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油壓缸

科目:

  • 油壓缸
  • 計算每搏輸出量
  • 計算系統壓力
  • 計算體積流量
  • 計算功率

液壓缸:
液壓缸由包含活塞和活塞桿的殼體組成。 其操作基於帕斯卡定律,這已經被描述過。 液壓油從一側被泵入氣缸,導致活塞做直線運動。 液壓缸可以傳遞非常大的力道。 下圖展示了雙作用氣壓缸的三種情況:

  • 答:活塞與活塞桿位於最左邊的位置。 
  • B:液壓油通過油缸的左側連接供給。 流體將活塞推向右側。 活塞右側的液體透過右側連接排入汽缸。
  • C:活塞位於最右位置。

在活塞桿側(上圖右側),液壓油壓在活塞上的表面積較小。

下圖顯示了挖掘機的機構。 鉸鏈、槓桿和單獨操作的液壓缸的組合確保了挖土機鏟鬥的機動性非常好。 氣缸為雙作用類型:透過改變進出氣缸的流體方向,活塞沿著另一個方向移動。

除雙作用氣壓缸外,還有:

  • 單作用氣壓缸:這種類型的汽缸包含一個液壓連接。 活塞後面的彈簧提供返回衝程。
  • 液壓緩衝的汽缸:活塞運動在衝程末端被煞車。
  • 伸縮油缸:多個油缸推在一起,伸出時可產生較大的工作長度。 由於採用伸縮式設計,縮回時安裝空間相對較小。

計算每搏輸出量:
由於汽缸的設計不同,其應用也多種多樣:當活塞桿必須施加很大的力時,活塞桿的直徑較大,活塞、汽缸以及汽缸內的流體體積也較大。 尺寸取決於安裝位置和氣缸的應用。 我們遇到以下維度:

  • 活塞直徑 (D)
  • 桿直徑 (d)
  • 活塞行程

下圖顯示了包含活塞和活塞桿的汽缸。 縮寫的解釋顯示在圖像旁邊。

宣言:

  • D = 活塞直徑
  • d = 桿直徑
  • s = 行程
  • Az = 活塞面積
  • Ar = 環面積
  • Ast = 桿面積
  • Vz = 活塞側體積
  • Vr = 桿側體積

根據活塞和汽缸的尺寸,我們可以計算活塞側的排氣量 (Vz)。 為此,我們需要活塞的表面積 (Az),並將該數字乘以衝程。 當Az未知時,我們可以用以下公式計算面積:

要確定活塞右側的行程公式,我們必須減去活塞桿的面積。 出現以下公式:

利用這些公式,我們將計算下面圓柱體的掃過體積。

我們將計算完全伸展狀態下活塞側掃氣體積的資料輸入公式中。 最終答案以立方米為單位,因為它是一個體積。 我們將最後的答案轉換為科學記數法。

然後,我們輸入桿側的數據來計算活塞完全縮回時的流體體積。 我們最終得到的流體體積較小,因為該空間被活塞桿佔據。 我們也將這個答案轉換成科學記數法。

對於具有相同直徑的連續活塞桿的氣缸,確定流體流量更容易:輸入體積流量等於輸出體積。

計算系統壓力:
汽缸內將活塞向右推的壓力作用在活塞表面 Az 上。 如果我們知道活塞施加在需要移動的物體上的力,我們就可以計算出這個壓力。 該力為 10 kN (10.000 N)。 為了方便起見,我們使用上一節剩餘的活塞和汽缸資料。

我們用以下公式計算氣缸內的壓力。 力 F 已知(10.000 N),但活塞的表面積仍未知。

所以我們先計算活塞的表面積:

現在我們知道了活塞的表面積,我們可以計算壓力:

將 F(牛頓)除以 A(平方公尺),我們可以得到以牛頓每平方公尺 [N/m²] 為單位的答案。 這等於帕斯卡,因為 1 Pa = 1 N/m²。
將帕斯卡數除以 100.000,我們可以得到柱數。 我們在上面公式的答案中看到了這一點。

計算體積流量:
我們可以將已知資料除以活塞完成完整衝程的時間來計算體積流量。 我們將此時間 (t) 設定為 5 秒。

我們用以下公式計算體積流量:

計算功率:
最後,我們可以計算出將圓柱體從左向右移動所需的功率。 為此,我們將系統壓力乘以體積流量。 計算如下圖所示。

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