1 Матеріали до самостійної роботи студентів

1.1 Теорія гідравліки та її прикладне значення в техніці

Гідравліка – це прикладна технічна наука, яка вивчає закони рівноваги та руху рідин, а також методи застосування цих законів в різноманітних областях інженерної практики.

Як в класичній механіці в гідравліці можна виділити загально прийняті складові частини: гідростатику, яка вивчає закони рівноваги рідини; кінематику, що описує основні елементи рідини, що рухається, та гідродинаміку, що вивчає основні закони руху рідини та розкриває причини її руху.

Основними напрямами практичного застосування гідравліки можна вважати: гідротехнічні споруди; перекачування, транспортування рідин, водопостачання; плавання тіл в рідині та обтікання тіл рідиною; системи змащування машин та обладнання; застосування енергії рідини в якості одного з видів приводів машин і механізмів та в системах автоматичного управління приводами машин і роботів.

Гідравліка як наука базується на понятті основних законів гідростатики.

Закон Архімеда: тіло, занурене (повністю або частково) в рідину, зазнає з боку рідини сумарний тиск, що направлений знизу до верху, який дорівнює вазі рідини в об’ємі зануреної частини тіла.

Загальний гідростатичний закон: повний (абсолютний) тиск у будь-якій точці рідини, яка знаходиться в спокої, дорівнює зовнішньому тиску, складеному з тиском стовпа рідини висотою .

Закон Паскаля: тиск на вільну поверхню передається в усі точки спочиваючої рідини без змін.

Слідство із закону Паскаля: на будь-якій горизонтальній площині, що перетинає розглянутий незмінний об'єм однорідної рідини або газу, тиск постійний.

Гідравліку можна вважати базовою теоретичною дисципліною, в якій досліджуються процеси, що супроводжують роботу гідравлічних машин та гідроприводів.

При розрахунках гідравлічних і пневматичних систем найчасті­ше використовуються такі назви тиску: атмосферний (барометричний), манометричний (надлишковий); вакуум метричний; абсолютний. Розгляне­мо їх взаємодію по відношенню до основного рівняння гідростатики:

р = р₀ + ρ·q·h, (1.1)

де р - абсолютний тиск у точці, що перебуває всередині рідини, Па; р₀ - тиск газоподібного середовища на вільну поверхню рідини, Па; ρ - густина рідини, кг/м³; q - прискорення вільного падіння, м/с²; h - висота стовпчика рідини, м.

Якщо абсолютний тиск (при р_{0 =} p_б , де р_б - барометричний тиск) більший за барометричний, то їх різницю називають манометри­чним тиском (р_ман); тобто манометричний тиск є надлишком тиску у даній точці над барометричним. Тому його називають також надлиш­ковим тиском. Якщо абсолютний тиск менший від барометричного, то їх різницю називають вакуумметричним тиском чи просто вакуумом (роз­рідженням).

При розрахунках пневмо - і гідросистем необхідно враховувати такі положення:

1. У замкненій ємкості, що з'єднана з лінією нагнітання, тиск у відповідності з законом Паскаля, діє у всі боки з однаковою величиною (рис. 1.1, а).

Рисунок 1.1 - Схема дії тиску рідини

2. У замкненій ємкості з декількома поршнями (рис. 1.1, б) на всі поршні (плунжери) діє однаковий тиск, проте величина зусилля на кожному поршні (плунжері) буде пропорційна його робочій площі S, тобто F₁=p·S₁, F₂=p·S₂ і т.д.

3. Зусилля на поршні (плунжері) не залежить від конфігурації його поверхні і дорівнює добутку тиску й робочої площі (рис. 1.1, в).

4. Через опір у гідросистемі величина тиску в кінці магістра­лі буде завжди меншою від початкового тиску (рис. 1.1, г).

5. При підвищенні тиску робочої рідини потужність гідроприводу за інших однакових умов пропорційно підвищується.

6. Тиск газу при сталій температурі пропорційний тиску молекул газу, який перебуває в даному об'ємі, тобто масі газу. Згі­дно з законом Бойля-Маріотта при сталій температурі добуток тиску газу, який міститься у замкненій посудині, і об'єму, є постійна величина, тобто:

р₁ : р₂ = V₂ : V₁ , (1.2)

де p₁ , р₂ - відповідно початковий і кінцевий тиск; V₁ , V₂ - відповідно початковий і кінцевий об'єми.

7. Повний тиск у будь-якому потоці складається із статичних і динамічних тисків. Відповідно до закону Бернуллі сума цих тисків зберігається. При зростанні швидкості потоку динамічна складова зростає, а статична - зменшується.

8. Величини тиску для гідросистем регламентуються ДСТУ. Зо­крема встановлюється такий ряд надлишкових тисків (МПа): 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250.