液壓行業(yè)的發(fā)展歷史
很久以前就有利用風(fēng)和水流動的力使某種“機構(gòu)”代擰人進行工作的記載。大約在5000年前就有靠風(fēng)力行駛的船,2000年前就有利用水流力運轉(zhuǎn)的水車。
但是,無論是上面提到的帆船,還是水車利用流體力的方法,都與現(xiàn)在的液壓機構(gòu)不同。
與帆船、水車利用流體力方法一樣的。當(dāng)前用得最多的是汽車的變矩器。
把兩臺電風(fēng)扇相向并列放置,讓一個電風(fēng)扇旋轉(zhuǎn),在其風(fēng)力的帶動下,使另一臺沒接電瀝的電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。液壓變矩器即是應(yīng)用這一原理進行工作的。
壓力機、挖掘機所使用的液壓機構(gòu)利用流體流動力的方式與上面不同,它們是根據(jù)帕斯卡水壓機原理”中流體壓力(靜壓力)進行工作的。
帕斯卡原理是17世紀中期發(fā)現(xiàn)的,然而方便的液壓機構(gòu)的價格到現(xiàn)在達到可以接受的程度,花了將近200年的時間。
1882年有龍門創(chuàng)床往復(fù)運動利用液壓的記載。這與19世紀60年代亨利酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法被廣泛采用聯(lián)系起來,是非常有意思的。那時原本昂貴的鋼用酸性轉(zhuǎn)爐法能以很低的成本大眾生產(chǎn)了。
制造環(huán)壓流體容器必須使用點強度的鋼材,因而可以說價格低的鋼材的大世生產(chǎn)和液壓機械有療很密切的聯(lián)系。
到了1920年液壓泵發(fā)展到一定的水平,能夠很容易地獲得可靠的壓力源。
此后,利用液壓機構(gòu)不但能進行單純的往復(fù)運動。還能自由調(diào)整速度、換向時間等,其使用范闈逐步向磨床、拉床、鉆床擴大。
在第二次世界大戰(zhàn)中。液壓技術(shù)以令人驚奇的速度發(fā)展。液壓機構(gòu)、隨動機構(gòu)在飛機艦船、兵器方面以驚人之勢被開發(fā)、采用。
戰(zhàn)后這些精密的液壓機構(gòu)和隨動機構(gòu)也向一般產(chǎn)業(yè)延伸,得到長足發(fā)展。
在日本,與20世紀50年代產(chǎn)業(yè)復(fù)興相應(yīng)。盛行從海外引進液壓技術(shù),其中從美國引進的最多。
因此,涉及液壓機器和液壓機構(gòu)時。其英語名稱比較混亂。
帕斯卡原理是1654年,帕斯卡(Blaise Pasca,1623~1662年,法國)在31歲時寫的《流體平衡論》種介紹“水壓機的原理”時提出的。
當(dāng)時對“真空是什么”的各種說法很多。在長Im左右的帶底的玻璃管內(nèi)裝滿水銀。將底朝上立在水銀槽中,水銀下降到8個刻度高,此時玻璃管上部殘留的空腔叫做“托里拆利真空”。
該真空是真正什么也沒有的空間,還是有什么眼睛行不見的東西,是當(dāng)時爭議最大的問題。
與亞里士多德學(xué)派交叉的經(jīng)院哲學(xué)學(xué)者們主張“自然厭惡真空”,所以一般認為真空處總是由其他物質(zhì)充滿的笛卡兒從帕斯卡那里看到了其空實驗的用具時,仍然未改變自己的想法,他認為所謂真空的地方,實際是由非常小的物質(zhì)“以太”填充的。
帕斯卡相信“相關(guān)自然現(xiàn)象必須通過實驗證明”。于是在義兄貝里的幫助下,反復(fù)進行托里拆利其空的實驗,看其是什么物質(zhì)。
有時在多姆山的山頂和山麓測措托里拆利其空水銀柱的高度。
山頂和山麓高度投約為1000m,在山頂測定的水銀柱的環(huán)度比在山觀測定的水銀柱的高度約低76mm。
現(xiàn)在,帕斯卡親自使用的實驗裝置、各種器具等的記錄仍被保存著。
帕斯卡驗證了有關(guān)氣壓和水銀柱的平衡問題、流體對稱問題的特殊情況。他在開始進行幾空實驗大約七年后完成了《關(guān)于大氣的重量》、《流體平衡論》兩篇論文。
他在《流體平衡論》中介紹水壓機的原理”時寫道:“在一個密閉的容器里裝滿水,開兩個口。一個口的面積是另一個口面積的100倍。分別在兩個口塞上活塞密封。”這樣個人壓小活塞頂?shù)蒙?00個人壓大活塞”這就是現(xiàn)在所講的”帕斯卡原理“。
把這個原理應(yīng)用于水壓機時利用與活塞面積成比例的關(guān)系能得到任意大的力。因此當(dāng)時研制出了新型的杠桿機械。
然而,與普通的杠桿和螺栓的作用一樣,把小活塞壓下100mm時,大活塞只上升1mm。換句話說,即總的工作量不變。
帕斯卡也把工作量不變問題同重心問題結(jié)合起來證明。
相對于"液壓”或“液壓工程”的英語是hydraulics,英漢詞典寫著“hydraulics,水理學(xué)、水力學(xué)。形容詞hydraulic項是水力的、用水的、水力學(xué)等。還布把hydraulic press作為“水壓壓力“復(fù)合詞的例子。
這祥,"液壓”和“水壓“有很深的關(guān)系。水是以我們最容易利用的形態(tài)存在于自然界的液體。用液體進行某種操作時會行先想到水,沒有比它更容易得到、更便宜的液體了。
液壓機構(gòu)的原型是帕斯卡實驗用的水壓機及其原理。用液壓代替水僅100年前的事。
在1654年《水壓機原理》發(fā)表之后,約230年或240年漫長的時間里,不是使用”液壓“而是使用“水壓”。
不用說即使現(xiàn)在也使用“水壓",只是與液壓”相比,僅在一定的領(lǐng)域中使用。并且數(shù)量也少。一般很難引人注意。例如:對于赤熱的鐵塊成型時用的鍛壓機械。用油有起火的危險,故使用水壓。
最初的蒸汽機是根據(jù)威斯坦的專利制造的。該專利是1663年出現(xiàn)的。
100年后,瓦特發(fā)明了改良型蒸汽機。對該蒸汽機進行各種改良。將其作為工業(yè)用動力元件廣泛使用。
在那以前作為動力元件使用的只有水車和風(fēng)車。不用說精密的機床尚未出現(xiàn)。連泵或起重機都全是手工制造,最初使用木材做原料。
用木材做原料時,不存在生銹的問題。
從19世紀初到后半葉,開發(fā)出了各種機床,也制造出了相當(dāng)完美的水壓機械。
然而用水有限制,如存在生銹和腐蝕問題,潤滑性也不好。而且使用溫度必須限制在0-100℃等。這些限制條件讓人很傷腦筋。
常在室外使用的建筑機械如果用水壓機,嚴冬時會因凍住而不能運轉(zhuǎn),盛夏又因會蒸發(fā)而必須常常補充水。
從19世紀初到19世紀末,隨著高強度鋼的生產(chǎn)工藝簡化,常用的設(shè)備進一步普及,用于精密加工的機床。其動力元件有汽油機(內(nèi)燃機)、柴油機(內(nèi)燃機)、電動機。
之后,出現(xiàn)了用石油精制潤滑油的方法,一下子從“水壓“過度到”液壓“。
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