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液壓基礎知識連載（三）

復習前兩部分中所學的知識，讓我們更深入地學習液壓學的知識。

第三部分

液壓原理和液壓設備

第1節

能量（壓力）損失

為了了解液壓系統，另一個必須考慮的重要因素是液壓系統中的能量（壓力）損耗。
例如，流動阻力會引起液壓油的壓力下降，導致能量損失。
現在，讓我們研究這方面的細節。

外磨擦形成的流動阻力
油通過管道時，磨擦造成壓力下降。
在以下場合，壓力損失會進一步加大。

其它因素造成的壓力損失

除了磨擦造成的壓力損失之外，改變流動方向和改變油通道的截面面積也會產生壓力損失。

這些在液壓系統的彎管、T型接頭、錐形管道和閥口等處產生嚴重的渦流和碰撞。

孔口液流

正如我們曾經說過的，壓力損失更大程度上出現在油流動受阻時。
孔口是一種經常被有目的地置于液壓回路中，以產生壓差的阻攔方式。
通常只要有流動，孔口就會有壓力差。
但是，如果我們在遠離孔口位置截斷油流，帕斯卡定律就會實現，兩側壓力便相等。

能量損耗

你已經知道，液壓系統中有許多管道，連接件(接頭)和閥。

某些能量（壓力）是在執行動作之前，在油從一處流向另一處的過程中被損失的。
因此，請注意，油流過的管道、接頭和閥越多，能量損失就越大。

能量損耗轉換成熱量

壓力損失引起的能量損耗將轉換成熱量。油流速度增大，油粘度提高，硬管和軟管長度延伸以及任何此類變化都會增大阻力，造成過熱。

為了避免這一問題，供調換的配件應該與原零件相同。

第2節

泵的效率

液壓泵的效率
我們已在前一課本中說過，液壓泵將機械能轉變成液壓能。
泵的效率和它的運行一樣重要，是檢驗泵的性能的要點之一。泵的效率意味著它工作能力的優劣。

有三種泵效率額定值

容積效率
轉矩（機械）效率
總效率

容積效率

容積效率是泵的實際輸出流量和理論輸出流量之間的比率。事實上，泵的實際輸出流量始終小于理論輸出流量。它通常以百分比表示。
流量的損失由泵工作零件間隙造成的泵的內部泄漏引起。
有些間隙是設計中考慮到潤滑零件時用的。
高精度公差配合的零件磨損時，將會造成更多的內部泄漏。
我們把內部泄漏增加看作是效率損失。

轉矩（機械）效率
轉矩（機械）效率是實際泵輸出轉矩和輸入轉矩之比。
實際泵輸出轉矩始終小于輸入轉矩。這種損失由于泵的運動零件間的磨擦造成。

總效率

總效率是泵輸出的液壓能和輸入的機械能的比率。
這是容積效率和扭矩效率兩者的乘積。換句話說，泵的總效率可以用輸出馬力除以輸入馬力來表示。輸出功率小于輸入功率，因為由于磨擦和內部泄漏，泵的效率受到損失。
 
一般而言，齒輪泵和柱塞泵的效率范圍為75%至95%。
通常，柱塞泵效率根據較高一邊確定，齒輪泵效率根據較低一邊確定。

泵的驅動功率

由于前面提及的原因，驅動泵需要的功率必須高于輸出功率。

這里是一臺輸出功率100馬力的泵的例子。
如果泵的效率是80%，驅動它需要的功率是125馬力。
輸入功率= = 125HP
換句話說，需要125馬力的發動機驅動效率為80%，
輸出功率100馬力的泵。

第3節

泵的故障

什么降低了泵的效率？
被污染的油是大的敵人，它能以多種方式損壞泵。
油液中的碎屑、砂粒等對泵中的精密配合零件起研磨的作用。
這會導致零件的異常磨損，從而增大內部泄漏，終降低泵的效率。
 
泄漏通道
使泄漏油回到油箱的通道叫做泄漏通道。

第4節

泵的氣穴現象

氣穴什么時候發生？
當油不能*補充至泵中時，會產生氣穴現象。
這就會在油中留下對泵有害的氣泡。
假定泵入口管道較窄，那么它會引起輸入油的壓力降低。
壓力降低時，油不能像它被泵出時那樣快速補充到泵內。
結果是，在輸入油中形成了氣穴或空腔。

液壓油中的空氣

這種壓力下降使溶解在液壓油中的空氣分離出來，從而產生氣穴。
當帶有氣泡的液壓油被帶到泵的高壓區時，高壓會使氣泡崩潰。
這就形成了一種類似于爆裂的作用，它使泵元件表面的金屬剝落，并造成異常響聲和泵的異常振動。

爆裂效應

破壞瞬時出現，并發生很劇烈的爆裂。
這種爆裂產生的壓力達1,000kgf/cm2，它剝落泵零件上的金屬微粒。
如果泵總是出現氣穴現象，則泵將受到嚴重損壞。

第5節

液壓馬達

概要
與泵相比，馬達以相反方式工作。
泵驅動液壓油，而馬達則被液壓油驅動。
馬達將液壓能轉變成機械能進行工作。

馬達效率

像液壓泵一樣，馬達效率和它的運行一樣重要。
容積效率是檢驗馬達性能的要點之一。
內泄漏由于馬達工作零件間的間隙而出現。某些間隙被設計成用以潤滑零件。高精度公差配合的馬達零件開始磨損時，將會發生更多的內泄漏。
我們把內泄漏的增加看作是效率損失。

馬達性能檢驗

正如我們已經說過的，允許泄漏油返回油箱的通道叫做泄漏通道。
這使我們有了一種將從馬達殼體泄漏的實際油量與測試標準油量作比較以檢驗馬達性能的方法。泄漏量越大，能量損失越大，從而造成了馬達性能降低。

第6節

液壓缸
 
液壓缸泄漏—外部泄漏
活塞桿伸出時，它可能沾上臟物和異物。當活塞桿縮回時，它將臟物帶進液壓缸，損壞缸頭密封件。這就是為什么通常在缸頭安裝活塞桿刮油密封圈（或防塵
圈），液壓缸縮回時用以清潔活塞桿的原因。如果活塞桿四周漏油，則必須更換全部缸頭密封組件。

液壓缸泄漏—內部泄漏

液壓缸活塞密封裝置的泄漏可引起液壓缸在載荷作用下動作緩慢甚至停止。
活塞密封裝置或活塞環磨損，或缸筒內表面拉毛均可造成活塞處泄漏。
后一個問題可能由油中的臟物和顆粒物引起。

動作緩慢

液壓缸中的空氣是動作緩慢的常見原因，特別是在安裝新液壓缸時。
必須排除所有殘留的空氣。

液壓缸漂移

如果液壓缸在行程中間位置停止時發生漂移，應檢查內部是否泄漏。其它原因可能是控制閥磨損或溢流閥故障。


活塞桿毛口/銹蝕
裸露的活塞桿會由于與堅硬的物體碰撞而受到損壞。如果損壞了活塞桿的光滑表面，則密封件可能損壞。應使用油石打磨連桿毛口。
另一個問題是活塞桿的銹蝕。
存放液壓缸時，應將活塞桿縮回以防止它們銹蝕。

第7節

閥

上一卷教材只談到了閥的基本知識例如操作中的差異等。
現在讓我們學習一些與壓力控制閥有關的技術術語。
 
開啟壓力和全流壓力（或調定壓力）
開啟壓力是溢流閥開始打開時的壓力。
全流壓力是溢流閥通過全流量時的壓力。
全流壓力比開啟壓力略高。通常以全流壓力作為溢流閥的調定壓力。

靜態調壓偏差

正如我們曾經說過的，全流壓力比開啟壓力略高。
這是因為隨著閥芯逐步打開，彈簧壓力增大。這一狀態叫做靜態調壓偏差，它是結構簡單的直動式溢流閥的一種缺點。

開啟壓力和靜態調壓偏差

在上一卷課本中我們了解到有兩種溢流閥：直動式溢流閥和先導式溢流閥。
讓我們看一下這兩種閥的靜態調壓偏差的特點。
先導式溢流閥比直動式溢流閥的靜態調壓偏差小。
插圖對這兩種閥作了比較。
插圖中的直動式溢流閥以大約一半的全流壓力開始打開，先導式溢流閥以大約90%的全流壓力打開。

哪一種閥更好？

先導式溢流閥適用于高壓、大流量系統。由于這種閥幾乎在全流壓力時才開啟閥芯，因此系統效率得到了保護—溢流的油較少。

盡管操作比直動式緩慢，但是溢流過程中，先導式溢流閥使系統保持更穩定的壓力。

第8節

平衡閥

平衡閥是什么？
平衡閥用于液壓馬達回路中，它可在操作過程中產生，用于控制的背壓，并且當回路處于中位時用于制動馬達。


用于KH系列機型（液壓起重機）的平衡閥
平衡閥通常是配備內部單向閥的常閉式壓力控制閥。當泵排出的油流向起升馬達以降低負載時，馬達由其負載的慣性驅動，換而言之，當馬達由于載荷和重力原因試圖超速運轉時，平衡閥形成背壓，防止載荷自由下落。內部單向閥允許液壓油倒流并以相反方向轉動馬達，提升負載。

UH系列機型（液壓挖掘機）的平衡閥

配備平衡閥的目的是保證平穩啟動和對回轉/行走速度的加速，它也可防止馬達發生氣穴。
該閥保持泵出油管路中的壓力，始終高于馬達出油管路中的壓力。
任何由于負載慣性引起的馬達超速運轉都會在泵出油管路中引起瞬時壓力下降，閥芯會立即關閉馬達出油管路，直至在泵出油管路中形成壓力。

第9節

閥的維護
 
使閥保持良好狀態
眾所周之，閥的生產工藝精密，才能十分地控制液壓系統中油的壓力、方向以及流量。
因此，必須仔細安裝并使閥保持良好的狀態。

閥的故障原因

液壓油中的臟物等污染物是閥產生故障的主要原因。
少量臟物、纖維屑、銹跡或金屬碎屑可以引起故障和閥的零件廣泛的損壞。
這些污染物會造成閥芯咬死，小孔堵塞，或配合表面磨損直至閥芯泄漏。
如果用戶小心防止污染物進入系統，則可以排除這種故障形成。

需要注意的要點

排除故障和修理時，應仔細檢查以下各點。

壓力控制閥—溢流閥
檢查配合部位（閥座和提動頭）是否泄漏和磨損。
檢查閥座上的柱塞是否咬死。
檢查O形圈是否損壞。
檢查孔口是否堵塞。

方向控制閥

檢查閥桿和閥座是否有毛口和磨損。
檢查油封是否泄漏。
檢查邊緣部位是否有毛刺。
檢查閥桿表面是否磨損。

方向控制閥閥桿以配合偶件形式安裝在閥座內。
這樣可以在閥座和閥桿之間實現緊密的配合，實現小內泄漏和大閉鎖能力。因此，務必將閥桿裝入與之相對應的閥座中。