1.9. Гидростатические машины

Работа гидростатических машин базируется на основном законе гидростатики (законе Паскаля): сила давления, передаваемая на стенки сосуда пропорциональна площади стенки.

Возьмем два сообщающихся сосуда площадью сечения ω₁ и ω₂ , закрытых поршнями, причем ω₁ < ω₂ . Пусть к поршню малого сосуда приложена сила Р₁, которая создает под поршнем давление р_о= Р₁/ ω_1. По закону Паскаля это давление передается во все точки жидкости. Следовательно на поршень ω₂ будет действовать сила давления Р₂= р_о ω₂= Р₁ ω₂/ ω_1.

Сила давления Р₂ во столько раз больше силы давления Р_1, во сколько раз площадь ω₂ больше площади ω₁. На этом принципе

основана работа многих гидравлических устройств.

Гидравлический пресс (рис.1.21)состоит из двух цилиндров, соединенных между

Рис.1.20 Сообщающиеся сосуды собой трубопроводом. Цилиндры заполнены жидкостью. В малом цилиндре находится поршень (ныряло) диаметром d с рычагом, имеющим неподвижную опору. Плечи рычага b и (a-b). В большом цилиндре давление жидкости передается на поршень диаметром D. Если к рычагу приложена сила F, то силу давления Р₁, передаваемую на ныряло и создающую в жидкости дополнительное давление, можно определить из уравнения Р₁ b= Fа, откуда Р₁= Fа/ b.

Сила давления действующего на поршень большого цилиндра,

Р₂= Р₁ ω₂/ ω₁,

где ω₂ – площадь большого поршня (ω₂ = πD²/4);

ω₁ – площадь ныряла (ω₂₁= πd²/4).

Отсюда Р₂= Р₁(D/d)² = F .

С помощью подбора диаметров большого поршня и ныряла, а также плеч рычага можно получить сколь угодно большую силу Р₂ при значительно меньшей силе F. Усилие прессования Р_пр будет несколько меньше силы Р₂ из-за утечек жидкости и потерь на трение. Эти потери учитываются коэффициентом полезного действия пресса η, который на практике составляет 0,75…0,85:

Р_пр= η Р₂.

В современных прессах получают усилия прессования более 250000 кН.

Рис.1.21 Схема гидравлического пресса

Мультипликатор (рис.1.22)– устройство для повышения давления жидкости – состоит из двух связанных друг с другом цилиндров. В цилиндре низкого давления находится поршень большого диаметра D, который соединен с плунжером малого диаметра d, входящим в цилиндр высокого давления. Получаемое давление р_в будет в D²/d² раз больше подводимого давления р_н (на практике в 40-60 раз). Мультипликаторы, главным образом гидравлические, имеют ограниченное применение в современных гидравлических прессах (для увеличения усилия прессования), в пневмогидравлических усилителях (в многоточечных зажимных устройствах металлорежущих станков).

Ри..1.22 Схема гидрав­лического мультипли­катора:

1 — плунжер малого диа­метра; 2 — поршень боль­шого диаметра; 3 — рабо­чая жидкость

Гидравлический аккумулятор (ри.1.23) служит для выравнивания давления и расхода жидкости или газа в гидравлических установках. Различают аккумуляторы поршневые и беспоршневые. Гидравлические аккумуляторы используют в системах с резко переменным расходом жидкости или газа. В периоды уменьшения потребления аккумулятор накапливает жидкость (газ), поступающую от насосов (или компрессоров), и отдает ее в моменты наибольших расходов.

Рис.1.23 Гидравлические аккумуляторы:

а — поршневой; 6 — беспоршневой;

/ — резервуар; 2— поршень;

3 — грузы; 4 — баллоны со сжатым воздухом

Поршневой аккумулятор имеет резервуар, как правило, цилиндрической формы, внутри которого свободно перемещается поршень. В резервуар подается жидкость под давлением, которое удерживается постоянным благодаря внешнему воздействию на поршень груза либо воздуха из подключенной пневмосети.

В беспоршневых аккумуляторах давление поддерживается постоянным за счет давления в пневмосети, непосредственно соединенной с резервуаром аккумулятора, причем давление воздуха равно давлению жидкости.

Разновидностью гидравлических аккумуляторов является пневматический аккумулятор для уменьшения колебаний давления сжатого воздуха в пневматической сети (применяют в крупных пневматических сетях, на ветроэлектростанциях и т.п.). Он представляет собой резервуар, включенный в воздуховод и снабженный предохранительным клапаном. Клапан регулирует на заданное предельное давление.

Домкрат (рис.1.24)– механизм для подъема тяжелых штучных грузов при выполнении ремонтных, монтажных или погрузочно-разгрузочных работ. Гидравлические домкраты могут быть периодического действия с ручным приводом и непрерывного действия с механическим приводом.

В домкрате периодического действия подъем поршня 1, являющегося опорой для груза, осуществляется рабочей жидкостью, подаваемой в нижнюю полость стакана 2 поршневым насосом, приводимым в действие вручную рукояткой 4 и снабженным всасывающим и нагнетательным клапанами. Опускание груза происходит при перепускании рабочей жидкости из стакана в резервуар насоса.

В домкратах непрерывного действия рабочая жидкость подается в надпоршневое пространство, в результате чего вверх перемещается не поршень, а стакан вместе с грузом, резервуаром и насосом. Стакан и поршень связаны между собой возвратными пружинами. Если при крайнем верхнем положении цилиндра под него подвести опоры и открыть спускной вентиль, то под действием усилия пружин поршень поднимается вверх и вытеснит жидкость в резервуар. Под поршень вновь подводят опоры, и цикл работы повторяется без перестановки домкрата. Гидравлические домкраты соединяют в себе достоинства винтовых и реечных. Они обладают высоким КПД (0,75…0,8), плавностью хода, точностью остановки, компактностью и большой грузоподъемностью. Их недостатки – малая скорость и небольшая высота подъема за один рабочий цикл.

Рис.1.24 Гидравлический домкрат периодического действия:

1 - поршень с подставкой для груза; 2 - стакан; 3 - клапанная коробка;.4 — рукоятка