Принцип работы гидравлики: что это такое

Гидроинструмент

Сантехнические инструменты, в отличие от сантехнического оборудования, зачастую не требуют подключения к электрическим сетям, поэтому выполняют функции автономно и мобильно. Инструменты с движущимися частями с гидравлическим приводом — это устройства, предназначенные для выполнения простых или сложных операций. Это могут быть следующие работы:

1. Вверните или открутите болты с резьбой.
2. Нажмите или снимите детали с сидений.
3. Ударное оборудование, клепка, сверление, резка твердых материалов и т.д.

Основное назначение такого инструмента — перемещение тяжелых грузов в вертикальном, горизонтальном или диагональном направлении. Ручные гидравлические инструменты приводятся в действие ручным усилием и дополнительными рычажными редукционными механизмами. Работу гидравлики обеспечивают роторные, поршневые и гребные насосы. Гидравлическое оборудование работает по такому же принципу.

Преимущество гидравлического инструмента перед электрическими или пневматическими устройствами очевидно: на выходе получается гораздо более высокая энергетическая сила, а размер и мощность инструмента могут быть еще меньше. Следующее явное преимущество гидравлического инструмента — автономность, независимость от условий работы и мобильность.

Основные разработки в линейке ручных гидравлических инструментов остаются неизменными, несмотря на их специальное назначение. Современные сантехнические инструменты, виды которых перечислены ниже, до сих пор находятся в серийном производстве:

1. Гидравлические прессы, насосы.
2. Гидравлические ножницы, прессы.
3. Гидромолоты, домкраты.
4. Гидромоторы, экстракторы.

Инструмент на гидроприводе имеет более высокие показатели надежности, износостойкости движущихся частей и общей прочности. Во время работы гидравлическое навесное оборудование не испытывает достаточных нагрузок, которые могут снизить срок службы или вызвать повреждение.

Принцип работы и устройство гидромашин

С развитием технологий появляется все больше и больше новых машин, используемых в различных отраслях промышленности.

Лопастные насосы

Этот вид гидромашин стал очень популярным для водоснабжения населения. Эти насосы можно разделить на осевые и центробежные.

Если говорить о принципе работы центробежного насоса, то в этом случае жидкость будет двигаться от центра колеса к периферии под действием центробежных сил.

Из каких элементов он состоит: основного колеса (крыльчатки), на котором расположены лопасти, водопровода и отвода воды, а также двигателя. Колесо состоит из двух круглых пластин, между которыми расположены изогнутые лопасти и подвижная ось двигателя. Колесо вращается в направлении, противоположном кривизне лопастей. Таким образом, двигатель с его помощью передает механическую энергию потоку.

Осевой насос подразумевает движение жидкости только по подвижной оси, на которой можно расположить несколько рабочих колес с лопастями. Они расположены так, что вода поднимается вокруг оси до необходимой отметки. В некоторых моделях таких насосов есть возможность регулировать положение лопастей.

Поршневой насос

Принцип работы заключается в перемещении жидкости в рабочую камеру с помощью подвижных элементов насоса. Рабочая камера представляет собой емкость, в которой есть вход и выход для жидкости. Подвижные элементы бывают трех типов: мембранные, поршневые и поршневые.

Устройство поршневого насоса: шатун, кривошип, поршень, цилиндр (корпус, в котором перемещается вытесняющая поверхность), пружинные клапаны (впускной и выпускной), емкость для жидкости.

Среди вытеснителей наиболее распространены поршневые модели. Они могут содержать один, два или несколько поршней.

Плунжерные варианты используются реже из-за их дороговизны (это связано с высокой точностью изготовления подвижных элементов). Однако их преимущество перед поршневыми — возможность достигать высоких давлений.

Плунжерный насос состоит из: коленчатого вала, кулачка, плунжера, корпуса (цилиндра), пружины (плунжер перемещается вперед с помощью кулачка и назад под действием пружины).

Самый стабильный в изготовлении, следовательно, самый дешевый вариант — это диафрагменный насос. Из-за своей простой конструкции этот вариант не подходит для приложений с высоким давлением. Сопротивление диафрагмы не рассчитано на высокие нагрузки. В его состав входят: шток, гибкая мембрана, корпус, два клапана (впускной и выпускной).

Шестерные насосы

Это вращающиеся машины. Они приобрели большую популярность среди нерегулируемых насосов. Такой агрегат состоит из: двух одинаковых шестерен (зацеплены), П-образной камеры (есть шестерни), сепаратора.

Принцип работы: после запуска двигателя из всасывающего отверстия вода попадает в область между зубьями. Дальнейшее вращение шестерен приводит к движению жидкости в плоскости нагнетания. В месте зацепления шестерен жидкость вытесняется и под действием давления попадает в дополнительные рабочие части насоса.

Преимущества таких гидравлических машин:

• простая конструкция;
• низкая цена;
• высокий показатель надежности;
• на большой скорости.

Растрескивание:

• фиксированный рабочий объем, без возможности регулировки;
• конструкция не рассчитана на работу с высоким давлением;
• нерегулярная подача жидкости, на примере пластинчатых гидравлических машин.

Пластинчатые гидромашины

Это не то же самое, что и с лопастными машинами (динамический просмотр). Рабочими поверхностями здесь выступают ворота (плиты). Они трехмерны. Подвижным элементом является ротор. Совершает вращательные движения. И двери перемещаются по альтернативному пути внутри ротора.

Пластинчатые гидравлические машины делятся на две группы: одинарные и двойные. Первый вариант может быть регулируемым, второй — нерегулируемым.

Такие агрегаты состоят из: дверей с пружинами (от двух и более), рабочих камер (условно разделенных пластинами), ротора.

Рабочий процесс: После запуска двигателя ротор начинает двигаться. Двери под действием пружин плотно соприкасаются со стенками статора и делят общую рабочую емкость на две водонепроницаемые камеры (при наличии двух пластин). Под действием всасывания емкости наполняются жидкостью и при вращении переносят ее на выпускное отверстие.

Преимущества гидравлических листовых машин:

• бесшумный рабочий процесс;
• возможность настройки единиц одиночного действия.

Растрескивание:

• сложное строительство;
• создание низкого давления во время работы;
• нарушение качества работы при низких температурах.

Поворотный гидродвигатель

Особенностью таких агрегатов является ограничение угла наклона рабочего вала. Они широко используются в рулевом управлении сельскохозяйственной техники. Угол поворота напрямую зависит от количества пластин. Если один, то будет около 270 градусов, если два — 150, три — 70.

Для регулирования работы вала требуется специальный гидрораспределитель. Этот тип агрегата не подходит для работы с высоким давлением жидкости.

Гидротурбины

В этих гидравлических машинах механическая энергия текущей жидкости передается лопастям рабочего колеса. Самый крупный и яркий пример использования гидроэлектрических турбин — гидроэлектростанции. Они делятся на реактивные и активные.

Этот агрегат состоит из крыльчатки, подающего устройства или сопла (в зависимости от типа турбины).

По внутреннему строению их можно разделить на ковшовые, диагональные, осевые и радиально-осевые.

Предшественником водяных турбин можно назвать водяное колесо, которое приводилось в движение мощным потоком воды (их устанавливали на реках или крупных ручьях).

Осевые турбины

Самая быстрая из всех турбин. Крыльчатка имеет форму вентилятора с большими лопастями, которые могут быть неподвижными или подвижными. В таких турбинах обязательно устанавливается блок питания. Он отвечает за работоспособность агрегата и в нужный момент полностью перекрывает доступ воды к лопастям. Также обязательным элементом являются трубы для откачки воды.

Поворотно-лопастные турбины

Осевой вид турбины с изменяющимся положением лопаток. Их в такой конструкции может быть 8 штук. Сама конструкция напоминает пропеллер. Изменение положения лопастей позволяет сохранить высокий КПД за счет уменьшения и незначительного увеличения силы тяги. Если лопасти закреплены, такой вид будет называться пропеллером. Это самый дешевый и самый ограниченный по возможностям (работает только с силой потока).

Самый редкий вариант турбин Каплана — двухлопастные. Их главное отличие от других видов — разделение клинка на два пера. Такие модели активно используются за рубежом.

Радиально-осевые турбины

Его главная особенность — простота конструкции и невысокая цена. На крупнейших гидроэлектростанциях устанавливаются именно эти гидротурбины. Они держат рекорд мощности.

В турбине этого типа жидкость поступает в рабочее колесо снаружи. Пройдя по балке, минуя множество каналов определенной формы, он достигает центра и заставляет вращаться ротор. Чтобы жидкость текла равномерно и правильно, колесо окружено спиральной камерой, за которой находится направляющая заслонка. Его лопасти расположены под определенным углом, чтобы повысить эффективность турбины. Когда вода передает свою механическую энергию на крыльчатку, она выталкивается через специальные трубы.

Главный недостаток турбин этого типа — неподвижные лопатки. Таким образом, радиально-осевая турбина может показывать высокий КПД только при определенных напорах. Если используется радиально-осевая турбина с напором 700 м, ее размеры должны быть огромными, поэтому она намного меньше, чем чашечные турбины. Максимально допустимое усилие у головы для достижения высокого КПД составит отметку 300 м.

Диагональные турбины

Этот тип вобрал в себя лучшие качества двух предыдущих. Диагональные турбины — это новая разработка по сравнению с другими. Основная особенность этого типа — уменьшенный угол наклона лопастей (30-60 градусов). И в то же время лезвия можно регулировать. Следовательно, диагональные турбины подходят для широкого диапазона расходов при сохранении высокого КПД.

Однако за универсальность и производительность приходится платить. Это связано со сложностью конструкции.

Бывают диагональные турбины с неподвижными лопатками. Они распространены на малых гидроэлектростанциях.

Типы гидравлических систем

Все эти устройства делятся на две основные группы — открытые и закрытые.

Устройства малой и средней мощности обычно имеют открытую конструкцию. В более сложных закрытых системах вместо цилиндра используется гидромотор. Жидкость попадает в него из насоса, а затем снова возвращается в линию.

Расчет гидравлической системы

При разработке таких устройств учитывается множество различных факторов. К ним относятся, например, кинематический коэффициент вязкости жидкости, ее плотность, длина труб, диаметры стержней и так далее

Основной целью проведения расчетов такого устройства, как водопроводная система, чаще всего является определение:

• Характеристики насоса.
• Значения хода аукциона.
• Рабочее давление.
• Гидравлические характеристики линий, других элементов и всей системы в целом.

Расчет гидросистемы осуществляется с использованием различных типов арифметических формул.

Сфера использования

1. В промышленности. Чаще всего гидравлика — это элемент конструкции металлорежущих станков, оборудования, предназначенного для транспортировки изделий, их загрузки / выгрузки и так далее
2. В аэрокосмической промышленности. Подобные системы используются во всех типах органов управления и шасси.
3. В сельском хозяйстве. Управление навесным оборудованием трактора и бульдозера обычно осуществляется с помощью гидравлики.
4. В сфере грузового транспорта. Транспортные средства часто оснащены гидравлической тормозной системой.
5. В бортовом оборудовании. В этом случае гидравлика используется в рулевом управлении и входит в конструкцию турбин.

Принцип действия

Любая гидросистема работает по принципу обычного гидравлического рычага. Подача рабочего тела внутрь такого агрегата (в большинстве случаев масло) создает во всех его точках одинаковое давление. Это означает, что приложив небольшое усилие к небольшому участку, вы сможете выдержать значительную нагрузку на большом участке.

Далее рассмотрим принцип работы такого устройства на примере такого агрегата, как гидравлическая тормозная система автомобиля. Конструкция последних довольно проста. Его схема включает несколько цилиндров (главный, жидкостный и вспомогательный тормоз). Все эти элементы соединены между собой трубами. Когда водитель нажимает на педаль, поршень в главном насосе начинает двигаться. В результате жидкость начинает двигаться по трубам и поступает во вспомогательные цилиндры, расположенные рядом с колесами. Впоследствии активируется торможение.

Классификация гидравлических машин

Гидравлические машины классифицируются по принципу действия и внутреннему устройству.

Основное подразделение — гидравлические насосы и моторы.

К насосам относятся следующие группы:

1. Объемный: это единицы, рабочий процесс которых варьируется. Жидкость поступает в рабочую емкость через подводящую трубку. После заполнения камеры входной патрубок закрывается клапаном и в камере (поршне) создается давление. Выпускная трубка открывается, и жидкость выходит из емкости. Клапан закрывается и наоборот открывается на входе. Процесс повторяется
2. Динамический — в этих агрегатах рабочая часть насоса взаимодействует с жидкостью в проточном тракте. Дополнительная кинетическая энергия передается потоку за счет лопастей, гребных винтов или вихревого потока.

Гидравлические моторы делятся на:

1. Активный: в этом случае поток распределяется по нескольким каналам, по которым с большой скоростью ударяется о некоторые лопатки турбины.
2. Реактивный — это блок, в котором колесо, вырабатывающее энергию, находится в контейнере высокого давления под водой.

Однако с гидравлическими двигателями большинство моделей можно использовать в качестве насоса. Поэтому их можно разделить на объемные и динамические.

Преимущества и недостатки гидравлических систем

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

• Способность обрабатывать большие и тяжелые грузы с максимальной точностью.
• Практически неограниченный диапазон скоростей.
• Плавность работы.
• Надежность и долгая жизнь. Все части такого оборудования можно легко защитить от перегрузки, установив несложные предохранительные клапаны.
• Экономичен в использовании и имеет небольшие размеры.

Помимо преимуществ, у промышленных сантехнических систем явно есть и недостатки. К ним относятся:

• Повышенный риск возгорания во время работы. Большинство жидкостей, используемых в гидравлических системах, легко воспламеняются.
• Чувствительность оборудования к загрязнениям.
• Возможность протечек масла, а значит и необходимость их устранения.

Устройство промышленных систем

Гидравлический тормоз автомобиля — конструкция, как видите, довольно простая. В промышленных машинах и механизмах жидкостные устройства используются более сложно. Их конструкция может быть разной (в зависимости от области применения). Однако принципиальная схема сантехнической системы промышленного образца всегда одинакова. Обычно он включает в себя следующие элементы:

1. Резервуар для жидкости с горловиной и вентилятором.
2. Фильтр грубой очистки. Этот элемент предназначен для удаления различных механических примесей из жидкости, поступающей в систему.
3. Насос.
4. Система контроля.
5. Рабочий цилиндр.
6. Два фильтра тонкой очистки (на подающей и обратной линиях).
7. Распределительный клапан. Этот элемент конструкции предназначен для подачи жидкости в цилиндр или возврата в резервуар.
8. Обратные и предохранительные клапаны.

Гидравлическая система промышленного оборудования также основана на принципе гидравлического рычага. Под действием силы тяжести масло в этой системе попадает в насос. Затем он поступает к регулирующему клапану, а затем к поршню цилиндра, создавая давление. Насос в таких системах предназначен не для всасывания жидкостей, а только для перемещения их объема. То есть давление создается не в результате его работы, а под нагрузкой поршня. Ниже представлена ​​принципиальная схема гидравлической системы.