液壓系統基礎——力、壓力、承壓面積三者間的關系

本小節主要介紹液壓系統中力、壓力、承壓面積三者間的關系。
1、帕斯卡定理帕斯卡定理可表述為：施加于靜止液體上某一點處的壓強，會同時、等值、且沿各個不同的方向傳遞。如圖9中的三個壓力表所示，無桿腔中的壓力處處相等。

圖9
2、壓力液壓系統中，壓力是由阻力產生的，我們稱之為動壓。而由于重力引起的壓力，我們稱之為靜壓。

圖10
靜態壓力是表示當流體想要運動時卻受到了限制，不能發生流動。如圖11所示，重物受重力的作用，將活塞桿向下壓。但是由于前端的控制閥處于關閉狀態，使得活塞桿無法下落。因此，被困在液壓缸無桿腔中的油液獲得重物的勢能，獲得的能量我們可以通過壓力表以壓力的形式中度量出來。

圖11
另一方面，動態壓力與流體的動能有關。因此，當流體所受阻力增大時，動態壓力就增大。請看圖12中的演示：當不斷減小節流口的通流面積時，壓力表的讀數不斷增加；當不斷增大節流口的通流面積時，壓力表的讀數不斷減小。

圖12
有一點需要說明，當流體經過節流口時，由于摩擦等損失的存在，會導致節流口前后存在壓力差。也就是說當流體經過節流口時，存在能量損失。當流體經過節流斷面時，流速是最大的，即流速的增加伴隨著節流斷面處壓力的大大降低。當流體流過節流斷面之后，擴展進入更大的區域，速度下降，壓力增加。但下游壓力不會完全恢復到上游的壓力（對比前后兩個壓力表的讀數），這是由于較大內部紊流       和能量消耗的結果。

圖13
3、伯努利定理在能量的基礎那一小節，我們講過，一個系統的總能量必須保持恒定。伯努利原理指出，當流體的動能（流體速度）減小時，那么它的壓力能（壓力）則必然增大。（該定理的前提是忽略流體的粘性損失）通過圖14可以直觀理解該原理：當減小管路中間部位的管徑時，該處流速不斷增加，但是壓力表的數值不斷減小。當增大管路中間部位的管徑時，該處流速不斷減小，但是壓力表的數值不斷增加。

圖14
4、面積圓的面積計算公式為：A=πr2
這個用不著多說。在液壓系統中，我們最關心的是與流體相接觸的零部件的面積。比如圖15中，液壓缸的活塞面積。

圖15
5、FPA 三角形如圖16所示，我們稱之為FPA三角形，它可以很直觀的展示液壓系統中力、壓力以及被驅動面積三者之間的關系。

圖16
下面我們就來看看如何應用這個FPA三角形。如果我們知道了系統壓力P和液壓缸活塞的面積A，那么我們就可以求出系統所傳遞的力F的大小。如圖17所示，知道了系統壓力P=250psi，活塞面積A=10in2，就可算出力F的大小為2500lbf（lbf表示英制單位，磅力）。

圖17
如果我們知道了系統壓力P和系統所傳遞的力F的大小，那么我們就可以求出活塞面積A的大小。如圖18所示，知道了系統壓力P=325psi，力F=2000lbf（lbf表示英制單位，磅力），就可算出活塞面積A的大小為6.15in2。

圖18
如果我們知道了系統所傳遞的力F的大小和活塞面積A的大小，那么我們就可以求出系統壓力P的大小。如圖19所示，知道力F=2000lbf（lbf表示英制單位，磅力）,活塞面積A=10in2，就可算出系統壓力P的大小為200psi。

圖19
6、力的放大作用如圖20所示，在左側液壓缸的小活塞底部施加一個較小的力，那么右側液壓缸就可以獲得一個較大的舉升力。從圖中可知，該力被放大了5倍之多。

圖20

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