Принцип работы гидравлической системы навесного оборудования. Гидравлическая система Как работает гидросистема

Преимущества гидравлических систем по сравнению с другими методами передачи мощности являются:

Простота конструкции . В большинстве случаев, несколько компонентов гидросистем в связке могут заменить более сложные механические связи.
Гибкость . Гидравлические компоненты могут быть расположены со значительной гибкостью. Трубы и шланги вместо механических элементов практически полностью устраняют проблемы в выборе местоположения.
Плавность . Гидравлические системы обладают плавностью и тишиной в работе. Вибрации сведены к минимуму.
Управление. Контроль в широком диапазоне скоростей и сил достаточно просто реализовать.
Стоимость . Высокая производительность с минимальными потерями на трение обеспечивает стоимость передачи мощности на минимальном уровне.
Защита от перегрузки . Автоматические клапаны предохраняют систему от поломки от перегрузки.

Основным недостатком гидравлической системы является сохранение прецизионных деталей в нормальном состоянии, когда они подвергаются воздействию плохих климатических условий и загрязнений. Защита от ржавчины, коррозии, грязи, масла, износа и других неблагоприятных условий окружающей среды является очень важным условием. Ниже рассмотрим несколько основных типов гидравлических систем.

Гидравлический домкрат

Эта система (рисунок 1) состоит из резервуара с жидкостью, системы клапанов и штоков, представляет собой гидрорычаг Паскаля. Перемещение маленького штока (насоса) вниз приводит к подёму вверх большого штока(подъёмный цилиндр) с нагрузкой. Так как давление под маленьким и большим штоками одинаковое, а площади штоков (на которые это давление воздействует) разные, то в соответствии с законом Паскаля, при небольшом усилии на шток насоса, достигается значительно большее усилие на подъемном цилиндре.

На рисунке 1 в верхней части показан такт впуска. Выпускной обратный клапан закрывается под давлением при нагрузке, и всасывающий обратный клапан открывается таким образом, что жидкость из резервуара заполняет насосную камеру. В нижней схеме рисунка 1 плунжер насоса перемещается вниз. Впускной обратный клапан закрывается под давлением и открывает выпускной клапан. Масса жидкости закачивается под большим поршнем, чтобы поднять его. Чтобы опустить нагрузку, в системе предусмотрен третий клапан (игольчатый клапан). При его открытии, объем жидкости под большим поршнем сообщяется с резервуаром. Нагрузка опускает большой подъемный шток вниз и выдавливает жидкость обратно в резервуар.

вверху - такт впуска и удержания нагрузки, внизу - такт выпуска и подъема нагрузки.

Рисунок 1 - Гидравлический домкрат

Реверсивный гидромотор

На рисунках 2 и 3 показан гидравлический насос с механическим приводом и гидравлический реверсивный роторный мотор. Клапан направления потока (реверсивный клапан) направляет поток жидкости или к одной или к другой стороне гидромотора и обратно в резервуар. Так достигается возможность работы гидравлического мотора с разным направлением вращения (реверсивность) Предохранительный клапан защищает систему от избыточного давления и может создать обход выхода потока жидкости из насоса обратно в резервуар, если давление поднимается слишком высоко.

Рисунок 2 - Реверсивный гидромотор

Рисунок 3 - Реверсивный гидромотор (продолжение)

Система с открытым центром

В этой системе, распределительный клапан управления, должен быть открыт в центре, чтобы поток масла, проходил через клапан и возвращался в резервуар. Рисунок 4 показывает эту систему в нейтральном положении. Для того, чтобы одновременно работать с несколькими гидравлическими функциями, система с открытым центром должна иметь правильные соединения, которые обсуждаются ниже. Система с открытым центром эффективна для выполнения отдельных гидравлический функций и имеет ограничения с выполнением множества функций.

Рисунок 4 - Гидравлическая система с открытым центром.

(1) Последовательное соединение. На рисунке 5 изображена система с открытым центром при последовательном соединении гидравлических потребителей/распределителей. Поток масла от насоса направляется к трём распределительным клапанам последовательно. Центр каждого распределителя в нейтральном положении открыт, что бы поток масла свободно перемещался от насоса к резервуару. Направление движение потока масла указано стрелками. Поток из выхода первого клапана направляется на вход второго, и так далее. Когда распределительный клапан работает, входящее масло поступает в цилиндр, который управляется соответственным клапаном-распределителем. Возвращаемая жидкость из цилиндра направляется через возвратный трубопровод и к следующему клапану.

Рисунок 5 - Гидравлическая система с открытым центром и последовательным соединением.

Эта система эффективна только если работает одновременно один клапан-распределитель. Когда это происходит, полный поток масла и давления на выходе из насоса доступны для этой функции. Однако, если более чем один клапан-распределитель работает, общее количество давления и потока, необходимое для каждой функции не может превышать параметр сброса системы (установки клапана сброса).

2) Последовательно-параллельное соединение. Рисунок 6 показывает изменение по сравнению с последовательным соединении. Масло из насоса направляется через распределительные клапаны последовательно, а также параллельно. Клапаны иногда "нагромождают", чтобы обеспечить дополнительные проход потока. В нейтральном положении, жидкость проходит через клапаны последовательно, как стрелки указывают. Тем не менее, когда какой - либо клапан-распределитель срабатывает, выпуск на работающем клапане закрывается, но поток масла становится доступен для всех других клапанов через параллельное соединение.

Рисунок 6 - Гидравлическая система с открытым центром и последовательно-параллельным соединением.

Когда два или более клапанов работают одновременно, цилиндр, который нуждается в наименьшем давлении будет работать первым, а затем цилиндр со следующим меньшим давлением и так далее. Эта способность работать с двумя или более клапанами одновременно является преимуществом по сравнению с последовательным соединением.

(3) Делитель потока. Рисунок 7 показывает систему с открытым центром и делителем потока. Делитель потока получает объем масла из насоса и делит его между двумя функциями. Например, делитель потока может быть установлен, чтобы открыть левую сторону первой в этом случае, если оба управляющих клапана были одновременно приведены в действие. Или он может разделить поток масла на обе стороны, в равной степени или в разном процентном отношении. Для такой системы с делителем потока, насос должен быть достаточно производительным, чтобы управлять всеми функциями одновременно. Он также должен питать жидкостью при максимальном давлении самую главную из гидравлических функций. А это означает, что большое количество лошадиных растрачиваются при работе только одного управляющего клапана.

Рисунок 7 - Гидравлическая система с открытым центром и делителем потока.

Система с закрытым центром

В этой системе, насос может бездействовать (находиться в режиме ожидания), когда масло не требуется для работы функции. Это означает, что управляющий клапан (распределитель) закрыт в центре, останавливая поток масла из насоса. Рисунок 8 показывает схематично гидравлическую систему с закрытым центром во время работы гидравлической функции. Для того, чтобы работали одновременно несколько функций, гидравлическая система с закрытым центром имеет следующие соединения:

Рисунок 8 - Гидравлическая система с закрытым центром.

(1) Насос с постоянной подачей и аккумулятором. На рисунке 9 показана гидравлическая система с закрытым центром и аккумулятором. В этой системе имеется небольшой насос, но в постоянном объеме заряжает аккумулятор. Когда аккумулятор заряжается до полного давления, разгрузочный клапан отклоняет поток насоса обратно в резервуар. Обратный клапан удерживает масло под давлением в контуре.

Рисунок 9 - Гидравлическая система с закрытым центром и аккумулятором.

Когда управляющий клапан работает, аккумулятор разряжает свою масло под давлением и приводит в движение цилиндр. Поскольку давление начинает падать, разгрузочный клапан открывается и направляет поток насоса в аккумулятор для подзарядки потока. Эта система, используя небольшого объёма насос, эффективна в случаях когда масло требуется только в течение короткого промежутка времени. Тем не менее, когда для работы гидравлической функции нужно много масла в течение более длительных периодов, система с аккумулятором может не справиться с этим, если аккумулятор не очень велик.

(2) Насос с изменяемым расходом . Рисунок 10 показывает гидравлическую систему с закрытым центром и насосом переменного расхода при нейтральном положении управляющего клапана. Когда управляющий клапан в нейтральном положении (центр закрыт), масло закачивается, пока давление не поднимается до заданного уровня. Клапан регулирования давления позволяет насосу отключить самого себя и поддерживать это давление в клапане. Насос находится в режиме ожидания(stand by) Расход масла насосом близок к нулю (восполняются собственные утечки в насосе), давление равно установкам клапана давления ожидания насоса.

Когда распределительный клапан срабатывает (перемещается вверх), масло отводится от насоса к нижней части полости цилиндра. Падение давления, вызванное сообщением линии давления насоса и нижней полости цилиндра, приводит насос из режима ожидания в рабочий режим, чтобы создать поток масла и давление на дно поршня, для подъема груза.

Рисунок 10 - Гидравлическая система с закрытым центром и насосом переменного расхода.

В это время, верхняя полость цилиндра соединяется с возвратной линией, что позволяет маслу выталкиваться из поршня, чтобы возвращаться в резервуар или в насос. Когда управляющий клапан возвращается в нейтральное положение, то масло становится запертым по обе стороны цилиндра, а поступление давления от насоса к гидроцилиндру наглухо перекрыто. После этой последовательности, насос снова переходит в режим ожидания. Перемещение золотника в нижнее положение направляет масло к верхней части полости поршня и приводит к перемещению груза вниз. Масло из нижней части поршня направляется в обратную линию в резервуар.

Рисунок 11 показывает ту же систему с закрытым центром, но с подкачивающим насосом (насос зарядки), который перекачивает масло из резервуара в насос переменного расхода. Во время работы насоса подпитки создаётся необходимое давление для основного насоса и необходимое количество масла для него. Всё это делает работу насоса переменного расхода более эффективным. Возврат масла из работающих гидравлических функций всей гидросистемы, направляется непосредственно к входному отверстию насоса с переменным расходом.

Рисунок 11 - Гидравлическая система с закрытым центром и подкачивающим насосом.

Поскольку современным машинам нужно больше гидравлической мощности, гидравлическая система с закрытым центром является более выгодной. Например, на тракторе, масло может потребоваться для усилителя руля, усилителя тормозов, рабочих цилиндров, трех-точечной навески, погрузчика и другого навесного оборудования. В большинстве случаев, каждая функция требует различное количество масла. В системах с закрытым центром, количество масла для каждой функции можно задавать с помощью линии или размера клапана или путем дросселирования с меньшим количеством внутренней генерации тепла по сравнению с применением делителей потоков в сопоставимой системе с открытым центром. Другими преимуществами системы с закрытым центром является:

Не требует разгрузочных клапанов, так как насос просто выключается сам по себе при достижении давления в режиме ожидания. Это предотвращает накопление тепла в, по сравнению в системах где часто достигается давления сброса.
Имеет линии, клапаны и цилиндры, которые могут быть адаптированы к требованиям потока каждой функции.
Запас потока масла для полной работы и скорости гидравлической системы, доступен при низких оборотах двигателя в минуту (об/мин). Больше функций могут быть задействованы одновременно.

Большая эффективность работы в некоторых случаях. Например, гидравлические функции, такие как тормоза, которые требуют силы, но очень малого движения поршня. Удерживая клапан открытым, в режиме ожидания давление постоянно воздействует на тормозной поршень без потери эффективности, так как насос возвращается в режим ожидания.

Гидравлический домкрат устройство и принцип действия имеет на основе физических свойств жидкостей, сохраняющих свой объем в процессе сжатия.

Гидродомкрат представляет собой переносное грузоподъемное устройство, предназначенное для тяжелых предметов.

Назначение гидравлического домкрата

Гидродомкрат — это стационарное, переносное или передвижное грузоподъемное устройство, предназначенное для тяжелых предметов. Применяется при выполнении ремонтно-строительных работ и в составе кранов, прессов, подъемников.

Современные конструкции гидравлических устройств используются на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности, объектах энергетического сектора промышленности, в сельском хозяйстве. Высокий уровень производительности и показатель КПД, легкость в работе и обслуживании позволяют применять гидродомкраты в бытовой сфере.

Этот тип оборудования способен с легкостью функционировать как в горизонтальном, так и в вертикальном положениях, что нашло свое применение на площадках для проведения монтажно-строительных работ. Агрегат используется для натяжения арматурных конструкций, изготовленных из напряженного бетона.

Конструкция гидравлического устройства подъема

Агрегат устроен следующим образом:

корпус;
рабочая жидкость;
рабочий поршень.

Конструкция устройства может иметь удлиненный или короткий корпус, для изготовления которого применяется закаленная специальная сталь. На корпус устройства возложено выполнение нескольких функций. Он является направляющим цилиндром для рабочего поршня и служит резервуаром для хранения рабочей жидкости.

Винт с подъемной пятой способен по специальной резьбе вворачиваться в плунжер. Осуществляя его выкручивание, можно изменить максимальную высоту подъема пяты домкрата. Гидравлические устройства оснащаются рабочими насосами, имеющими ручной, ножной или воздушный привод. Конструкция предусматривает установку клапанов безопасности и некоторые конструктивные элементы, обеспечивающие длительную и безаварийную работу подъемника.

Гидравлический насос и цилиндр с поршнем устроены так, что обеспечивают выдвижение и подъем специальной площадки. После выдвижения штока возврат в начальное положение осуществляется при помощи использования перепускного клапана.

Существует несколько различных модификаций подъемных гидравлических агрегатов, которые имеют свои сферы применения.

Наиболее распространенными являются:

устройства бутылочного типа;
устройства подкатного типа;
гидравлические домкраты гибридной конструкции;
агрегаты зацепного типа;
ромбовые агрегаты.

Различные конструкции гидродомкратов имеют свои особенности в устройстве, которые обусловлены областью применения приспособления.

Каждый из типов гидродомкратов сконструирован по-своему, однако, принцип функционирования у всех одинаковый.

Принцип работы гидравлического домкрата основан на применении в конструкции аппарата сообщающихся сосудов с рабочим телом, роль которого выполняет специальное масло. Перед использованием устройство требуется разместить на ровной твердой поверхности и закрыть перепускной клапан. После установки и подготовки агрегата можно использовать его в работе.

Подъем штока с пятой осуществляется при помощи насоса, нагнетающего рабочую жидкость в специальный цилиндр.

За счет свойства жидкости противодействовать сжатию при повышении давления происходит перемещение поршня в рабочем цилиндре. Это приводит к движению штока с подъемной пятой. Спуск последней происходит при помощи открытия перепускного клапана против часовой стрелки.

Перекачивание рабочего масла осуществляется приводным насосом и рычагом, установленным на нем. Масло перемещается из насоса в рабочий цилиндр через специальный клапан.

Возврату жидкости в процессе работы аппарата препятствуют два клапана: нагнетательный и всасывающий.

Для установки подъемника в исходное положение в его конструкции предусмотрен специальный клапан, при открытии которого происходит перетекание рабочей жидкости из цилиндра в насос агрегата.

Наличие в устройстве домкрата выкручивающегося винта под рабочей пятой позволяет расширить возможности применения устройства.

Для осуществления подъема специальная пята изготавливается из высокопрочной стали. Усилие гидродомкрата регулируется при помощи встроенного манометра.

Достоинства и недостатки гидродомкратов

Физические особенности жидкости позволяют осуществлять плавное поднятие, опускание груза и фиксировать его на определенной высоте. Гидродомкраты обеспечивают высокий показатель КПД, который достигает 80% . Грузоподъемность агрегата обусловлена наличием большого передаточного отношения между показателями поперечного сечения насосного и рабочего цилиндра, плунжера.

Необходимо регулярно проводить промывку гидродомкрата, а также замену масла и прокачку.

Гидравлические подъемники имеют ряд недостатков. В первую очередь следует отметить, что любая модель этого оборудования имеет определенную стартовую высоту подъема груза, ниже которой устройство эксплуатировать невозможно. Недостатком этого оборудования является также отсутствие возможности точной регулировки высоты опускания. Для того чтобы обеспечить бесперебойную работу приспособления, рекомендуется постоянно следить за чистотой, качеством и уровнем масла в резервуаре домкрата. Нормальная работоспособность устройства обеспечивается герметичностью клапанов и сальников, используемых в конструкции агрегата. Транспортировка и хранение аппарата производится исключительно в вертикальном положении, при нарушении этого требования рабочая жидкость способна вытечь из резервуара устройства.

Одним из недостатков является медлительность агрегатов в работе. К минусам относится также вес устройства, его большой размер и высокая стоимость. Помимо этого одноплунжерные устройства имеют небольшой ход рабочего штока, что является еще одним недостатком.

Возможные неисправности в работе гидродомкрата

Гидравлические домкраты в любом случае требуют ухода и обслуживания, которое заключается в проведении доливки масла в рабочий резервуар агрегата. Помимо этого, через определенное время эксплуатации требуется проводить промывку приспособления, замену масла и прокачку. Масло из рабочего резервуара способно подтекать через сальники и различные уплотнения, используемые в конструкции устройства. Кроме подтекания при эксплуатации приспособления могут возникать такие неисправности, как заклинивание при осуществлении поднятия и невозможности опускания штока.

Для устранения подтекания масла в процессе функционирования приспособления осуществляется замена уплотнителей и сальников. Для этой цели применяются специально разработанные ремкомплекты. В процессе ремонта проводится разборка агрегата, замена уплотнителей, сборка гидродомкрата, после чего проводится заправка рабочей жидкостью и прокачка.

Для устранения заклинивания проводится разборка устройства и осмотр его комплектующих на предмет коррозии и загрязнения. В случае выявления первой проводится специальная обработка, а грязь вымывается.

Гидравлическая система представляет собой устройство, предназначенное для преобразования небольшого усилия в значительное с использованием для передачи энергии какой-либо жидкости. Разновидностей узлов, функционирующих по этому принципу, существует множество. Популярность систем этого типа объясняется прежде всего высокой эффективностью их работы, надежностью и относительной простотой конструкции.

Сфера использования

Широкое применение системы этого типа нашли:

В промышленности. Очень часто гидравлика является элементом конструкции металлорежущих станков, оборудования, предназначенного для транспортировки продукции, ее погрузки/разгрузки и т. д.
В авиакосмической отрасли. Подобные системы используются в разного рода средствах управления и шасси.
В сельском хозяйстве. Именно через гидравлику обычно происходит управление навесным оборудованием тракторов и бульдозеров.
В сфере грузоперевозок. В автомобилях часто устанавливается гидравлическая
В судовом в данном случае используется в рулевом управлении, входит в конструктивную схему турбин.

Принцип действия

Работает любая гидравлическая система по принципу обычного жидкостного рычага. Подаваемая внутрь такого узла рабочая среда (в большинстве случаев масло) создает одинаковое давление во всех его точках. Это означает то, что, приложив малое усилие на маленькой площади, можно выдержать значительную нагрузку на большой.

Далее рассмотрим принцип действия подобного устройства на примере такого узла, как гидравлическая Конструкция последней довольно-таки проста. Схема ее включает в себя несколько заполненный жидкостью, и вспомогательные). Все эти элементы соединены друг с другом трубками. При нажатии водителем на педаль поршень в главном цилиндре приходит в движение. В результате жидкость начинает перемещаться по трубкам и попадает в расположенные рядом с колесами вспомогательные цилиндры. После этого и срабатывает торможение.

Устройство промышленных систем

Гидравлический тормоз автомобиля — конструкция, как видите, довольно-таки простая. В промышленных машинах и механизмах используются жидкостные устройства посложнее. Конструкция у них может быть разной (в зависимости от сферы применения). Однако принципиальная схема гидравлической системы промышленного образца всегда одинакова. Обычно в нее включаются следующие элементы:

Резервуар для жидкости с горловиной и вентилятором.
Фильтр грубой очистки. Этот элемент предназначен для удаления из поступающей в систему жидкости разного рода механических примесей.
Насос.
Система управления.
Рабочий цилиндр.
Два фильтра тонкой очистки (на подающей и обратной линиях).
Распределительный клапан. Этот элемент конструкции предназначен для направления жидкости к цилиндру или обратно в бак.
Обратный и предохранительный клапаны.

Работа гидравлической системы промышленного оборудования также основывается на принципе жидкостного рычага. Под действием силы тяжести масло в такой системе попадает в насос. Далее оно направляется к распределительному клапану, а затем - к поршню цилиндра, создавая давление. Насос в таких системах предназначен не для всасывания жидкости, а лишь для перемещения ее объема. То есть давление создается не в результате его работы, а под нагрузкой от поршня. Ниже представлена принципиальная схема гидравлической системы.

Преимущества и недостатки гидравлических систем

К достоинствам узлов, работающих по этому принципу, можно отнести:

Возможность перемещения грузов больших габаритов и веса с максимальной точностью.
Практически неограниченный диапазон скоростей.
Плавность работы.
Надежность и долгий срок службы. Все узлы такого оборудования можно легко защитить от перегрузок путем установки простых клапанов сброса давления.
Экономичность в работе и небольшие размеры.

Помимо достоинств, имеются у гидравлических промышленных систем, конечно же, и определенные недостатки. К таковым относят:

Повышенный риск возгорания при работе. Большинство жидкостей, используемых в гидравлических системах, являются горючими.
Чувствительность оборудования к загрязнениям.
Возможность протечек масла, а следовательно, и необходимость их устранения.

Расчет гидравлической системы

При проектировании подобных устройств принимается во внимание множество самых разных факторов. К таковым можно отнести, к примеру, кинематический жидкости, ее плотность, длину трубопроводов, диаметры штоков и т. д.

Основными целями выполнения расчетов такого устройства, как гидравлическая система, чаще всего является определение:

Характеристик насоса.
Величины хода штоков.
Рабочего давления.
Гидравлических характеристик магистралей, других элементов и всей системы в целом.

Производится расчет гидравлической системы с использованием разного рода арифметических формул. К примеру, потери давления в трубопроводах определяются так:

Расчетную длину магистралей делят на их диаметр.
Произведение плотности используемой жидкости и квадрата средней скорости потока делят на два.
Перемножают полученные величины.
Умножают результат на коэффициент путевых потерь.

Сама формула при этом выглядит так:

∆p i = λ х l i(p) : d х pV 2: 2.

В общем, в данном случае расчет потерь в магистралях выполняется примерно по тому же принципу, что и в таких простых конструкциях, как гидравлические системы отопления. Для определения характеристик насоса, величины хода поршня и т. д. используются другие формулы.

Типы гидравлических систем

Подразделяются все такие устройства на две основные группы: открытого и закрытого типа. Рассмотренная нами выше принципиальная схема гидравлической системы относится к первой разновидности. Открытую конструкцию имеют обычно устройства малой и средней мощности. В более сложных системах закрытого типа вместо цилиндра используется гидродвигатель. Жидкость поступает в него из насоса, а затем снова возвращается в магистраль.

Как выполняется ремонт

Поскольку гидравлическая система в машинах и механизмах играет значимую роль, ее обслуживание часто доверяют высококвалифицированным специалистам занимающихся именно этим видом деятельности компаний. Такие фирмы обычно оказывают весь комплекс услуг, связанных с ремонтом спецтехники и гидравлики.

Разумеется, в арсенале этих компаний имеется все необходимое для производства подобных работ оборудование. Ремонт гидравлических систем обычно выполняется на месте. Перед его проведением при этом в большинстве случаев должны быть произведены разного рода диагностические мероприятия. Для этого компании, занимающиеся обслуживанием гидравлики, используют специальные установки. Необходимые для устранения проблем комплектующие сотрудники таких фирм также обычно привозят с собой.

Пневматические системы

Помимо гидравлических, для приведения в движение узлов разного рода механизмов могут использоваться пневматические устройства. Работают они примерно по тому же принципу. Однако в данном случае в механическую преобразуется энергия сжатого воздуха, а не воды. И гидравлические, и пневматические системы довольно-таки эффективно справляются со своей задачей.

Плюсом устройств второй разновидности считается, прежде всего, отсутствие необходимости в возврате рабочего тела обратно к компрессору. Достоинством же гидравлических систем по сравнению с пневматическими является то, что среда в них не перегревается и не переохлаждается, а следовательно, не нужно включать в схему никаких дополнительных узлов и деталей.

Современные механизмы, машины и станки, не смотря на кажущееся сложное устройство, представляют собой совокупность так называемых простых машин – рычагов, винтов, воротов и тому подобного. Принцип работы даже очень сложных приборов основывается на основополагающих законах природы, которые изучает наука физика. Рассмотрим в качестве примера устройство и принцип работы гидравлического пресса.

Что такое гидравлический пресс

Гидравлический пресс – машина, создающая усилие, значительно превосходящее изначально приложенное. Название «пресс» довольно условно: такие устройства часто действительно используют для сжатия или прессования. Например, для получения растительного масла семена масличных культур сильно спрессовывают, выдавливая масло. В промышленности гидравлические прессы применяются для изготовления изделий методом штамповки.

Но принцип устройства гидравлического пресса можно использовать и в других сферах. Самый простой пример: гидравлический домкрат – механизм, позволяющий приложением относительно небольшого усилия человеческих рук поднимать грузы, масса которых заведомо превышает возможности человека. На этом же принципе – использовании гидравлической энергии, построено действие самых разных механизмов:

гидравлического тормоза;
гидравлического амортизатора;
гидравлического привода;
гидравлического насоса.

Популярность механизмов такого рода в самых разных областях техники связана с тем, что огромная энергия может передаваться с помощью довольно простого устройства, состоящего из тонких и гибких шлангов. Промышленные многотонные прессы, стрелы кранов и экскаваторов – все эти незаменимые в современном мире машины эффективно работают именно благодаря гидравлике. Помимо промышленных устройств гигантской мощности, есть множество ручных механизмов, например, домкратов, струбцин и небольших прессов.

Как работает гидравлический пресс

Чтобы понять, как работает этот механизм, нужно вспомнить, что такое сообщающиеся сосуды. Этим термином в физике называют сосуды, соединенные между собой и заполненные однородной жидкостью. Закон о сообщающихся сосудах говорит, что находящаяся в покое однородная жидкость в сообщающихся сосудах находится на одном уровне.

Если мы нарушаем состояние покоя жидкости в одном из сосудов, например, доливая жидкость, или оказывая давление на ее поверхность, чтобы привести систему в равновесное состояние, к которому стремится любая система, в остальных сообщающихся с данным, сосудах повысится уровень жидкости. Происходит это на основании другого физического закона, названного по имени ученого, сформулировавшего его – закона Паскаля. Закон Паскаля заключается в следующем: давление в жидкости или газе распространяется во все точки одинаково.

На чем же основан принцип работы любого гидравлического механизма? Почему человек может с легкостью поднять автомобиль, весящий больше тонны, чтобы поменять колесо?

Математически закон Паскаля имеет такой вид:

Давление P зависит прямо пропорционально от приложенной силы F. Это понятно – чем сильнее давить, тем больше давление. И обратно пропорционально от площади прилагаемой силы.

Любая гидравлическая машина представляет собой сообщающиеся сосуды с поршнями. Принципиальная схема и устройство гидравлического пресса показаны на фото.

Представьте, что мы надавили на поршень в большем сосуде. По закону Паскаля в жидкости сосуда начало распространятся давление, а по закону о сообщающихся сосудах, чтобы скомпенсировать это давление, в малом сосуде поршень поднялся. Причем, если в большом сосуде поршень сдвинулся на одно расстояние, то в малом сосуде это расстояние будет в несколько раз больше.

Проводя опыт, или математический расчет, несложно заметить закономерность: расстояние, на которые сдвигаются поршни в сосудах разного диаметра, зависят от соотношения меньшей площади поршня к большой. Тоже произойдет, если наоборот, силу прикладывать к меньшему поршню.

По закону Паскаля, если давление, полученное действием силы, приложенной к единице площади поршня малого цилиндра, во всех направлениях распространяется одинаково, то на большой поршень будет оказываться тоже давление, только увеличенное на столько, насколько площадь второго поршня больше площади меньшего.

В этом и заключается физика и устройство гидравлического пресса: выигрыш в силе зависит от соотношения площадей поршней. Кстати, в гидравлическом амортизаторе используется обратное соотношение: большое усилие гасится гидравликой амортизатора.

На видео представлена работа модели гидравлического пресса, которая наглядно иллюстрирует, каково действие этого механизма.

Устройство и работа гидравлического пресса подчиняется золотому правилу механики: выигрывая в силе, проигрываем в расстоянии.

От теории к практике

Блез Паскаль, теоретически продумав принцип работы гидравлического пресса, назвал его «машиной для увеличения сил». Но с момента теоретических изысканий до практического воплощения прошло более ста лет. Причиной такого запаздывания была не бесполезность изобретения – выгоды машины для увеличения силы очевидны. Конструкторами предпринимались многочисленные попытки соорудить это механизм. Проблема была в сложности создания уплотнительной прокладки, которая позволяла бы плотно прилегать поршню к стенкам сосуда и в тоже время, давать возможность ему легко скользить, сводя к минимуму издержки на трение – резины ведь тогда еще не было.

Проблема решилась только в 1795 году, когда английским изобретателем Джозефом Брамой был запатентован механизм, получивший название «пресс Брама». Позднее это устройство стали называть гидравлическим прессом. Схема действия прибора, теоретически изложенная Паскалем и воплощенная в прессе Брамы, нисколько не изменилась за прошедшие столетья.

К атегория:

Краны-трубоукладчики

Принцип работы гидравлической системы навесного оборудования

Общие сведения. Гидравлическая система навесного оборудования предназначена для выдвижения и подтягивания контргруза, а также для управления тормозами и муфтами. Она состоит из гидравлического насоса, гидравлических цилиндров, гидрораспределителей, предохранительных гидроклапанов, гидродросселей, гидробаков, контрольно-измерительных приборов (манометров), гидролиний, фильтра.

В рассматриваемых трубоукладчиках схемы гидравлической системы навесного оборудования, несмотря на использование унифицированных сборочных единиц и элементов, имеют некоторые различия, обусловленные различием принципа включения муфт управления барабанами лебедки и присутствием специальных приборов контроля нагрузки.

Трубоукладчик Т-3560М. Из бака (рис. 85) насос подает рабочую жидкость по линии а к распределителю. В нейтральном положении рукояток золотников рабочая жидкость через отверстия в корпусе распределителя поступает в бак по линии. Распределитель состоит из трех секций, две из которых направляют поток рабочей жидкости к цилиндрам управления муфтами подъема и опускания груза и управления стрелой, а третья секция обслуживает цилиндр управления контргрузом. В случае подъема или опускания рукоятки (и вместе с ней золотника) рабочая жидкость из распределителя через дроссели будет поступать в правую или левую полости цилиндра, соответственно выдвигая или подтягивая контргруз.

Рис. 85. Гидравлическая схема навесного оборудования трубоукладчика Т-3560Л1:
1 - шестеренный насос, 2 - предохранительный клапан, 3 - манометр, 4 - трехзолотниковый распределитель, 5 - цилиндр управления контргрузом, Ь, 12, 13 - рукоятки золотников, 7 и 8 - цилиндры управления муфтами подъема и опускания крюка и стрелы, 9 - прерыватель, 10 - бак, 11 - дроссели

При установке рукоятки в нейтральное положение (показано на рисунке) поршень цилиндра окажется зафиксированным в том положении, в котором он находился в момент перевода рукоятки.

Когда поднята (показано на рисунке) рукоятка, рабочая жидкость из распределителя поступает в левый цилиндр, который включает муфту подъема груза и выключает тормоз -начинается подъем груза. При возвращении этой рукоятки в нейтральное положение рабочая жидкость из цилиндра направляется обратно в бак по линии и муфта подъема груза выключается, а тормоз тормозит барабан. Для опускания груза рукоятку опускают, включая муфту опуска.

При подъеме рукоятки масло из распределителя поступает в цилиндр, который включает муфту подъема стрелы в выключает тормоз.

Рис. 86. Гидравлическая схема навесного оборудования трубоукладчика TT-20I:
1 – блок-пульт управления, 2 - цилиндр-датчик, 3 - цилиндр автоматического включения» распределителя, 4 7, 8, 10 - цилиндры управления муфтами опускания и подъема коюка и стрелы; 5, б, 12 - однозолотниковые распределители, 9 - прерыватель, 11- цилиндр управления контргрузом, 13 – шестеренный насос, 14 – бак, 15, 19 – предохранительные клапаны прямого действия, 16 – фильтр, П – предохранительный клапан дифференциального-действия, 18 – обратный клапан, 20 – панель настройки прибора нагрузки, 21 – дроссель; 22 - указатель нагрузки

Когда стрела достигнет вертикального положения, буферное устройство нажмет на кулачок прерывателя подъем стрелы прекратится, так как масло через прерыватель из цилиндра на лебедке пойдет в бак по дополнительной сливной линии е. В этом случае муфта выключится и тормоз затянется. При опускании (показано на рисунке) рукоятки стрела) будет опускаться.

Предохранительный клапан обеспечивает необходимое для управления лебедкой и контргрузом давление рабочей жидкости в системе -около 7800 кПа и перепускает жидкость от насоса в бак по линии г при превышении в распределителе этого давления.

Трубоукладчик ТГ-201. Рабочая жидкость, нагнетаемая из бака (рис. 86) насосом, поступает по линии а к золотниковому распределителю. При нейтральном положении золотника рабочая жидкость поступает через распределитель одновременно по линиям б и в к однозолотниковым распределителям, а также достигает предохранительного клапана дифференциального действия, имеющего дистанционную разгрузку с помощью линии г. По этой линии, а также линии д, идущей от распределителя, жидкость сливается в бак при невключенных распределителях, последовательно проходя через них.

При перемещении золотника распределителя вправо или влево рабочая жидкость под давлением поступает в штоковую или поршневую полость гидроцилиндра, обеспечивая придвижение или откидывание контргруза. Как только контргруз достигнет крайнего положения, в гидросистеме возрастет давление до величины, на которую настроен предохранительный клапан прямого действия, и клапан сработает, начав перепускать жидкость в бак по линии е. Подача жидкости и ее слив прекратятся после выключения распределителя.

Для включения грузового барабана лебедки необходимо золотник распределителя передвинуть влево или вправо. Линия г дистанционной разгрузки окажется перекрытой в распределителе и рабочая жидкость поступит к цилиндрам включения муфт из линии в. Давление жидкости при ее подаче к цилиндрам будет ограничено величиной настройки предохранительного клапана дифференциального действия, который при превышении настроечного давления сработает и соединит линию в с дополнительной сливной линией ж, имеющей фильтр.

Включение стрелового барабана осуществляется перемещением.золотника распределителя. Рабочая жидкость будет поступать тс цилиндрам включения муфт стрелового барабана, причем к цилиндру ключения муфты подъема стрелы - через распределитель-прерыватель. Когда стрела подойдет к вертикальному положению, она нажмет на золотник распределителя-прерывателя, прекратится подача рабочей жидкости к цилиндру и автоматически остановится стрела.

Давление (4500 кПа), на которое настраивают предохранительный клапан дифференциального действия, меньше давления (9500 кПа) предохранительного клапана прямого действия, так как взаимодействующий с клапаном и распределителем цилиндр и контргруза требует большего давления, чем цилиндры, взаимодействующие с клапаном и распределителями.

Все распределители и клапаны гидросистемы трубоукладчика сосредоточены в кабине машиниста в виде единого блок-пульта, в который включена также панель настройки прибора контроля нагрузки. Этот прибор включает в себя цилиндр-датчик, контролирующий нагрузку, на крюке трубоукладчика, и цилиндр д автоматического включения распределителя управления грузовым барабаном лебедки, связанный с цилиндром-датчиком.

Рис. 87. Гидравлическая схема навесного оборудования трубоукладчика ТО-1224Г:
1 - фильтр, 2 - прерыватель, 3 и 4 - цилиндры управления фрикционной муфтой привод» лебедки и контргрузом, 5 и 6 - двух- и трех-позиционный распределители, 7 – манометр, 8 - предохранительный клапан, 9 - шестеренный насос, 10 - кран, 11 - бак

Увеличение нагрузки трубоукладчика приводит к росту давления в штоковой полости цилиндра-датчика, линии к и поршневой полости цилиндра автоматического включения. Под действием этого давления шток цилиндра перемещается вправо. Если при его перемещении левый из двух закрепленных на штоке упоров достигнет рукоятки распределителя, включится распределитель и начнется подача рабочей жидкости к цилиндру, что обеспечит работу грузового барабана на спуск трубопровода. При этом используется характерная черта упругого состояния трубопровода: с ростом его прогиба вверх нагрузка от него возрастает, а с уменьшением прогиба - падает. Как только прогиб трубопровода в результате работы барабана лебедки уменьшится, давление в цилиндрах снизится до нормального, контакт между левым упором штока цилиндра и рукояткой распределителя под действием пружины цилиндра прекратится и распределитель выключится, а барабан лебедки остановится.

Если давление в цилиндре-датчике из-за малой внешней нагрузки упадет ниже нормы, то пружиной цилиндра и укрепленным на ее штоке правым упором включится распределитель на подъемное вращение грузового барабана лебедки.

Панель настройки прибора контроля нагрузки включает в себя обратный клапан, регулируемый предохранительный клапан прямого действия, регулируемый дроссель и указатель нагрузки.

Трубоукладчик ТО-1224Г. Гидросистема работает следующим образом. При работающем двигателе трубоукладчика и включенном отборе мощности рабочая жидкость из бака (рис. 87) по линии а насосом подается к трехпозиционному распределителю. При нейтральном положении золотника распределителя рабочая жидкость поступает из него через распределитель идет на слив.

При перемещении золотника распределителя рукояткой в одно из крайних положений рабочая жидкость начинает поступать по линиям д или е в одну из полостей цилиндра, обеспечивая придвигание или отодвижку контргруза. Из другой полости рабочая жидкость вытесняется по противоположным линиям е или д, а затем поступает по линиям, на слив в бак через фильтр.

Когда машинист нажимает на рукоятку двухпозиционного распределителя, безнапорная циркуляция через него рабочей жидкости прекращается и жидкость поступает по линии ж к цилиндру управления фрикционной муфтой привода лебедки, обеспечивая включение привода. При упоре грузовой стрелы в буферное устройство верхней рамы и срабатывании распределителя-прерывателя подача рабочей жидкости к цилиндру прерывается, так как рабочая жидкость начинает поступать из линии ж в сливную Линию г и далее в бак.

В случае чрезмерного повышения давления в гидросистеме срабатывает предохранительный клапан и рабочая жидкость по линии и поступает в бак.