Что такое гидравлическая система. Гидравлическая система

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.

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.

Как работает гидравлическая система. В системе присутствуют 4 базовых элемента и множество других элементов, предназначенных для определенных целей. Вот описание этих 4 базовых элементов.

• Резервуар для жидкости. Это бак или другой сосуд, в котором содержится жидкость, питающая систему.
• Жидкостный контур. Это трубы, по которым жидкость проходит из одного элемента системы в другой.
• Гидравлический насос. Это устройство прокачивает жидкость через контур, создавая энергию для производства работы.
• Гидравлический мотор или цилиндр. Этот элемент производит "движение", получая энергию от насоса.
  • Вспомогательный элементы, управляющие или регулирующие жидкостью, такие, как клапаны, удаляющие излишнюю жидкость, регуляторы, аккумуляторы, переключатели давления, измерители давления.

Определите тип источника энергии, нужный для вашей системы. Это может быть электромотор, двигатель внутреннего сгорания, энергия пара, ветра или воды. Самым главным условием является доступность и способность создавать достаточный крутящий момент.

Изучите простые, повседневные гидравлические системы, чтобы лучше понять принцип. Гидроподъемник позволяет обычному человеку поднять более 20 тонн. Гидроусилитель руля в автомобиле снижает количество необходимой силы для поворота руля, а гидравлический дровокол позволяет расколоть самое твердое дерево.

Создайте план своей гидравлической системы, используя необходимые параметры. Определите, какой источник энергии вы собираетесь использовать для создания давления, а также тип контрольных клапанов, тип насоса и труб. Вам необходимо выбрать способ доставки энергии, чтобы выполнить задачу, ради которой вы создаете гидравлическую систему, например, чтобы поднять тяжелый груз или расколоть дерево.

Определите количество работы, которое должна выполнять система, чтобы правильно попдобрать размеры компонентов. Системе с большой вместительностью понадобится насос большого объема. Объем вычисляется в литрах в минуту, а давление - в килограммах на квадратный сантиметро. Все это также относится к гидравлическому мотору или цилиндру, который будет приводить устройство в движение. Например, цилиндр, используемый в погрузчиках. Он требует "X" литров масла под давлением "Y", чтобы поднять"___" килограммов на"___" метров.

Выберите подходящий резервуар для жидкости. Подойдет стальной или пластиковый бак с герметичными зажимами для шлангов. Помните, что бак не находится под давлением во время работы системы, однако вам понадобится клапан на случай, если излишняя жидкость пойдет обратно в бак.

Выберите подходящий материал для создания контура. Укрепленные резиновые шланги с О-образными уплотнителями будут самым простым решением, но высокопрочные стальные трубы намного прочнее и требуют меньше ремонта.

Выберите подходящую клапанную систему. Простой жидкостный клапан, подходящий для давления в вашей системе, вполне сойдет в качестве контрольного клапана, но для более сложных действий понадобится золотник, позволяющий контролировать нестационарный поток, а также менять направление потока в системе.

Выберите тип и вместимость насоса. Существует два вида гидравлических насосов. Первый - "Генератор" - проталкивающий жидкость через две и более сцепленные шестерни в герметичном кожухе. Второй - "роликовый" - использующий несколько цилиндрических роликов вокруг камеры в герметичном кожухе. Каждый имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбирайте наиболее подходящий.

Подключите к насосу подходящий мотор. Насосы могут работать от прямого привода, через понижающую передачу, цепь, ремни и звездочку. Выбор зависит от предназначения устройства.