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.
Назначение давления и потока.
При изучении основ гидравлики были использованы следующие термины: сила, передача энергии, работа и мощность. Эти термины используются при описании взаимоотношения давления и потока. Давление и поток - два основных параметра каждой гидравлической системы. Давление и поток взаимосвязаны, но выполняют разную работу. Давление сжимает или прикладывает усилие. Поток двигает предметы Водяной пистолет является хорошим примером давления и потока в применении. Нажатие на спусковой крючок создаёт давление внутри водяного пистолета. Вода под давлением вылетает из водяного пистолета и таким образом сбивает деревянного солдатика.
Что такое давление?
Давайте подумаем, как и почему создаётся давление. Текучая среда (газ и жидкость) стремится к расширению или происходит сопротивление при их сжатии. Это и есть давление. Когда вы накачиваете шину, вы создаёте в шине давление. Вы закачиваете в шину воздух больше и больше. Когда шина полностью наполнена воздухом, происходит нажатие на стенки шины. Такое нажатие является видом давления. Воздух является видом газа и может быть сжат. Сжатый воздух давит на стенки шины с одинаковой силой в каждой точке. Жидкость находится под давлением. Основное отличие состоит в том, что газы могут сжиматься в болы.
Одинаковая сила в каждой точке
Давление в сжатой жидкости
Если вы нажмёте на сжатую жидкость, возникнет давление. Так же как и в случае с шиной, давление одинаково в каждой точке бочки, содержащей жидкость. Если давление слишком велико, бочка может сломаться. Бочка сломается в слабом месте, а не там, где больше давление, потому что давление одинаково в каждой точке.
Жидкость почти не сжимается
Сжатая жидкость удобна при передаче силы по трубам, на изгибе, вверх, вниз, потому что жидкости почти несжимаемы и передача энергии происходит немедленно.
Многие гидравлические системы используют масло. Это потому, что масло почти не сжимается. В тоже время, масло может использовать в качестве смазки.
Закон Паскаля: Давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости или газа, передаётся по всем направлениям без изменения.
Секция 2
Отношение давление и силы
По закону Паскаля, отношение между давлением и силой выражается формулами:
F = P / S, где P - давление, F - сила, S - площадь
Гидравлический рычаг
На модели поршня, показанной на рисунке ниже, можно увидеть пример уравновешивания различного веса через гидравлический рычаг. Паскаль открыл, как видно на этом примере, что малый вес малого поршня уравновешивает большой вес большого поршня, доказывая, что площадь поршня пропорционально весу. Это открытие применительно к сжимаемой жидкости. Причина, почему это возможно, это то, что жидкость всегда действует с равной силой на равную площадь.
На рисунке изображён груз 2 кг и груз 100 кг. Площадь одного груза, весом 2 кг - 1см?, давление составляет 2 кг/см?. Площадь другогогруза, весом 100 кг - 50 см?, давление составляет 2 кг/см?. Два веса уравновешивают друг друга.
Механический рычаг
Та же ситуация может быть проиллюстрирована на примере механического рычага на рисунке ниже.
Кот весом 1 кг сидит на расстоянии 5 метров от центра тяжести рычага и уравновешивает кота весом 5 кг на расстоянии 1 метра от центра тяжести, подобно грузу на примере гидравлического рычага.
Преобразование энергии гидравлического рычага
Важно помнить, что жидкость действует равной силой на равную площадь. При работе это очень сильно помогает.
Имеется два цилиндра одинакового размера. Когда мы нажимаем на один поршень с усилием 10 кг, другой поршень выдавливается с усилием 10 кг, потому что площадь каждого цилиндра одинаковая. Если площади разные, силы тоже разные.
Например, допустим, что большой поршень имеет площадь 50 см?, а маленький поршень имеет площадь 1 см?, при усилии в 10 кг на маленький поршень происходит воздействие 10 кг/см? на каждую часть большого клапана согласно закона Паскаля, поэтому большой поршень получает общую силу 500 кг. Мы используем давление для передачи энергии и выполнения работы.
Имеется важный пункт при преобразовании энергии, а именно, отношение между силой и расстоянием. Вспомни, на механическом рычаге, малый вес требует длинный рычаг для достижения равновесия. Для того, чтобы поднять кота весом 5 кг на 10 см, кот весом 1 кг должен опустить рычаг на 50 см вниз.
Давайте посмотрим на рисунок гидравлического рычага снова и подумаем о ходе малого поршня. Ход малого поршня 50 см необходим для передачи достаточного количества жидкости для передвижения поршня большого цилиндра на 1 см.
Секция 3
Поток создаёт движение
Что такое поток?
При разнице давления в двух точках гидравлической системы, жидкость стремится к точке с наименьшим давлением. Такое движение жидкости называется потоком.
Здесь приведены несколько примеров потока. Вода в городском водопроводе создаёт давление. Когда мы поворачиваем кран, то за счёт разности давления из крана течёт вода.
В гидравлической системе поток создаёт насос. Насос создаёт непрерывный поток.
Скорость и величина потока
Скорость и величина потока используются для измерения потока.
Скорость показывает расстояние, пройденное за определённый промежуток времени.
Величина потока показывает, сколько жидкости протекает через определённую точку за данный момент времени.
Величина потока, лит./мин.
Величина потока и скорость
В гидравлическом цилиндре легко рассмотреть отношение между величиной потока и скоростью.
Во первых, мы должны подумать об объёме цилиндра, который мы должны заполнить и затем подумать о ходе поршня.
На рисунке показан цилиндр А длинной 2 метра и объёмом 10 литров и цилиндр В длинной 1 метр и объёмом 10 литров. Если закачать 10 литров жидкости в минуту в каждый цилиндр, полный ход обоих поршней длится 1 минуту. Поршень цилиндра А двигается в два раза быстрее, чем цилиндра В. Это происходит потому, что поршень должен пройти расстояние в два раза больше за один и тот же промежуток времени.
Это значит, что цилиндр с меньшим диаметром двигается быстрее, чем цилиндр с большим диаметром при одинаковой скорости потока для обоих цилиндров. Если мы увеличим скорость потока до 20 л/мин, обе камеры цилиндра наполнятся в два раза быстрее. Скорость поршня должна увеличиться в два раза.
Таким образом, мы имеем два пути увеличения скорости цилиндра. Один путём уменьшения размера цилиндра и другой за счёт увеличения скорости потока.
Скорость цилиндра, таким образом, пропорциональна скорости потока и обратно пропорционально площади поршня.
Давление и сила
Создание давления
Если вы надавите на пробку в бочке, заполненную жидкостью, пробка будет остановлена жидкостью. При нажатии, жидкость под давлением давит на стенки бочки. При чрезмерном нажатии возможен разрыв бочки.
Путь наименьшего сопротивления
Если имеется бочка с водой и отверстием. При нажатии на крышку сверху, вода вытекает из отверстия. Вода, проходя через отверстие, не встречает сопротивления.
Когда сила прикладывается к сжатой жидкости, жидкость ищет путь наименьшего сопротивления.
Неисправности оборудования, использующие давление масла.
Вышеописанные характеристики гидравлических жидкостей являются полезными для гидравлического оборудования, но также являются источником многих неисправностей. Например, если произошла течь в системе, гидравлическая жидкость будет вытекать, так как ищет путь наименьшего сопротивления. Типичными примерами является течь ослабленных соединений и уплотнений.
Естественное давление
Мы разговаривали про давление и поток, но часто давление существует без потока.
Сила тяжести является хорошим примером. Если мы имеем три взаимосвязанных резервуара разного уровня, как показано на рисунке, сила тяжести сохраняет жидкости во всех резервуарах на одном уровне. Это другой принцип, который мы можем использовать в гидравлической системе.
Масса жидкости
Масса жидкости также создаёт давление. Дайвер, который ныряет в море, скажет, что он не может нырять слишком глубоко. Если дайвер опустится слишком глубоко, давление раздавит его. Это давление создаётся массой воды. Таким образом, мы имеем вид давления, которое появляется самостоятельно от веса воды.
Давление возрастает пропорционально глубине и мы можем точно измерить давление на глубине. На рисунке изображена квадратная колонна с водой высотой 10 метров. Известно, что один кубический метр воды весит 1000 кг. При увеличении высоты колонны до 10 метров, вес колонны увеличится до 10000 кг. На дне образуется один квадратный метр. Таким образом вес распределяется на 10000 квадратных сантиметров. Если мы разделим 10000 кг на 10000 квадратных сантиметров, то получится, что давление на этой глубине составляет 1 кг на 1 квадратный сантиметр
Значение силы тяжести
Под действием силы тяжести масло попадает из бака к насосу. Масло не всасывается насосом, как думают многие люди. Насос служит для подачи масла. Что обычно понимают под всасыванием насоса, обозначает подачу масла к насосу под действием силы тяжести.
Масло к насосу поступает под действием силы тяжести.
Что вызывает давление?
Когда давление смешивается с потоком, мы имеем гидравлическую силу. Откуда поступает давление в гидравлическую систему. Часть - это результат силы тяжести, но откуда берётся остальное давление.
Большая часть давления появляется от воздействия нагрузки. На рисунке ниже, насос подаёт масло непрерывно. Масло из насоса находит путь наименьшего сопротивления и направляется через шланг к рабочему цилиндру. Вес нагрузки создаёт давление, величина которого зависит от веса.
Гидравлическая сила рабочего цилиндра
(1) Закон инертности говорит о том, что свойство тела сохранять своё состояние покоя или прямолинейного равномерного движения, пока какая-либо внешняя сила не выведет его из этого состояния. Это одна причина, почему поршень рабочего цилиндра не двигается
(2) Другая причина, почему поршень не двигается это нахождение на нём груза.
Поток
Ранее мы говорили, что поток совершает работу и двигает предметы. Имеется другой ключевой момент - Каким образом скорость потока относится к работе гидравлической системы?
Ответом является то, что скорость потока постоянная,
Возрастающая скорость потока создаёт высокую скорость
Многие люди думают, что возрастающее давление повышает скорость, но это не правда. Вы не можете заставить двигаться поршень быстрее, повысив давление. Если вы хотите заставить двигаться поршень быстрее, вы должны повысить скорость потока.
Давление в параллельном соединении
Имеется три различных груза, соединённых параллельно в одной гидравлической системе, как показано на рисунке ниже. Масло, как обычно, ищет путь наименьшего сопротивления. Это значит, что самый лёгкий груз поднимется первым, потому что цилиндру В понадобится наименьшее давление. Когда самый лёгкий груз поднимется, давление возрастёт, чтобы поднять следующий по весу груз из оставшихся. Когда цилиндр А достигнет окончания хода, давление возрастёт, чтобы поднять самый тяжёлый груз. Цилиндр С поднимется последним.
(3) Когда насос начинает давить на цилиндр, рабочий поршень и груз оказывают сопротивление потоку масла. Таким образом, давление возрастает. Когда это давление преодолевает сопротивление поршня, поршень начинает движение.
(4) Когда поршень двигается вверх, он поднимает груз. Давление и поток используются вместе для выполнения работы. Это гидравлическая сила в действии.
При закрытие предохранительного клапана, скорость не возрастает
Здесь приведена одна распространённая ошибка при поиске неисправности в гидравлической системе. Когда скорость цилиндра падает, некоторые механики сразу направляются к предохранительному клапану, потому что они думают, что повышение давления увеличит рабочую скорость. Они стараются уменьшить настройки предохранительного клапана, что предполагается повысит максимальное давление в системе. Такие изменения не приводят к увеличению скорости действия. Предохранительный клапан служит для защиты гидравлической системы от чрезмерного давления. Параметры давления никогда не должны быть выше величины установленного давления. Вместо повышения установок давления, механики должны искать другие причины неисправности системы.
Заключение
Сейчас вы имеете знания основ теории гидравлики. Вы знаете, что Закон Паскаля говорит о том, что давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости или газа, передаётся по всем направлениям без изменений.
Вы также узнали, что гидравлическая жидкость под давлением стремится по пути наименьшего сопротивления. Это хорошо, когда работает для нас и плохо, когда вызывает течь в системе. Вы видели, как мы можем использовать малый вес на одном цилиндре для движения большого веса на другом цилиндре. В данном случае, ход поршня малого груза больше. Также вы получили чёткое понимание взаимоотношения давления и силы, скорости потока и скорости и конечно давления и потока.
Гидравлические механизмы
Гидравлические системы
Гидравлические системы используются для передачи механической энергии с одного места в другое. Это происходит через использование энергии давления. Гидравлический насос приводится в действие механической энергией. Механическая энергия преобразуется в энергию давления и кинетическую энергию гидравлической жидкости и затем снова преобразуется в механическую энергию для выполнения работы.
Значение преобразования энергии
Энергия, которая передаётся в гидравлическую систему, преобразуется из механической энергии двигателя, которая приводит в действие гидравлический насос. Насос преобразует механическую энергию в поток жидкости, преобразуя механическую энергию в энергию давления и кинетическую энергию. Поток жидкости передаётся через гидравлическую систему и направляется к приводам цилиндров и моторов. Энергия давления и кинетическая энергия жидкости вызывает движение привода. При этом движении происходит ещё одно преобразование в механическую энергию.
Как это работает в гидравлическом экскаваторе.
В гидравлических экскаваторах, первичная механическая энергия двигателя приводит в действие гидравлический насос. Насос направляет поток масла в гидравлическую систему. При движении привода под действием давления масла происходит ещё раз преобразование в механическую энергию. Стрела экскаватора может подниматься или опускаться, производится движение ковша и т.д.
Гидравлика и работа
Три элемента работы
Когда имеется какая либо работа, то для выполнения этой работы необходимы определённые условия. Необходимо знать, какая понадобится сила. Вам надо решить, как быстро необходимо произвести работу и вы должны определить направление работы. Это три условия работы: сила, скорость и направление используются в гидравлических терминах, как показано ниже.
Компоненты гидравлической системы
Основные компоненты
Гидравлическая система состоит из многих частей. Основными деталями являются насос и привод. Насос подаёт масло, преобразуя механическую энергию в энергию давления и кинетическую энергию. Привод является частью системы, которая преобразует гидравлическую энергию обратно в механическую энергию для выполнения работы. Другие детали, кроме насоса и привода, необходимы для полной работы гидравлической системы.
Бак: хранение масла
Клапаны: контроль за направлением и величиной потока или ограничение давления
Линии трубопровода: соединение деталей системы
Давайте посмотрим на две простые гидравлические системы.
Пример 1, гидравлический домкрат
Что вы видите на рисунке, называется гидравлический домкрат. Когда вы прилагаете усилие к рычагу, ручной насос подаёт масло в цилиндр. Давление этого масла давит на поршень и поднимает груз. Гидравлический домкрат во многом напоминает гидравлический рычаг Паскаля. Здесь добавлен гидравлический бак. Обратный клапан установлен, чтобы держать масло в баке и цилиндре между ходом поршня.
На верхнем рисунке, давление удерживается, обратный клапан закрыт. Когда ручка насоса тянется вверх, впускной обратный клапан открывается и масло попадает из бака в камеру насоса.
Нижний рисунок показывает открытый запорный клапан для соединения бака и цилиндра, позволяя маслу перетекать в бак, при этом поршень движется вниз.
Пример 2, работа гидравлического цилиндра
1. Во первых, имеется гидравлический бак, заполненный маслом и подсоединённый к насосу.
3. Насос работает и качает масло. Важно понять, что насос перемещает только объём. Объём устанавливает скорость гидравлического действия. Давление создаётся нагрузкой и не создаётся насосом.
4. Шланг от насоса соединён с распределительным клапаном. Масло поступает из насоса к клапану. Работа данного клапана заключается в направлении потока или к цилиндру, или в бак.
5. Следующим шагом является цилиндр, который выполняет фактическую работу. Два шланга от распределительного клапана соединены с цилиндром.
6. Масло из насоса направляется в нижнюю полость поршня через распределительный клапан. Нагрузка вызывает сопротивление потоку, которое в свою очередь создаёт давление.
7. Система выглядит законченной, но это не так. Ещё необходима очень важная деталь. Мы должны знать, как защитить все компоненты от повреждения в случае внезапной перегрузки или другого происшествия. Насос продолжает работать и подавать масло в систему, даже если с системой произошло происшествие.
Если насос подаёт масло и нет возможности для выхода масла, давление возрастает до тех пор, пока какая либо деталь не сломается. Мы устанавливаем предохранительный клапан, чтобы предотвратить это. Обычно он закрыт, но когда давление достигает установленной величины, предохранительный клапан открывается и масло течёт в бак.
8. Бак, насос, распределительный клапан, цилиндр, шланги соединения и предохранительный клапан являются основой гидравлической системы. Все эти детали необходимы.
Теперь мы имеем чёткое представление, как работает гидравлическая система.
Классификация насосов
Что такое насос?
Подобно вашему сердцу, которое прокачивает кровь по вашему телу, насос является сердцем гидравлической системы. Насос - это часть системы, которая качает масло для совершения работы. Как мы писали раньше, гидравлический насос преобразует механическую энергию в энергию давления и кинетическую энергию жидкости.
Что такое гидравлический насос?
Каждый насос создаёт поток. Жидкость перемещается из одного места в другое.
Имеется два типа насосов перемещения.
Насос принудительного действия
Насос не принудительного действия
Водяной круг на рисунке - пример не принудительного насоса. Круг поднимает жидкость и двигает её.
Другой насос принудительного действия. Называется принудительного действия, так как насос нагнетает жидкость и препятствует возврату её назад. Если насос не может это делать, в системе не будет достаточного давления. Сегодня все гидравлические системы используют высокое давление, и таким образом необходимы насосы принудительного действия.
Типы гидравлических насосов
Сегодня на многих машинах установлен один из трёх насосов:
- Шестерёнчатый насос
- Лопастный насос
- Поршневой насос
Все насосы работают по роторно поршневому типу, жидкость приводится в действие вращением детали внутри насоса.
Поршневые насосы делятся на два типа:
Аксиально поршневого типа
Радиально поршневого типа
Насосы аксиально поршневого типа называются так, потому что поршни насоса расположены параллельно оси насоса.
Насосы радиально поршневого типа называются так, потому что поршни расположены перпендикулярно (радиально) оси насоса. Насосы обоих типов совершают возвратно поступательное движение. Поршни двигаются вперёд и назад и используют роторно поршневое движение.
Рабочий объём гидравлического насоса
Рабочий объём, значит объём масла, которое насос может прокачать или переместить в каждом цилиндре. Гидравлические насосы разделяются на два типа:
Фиксированного рабочего объёма
Изменяемого рабочего объёма
Насосы фиксированного рабочего объёма прокачивают одинаковое количество масла за каждый цикл. Чтобы изменить объём такого насоса необходимо изменить скорость насоса.
Нсосы с изменяемым рабочим объёмом могут менять объём масла в зависимости от цикла. Это может быть сделано без изменения скорости. Такие насосы имеют внутренний механизм, который регулирует выходное количество масла. Когда давление в системе падает, объём возрастает, когда давление в системе возрастает, объём уменьшается автоматически.
Мощность
Насос фиксированного рабочего объёма Насос изменяемого рабочего объёма
Конструкция
Классификация привода
Что такое привод?
Привод является частью гидравлической системой, которая производит энергию. Привод преобразует гидравлическую энергию в механическую энергию для совершения работы. Различают линейный и роторный приводы. Гидравлический цилиндр является линейным приводом. Усилие гидравлического цилиндра направлено прямолинейно. Гидравлический мотор является роторным приводом. Выходным усилием является крутящий момент и роторное действие.
Роторный привод
Линейный привод
Гидравлические цилиндры
Гидравлические цилиндры подобно рычагу. Имеется два типа цилиндров.
Цилиндры однократного действия.
Гидравлическая жидкость может двигаться только в один конец цилиндра. Возврат поршня в первоначальное положение достигается действием силы тяжести.
Цилиндры двойного действия.
Гидравлическая жидкость может перемещаться в оба конца цилиндра, поэтому поршень может двигаться в обоих направлениях.
В обоих типах цилиндров, поршень двигается в цилиндре в направлении, в котором жидкость давит на поршень. Различные типы уплотнения используются в поршнях для предотвращения течи.
Цилиндр однократного действия
Цилиндр двойного действия
Гидравлический мотор
Подобно цилиндру, гидравлический мотор является приводом, только роторный привод.
Принцип работы гидравлического мотора прямо противоположный работе гидравлического насоса. Насос нагнетает жидкость и гидравлический мотор работает от этой жидкости. Как мы писали раньше, гидравлический насос преобразует механическую энергию в энергию давления и кинетическую энергию жидкости. Гидравлический мотор преобразует гидравлическую энергию в механическую энергию.
При гидравлическом приводе, насосы и моторы работают вместе. Насосы приводятся в действие механически и нагнетают жидкость в гидравлические моторы.
Моторы приводятся в действие жидкостью от насоса и это движение в свою очередь вращает механические части.
Типы гидравлических моторов
Существует три типа гидравлических моторов и все они имеют внутренние движущиеся части, которые приводятся в действие входящим потоком, их название:
- Шестерёнчатый мотор
- Лопастный мотор
- Поршневой мотор
Рабочий объём и крутящий момент
Наработка мотора называется крутящим моментом. Это сила вращения вала мотора. Крутящий момент это величина измерения силы на единицу длинны, она не включает скорость. Крутящий момент мотора определяется максимальным давлением и объёмом жидкости, которое может переместить во время каждого цикла. Скорость мотора определяется величиной потока. Больше величина потока, быстрее скорость.
Крутящий момент - это сила вращения вала мотора
Крутящий момент равен силе х расстояние
Классификация клапана
Какие бывают клапаны?
Клапаны являются средствами управления в гидравлической системе. Клапаны регулируют давление, направление потока и величину потока в гидравлической системе.
Различают три типа клапанов:
На рисунке ниже можно увидеть как работают клапаны.
Клапаны регулирования давления
Эти клапаны используются для ограничения давления в гидравлической системе, разгрузки насоса или настройки давления цепи. Имеется несколько типов клапанов регулирования давления, некоторые из них предохранительные, клапаны уменьшения давления и разгрузочные клапаны.
Клапаны управления давлением
Клапан управления давлением используется для следующих целей:
Ограничения давления внутри системы
Уменьшения давления
Настройка входящего давления цепи
Разгрузки насоса
Предохранительный клапан иногда называют защитным клапаном, потому что он уменьшает чрезмерное давление, когда оно достигает крайней величины. Предохранительный клапан предупреждает детали системы от перегрузки.
Существует два типа предохранительного клапана:
Предохранительный клапан прямого действия , которые просто открываются и закрываются.
Предохранительный клапан пилотной линии , который имеет пилотную линию для управления главным предохранительным клапаном.
Предохранительный клапан прямого действия обычно используется в местах, где объём потока небольшой и работа редко повторяется. Предохранительный клапан пилотной линии необходим в местах, где большой объём масла должен быть уменьшен.
Клапан управления направлением
Этот клапан управляет выбором направления потока гидравлической системы. Типичным клапаном управления направлением является распределительный клапан и золотник.
Клапан регулирования величины
Этот клапан управляет скоростью потока масла гидравлической системы. Управление происходит за счёт ограничения потока или отведения его. Несколько различных типов клапана регулирования величины являются клапан управления потоком и клапан деления потока.
Эти клапаны управляются различными способами: вручную, гидравлически, электрически, пневматически.
Клапаны управления направлением
Этот клапан устанавливает поток масла, как регулировщик управляет дорожным движением. Такие клапаны:
Обратный клапан
Используются различные типы конструкции управления направлением.
Обратный клапан использует тарельчатый клапан и пружину для направления потока в одном направлении. Золотниковый клапан использует подвижный цилиндрический золотник. Золотник двигается вперёд и назад, открывая и закрывая каналы для прохождения потока.
Обратный клапан
Обратный клапан устроен просто. Он называются клапаном одного потока. Это значит, что он открыт для прохождения потока в одном направлении, но закрыт для протекания масла в обратном направлении.
На рисунке ниже можно увидеть работу обратного клапана. Это обратный клапан, который устроен для сквозного потока на одной линии. Тарельчатый клапан открывается когда впускное давление больше, чем выпускное давление. Когда клапан открыт, масло свободно течёт. Тарельчатый клапан закрывается, когда впускное давление падает. Клапан прерывает поток в обратном направлении и останавливает поток под действие выпускного давления.
Золотниковый клапан
Золотниковый клапан является типичным распределительным клапаном, который используется для управления работой привода. Что обычно называют распределительным клапаном и является золотниковым клапаном. Золотниковый клапан направляет поток масла для начала, проведения и окончания работы.
Когда золотник двигается из нейтрального положения вправо или влево, происходит открытие одних каналов и закрытие других каналов. Таким способом масло подводится к и от привода. Буртик золотника плотно перекрывает входящие и выходящие потоки масла.
Золотник изготовлен из прочного материала и имеет гладкую, прецизионную, крепкую поверхность. Он даже покрыт хромом для препятствования износу, ржавчине и повреждениям.
Золотниковый клапан на рисунке показывает три позиции, нейтральная, левая и правая. Мы называем его четырёхпозиционный, потому что он имеет четыре возможных направления, которые направлены в обе полости цилиндра, в бак и в насос.
Когда мы перемещаем золотник влево, поток масла направлен от насоса в левую полость цилиндра и поток из правой полости цилиндра направлен в бак. Как результат, поршень двигается вправо.
Если мы сдвигаем золотник вправо, действия прямо противоположные, соответственно поршень двигается вправо.
В центральной позиции, нейтральной, масло направлено в бак. Каналы в обои полости цилиндра закрыты.
нейтральная
Клапаны регулирования величины
Как мы писали раньше, клапан регулирования величины работает в одном из двух направлений. Он или перекрывает поток, или меняет его направление.
Клапан управления потоком используется для управления скоростью привода посредством измерения потока. Измерение подразумевает измерение или регулирование скорости потока к или от привода. Клапан разделения потока регулирует объём потока, но так же разделяет потоки между двумя или более цепями.
Клапан деления потока управляет величиной потока, но так же разделяет потоки между двумя или более цепями.
Пропорциональный делитель потока
Назначение этого клапана - деление потока от одного источника.
Делитель потока на рисунке ниже делит потоки в соотношении 75-25 на выходе. Это возможно, потому, что вход №1 больше входа №2.
Ранее в тексте приводились рисунки, помогающие понять принципы работы гидравлической системы и её составных частей. Мы старались показать конструкцию на различных примерах и использовали различные типы рисунков.
Рисунки, которые мы используем, называются графической схемой.
Каждая часть системы и каждая линия изображается графическим символом.
Ниже приведены примеры графической диаграммы.
Важно понять, что назначение графической диаграммы не показать устройство деталей. Графическая диаграмма используется только для показа функций и мест соединений.
Классификация линий
Все составные части гидравлической системы соединены линиями. Каждая линия имеет своё название и выполняет свою функцию. Основные линии:
Рабочие линии: Напорная линия, Линия всасывания, Сливная линия
Не рабочие линии: Дренажная линия, Пилотная линия
Масло рабочей линии участвует в преобразовании энергии. Линия всасывания доставляет масло из бака к насосу. Напорная линия доставляет масло от насоса к приводу под давлением для совершения работы и сливная линия возвращает масло от привода обратно в бак.
Не рабочие линии являются дополнительными линиями, которые не используются в основных функциях системы. Дренажная линия используется для возврата в бак лишнего масла или масла пилотной линии. Пилотная линия используется для управления рабочими органами.
Преимущества и недостатки гидравлической системы
Мы изучили основные принципы работы гидравлической системы.
Перед завершением, посмотрим на преимущества и недостатки гидравлической системы перед другими системами.
Преимущества
1. Гибкость - ограниченное количество жидкости является более гибким источником энергии и имеет хорошие свойства передачи энергии. Использование рукавов высокого давления и шлангов вместо механических частей позволяет устранить многие проблемы.
2. Увеличение силы - Малая сила может управлять большой силой.
3. Плавность - Работа гидравлической системы плавная и тихая. Вибрация сведена к минимуму.
4.Простота - Имеется несколько подвижных деталей и небольшое число соединений гидравлической системы, а также самостоятельная смазка.
5. Компактность - Устройство составных частей очень простое по сравнению с механическими устройствами. Например, размер гидравлического мотора значительно меньше электрического мотора, который производит такую же энергию.
6. Экономия - Простота и компактность обеспечивает экономичность системы при небольших потерях мощности.
7. Безопасность - Предохранительный клапан защищает систему от перегрузок.
Недостатки
НЕОБХОДИМОСТЬ СВОЕВРЕМЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ - Компоненты гидравлической системы являются прецизионными деталями и работают под высоким давлением. Своевременное техническое обслуживание необходимо для защиты от ржавчины, загрязнения масла, повышенного износа, поэтому использование и замена соответствующего масла является необходимостью.
Немного больше о гидравлике
Потери энергии (давления)
Другой важным моментом для понимания основ гидравлики является потеря энергии (давления) в гидравлической системе.
Например, некоторое сопротивление потоку вызывает снижение давления потока, результатом чего является потеря энергии.
Сейчас изучим некоторые детали.
Вязкость масла.
Масло обладает вязкостью. Вязкость масла самостоятельно создаёт сопротивление потоку.
Сопротивление потоку за счёт трения.
Во время прохождения масла по трубам происходит снижение давления за счёт трения.
Такое снижение давления возрастает в следующих случаях:
1) При использовании длинной трубы
2) Использование трубы малого диаметра
3) При резком возрастании потока
4) При большой вязкости
Снижение давления по другим причинам
Кроме снижения давления за счёт трения, потери могут происходить за счёт изменения направления потока и изменения каналов протекания масла.
Протекание масла через дроссель
Как мы сказали раньше, снижение давления происходит при ограничении потока масла.
Дроссель является видом ограничения, часто устанавлиаемый в гидравлическую систему для создания разницы давления в системе.
Однако, если мы останавливаем поток за дросселем, действует закон Паскаля и давление выравнивается на обоих сторонах.
Потеря энергии
Как вы хорошо знаете, имеется множество труб, фитингов (соединений) и клапанов, входящих в гидравлическую систему.
Определённое количество энергии (давления) используется только для перемещения масла из одного места в другое, до выполнения работы.
Потерянная энергия преобразуется в тепло
Потеря энергии за счёт снижения давления преобразуется в тепло. Повышение потока масла, повышение вязкости масла, повышение длинны трубы или шланга, а так же подобные изменения, вызывают повышение сопротивления и вызывает перегрев.
Во избежание данной проблемы, применяйте запасные части, идентичные оригинальным.
Эффективность работы насоса
Как мы сказали раньше в предшествующем тексте, гидравлический насос преобразует механическую энергию в гидравлическую энергию. Эффективность работы насоса проверяется его производительностью и является одним из пунктов при проверке работоспособности. Эффективность насоса означает то, как хорошо насос справляется со своей работой.
Имеется три подхода при определении эффективности работы насоса.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОДАЧИ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА (МЕХАНИЧЕСКИЙ)
ПОЛНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Эффективность крутящего момента
Эффективность крутящего момента - это отношение фактического выходящего крутящего момента насоса к входящему крутящему моменту насоса.
Фактический выходящий крутящий момент насоса всегда меньше, чем входящий крутящий момент насоса. Потери крутящего момента происходят за счёт трения подвижных частей насоса.
Полная эффективность
Полная эффективность - это отношение выходящей гидравлической мощности к входящей механической мощности насоса.
Это величина обеих: эффективности подачи и эффективности крутящего момента. Другими словами, полная эффективность может быть выражена как выходящая мощность разделённая на входящую мощность. Выходящая мощность меньше входящей мощности из за потерь в насосе за счёт трения и внутренней течи.
В общем, эффективность шестерёнчатых и поршневых насосов составляет 75 - 95 %.
Поршневой насос обычно оценивается выше, чем шестерёнчатый насос.
Эффективность подачи
Эффективность подачи - это отношение фактической подачи насоса к теоретической подаче насоса. В действительности, фактическая подача насоса меньше чем теоретическая подача насоса.
Это обычно выражено в процентах.
Разница обычно выражена внутренней течью в насосе за счёт отверстий в рабочих деталях насоса.
Некоторые отверстия сделаны во всех деталях для смазки.
Внутренняя течь случается при износе деталей насоса, произведённых с малым допуском.
Мы рассматриваем повышенную внутреннюю течь как потерю эффективности.
Мощность, необходимая для работы насоса
По причинам, приведённым ранее, мощность, необходимая для работы насоса должна быть больше, чем выходящая мощность.
Здесь приведён пример насоса мощностью 100 л.с.
Если эффективность насоса 80%, то необходимо подвести мощность 125 л.с.
Необходимая мощность = выходящая мощность/эффективность = 100/80
Другими словами, двигатель мощностью 125 л.с. необходим для работы насоса мощностью 100 л.с. с эффективностью 80 %.
Неисправность насоса
Что снижает эффективность работы насоса?
Грязное масло - основная причина поломки насоса.
Твёрдые частицы грязи, песка и т.д. в масле используются в насосе как абразивный материал.
Это вызывает интенсивный износ деталей и увеличивает внутреннюю течь, тем самым понижая эффективность работы насоса.
Дренажный канал
Канал, который используется для слива масла в бак, называется дренажным каналом.
Кавитация насоса
Когда происходит кавитация?
Кавитация случается, когда масло не полностью заполняет предназначенное для заполнения пространство в насосе.
Это способствует появлению воздушных пузырьков, которые вредны для насоса.
Представим, что впускная линия насоса узкая, это вызывает падение входящего давления.
Когда давление низкое, масло не может поступать в насос так же быстро, как и выходить из него.
Результатом является то, что пузырьки воздуха образуются в поступающем масле.
Воздух в масле
Такое снижение давления приводит к появлению некоторого количества растворённого воздуха в масле и воздух заполняет полости.
Воздух в масле в виде пузырьков, так же заполняет полости.
Когда заполненные воздухом полости, которые образованы при низком давлении, поступают в область высокого давления насоса, они разрушаются.
Это создаёт действие, равносильное взрыву, которое разбивает или выносит мелкие частицы насоса и вызывает чрезмерный шум и вибрацию насоса.
Последствия взрыва
Разрушения, происходящее постоянно, вызывают взрыв.
Сила этого взрыва достигает 1000 кг/см² и мелкие металлические частицы выносятся из насоса. Если насос работает при кавитации длительное время, он может быть серьёзно повреждён.
Гидравлический мотор
Мотор работает в обратной последовательности, если сравнивать с насосом.
Насос подаёт масло, тогда как мотор работает от этого масла.
Мотор преобразует гидравлическую энергию в механическую энергию для выполнения работы.
Эффективность работы мотора
Подобно гидравлическому насосу, эффективность мотора определяется его производительностью.
Эффективность потока является одним из показателей при определении производительности мотора.
Внутренняя течь происходит из за отверстий в рабочих деталях мотора. Некоторые отверстия имеются во всех деталях для смазки. Увеличение течи связано с износом деталей с малым допуском.
Мы рассматриваем повышенную внутреннюю течь как потеря эффективности.
Проверка работы мотора
Как мы сказали раньше, канал, через который масло поступает в бак, называется дренажный канал.
Это даёт нам один метод для проверки работы мотора, сравнив фактическое количество слитого из мотора в бак масла с установленной величиной. Чем больше количество слитого масла в бак, тем больше потери энергии и соответственно снижение производительности мотора.
Гидравлический цилиндр
Течь цилиндра - наружная течь
Во время вытягивания штока цилиндра возможно попадание грязи и другого материала. Затем, когда шток втягивается, происходит попадание грязи в цилиндр и повреждение уплотнений.
На штоке цилиндра имеется защитное уплотнение, которое препятствует попаданию грязи внутрь цилиндра во время втягивания штока. Если течь происходит из штока цилиндра необходимо заменить все уплотнения штока.
Течь цилиндра - внутренняя течь
Течь внутри цилиндра может вызвать замедленное движение или остановку под нагрузкой.
Течь поршня может быть вызвана неисправным уплотнением поршня, кольца или поцарапанной поверхностью внутри цилиндра.
Последнее может быть вызвано попаданием грязи и наличие песка в масле.
Замедление движения
Наличие воздуха в цилиндре является основной причиной замедленного действия, особенно при установке нового цилиндра. Весь попавший в цилиндр воздух должен быть стравлен.
Спускание цилиндра
Если цилиндр спускает при остановке, проверьте на внутреннюю течь. Другими причинами неисправности могут быть неисправный распределительный клапан или поломка предохранительного клапана.
Неровности или ржавчина штока цилиндра
Незащищённый шток цилиндра может быть повреждён ударом о твёрдый предмет. Если гладкая поверхность штока повреждена, уплотнения штока могут быть разрушены.
Неровности на штоке могут быть исправлены специальным средством.
Другая проблема - ржавчина на штоке.
При хранении цилиндра, втяните шток для защиты его от ржавчины.
Клапаны
Предшествующий текст раскрыл основные знания о клапанах и их различия при работе.
Необходимо изучить несколько технических терминов связанных с распределительными клапанами.
Крекинг давление и давление полного потока
Крекинг давление - это давление, при котором открывается предохранительный клапан.
Давление полного потока - это давление, при котором через предохранительный клапан проходит наиболее полный поток.
Давление полного потока немного выше, чем крэкинг давление. Регулировка предохранительного клапана установлена на значение давления полного потока.
Крэкинг давление и регулировка давления
В предшествующем тексте, мы изучили то, что имеется два типа предохранительных клапанов: предохранительный клапан прямого действия и предохранительный клапан, управляемый пилотной линией.
Давайте рассмотрим регулировки давления этих клапанов.
Предохранительный клапан, управляемый пилотной линией имеет меньшее давление регулировки, чем у предохранительного клапана прямого действия.
На рисунке показано сравнение двух этих типов клапанов.
В то время, как предохранительный клапан прямого действия на рисунке открывается на половине давления полного потока, предохранительный клапан, управляемый пилотной линией открыт на 90 % его давления полного потока.
Регулировка давления
Как мы сказали раньше, давление полного потока немного выше, чем крэкинг давление.
Это потому, что натяжение пружины отрегулировано на открытие клапанов. Это состояние называется как регулировка давления и это один из недостатков простого предохранительного клапана.
Что лучше?
Предохранительный клапан, управляемый пилотной линией лучше для системы с высоким давлением и с большой производительностью.
Потому, что эти клапаны не открываются до достижения давления полного потока, происходит эффективная защита системы - масло сохраняется в системе.
Хотя более медленная работа, чем предохранительный клапан прямого действия, предохранительный клапан, управляемый пилотной линией поддерживает в системе более постоянное давление.
Редукционный клапан
Что это такое?
Редукционный клапан используется в цепи гидравлического мотора для создания обратного давления для управления во время работы и для остановки мотора, когда цепь в нейтральном состоянии.
Редукционный клапан для кранов
Редукционный клапан обычно закрывается вместе с клапаном управления давления с внутренним обратным клапаном.
Когда насос подаёт масло на мотор лебёдки на опускание, мотор работает по инерции под действием силы тяжести груза, другими словами, когда мотор превышает допустимую скорость, редукционный клапан подаёт обратное давление, таким образом, предотвращая свободное падение груза.
Внутренний обратный клапан даёт разрешение на подачу обратного потока для вращения мотора в обратном направлении, для поднятия груза.
Редукционный клапан для экскаваторов.
Редукционный клапан эквскаватора обеспечивает мягкий старт и повышение скорости хода/поворота, а также предотвращает кавитацию мотора.
Давление в напорной линии насоса всегда выше давления линии мотора.
Попытка превышения установленной скорости мотора по инерции вызывает снижение давления в напорной линии и клапан немедленно перекрывает линию мотора до тех пор, пока не восстановится давление напорной линии.
Техническое обслуживание клапанов
Поддерживайте хорошее состояние клапанов
Как вы хорошо знаете, клапаны являются прецизионными изделиями и должны снимать точные показания давления, направления и объёма масла гидравлической системы.
Поэтому, клапаны должны быть правильно установлены и содержаться в нормальном состоянии.
Причины неисправности клапанов
Загрязнения, такие как грязь, пух, коррозия и отстой могут вызвать неправильную работу и повреждение деталей клапана.
Такие загрязнения вызывают заедание клапана, неполное открытие или обдирание поверхности сопряжения до тех пор, пока не начнётся течь.
Такие неисправности исключены при содержании оборудования в чистоте.
Точки проверки
Во время поиска неисправностей или ремонта, проверьте следующие детали.
Распределительный клапан давления - Предохранительный клапан
Проверьте седло клапана (седло клапана и тарелка клапана) на предмет течи и задирания.
Проверьте на предмет застревания плунжера в корпусе.
Проверьте резиновые колечки.
Проверьте, не засорён ли дроссель.
Распределительный клапан потока
- Проверьте золотник и каналы на предмет неровностей и царапин.
- Проверьте уплотнения на течь
- Проверьте на наличие неровностей краёв.
- Проверьте на наличие царапин на золотнике.
Золотники распределительного клапана потока установлены в корпусе в рассчитанных местах.
Это сделано для обеспечения наименьшего зазора между корпусом и золотником для предотвращения внутренней течи и максимального качества сборки. Поэтому, устанавливайте золотники в соответствующие отверстия.
Гидроклапан давления (рис.1.1а) состоит из корпуса I, в котором находится золотник 2, поджатый с торца пружиной 4, усилие которой регулируется винтом 5 и имеет полости подвода (Р) и отвода (А,Т), вспомогательные полости (а,б), каналы управления (в,г,д,е,ж,а) и демпферное отверстие (и).
В нижнем нормальном положении золотника 2 полости (Р) и (А, Т) разъединены, если сила давления рабочей жидкости на нижний торец золотника 2 в полости (a) не превышает усилие регулируемой пружины 4 и силу давления рабочей жидкости на верхний торец золотника в полости (б). В случае превышения — золотник 2 перемещается вверх и полость подвода (Р) соединяется через проточку на золотнике с полостью отвода (А,Т).
Такой принцип работы гидроклапана давления в общем случае, однако в зависимости от способа управления, т.е. от того как соединены каналы управления с основными линиями или используются независимо, могут быть четыре способа подключения гидроклапана давления (рис. 1.1 б,в,г,д), имеющие различное функциональное назначение.
Рис.1.1. Общий вид (а) и схема исполнений
(б- первая, в- вторая, г- третья, д- четвертая) гидроклапана давления.
Гидроклапан давления первого исполнения (рис. 1.1б) может применяться в качестве предохранительного или переливного клапана (подсоединен параллельно), а также клапана разности давлений (подсоединен последовательно). При работе гидроклапана давления по схеме первого исполнения рабочая жидкость подводится в полость (Р) и поступает по каналам управления (е,ж,з) и демпферному отверстию (и) во вспомогательную полость (а), в которой создается давление на нижний торец золотника 2. Полость отвода (Т) предохранительных и переливных клапанов соединяется со сливом, а полость (А) клапанов разности давления — с гидросистемой.
При применении гидроклапана давления в качестве предохранительного клапана в объемном гидроприводе с регулируемым насосом через него не проходит в нормальных условиях поток рабочей жидкости. Клапан срабатывает лишь при превышении установленного давления в гидросистеме по каким-либо причинам, например, превышение допустимой нагрузки на цилиндр, остановка на упоре и т.д. В этом случае давление в подводящей гидролинии (Р) возрастает, а следовательно, повышается давление в полости (а) на нижний торец золотника 2. Если усилие от давления на золотник 9 полости (а) превышает усилие регулируемой пружины, золотник перемещается вверх и напорная линия через полости (Р) и (Т) соединяется со сливной линией. Рабочая жидкость под давлением пропускается в бак и давление в напорной линии уменьшается. В результате этого уменьшается давление в полостях (Р) и (а) и при условии, что усилие от давления на нижний торец золотника станет ниже усилия пружины на верхний торец, золотник опустится под действием пружины и отсоединит полость (Р) от (Т).
При применении гидроклапана давления в качестве переливного клапана в системах с дроссельным регулированием через него постоянно протекают излишки рабочей жидкости, т.е. он постоянно находится в работе, т.к. дроссель ограничивает поток рабочей жидкости в систему. С помощью гидроклапана давления обеспечивается настройка требуемого давления и поддержание его практически постоянным независимо от изменения нагрузки на цилиндр. Это достигается тем, что золотник 2 под действием усилия от давления на нижний торец находится в равновесии в таком положении, при котором имеется определенных размеров дросселирующая щель через проточку на золотнике из полости (Р) в полость (Т). В случае превышения уста-новленного давления повысится давление на нижний торец золотника,нарушится его равновесие и он будет смещаться вверх, увеличивая размеры дросселирующей щели. При этом увеличивается поток жидкости на слив, в результате чего давление понижается, т.е. восстанавливается, а золотник уравновесится. При понижении давления по сравнению с установленным равновесие золотника также нарушится, но золотник под действием пружины будет перемещаться вниз, размеры дросселирующей щели и поток жидкости на слив уменьшаются и давление восстановится.
При применении гидроклапана давления в качестве клапана разности давлений полость (Р) соединяется с напорной линией, а полость (А) — с какой-либо другой гидролинией системы. Так как полость (а) нижнего торца золотника соединена с полостью (Р), а полость (б) верхнего торца золотника с полостью (А), то разность давлений в подводящем и отводящем потоках будет определяться усилием регулируемой пружины и поддерживаться постоянной независимо от изменения давленая в гидросистеме.
При применении гидроклапана давления в качестве клапана последовательности используются второе, третье и четвертое исполнения. При работе гидроклапана давления по второй схеме исполнения (рис. 1.1в) в канал (е) устанавливается пробка, а через канал (з) под нижний торец золотника подводится управляющий поток (х). Пропускание потока рабочей жидкости из полости подвода (Р) в полость отвода (А,Т) обеспечивается только при достижении в линии управления (х) соответствующей величины давления, определяемой настройкой регулируемой пружины и величиной давления в отводимом потоке. В этом случае усилие на нижний торец золотника от давления в управляющем потоке превышает усилие пружины и усилие от давления в полости (б) на верхний торец, золотник поднимается и соединяет полости (Р) и (А,Т). При этом обеспечивается поддержание постоянной разности давлений в управляющем (х) и отводимом (А) потоках.
При работе гидроклапена давления по третьей схеме исполнения (рис.1.1г) канал (д) заглушается пробкой, а полость (б) над верхним торном золотника соединяется через канал (в) с баком или улравляющим потоком (у). Пропускание потока рабочей жидкости из полости подвода (Р) в полость отвода (А,Т) обеспечивается при достижении в полости подвода заданной величины давленая, определяемой настройкой пружины и давлением в линии управления (у). В атом случае усилие от давления на нижний торец золотника превышает усилие пружины и усилие от давления управляющего потока в полости (б), золотник перемещается и соединяет полости (Р) и (А).
При работе гидроклапана давления по четвертой схеме исполнения (рис1.1 д) каналы (д) и (е) заглушаются пробками, полость (б) над верхним торцом золотника соединяется через канал (в) с баком или управляющим потоком (у), а в полость (а) под нижний торец золотника и канал (з) подается управляющий поток (х). Пропускание потока рабочей жидкости обеспечивается в обоих направлениях при достижении в линиях управляющих потоков (х) и (у) заданной разности давлений, определяемой настройкой пружины. В этом случае усилие от давления в полости (а) управляющего потока (х) превыша-ет усилие пружины и усилие от давления в полости (б) управляющего потока (у), золотник поднимается и соединяются полости (Р) и (А).
2015-11-15
Гидравлический привод (объемный гидропривод) это совокупность объемных гидромашин, гидроаппаратуры и других устройств, предназначенная для передачи механической энергии и преобразования движения посредством жидкости. (Т.М Башта Гидравлика, гидромашины и гидроприводы).
В гидропривод входят один или несколько гидродвигателей, источники энергии жидкости, аппаратура управления соединительные линии.
Работа гидравлического привода основана на принципе
Рассмотрим систему.
В данной системе усилие создаваемое на поршне 2 можно определить по зависимости:
Получается, что усилие зависит от отношения площадей , чем больше будет площадь второго поршня, и чем меньше площадь первого, тем значительнее будет разница между силами F1 и F2. Благодаря принципу гидравлического рычага можно получить большое усилие, приложив малое.
Выигрывая в усилии на гидравлическом рычаге, придется пожертвовать перемещением , переместив малый поршень на величину l1, получим перемещение поршня 2 на величину l2:
Учитывая, что площадь поршня S2 больше площади S1, получим что перемещение l2 меньше чем l1.
Гидравлический привод не был бы так полезен, если бы потерю в перемещении не удалось скомпенсировать, а сделать это удалось благодаря особым гидравлическим устройствам - .
Обратный клапан - это устройство для запирания потока движущегося в одном направлении, и свободного пропускания обратного потока.
Если в рассмотренном примере, на выход камеры с поршнем 1 установить обратный клапан , так чтобы жидкость могла выйти из камеры, а обратно перетечь не могла. Второй клапан нужно установить на между камерой с поршнем 1 и дополнительным баком с жидкостью, таким образом чтобы, жидкость могла попасть в камеру с , а из этой камеры обратно в бак перетечь не могла.
Новая система будет выглядеть следующим образом.
Приложив к поршню усилие F1 и переместив его на расстояние l1, получим перемещение поршня с усилием F2 на расстояние l2. Затем отведем поршень 1 в начальное расстояния, из камеры с поршнем 2 жидкость перетечь обратно не сможет - не позволит обратный клапан - поршень 2 останется на месте. В камеру с поршнем один поступит жидкость из бака. Затем, нужно вновь приложить усилие F1 к поршню 1 и переместить его на расстояние l1, в результате поршень 2 вновь переместится на расстояние l2 с усилием F2. А по отношению к начальному положению, за два цикла поршень 2 переместится на расстояние 2*l2. Увеличивая число циклов, можно получить большую величину перемещения поршня 2.
Именно возможность увеличивать перемещение наращивая число циклов, позволила гидравлическому рычагу опередить механический с точки зрения возможного развиваемого усилия.
Приводы, где требуется развивать огромные усилия, как правило, гидравлические.
Узел с камерой и поршнем 1, а также с обратными клапанами в гидравлике называют насосом . Поршень 2 с камерой - гидравлическим двигателем , в данном случае - .
Распределитель в гидроприводе
Что делать, если в рассматриваемой системе нужно, вернуть поршень 2 в начальное положение? В текущей комплектации системы - это невозможно. Жидкость из под поршня 2 не может перетечь обратно - не позволит обратный клапан, значит необходимо устройство, позволяющее отправить жидкость в бак. Можно воспользоваться простым краном.
Но в гидравлике есть специальное устройство для направления потоков - распределитель , позволяющий направлять потоки жидкости по нужной .
Ознакомимся с работой полученного гидропривода.
Устройства в гидравлических приводах
Современные гидроприводы представляют собой сложные системы, состоящие из множества элементов. Конструкция которых не отличается простотой. В представленном примере такие устройства отсутствуют, т.к. они предназначены, как правило, для достижения нужных характеристик привода.
Наиболее распространенные гидравлические аппараты
- Предохранительные клапаны
- Редукционные клапаны
- Регуляторы расхода
- Дроссели
Информацию о гидравлических аппаратах вы можете получить на нашем сайте в разделе - . Если у вас остались вопросы, задавайте их в комментариях к данной статье.
Гидравлические системы используются в разнообразном оборудовании, но работа каждой из них основана на схожем принципе. В его основе лежит классический закон Паскаля, открытый еще в XVII веке. Согласно ему, давление, которое приложено к объему жидкости, создает силу. Она равномерно передается во всех направлениях и создает одинаковое давление в каждой точке.
Основа работы гидравлики любого вида - использование энергии жидкостей и возможность, приложив малое усилие, выдерживать увеличенную нагрузку на значительной площади – так называемый гидравлический мультипликатор. Таким образом, к гидравлике можно отнести все виды устройств, работающих на основе использования гидравлической энергии.
Спецтехника с гидроузлами
Гидрофицированные роботы на заводе «Камаз»
Виды гидравлики по сферам применения
Несмотря на общий «фундамент», гидросистемы поражают разнообразием. Начиная от базовых гидравлических конструкций, состоящих из нескольких цилиндров и трубок, и заканчивая , в которых объединены гидроэлементы и электротехнические решения, они демонстрируют широту инженерной мысли и приносят прикладную пользу в самых разных отраслях:
- промышленности - как элемент литейного, прессового, транспортировочного и погрузочно-разгрузочного оборудования, металлорежущих станков, конвейеров;
- сельском хозяйстве - навесное оборудование тракторов, экскаваторов, комбайнов и бульдозеров управляется именно гидроузлами;
- автомобильном производстве: гидравлическая тормозная система - «must have» для современного легкового и грузового автотранспорта;
- авиакосмической отрасли: системы, независимые или объединенные с пневматикой, используются в шасси, управляющих устройствах;
- строительстве: практически вся спецтехника оснащена гидрофицированными узлами;
- судовой технике: гидравлические системы используются в турбинах, рулевом управлении;
- нефте- и газодобыче, морском бурении, энергетике, лесозаготовительном и складском хозяйстве, ЖКХ и многих других сферах.
Гидростанция к токарному станку
В промышленности (для металлорежущих и других станков) современную производительную гидравлику используют благодаря ее способности обеспечить оптимальный режим работы с помощью бесступенчатого регулирования, получать плавные и точные движения оборудования и простоты его автоматизации.
На производственных станках широко применяют системы с автоматическим управлением, а в строительстве, благоустройстве, дорожных и других работах - экскаваторы и другую гусеничную или колесную с гидрофицированными узлами. Гидросистема работает от мотора техники (ДВС или электрического) и обеспечивает функционирование навесных элементов - ковшей, стрел, вил и так далее.
Гидрофицированный экскаватор-погрузчик
Виды гидравлики с разными гидроприводами
В оборудовании для разных сфер используются гидроприводы одного из двух типов - гидродинамические, работающие преимущественно на кинетической энергии, или объемные. Последние используют потенциальную энергию давления жидкостей, обеспечивают большое давление и, благодаря техническому совершенству, широко используются в современных машинах. Системы с компактными и производительными объемными приводами устанавливают на сверхмощных экскаваторах и станках - их рабочее давление достигает 300 МПа и больше.
Пример техники с объемным гидроприводом
Рабочее колесо гидротурбины для гидроагрегата ГЭС
Объемные гидроприводы используют в большинстве современных гидростистем, устанавливаемых в прессах, экскаваторах и строительной спецтехнике, металлообрабатывающих станках и так далее. Устройства классифицируют по:
- характеру движения выходных звеньев гидромотора - оно может быть вращательным (с ведомым валом или корпусом), поступательным или поворотным, с движением на угол до 270 градусов;
- регулированию: регулируемые и нерегулируемые в ручном или автоматическом режиме, дроссельным, объемным или объемно-дроссельным способом;
- схемам циркуляции рабочих жидкостей - компактной замкнутой, используемой в мобильной технике, и разомкнутой, которая сообщается с отдельным гидробаком;
- источникам подачи жидкостей: с насосами или гидроприводами, магистральными или автономными;
- типу двигателя - электрический, ДВС в автомобилях и спецтехнике, турбины корабля и так далее.
Турбина Siemens с гидроприводом
Конструкция гидравлики разных видов
В промышленности используют машины и механизмы со сложным устройством, но, как правило, гидравлика в них работает по общей принципиальной схеме. В систему включены:
- рабочий гидроцилиндр, преобразовывающий гидравлическую энергию в механическое движение (или, в более мощных промышленных системах, гидродвигатель);
- гидронасос;
- бак для рабочей жидкости, в котором предусмотрена горловина, сапун и вентилятор;
- клапаны - обратный, предохранительный и распределительный (направляющий жидкость к цилиндру или в резервуар);
- фильтры тонкой очистки (по одному на подающей и обратной линии) и грубой очистки - для удаления примесей механического характера;
- система, управляющая всеми элементами;
- контур (емкости под давлением, трубопроводная обвязка и другие компоненты), уплотнители и прокладки.
Классическая схема раздельноагрегатной гидросистемы
В зависимости от вида гидросистемы, ее конструкция может отличаться - это влияет на сферу применения устройства, его рабочие параметры.
Стандартный рабочий гидроцилиндр тормоза для комбайна «Нива СК-5»
Виды конструктивных элементов гидросистемы
Прежде всего, важен тип привода - части гидравлики, преобразующей энергию. Цилиндры относятся к роторному типу, и могут направлять жидкости только в один конец или в оба (однократное или двойное действие соответственно). Усилие их направлено прямолинейно. Гидравлика открытого типа с цилиндрами, которые сообщают выходным звеньям возвратно-поступательное движение, используется в мало- и среднемощном оборудовании.
Спецтехника с гидродвигателем
В сложных промышленных системах вместо рабочих цилиндров устанавливают гидродвигатели, в которые из насоса поступает жидкость, а затем возвращается в магистраль. Гидрофицированные моторы сообщают выходным звеньям вращательное движение с неограниченным углом поворота. Их приводит в действие рабочая гидравлическая жидкость, поступающая от насоса, что, в свою очередь, заставляет вращаться механические элементы. В оборудовании для разных сфер устанавливают шестеренчатые, лопастные или поршневые гидромоторы.
Радиально-поршневой гидромотор
Потоками в системе управляют гидрораспределители - дросселирующие и направляющие. По особенностям конструкции их делят на три разновидности: золотниковые, крановые и клапанные. Наиболее востребованы в промышленности, инженерных системах и коммуникациях гидрораспределители первого типа. Золотниковые модели просты в эксплуатации, компактны и надежны.
Гидронасос - еще один принципиально важный элемент гидравлики. Оборудование, преобразующее механическую энергию в энергию давления, используют в закрытых и открытых гидросистемах. Для техники, работающей в «жестких» условиях (бурильной, горнодобывающей и так далее) устанавливают модели динамического типа - они менее чувствительны к загрязнениям и примесям.
Гидравлический насос
Гидронасос в разрезе
Пара гидронасос-гидромотор
Также насосы классифицируют по действию - принудительному или непринудительному. В большинстве современных гидросистем, использующих повышенное давление, устанавливают насосы первого типа. По конструкции выделяют модели:
- шестеренчатые;
- лопастные;
- поршневые - аксиального и радиального типов.
- и др.
Гидрофицированные манипуляторы для 3D-печати
Существует видов использования законов гидравлики - изготовители придумывают новые модели техники и оборудования. Среди наиболее интересных - гидросистемы, устанавливаемые в манипуляторах для 3D-печати, коллаборативных роботах, медицинских микрофлюидных устройствах, авиационном и другом оборудовании. Поэтому любая классификация не может считаться полной - научный прогресс дополняет ее чуть ли не каждый день.
pi4 workerbot - ультрасовременный индустриальный робот, воспроизводящий мимику
Гидравлический манипулятор, распечатанный на 3D-принтере
Гидрооборудование на линиях авиационного завода
