液壓原理在一定的機械、電子系統內，依靠液體介質的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大，實現機械功能的輕巧化、科學化、最大化。利用液壓原理，可以構建液壓傳動系統，也可以構建液壓控制系統。液壓回路的基本機能在於以液體壓力能的形式進行容易控制的能量傳遞。
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第一部分 液壓原理
壓力和流動
壓力和流動的作用
在液壓基礎研究中，我們將談及以下內容：力，能量轉移，功和動力，所有這參數將在與之相關的壓力和流動中談到。壓力和流動是每一個液壓系統中的兩種主要參量。壓力和流動互相關連，但是各自完成任務不同。
什麼是壓力 ？
讓我們考慮一下壓力是為什麼和如何形成的。流體(氣體或液體)受擠壓時會膨脹併產生作用力。這就是壓力。當你把空氣注入輪胎時，則產生了壓力。你連續將越來越多的空氣注入輪胎，當輪胎充滿氣體時，內部不再需要空氣，而氣體仍不斷進入，氣體將向外推動輪胎壁，這種推力就是壓力的一種形式。然而，空氣是一種氣體，因此它可以被壓縮。
壓縮空氣以各點相等的力向外推動輪胎壁，當所有流體處於壓力之下時，情況也是如此。主要差別是，氣體可作較大的壓縮，液體則只能作微量壓縮。
密閉流體的壓力
如果您推動密閉的液體，則產生壓力。像輪胎中空氣的例子一樣，這種壓力在裝有液體容器的各點上是相等的。如果壓力太大，容器會破裂；
因為各點的壓力是相同的，所以容器會在其最薄弱之處破裂，而不是在壓力最大之處破裂。
密閉液體可用於管路中沿著轉角，向上向下的傳遞動力，因為液體幾乎是不可壓縮的，動力傳送可以立即發生。
大部分液壓系統使用油，這是由於油幾乎是不可壓縮的。同時，油可以在液壓系統中起潤滑劑作用。
壓力和力的關係
在帕斯卡定律中，壓力和力之間有兩個重要關係，它們是以下兩項等式：
液壓槓桿
在下圖所示的活塞模型中，你可以看到通過液壓槓桿互相平衡重量的例子。
帕斯卡類似這一例子的發現是，只要活塞面積與重量成比例，小活塞上的小重量就可以平衡大活塞上的大重量。他的這一發現可以利用密閉液體證實。其原因是，液體在相同的面積上作用著相同的力。
在插圖中，你看到的是 2 公斤重量和 100 公斤重量。2公斤重量的作用面積是 1 平方釐米，因此其壓力為 2公斤/平方釐米；另一重量是 100 公斤，其作用面積是50 平方釐米，因此它的壓力也是 2 公斤/平方釐米；結果是兩個重量平衡。這就是一種類型的液體槓桿。
機械槓桿
可以利用以下插圖中的機械槓桿例子說明相同的情況。
1 公斤的貓坐在距槓桿支點 5 米的位置，它與坐在距槓桿支點一米位置的 5 公的貓可以使槓桿平衡，就像液壓槓桿中的平衡重量一樣。
液壓槓桿中的能量傳遞
務必牢記，流體在相同的作用面積上的作用力相同。
在工作狀態中，這一規律對我們大有幫助。如果我們有兩隻尺寸完全相同的油缸，因為每隻活塞的面積相等，所以當我們以 10 公斤的力向下按動一隻活塞時，它使另一隻活塞產生 10 公斤的上推力。如果面積不相等，則力也不相等。
例如，假定系統另一端大活塞的表面面積為 50 平方釐米，小活塞的面積為 1 平方釐米，當我們將 10 公斤的力作用於較小的活塞時，根據帕斯卡定律，它將
產生 10 公斤/平方釐米的壓力作用於大活塞的每一個部分，因此，大活塞接受總共為 500 公斤的力。我們以這種方式利用壓力傳遞能量，並使之為我們工作。
這種能量傳遞過程中十分重要的一點是力和距離之間的關係。記住，在機械槓桿中，施加相等的力時，較輕的重量需要更長的槓桿。要使 5 公斤的貓提高 10 釐米，1 公斤的貓必須向槓桿下方移動 50 釐米。
讓我們再看一下液壓槓桿插圖，並考慮較小活塞移動的距離。需要較小的油缸產生 50 釐米的行程傳遞足夠的液體使大油缸移動 1 釐米。
流動產生運動
什麼是流動？
當液壓系統的兩點上有不同的壓力時，流體流動至壓力較低的一點上。這種流體運動叫做流動。
這裡舉一些流動的例子。城市水廠在我們的水管中形成壓力或水位差。我們打
開龍頭時，壓力差異將水壓出。
液壓系統中的泵產生流量。
這一裝置連續推出液壓油。
速率和流量
速率和流量是測量流動的兩個參數。
速率是液體通過規定點流動的速度。
流量是指在規定的時間內有多少液體流經某一點。
流量和速度
在液壓油缸中，可以很容易地看到流量和速度之間的關係。
我們必須首先考慮需要加註的油缸容量，然後再考慮活塞的運動距離。
這裡油缸 A 為兩米長，容量 10 升，油缸 B 只有 1米長，但是容量也是 10 升。如果我們每分鐘將 10升液體泵入每一個油缸，兩活塞將在一分鐘內完成它們的全部行程；在這種情況下，油缸 A 中的活塞運動速度快是油缸 B 的兩倍。這是因為在相同時間內它有兩倍於 B 油缸的距離移動。
這告訴我們，當兩者流量相同時，小筒徑油缸運動速度比大筒徑油缸更快。如果我們把流量提高到 20 升/分鐘，將可以用一半的時間加註油缸室。活塞速度也將快兩倍。
因此，我們有兩種方法加快油缸速度。一是減小油缸尺寸，二是增大油缸流量。這樣，油缸速度和流量成正比例，而和活塞面積成反比例。
壓力和力
壓力的形式
如果你按動一裝滿液體容器的塞頭，液體將止動塞頭。按動塞頭受到液體的抵抗力與容器各邊受到的力相同。如果繼續越發用力地按動塞頭，則容器會遭到破壞。
最小阻力通道
如果您有一充滿液體的容器，並且在容器一側開一孔口，當你按動頂部，液體便會從此流出。這是因為孔口是唯一沒有阻力的點。
我們說當力作用於密閉液體時，液體將從阻力最小的部位流出。
油壓設備的故障
受壓液體的以上特點在液壓設備中十分有用，但是這也是大部分液壓故障的根源。例如，如果你的系統中有洩漏，受壓液體將從這裡流出，因為液體始終在尋找最易於流動的方向。配合部位鬆動或損壞之密封部位的油洩漏即為典型例子。
自然壓力
我們談到了壓力和流動，但是壓力常常在沒有流動的情況下存在。
重力就是很好的例子。如果我們有如下圖所示的三個相連的不同水位的容器，重力使內部液體處於同一水平之上。這是我們可以在液壓系統中利用的另一條原理。
重力的作用
重力產生的壓力把油箱中的油壓入泵。油不是象許多人想像的那樣被泵“吸入”的。泵工作把油推出。通常所說的泵的吸油過程，意指重力將油推入泵。
液體的重量
液體重量也產生壓力。潛入海中的潛水員會告訴你，他們不能潛得太深。如果他們潛得太深，壓力會使他們受到傷害。這種壓力來自水的重量。因此，還存在一種來自液體本身重量的壓力。
壓力與深度成比例增大，我們可以精確計算任何深度的壓力。插圖中，你可以看到高度為 10 米的一平方米水柱。
大家知道，一立方米水重量為 1,000 公斤。用水柱高度10 米乘以這一數量，得到的總重量是 10,000 公斤。底部面積是一平方米。這樣，重量分佈在 10,000 平方釐米之上。如果我們把總量10,000公斤除以10,000平方釐米，我們可以發現，這一深度的壓力是每平方釐米 1 公斤。
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