章液压系统基本原理介绍液压基本概念

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。
在實際計算中尚須考慮其泵效率，故其修正後泵 的輸入功率如公式中 4-8所示。
4- 7
4- 7
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。
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- 6
4- 6
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。
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。
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。
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，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。
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：
由上式知
在增壓器上壓力
的大小與截面積
成反比。
4- 5
4- 5
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。
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- 2
4- 2
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。
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.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。
5.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。
為何使用油？水是否也可以呢？當然也可以，利
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。
由公式 4-3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- 3 4- 4
4- 3 4- 4
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A3<A2，因此P3>P2達到增 壓作用。
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。，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。
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。
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。