章液压系统基本原理介绍液压基本概念课件.ppt

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1、第4章液壓系統基本原理介紹章液壓系統基本原理介紹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 液壓傳動的優缺點4-14-24-34-4EXIT4-2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、農業機械、工廠上的工具機、衝床、壓床,汽車轉向系統及煞車系統、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。4-14-24-34-4EXIT4-3

2、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為主要目的:行進給運動的機構。4-14-24-34-4EXIT4-4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

3、使用的起落架收放機構等。(5)在農業上的使用上,有曳引機,綜合收獲機等,液壓系統的應用實例在日常生活中可說是到處可見。4-14-24-34-4EXIT4-5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,故作用在圓柱底面的壓力均能在平衡狀態。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。4-14-24-34-4EXIT4-64-14-24-34-4EXIT4-74-14-14-24-34-4EXIT4-84-14-14

4、-24-34-4EXIT4-9 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。4-14-24-34-4EXIT4-10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

5、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。4-14-24-34-4EXIT4-11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。4-14-24-34-4EXIT4-124-24-14-24-34-4EXIT4-13液壓傳動係根據巴斯卡原理,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。4-24-14-24-34-4EXIT4-14由公式 4-

6、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。現今的一般車輛大都採用液壓煞車,即根據此原理,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。4-14-24-34-4EXIT4-154-34-44-14-24-34-4EXIT4-164-34-44-14-24-34-4EXIT4-17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A3P2

7、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。4-14-24-34-4EXIT4-184-54-14-24-34-4EXIT4-194-54-14-24-34-4EXIT4-20流體在某一任何橫斷面的流動狀態,不隨時間而改變者稱為穩定流動,反之稱為非穩定流動,在穩定流動的狀況下,管道任何一橫斷面之流體的流量恆維持一定,此稱之為連續定理。4-14-24-34-4EXIT4-21由圖 4-7所示管路中,斷面 A流速為 v,斷面 A的流速的 v,根據連續定理由公式 4-4得知,油流經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。4-14-24-34-4EXIT4-224-

8、64-14-24-34-4EXIT4-234-64-14-24-34-4EXIT4-24在管路內穩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。4-14-24-34-4EXIT4-25在液壓系統中,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。又由連續定理得知油流經斷面大時速度慢,反之則速度快,所以由圖知 的速度 比 慢,所以 。由此可知液體流經斷面大時壓力大,

9、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。4-14-24-34-4EXIT4-26所謂功率,係指單位時間內所做的功,以下我們以千斤頂的輸出力量F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:4-14-24-34-4EXIT4-27由上式公式知要提高系統之功率,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。4-14-24-34-4EXIT4-284-14-24-34-4EXIT4-29在實際計算中尚須考

10、慮其泵效率,故其修正後泵的輸入功率如公式中 4-8所示。4-14-24-34-4EXIT4-304-74-14-24-34-4EXIT4-314-74-14-24-34-4EXIT4-32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-

11、14-24-34-4EXIT4-335.液壓附屬元件:液壓系統所使用各種附屬裝置。各液壓裝置組成元件,如表4-1所示。4-14-24-34-4EXIT4-344-14-24-34-4EXIT4-35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,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點。4-14-24-34-4EXIT4-36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 70

12、 kgf/cm2(6.86 MPa)。即使使壓力升高到 350 kgf/cm2(34.3 MPa),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生故障及燒壞,而液壓系統一般均裝有溢流閥,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。4-14-24-34-4EXIT4-37一般機械要改變其輸出,相當困難而複雜,而液壓系統要改變其輸出,僅需調整其溢流閥的壓力即可,相當方便。因F=PA;力壓力截面積。要調整液壓系統速度的變化,僅須調整其

13、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象,而液壓系統由於其慣性小,所以對於轉動、急加速、減速、逆轉、停止、作動比較圓滑。4-14-24-34-4EXIT4-38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。4-14-24-34-4EXIT4-39液壓系統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,雖也可採用不燃性油,但由於價格高,物理性質比一般油差,故較少採用。液壓系統中,最大問題就是油溫度對黏度的影響,當壓力高時溫度也升高,溫度高時,油的黏度變低、流速會變快,所以對精密速度控制困難。4-14-24-34-4EXIT4-40由於液壓系統的動力來源,必須先藉由機械的能量,來帶動液壓泵,將機械能轉換成壓力能,然後再將壓力能轉換成機械能,比一般機械直接傳動多出一道轉換過程,所以能量損失較大、效率較低。

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