Гидравлические машины: назначение и область применения

Гидравлическая машина — аппарат, перемещающий газы, жидкости, а также — осуществляет выработку энергии от текущей жидкости.

Главное назначение такого аппарата в образовании и запуска движения потока из жидкости.
Гидравлическое оборудование отечественного производства имеет, как правило, высокое качество. Тульский завод гидравлических машин славится прочностью, длительным сроком эксплуатации выпускаемого оборудования.

Области применения

Простые гидравлические машины применяют в таких механизмах как:

Таким образом, оборудование широко распространено в строительстве, конструкции машин (ковши, буры, манипуляторы и другие средства).

Сфера применения различных насосов зависит от их вида. Так, например, центробежные насосы используют:

• в деятельности ТЭС (теплоэлектростанций);
• в разных системах очистки;
• для перемещения газов, продуктов из нефти и др.

Возвратно-поступательные насосы применяют:

• в водоснабжении;
• в подаче топлива;
• в перекачке опасных веществ, способных к возгоранию.

Шестеренные механизмы применяют:

• в перекачке разного топлива;
• в сельском хозяйстве;
• в перемещении химических веществ.

В настоящее время оборудование широко используется для создания тренажеров.

Как работают гидравлические машины: принципы, особенности

Существует несколько разновидностей гидравлических машин, что накладывает свои особенности на работу каждого отдельного вида машин. Рассмотрим некоторые из них:

1. Центробежные насосы с лопастями обеспечивают движение жидкости от центра к периферии. Осевые предполагают движение жидкости вдоль движущейся оси.
2. Поршневой насос – самая распространенная модель. Суть работы заключается в вытеснении жидкостей в рабочей камере с использованием подвижных элементов устройства.
3. Насосы с шестернями, роторного типа. После того, как произошел запуск двигателя, из входного отверстия (всасывающее) вода проходит между зубьями и перемещается в нагнетательную полость и другим частям аппарата.
4. Ковшовые гидротурбины работают с высоким давлением. Способны выдерживать большие напоры. Те струи воды, которые попадают на ковши колеса, приводят в движение рабочее колесо. Струи формируются специальными отверстиями.

Гидравлические машины широко распространены в сфере строительства, создания машинного оборудования. Отечественный производитель создает продукцию высокого качества.

Гидравлические машины.

Гидравлические машины в принципе своей работы основываются на применении закона Паскаля, который говорит, что давление, производимое на жидкость, передается внутри неё во все стороны с одинаковой силой.

Что же такое гидравлический агрегат? Гидравлический — значит работающий за счет давления или движения жидкости, например воды.

В этой статье мы собрали для Вас принцип действия и основные схемы наиболее часто применяемых гидростатических машин.

Содержание статьи

Гидравлический пресс применяется для получения больших сжимающих усилий, которые необходимы, например, для деформации металлов при обработке давлением (прессование, ковка, штамповка), при испытании различных материалов, уплотнении рыхлых материалов и т.д.

Схема и принцип действия

Самая простая схема гидравлической машины, такой как гидравлический пресс состоит из двух цилиндров А и В (малого и большого диаметра), соединенных между собой трубкой С. Такая схема похожа на работу сообщающихся сосудов.

В малом цилиндре расположен малый поршень гидравлической машины D, соединенный с рычагом ОКМ, имеющим неподвижную шарнирную опору в точке О, а в большом цилиндре – большой поршень гидравлической машины (плунжер) Е, составляющий одно целое с платформой F, на котором расположено прессуемое тело G.

Рычаг приводится в действие вручную или при помощи специального двигателя. При этом поршень D начинает двигаться вниз и оказывать на находящуюся под ним жидкость давление, которое передается на поршень Е и заставляет его вместе со столом двигаться до тех пор, пока тело G не войдет в соприкосновение с неподвижной плитой Н.

При дальнейшем подъеме стола начинается процесс прессования (сжатия) тела G.

Если данное устройство служит не для прессования, а только для поднятия груза, т.е. представляет собой так называемый гидравлический подъемник, то неподвижная плита Н в этом случае оказывается лишней и из конструкции исключается.

Вместе с указанными на схеме частями гидравлический пресс снабжается всасывающим и нагнетательным клапанами, регулирующими работу пресса, и клапаном, предохраняющим его от разрыва при чрезмерном возрастании давления (на схеме клапаны не показаны).

Сила давления, КПД и формула машины

Установим основные соотношения, определяющие работу пресса. Пусть усилие, действующее на конец М рычага ОКМ, будет называться Q, а плечи рычага ОК = a, КМ = b. Тогда, рассматривая равновесие рычага и составляя уравнение моментов относительно его центра вращения О выводим уравнение

Находим силу передаваемую на поршень D малого цилиндра

и создаваемое в жидкости добавочное гидростатическое давление

где d1 – диаметр малого цилиндра.

Давление ρ передается на поршень Е большого цилиндра, в результате чего полная сила давления на этот поршень, обусловленная силой Q, будет

где d₂ – диаметр большого цилиндра.

Из этого выражения видно, что сила P2 может быть получена сколько угодно большой путем выбора соответствующих размеров цилиндров и плеч движущего рычага.

На самом деле действительная сила P2, передаваемая на стол и осуществляющая процесс прессования, оказывается несколько меньше из-за неизбежных потерь энергии на преодоление трения в движущихся частях пресса и утечек жидкости через различные неплотности и зазоры.

Эти потери учитываются введением в формулу коэффициента полезного действия – КПД. Таким образом формула гидравлической машины

Практически этот коэффициент имеет значение от 0,75 до 0,85.

Пример расчета

Для наглядного примера того как работают малый и большой поршень гидравлического машины рассмотрим простой пример.

Условие: Большой поршень гидравлической машины имеет площадь 50см 2 . Он поднимает груз весом 2000Н. Необходимо определить площадь малого поршня если на известно, что на динамометре определилась сила 300Н. Рычаг в этой задачи не участвует.

S1=(F1*S2)/F2=(300*50*10 (-2) )/2000=0.075 м 2 =7,5cм 2

В современных гидравлических прессах можно получить очень большие давления (до 25 000 т.). В таких конструкциях малый цилиндр выполняют обычно в виде поршневого насоса высокого давления, подающего рабочую жидкость (воду или масло) в большой цилиндр (собственно пресс), часто с добавлением в схему специального устройства – гидравлического аккумулятора, выравнивающего работу насоса.

Гидравлический аккумулятор

Как показывает название – гидравлический аккумулятор служит для аккумулирования, т.е. накапливания, собирания энергии. Он применяется на практике в тех случаях, когда необходимо выполнить кратковременную работу, требующую значительных механических усилий, например, поднять большую тяжесть, открыть и закрыть ворота шлюзов и т.п.

Наиболее широкое применение гидравлические аккумуляторы получили при работе гидравлических прессов, используемые здесь как установки, накапливающие жидкость в период холостого хода пресса и отдающие ее при рабочем ходе, когда подача насосов оказывается недостаточной.

Гидравлический аккумулятор состоит из цилиндра А, в котором помещен плунжер В, присоединенный своей верхней частью к платформе С, несущей груз большого веса. В аккумулятор по трубе D насосом нагнетается жидкость (вода или масло), которая поднимает вверх плунжер с грузом. При достижении крайнего верхнего положения насос автоматически выключается.

Обозначим вес плунжера с грузом через G, а его полную высоту подъема через Н. Тогда энергия, запасенная аккумулятором при полном подъеме плунжера, будет равна G*H, а создаваемое им в жидкости гидростатическое давление

где F – площадь сечения плунжера

Под таким постоянным давлением находящаяся в аккумуляторе жидкость подводится по трубе Е к гидравлическим машинам – например, прессовым машинам, обеспечивая тем самым их работу с постоянной нагрузкой.

Гидростатическое давление, создаваемой аккумулятором, будет тем больше, чем меньше площадь сечения плунжера.

Однако при чрезмерном уменьшении сечения плунжера последний может оказаться недостаточно прочным. Поэтому при необходимости получения очень больших давлений применяются так называемые дифференциальные аккумуляторы со ступенчатым поршнем.

В этом случае давление на жидкость, находящуюся в цилиндре А, передается через небольшую площадь кольцевого уступа ступенчатого поршня, пропущенного сквозь обе крышки цилиндра (верхнюю и нижнюю), и следовательно, сечение поршня может быть выбрано такого размера, при котором обеспечивается необходимая прочность.

Гидравлическая турбина

Гидравлические двигатели служат для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в механическую энергию, получаемую на валу двигателя и используемую в дальнейшем для различных целей, в основном для привода рабочих машин.

Наиболее распространенным представителем этой группы является гидравлическая турбина. Гидравлические турбины обычно для устанавливаются на гидроэлектрических станциях, где они служат приводом электрических генераторов.

Энергия воды преобразуется в турбине в механическую энергию на валу. Вал приводит в движение ротор электрогенератора и механическая энергия превращается в электрическую.

Насос

В насосах, применяемых для подъема и перемещения жидкости по трубопроводам, происходит обратный процесс. Механическая энергия, подводимая к насосам от двигателей, приводящих насосы в действие, преобразуется в гидравлическую энергию жидкости.

На рисунке схематично изображены
А – турбинная установка
Б – насосная установка

Насосы это самые распространенная разновидность гидравлических машин. Они применяются во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Насосы используются в водоснабжении, отоплении, вентиляции, для работы котельной установки и во многих других областях техники.

Подробная схема работы насоса размещена в этой статье

Гидравлические машины весьма широко используются в настоящее время в нефтяной промышленности. Насосы применяются при транспортировке нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, при бурении нефтяных скважин для подачи в них промывочных растворов и т.д.

Устройство гидросистемы — принцип работы и конструкция. Плюсы применения оборудования гидравлических систем

Устройство гидравлической системы — представляет собой машину или оборудование, которое при использовании мощности жидкостной среды может справиться с поставленными задачами, за счет преобразования незначительного усилия в значительное. Гидравлическую систему в современном мире активно используют в:

• промышленной сфере — в качестве конструкционного элемента металлорежущих станков, прессах, тяжёлых манипуляторах или комплектующего механизма, с помощью которого выполняются разрузочно-погрузочные или транспортировочные работы;
• авиакосмической сфере — активно применяется в шасси и различного рода системах управления;
• сельскохозяйственной отрасли. Главным назначение гидравлической системы является преобразование гидравлической энергии в механическую энергию, тем самым позволяя использовать разнообразные навесные агрегаты на такой спецтехнике как трактор или бульдозер, которые активно задействованы в аграрии;
• автомобилестроении — применяется в тормозной системе транспортного средства;
• разнообразной специализированной технике (строительной, горнодобывающей, дорожной, лесозаготовительной, коммунальной и пр.);
• судовом оборудовании. Гидравлика задействована в рулевом управлении и турбинах.

С течением времени список отраслей, в которых всё чаще используют гидрооборудование только увеличивается, так как гидравлика это не только выгодно, но и надежно.

Гидросистема, назначение которой заключается в преобразовании энергии гидравлической в механическую, может быть закрытого или открытого типа. Открытый тип системы чаще всего имею устройства небольшой или средней мощности, закрытый тип предназначен для более сложных систем, где вместо гидравлического цилиндра задействован гидравлический двигатель.

Принцип гидросистемы и особенности её конструкции

Принцип гидравлической системы такой же, как и у жидкостного рычага, где используя гидростатическое давление можно преобразовать малое усилие на относительно небольшой площади в достаточно большое.

Для того, чтобы понять принцип работы гидравлической системы, необходимо изначально разобраться с её конструкцией и основными комплектующими. Рассмотрим конструкцию гидросистемы специализированной техники, которая включает в себя:

• устройство гидравлического бака с рабочей жидкостью внутри, где она не только находится в безопасности, но и поддерживается её необходимая для гидросистемы рабочая температура;
• гидронасос — основа системы. Используя механический или электрический двигатель через ремни или муфту устройство гидравлического насоса (шестеренного, поршневого или пластинчатого) приводится в движение, которое под давлением подает рабочую жидкость к остальным комплектующим системы;
• гидравлический распределитель (золотниковый, клапанный или крановый) — устройство ответственного за управление потоков рабочей жидкости;
• механизмы управления (кнопки, пневматические джойстики и прочие приводы);
• различные трубопроводы, рукава высокого давления, шланги, соединительные фитинги и крепежные элементы;
• гидравлические цилиндры и механизмы отбора мощности (коробку и вал).

Несмотря на то, что конструкция установленной гидравлики может быть разной в зависимости от сферы использования, принцип работы гидросистемы остается неизменным.

Например, рассмотрим принцип гидросистемы сложного промышленного оборудования, где под воздействием силы тяжести рабочая жидкость попадает в устройство гидронасоса, а после к гидравлическому распределителю, который перенаправляет рабочую жидкость к поршню гидроцилиндра, тем самым создавая давление.

Оборудование гидравлических систем — преимущества применения и недостатки

Устройство гидросистемы достаточно широко применяется практически во всех отраслях, так как обладает рядом преимуществ, среди которых выделяют:

• высокую эффективность — возможность перемещения крупногабаритного и тяжелого груза с максимальной точностью;
• гибкость работы — наличие возможности регулировать как большие, так и малые усилия;
• наличие практически неограниченного диапазона скоростей;
• долговечность и надежность оборудований гидравлических систем, так как устройства можно предварительно оснастить клапанами сброса давления для защиты от перегруза;
• компактность и экономичность — дают возможность агрегатировать навесные устройства, тем самым уменьшая расходы на покупку новой специализированной техники.

К недостаткам использования оборудований гидросистем относят:

• вероятность возникновения течи рабочей жидкости, которую необходимо устранять;
• большую чувствительность комплектующих гидравлической системы к разнообразным загрязнениям и наличию абразивных частиц в рабочей жидкости (масле);
• наличие вероятности возгорания в процессе работы, так как чаще всего в качестве рабочей жидкости используют горючую жидкость.

Если следовать рекомендациям по обслуживанию и уходу за устройствами гидравлической системы, следить за чистотой рабочего масла, то тогда недостатки гидросистемы теряют свою значимость.