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 ω ₁ и ω ₂ (рис. 2.15), закрытых поршнями, причем ω ₁ < ω ₂ . Пусть к поршню малого сосуда приложена сила Р ₁которая создает под поршнем давление р₀ = Р₁/ω₁. По закону Паскаля это давление передается во все точки жидкости. Следовательно, на поршень ω₂ будет действовать сила давления

(2.66)

Сила давления Р₂ во столько раз больше силы давления P ₁, во сколько раз площадь ω ₂ больше площади ω ₁,. На этом принципе основана работа многих гидравлических устройств. Рассмотрим некоторые из них.

Рис. 2.15. Сообщающиеся сосуды

Гидравлический пресс (рис. 2.19) состоит из двух цилиндров разных диаметров, соединенных между собой трубопроводом. Цилиндры заполнены жидкостью.

Рис. 2.16. Схема гидравлического пресса

В малом цилиндре находится поршень («ныряло») диаметром d с рычагом, имеющим неподвижную опору. Плечи рычага b и (а – 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

P₁b = Fa, откуда (2.67)

. (2.68)

Сила давления, действующего на поршень большого цилиндра,

, (2.69)

где ω ₂ — площадь большого поршня (, ω ₁ — площадь ныряла.

Отсюда

. (2.70)

Из уравнения (2.70) следует, что с помощью подбора диаметров большого поршня и ныряла, а также плеч рычага можно получить сколь угодно большую силу Р_в при значительно меньшей силе F. Но усилие прессования Р_пр будет несколько меньше силы Р_в из-за утечек жидкости и потерь на трение. Эти потери учитываются коэффициентом полезного действия пресса η, который на практике составляет 0,75...0,85. В современных прессах получают усилия прессования более 250000 кН.

Мультипликатор — устройство для повышения давления жидкости — состоит из двух связанных друг с другом цилиндров (рис. 2.20). 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).

Рис. 2.17. Схема гидравлического мультипликатора: 1 — плунжер малого диаметра; 2 — поршень большого диаметра; 3 — рабочая жидкость

Гидравлический аккумулятор 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.

Поршневой аккумулятор (рис. 2.18, а)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 (рис. 2.18, б) давление поддерживается постоянным за счет давления в пневмосети, непосредственно соединенной с резервуаром аккумулятора, причем давление воздуха равно давлению жидкости.

Рис. 2.18. Гидравлические аккумуляторы: а — поршневой; б — беспоршневой; 1 — резервуар; 2 — поршень; 3 — грузы; 4 — баллоны со сжатым воздухом

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 — 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 (рис. 19) 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.

Рис. 2.19. Гидравлический домкрат периодического действия: 1 — поршень с подставкой для груза; 2 — стакан; 3 — клапанная коробка; 4 — рукоятка

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 поднимется вверх и вытеснит жидкость в резервуар. Под поршень вновь подводят опоры, и цикл работы повторяется без перестановки домкрата.