两个适合的活塞,如果将其中一个活塞向下压,压力通过输油管中的油就会传到第二个活塞。由于油的不可压缩性,压力传导效率很高,几乎所有的作用力都被传导到第二个活塞上。连接两个汽缸的管道可以是任何长度、任何形状,只要它可以穿过两个活塞中间的所有装置就行。管道可以分叉,这样如有必要,主汽缸可以比辅汽缸有更大的驱动力。

液压系统设计的精妙之处在于,对系统进行增压(或减压)的过程非常简单。你只需改变一个活塞头和一个汽缸的尺寸就可以了。液体介质在系统中每个点上的压力都相同。施加在较大活塞上的压力作用面积较大,活塞受到的向上的推动力也较大。

为了弄清楚促进作用力增大的因素,让我们先来看看活塞的尺寸。假设第一个活塞直径2厘米,第二个活塞直径为6厘米。活塞的面积为πr2,则第一个活塞的面积为3.14平方厘米,第二个活塞的面积为28.26平方厘米。第二个活塞的面积是第一个活塞面积的9倍。

这就是说,作用于第一个活塞上的力会在第二个活塞上增大9倍。因此,如果对第一个活塞施加100牛向下的作用力,第二个活塞就会受到900牛向上的作用力。同理,如果想把第二个活塞提高1厘米,就要把第一个活塞向下压9厘米。

更先进的系统

重型液压机是根据相同的原理工作的,不过它们大多使用液压泵而非简单的主汽缸活塞来驱动活塞。液压泵与水泵非常类似,它是从液体箱中抽取液体,用高压将其导入液压系统。

刚才谈到的简单活塞只能提供单向的增力。为了能够把活塞推进推出,必须使用套经过改良的系统,从而可以把液体引入汽缸中活塞头的任意一端。

在这一系统中,只有很少的一些元件。液压泵从液体箱中抽取液体并对其加压。短管阀控制液体流动的路径。如果把短管阀转向右侧,增压液体(如橘色图示)就会流入汽缸右侧。当活塞滑向左侧,活塞会把未增压液体(如黄色图示)重新推回液体箱。活塞缩回。当短管阀转向左侧,增压液体进入汽缸的左侧,推动右侧的液体进入液体箱。活塞向汽缸外伸出。

多功能液压机如反铲装载机使用了许多不同的短管阀来驱动液压活塞。机器的控制装置只需前后移动阀门,就可以把活塞推进推出。

现在,你已经了解了简易液压系统的工作原理,下面让我们来看一个具体的例子劈木机。一台典型的劈木机包括以下几个部分:一台400瓦的汽油发动机。

二级液压油泵,在低压时最大流量为50升/分;当压力为17250千帕时,流量为14升/分。

直径为10厘米、长度为60厘米的液压汽缸。

14升的液压油泵。可以使油保持清洁的滤油器。

二级油泵设计巧妙,非常省时。油泵一般包括两个泵吸装置和一个介于两个泵吸之间的内压感应阀门。一个泵吸在较低压力下,可达至到最大的流量(升份分)。举例来说,当木头被劈开后,可以用这个泵吸将活塞从木头中抽出。如果想用很小的作用力将活塞迅速重新推入汽缸,就需要在低压下尽可能产生最大的流动速率。相反,如果要将活塞推入木头中,就要尽可能使压力达到最大,从而产生最大的劈力。此时,无须过多考虑流动速率,只需要把油泵调整到高压低容的状态,来劈开木头。

据称,一部典型的劈木机最大劈力可以达到20万牛。一个10厘米的活塞面积为78.5平方厘米。如果油泵在每平方厘米上产生的最大压力为2100牛,那么总压力可达到16.5万牛;如果劈力小于20万牛,则每平方厘米上产生的压力为1600牛。

根据以上数据,可以推算出活塞的运动周期。如果要把一个直径为10厘米的活塞提高60厘米,需要的油料为3.14×52×60=4710立方厘米。每升的油体积约为972立方厘米,因此,要把活塞单向提高60厘米,大约需要5升的油。下次如果你注意观察一下液压反铲挖土机或装载机工作时的运动速度,你就可以想象得到需要多少的油料了!对劈木机而言,最大的流量为50升/分。也就是说,在木头被劈开后,活塞只需10秒左右的时间复位;而要把活塞推进硬质木材中,则需要30秒左右的时间(因为高压时的流动速率较低)。

如果要把汽缸中装满液压油,液压系统中至少要有5升的液压油。汽缸的一侧比另一侧的容积大,因为这一侧装有活塞轴需要占据一定空间,而另一侧则没有。因此,大型的液压机通常拥有大型的外储油器。

可容纳大量的液压油(对于有6~8个大型液压汽缸的机器来说,380升的存油量是很普通的)。

拥有大型的外储油器,可存储由于汽缸两侧体积不同而造成的油料差量。