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液压缸

翁德沃彭:

  • 液压缸
  • 计算每搏输出量
  • 计算系统压力
  • 计算体积流量
  • 计算功率

液压缸:
液压缸由包含活塞和活塞杆的壳体组成。 其操作基于帕斯卡定律,这已经被描述过。 液压油从一侧被泵入气缸,导致活塞做直线运动。 液压缸可以传递非常大的力。 下图展示了双作用气缸的三种情况:

  • 答:活塞与活塞杆位于最左边的位置。 
  • B:液压油通过油缸的左侧连接供给。 流体将活塞推向右侧。 活塞右侧的液体通过右侧连接排入气缸。
  • C:活塞位于最右位置。

在活塞杆侧(上图中右侧),液压油压在活塞上的表面积较小。

下图显示了挖掘机的机构。 铰链、杠杆和单独操作的液压缸的组合确保了挖掘机铲斗的机动性非常好。 气缸为双作用类型:通过改变进出气缸的流体方向,活塞沿另一个方向移动。

除双作用气缸外,还有:

  • 单作用气缸:这种类型的气缸包含一个液压连接。 活塞后面的弹簧提供返回冲程。
  • 带液压缓冲的气缸:活塞运动在冲程末端被制动。
  • 伸缩油缸:多个油缸推在一起,伸出时可产生较大的工作长度。 由于采用伸缩式设计,缩回时安装空间相对较小。

计算每搏输出量:
由于气缸的设计不同,其应用也多种多样:当活塞杆必须施加很大的力时,活塞杆的直径较大,活塞、气缸以及气缸内的流体体积也较大。 尺寸取决于安装位置和气缸的应用。 我们遇到以下维度:

  • 活塞直径 (D)
  • 杆直径 (d)
  • 活塞行程

下图显示了包含活塞和活塞杆的气缸。 缩写的解释显示在图像旁边。

验证:

  • D = 活塞直径
  • d = 杆直径
  • s = 行程
  • Az = 活塞面积
  • Ar = 环面积
  • Ast = 杆面积
  • Vz = 活塞侧体积
  • Vr = 杆侧体积

根据活塞和气缸的尺寸,我们可以计算活塞侧的排量 (Vz)。 为此,我们需要活塞的表面积 (Az),并将该数字乘以冲程。 当Az未知时,我们可以用以下公式计算面积:

要确定活塞右侧的行程公式,我们必须减去活塞杆的面积。 出现以下公式:

利用这些公式,我们将计算下面圆柱体的扫过体积。

我们将计算完全伸展状态下活塞侧扫气体积的数据输入到公式中。 最终答案以立方米为单位,因为它是一个体积。 我们将最后的答案转换为科学记数法。

然后,我们输入杆侧的数据来计算活塞完全缩回时的流体体积。 我们最终得到的流体体积较小,因为该空间被活塞杆占据。 我们还将这个答案转换为科学记数法。

对于具有相同直径的连续活塞杆的气缸,确定流体流量更容易:输入体积流量等于输出体积。

计算系统压力:
气缸内将活塞向右推动的压力作用在活塞表面 Az 上。 如果我们知道活塞施加在需要移动的物体上的力,我们就可以计算出这个压力。 该力为 10 kN (10.000 N)。 为了方便起见,我们使用上一节中剩余的活塞和气缸数据。

我们用以下公式计算气缸内的压力。 力 F 已知(10.000 N),但活塞的表面积仍然未知。

所以我们首先计算活塞的表面积:

现在我们知道了活塞的表面积,我们可以计算压力:

通过将 F(牛顿)除以 A(平方米),我们可以得到以牛顿每平方米 [N/m²] 为单位的答案。 这等于帕斯卡,因为 1 Pa = 1 N/m²。
通过将帕斯卡数除以 100.000,我们可以得到柱数。 我们在上面公式的答案中看到了这一点。

计算体积流量:
我们可以通过将已知数据除以活塞完成完整冲程的时间来计算体积流量。 我们将此时间 (t) 设置为 5 秒。

我们用以下公式计算体积流量:

计算功率:
最后,我们可以计算出将圆柱体从左向右移动所需的功率。 为此,我们将系统压力乘以体积流量。 计算如下所示。

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