3.7. Гидростатические машины и механизмы

Свойство гидростатического давления, создаваемого в одной точке покоящейся жидкости, передаваться одинаково всем остальным точкам (закон Паскаля) широко используется при конструировании различных гидравлических установок.

В частности, на этом законе основана работа гидравлических прессов, аккумуляторов, повысителей давления (мультипликаторов), гидравлических подъемников, тормозных систем и других устройств. В задачу нашего курса не входит изучение всего многообразия применяющихся гидравлических устройств. Поэтому рассмотрим лишь отдельные примеры гидростатических механизмов.

Рис.3.21

Гидравлический пресс состоит из двух цилиндров (рис.3.21) с поршнями, площади которых равны ω₁ и ω₂. Если на поршень малого цилиндра действует сила Р₁, то внутри жидкости создается давление . Это давление согласно закону Паскаля передается всем точкам жидкости, в том числе и поршню с сечением ω_2. Сила Р₂ = р ω₂ или

Таким образом, за счет увеличения площади поршня большого цилиндра по сравнению с малым получается выигрыш в силе. В работе получается проигрыш, т.к. еще затрачивается работа на преодоление сил трения. Гидравлический пресс – это своего рода «гидравлический» рычаг по аналогии с механическим. к.п.д. пресса находится в пределах ŋ=0,80…0,85. Давление рабочей жидкости в приводах прессов достигает 1000…1200 ат.

Гидравлический аккумулятор – устройство, служащее для накопления потенциальной энергии жидкости. Основным его назначением является аккумулирование гидравлической энергии в периоды пауз в ее потреблении (прессами или различного рода подъемниками), которая потом используется при включении их в работу.

Применение гидроаккумуляторов дает возможность ограничивать мощность насосов величиной средней мощности потребителей гидравлической энергии или же, в системах с эпизодическим действием, обеспечить перерывы в работе насосов.

Особое преимущество аккумуляторы имеют в гидросистемах с эпизодическими большими пиками расхода, которые в некоторых случаях во много раз превышают средний расход жидкости в системе. энергия, накопленная в аккумуляторе, может быть отдана в очень короткое время, поэтому аккумулятор может кратковременно развить большую мощность.

Аккумуляторы применяют также в машинах, в которых необходимо обеспечить компенсацию утечек при длительной выдержке изделия под давлением. К подобным случаям относятся формовка и вулканизация изделий из каучука, прессование деталей из пластмасс и пр.

Кроме того, аккумулятор служит аварийным источником энергии, компенсатором утечек, гасителем гидравлических ударов.

В практике машиностроения применяют в основном газовые (пневматические), грузовые и пружинные аккумуляторы (рис.3.22).

Рис.3.22

Максимальное давление, которое получают в машиностроении с помощью насосов, обычно не превышает 700 ат. Для получения более высоких давлений обычно применяют повысители давления (мультипликаторы), что особенно целесообразно в тех случаях, когда необходимо развить большие давления при малых расходах жидкости.

В прессах распространены мультипликаторы, повышающие давление насоса от 210…350 до 1100 ат. К.п.д. подобных мультипликаторов находится в пределах 0,94…0,96.

Коэффициент усиления мультипликатором, под которым понимают отношение выходного давления к входному, находится в пределах 1000:1. Так, например, существуют парогидравлические мультипликаторы, которые повышают давление от 7 до 6000 ат.

Наиболее распространенная схема мультипликатора представлена на рис.3.23.

Рис.3.23

Давление p₁ подводится в цилиндр 1, внутрь которого входит подвижный полый цилиндр 2 весом G и диаметром D. Цилиндр скользит по неподвижному плунжеру 3 диаметром d, канал которого отводит жидкость под повышенным давлением p_2.