液壓系統是什麼原理,為何通過很小的力產生很大的力?

液壓系統是利用流體靜力學中的帕斯卡定律，使用油或者其他液體，把壓力在液體中傳遞，從而實現小壓力控制大壓力，有點類似槓桿原理。
液體的可壓縮性一般非常小，於是在流體靜力學中，均認為液體是不可壓縮的；在不可壓縮的靜止液體中，任何一點受到外力產生的效果，會瞬間傳遞到流體的各點，這就是帕斯卡定律。液壓技術的特性適合各種機械和設備的自動化、高性能、大容量、體積小、重量輕等方面的要求。為何液壓可以通過很小的力產生很大的力？

 

根據帕斯卡定律，對於如圖的兩個連通液面，任一水平面上的壓強必然是相等，如果兩個活塞處於同一水平線，那麼活塞所受壓強就有：

P1=P2；

根據壓強公式有：P=F/S

F1/S1=F2/S2;

既是：

F1/F2=S1/S2=C;

可見，兩個活塞所受壓力之比，等於活塞面積之比，而且與壓強的大小無關；利用這個原理，我們就可以使用較小的力，來產生較大的力，付出的代價就是較小的力位移更大，類似槓桿原理。

一個完整的液壓系統由五個部分組成，即動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。動力元件的作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，指液壓系統中的油泵，它向整個液壓系統提供動力

在液壓系統中，以水作為介質的叫做水壓機，以油作為介質的叫做油壓機，由於液壓機內的壓力都很高，所以可以把重力造成的壓差忽略掉。

液壓系統在很多地方有應用，而且容易實現無級操控和高精度操控，比如其中一種千斤頂，就使用了液壓原理，如下圖

液壓機是液壓原理的一大應用，可以產生100Mpa以上的超高壓，以及數百噸大的壓力，是重工業生產當中的重要設備。

液壓泵是為液壓傳動提供加壓液體的一種液壓元件，是泵的一種。雖然不同類型的液壓泵的結構大不相同，但是在安裝、使用維護方面存在許多共同點，如果不規範操作的話，可能會導致故障的發生。

液壓泵的功能是把動力機（如電動機和內燃機等）的機械能轉換成液體的壓力能。輸出流量可以根據需要來調節的稱為變量泵，流量不能調節的稱為定量泵。

雖然液壓泵的結構大不相同，但是在安裝與使用方面存在許多共同點。

常用液壓泵的種類

一、按流量是否可調節可分為：變量泵和定量泵。輸出流量可以根據需要來調節的稱為變量泵，流量不能調節的稱為定量泵。

二、按液壓系統中常用的泵結構分為：齒輪泵、葉片泵和柱塞泵3種。

齒輪泵：體積較小，結構較簡單，對油的清潔度要求不嚴，價格較便宜；但泵軸受不平衡力，磨損嚴重，洩漏較大。

葉片泵：分為雙作用葉片泵和單作用葉片泵。這種泵流量均勻、運轉平穩、噪音小、作壓力和容積效率比齒輪泵高、結構比齒輪泵複雜。

柱塞泵：容積效率高、洩漏小、可在高壓下工作、大多用於大功率液壓系統；但結構複雜，材料和加工精度要求高、價格貴、對油的清潔度要求高。

一般在齒輪泵和葉片泵不能滿足要求時才用柱塞泵。還有一些其他形式的液壓泵，如螺杆泵等，但應用不如上述3種普遍。

液壓泵連接注意事項

一、液壓泵可以用支座或法蘭安裝，泵和原動機應採用共同的基礎支座，法蘭和基礎都應有足夠的剛性。特別注意:流量大於(或等於)160L/min的柱塞泵，不宜安裝在油箱上。

二、液壓泵和原動機輸出軸間應採用彈性聯軸器連接，嚴禁在液壓泵軸上安裝帶輪或齒輪驅動液壓泵，若一定要用帶輪或齒輪與泵連接，則應加一對支座來安裝帶輪或齒輪，該支座與泵軸的同軸度誤差應不大於Φ0.05mm。

三、吸油管要儘量短、直、大、厚，吸油管路一般需設置公稱流量不小於泵流量2倍的粗過濾器(過濾精度一般為80～180μm)。液壓泵的洩油管應直接接油箱，回油背壓應不大於0.05MPa。油泵的吸油管口、回油管口均需在油箱最低油麵200mm以下。特別注意在柱塞泵吸油管道上不允許安裝濾油器，吸油管道上的截止閥通徑應比吸油管道通徑大一擋，吸油管四、液壓泵進、出油口應安裝牢固，密封裝置要可靠，否則會產生吸入空氣或漏油的現象，影響液壓泵的性能。

五、液壓泵自吸高度不超過500mm(或進口真空度不超過0.03MPa)，若採用補油泵供油，供油壓力不得超過0.5MPa，當供油壓力超過0.5MPa時，要改用耐壓密封圈。對於柱塞泵，應儘量採用倒灌自吸方式。

六、液壓泵裝機前應檢查安裝孔的深度是否大於泵的軸伸長度，防止產生頂軸現象，否則將燒毀泵。

液壓泵使用注意事項

一、液壓泵啟動時應先點動數次，油流方向和聲音都正常後，在低壓下運轉5～10min，然後投入正常運行。柱塞泵啟動前，必須通過殼上的洩油口向泵內灌滿清潔的工作油。

二、油的黏度受溫度影響而變化，油溫升高黏度隨之降低，故油溫要求保持在60℃以下，為使液壓泵在不同的工作溫度下能夠穩定工作，所選的油液應具有黏度受溫度變化影響較小的油溫特性，以及較好的化學穩定性、抗泡沫性能等。推薦使用L-HM32或L-HM46(GB11118.1—94)抗磨液壓油。

三、油液必須潔淨、不得混有機械雜質和腐蝕物質，吸油管路上無過濾裝置的液壓系統，必須經濾油車(過濾精度小於25μm)加油至油箱。

四、 液壓泵的最高壓力和最高轉速，是指在使用中短暫時間內允許的峰值，應避免長期使用，否則將影響液壓泵的壽命。

五、液壓泵的正常工作油溫為15～65℃，泵殼上的最高溫度一般比油箱內泵入口處的油溫高10～20℃，當油箱內油溫達65℃時，泵殼上最高溫度不超過75～85℃。

更換液壓泵後的注意事項

隨時注意異常現象的發現

異常聲音、振動或監視系統異常信號等，必定有其原因，一發現有異常現象時，即刻找來迴路圖，按圖索驥，小心觀察異常現象是否為一時錯誤所造成。評估需不需要停車處理。舉凡壓力、負荷、溫度、時間、起動時、停止時都包含了可能產生異常現象之原因。平時即應逐項分析研討。

液壓泵起動後勿立即加給負荷

液壓泵在啟動後須實施一段時間無負荷空轉（約10分鐘~30分鐘），尤其氣溫很低時，更須經溫車過程，使液壓迴路循環正常再加予負載，並確認運轉狀況。

觀察油溫變化

注意檢查最高和最低油溫變化狀況，並查出油溫和外界環境溫度的關係，如此才能知道冷卻器容量、儲油箱容量是否與周遭條件，使用條件互相配合，對冷卻系統的故障排除也才有跡可循。

注意液壓泵的噪音

新的液壓泵初期磨耗少，容易受到氣泡和塵埃的影響，高溫時潤滑不良或使用條件過荷等，都會引起不良後果，使液壓泵發出不正常的影響。

注意檢查計器類的顯示值

隨時觀察液壓迴路的壓力表顯示值，壓力開關燈號等振動情形和安定性，以儘早發現液壓迴路作用是否正常。

注意觀察機械的動作情況（對於改裝泵）

液壓迴路設計不當或組件製造不良，在起始使用階段不容易發現，故應特別注意在各種使用條件下所顯現出的動作狀態。

注意各閥內的調整

充份了解壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥的使用，對調整範圍和極限須特別留意，否則調整錯誤不僅損及機械，更對安全構成威脅。

檢查過濾器的狀態

對迴路中的過濾器應定期取出清理，並檢查濾網之狀態及網上所吸附的汙物，分析質、量和大小，如此可觀察迴路中汙染程度，甚而據此推斷出汙染來源所在。

定期檢查液壓油的變化

每隔一、二個月檢查分析液壓油劣化、變色和汙染程度的變化，以確保液壓傳動媒介的正常。

注意配管部份洩漏情況

液壓裝置配管良否，於運轉一段時間後即可看出，檢察是否漏油，配管是否鬆動。

新機運轉的三個月內應注意運轉狀況

在新機運轉期間內，應把握運轉狀況檢查，例如機件的保養，螺絲是否有鬆動，油溫是否有不正常升高，液壓油是否很快劣化，檢查使用條件是否符合規定等。

液壓泵功率損失原因

液壓泵工作時存在的功率損失有兩種，一種功率損失是容積損失，另一種是機械損失。

造成機械損失的原因

①.液壓泵工作時，各相對運動件，如軸承與軸之間、軸與密封件之間、葉片與泵體內壁之間有機械摩擦，從而產生摩擦阻力損失。這種損失與液壓泵的輸出壓力有關，輸出壓力愈高，則摩擦阻力損失愈大。

②.油液在泵內流動時，由於液體的黏性而產生黏滯阻力，也會造成機械損失。這種損失與油液的黏度、泵的轉速有關，油液越黏、泵的轉速越高，則機械損失越大。

由於上述原因，使泵的實際輸人功率大於理論上需要的功率。液壓泵的理論輸入功率與實際輸入功率的比值稱為機械效率，它表明功率損失的程度。液壓泵的輸出功率與輸入功率的比值稱為液壓泵的總效率。

造成容積損失的原因

①.容積式液壓泵的吸油腔和排油腔在泵內雖然被隔開，但相對運動同總是存在著一定的間隙，因此泵內高壓區內的油液通過間隙必然要洩漏到低壓區。液壓油的黏度愈低、壓力愈高時，洩漏就愈大。

②.液壓泵在吸油過程中，由於吸油阻力太大、油液太粘或泵軸轉速太高等原因都會造成泵的吸空現象，使密封的工作容積不能充滿油液，也就是說液壓泵的工作腔沒有被充分利用。

由於上述原因，使液壓泵有容積損失。

但是，只要泵的設計正確，使用合理，其中的第二種原因造成的損失是可以克服的，即可以減少泵的容積損失。

然而，液壓泵工作時因洩漏所造成的容積損失是不可避免的，也就是泵的容積損失可以近似地看作全部由洩漏造成，使液壓泵的實際流量總小於理論流量

實際流量與理淪流量的比值稱為容積效率，它表示液壓泵容積損失大小的程度。液壓泵的容積效率表示液壓泵容積損失大小的程度。

我們再來看下液壓缸。

液壓缸是一種執行機構，就是將液壓動力轉換為 往復直線運動或者擺線運動，以此來完成某些動作要求液壓缸。它結構簡單、工作可靠。用它來實現往復運動時，可免去減速裝置，並且沒有傳動間隙，運動平穩，因此在各種機械的液壓系統中得到廣泛應用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比;液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞杆、密封裝置、緩衝裝置與排氣裝置組成。緩衝裝置與排氣裝置視具體應用場合而定，其他裝置則必不可少。

液壓缸包含幾下幾種，我們以動態圖展示其原理。

一、差動液壓缸

液壓缸的差動原理，就是兩端同時接供油管路，一端由於活塞杆作用面積要小於另一端，利用差動原理實現運動。

差動連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下，實現快速運動的有效辦法。

二、 單杆液壓缸

單活塞杆液壓缸只有一端有活塞杆。用它來實現往復運動時，可免去減速裝置，並且沒有傳動間隙，運動平穩，因此在各種機械的液壓系統中得到廣泛應用。

特點：

（1）無杆腔進油，有杆腔回油。

（2）有杆腔進油，無杆腔回油。

（3）差動連接—左右兩腔接通，且都通壓力油。

單杆缸三種比較，如下圖所示：

三、單杆式活塞缸

單杆活塞缸的活塞只有一端帶活塞杆，由於單杆活塞缸左、右兩腔的有效面積不等。

四、 雙杆式活塞缸

雙杆活塞缸兩端的杆徑通常是相等的，因此活塞兩端的有效作用面積也相等。

雙杆液壓缸是活塞的兩側都有活塞杆的液壓缸，一般為雙向液壓驅動，可實現等速往復運動。

特點：

（1）無杆腔進油，有杆腔回油。

（2）有杆腔進油，無杆腔回油。

（3）差動連接，左右兩腔接通，且都通壓力油。

五、 氣液增力缸

氣液增力缸也稱氣液增壓缸，一般簡稱增壓缸。氣液增壓缸是結合是氣缸和油缸優點而改進設計的。

應用範圍：壓印標記、彎折型材、模具衝孔、衝切鋼材、型材碰焊、擠模成型、壓平校直、鉚接鍛壓、整型鈑金、緊密裝配、鉚合連接、金屬衝壓。

六、伸縮液壓缸

伸縮式液壓缸是可以得到較長工作行程的，具有多級套筒形活塞杆的液壓缸，又稱多級液壓缸。常用於工程機械和其他行走機械，如起重機、翻鬥汽車等的液壓系統中。

七、柱塞缸

柱塞缸是液壓缸的一種結構形式。單柱塞缸只能實現一個方向運動，反向要靠外力。它特別適用於行程較長的場合。另外柱塞缸又有徑向柱塞缸和軸向柱塞缸之分。