Тема 32 Изучение элементов гидравлики в профильной школе.

1. Гидравлические машины предназначены для перемещения жидкости, преобразовывания энергии потока жидкости в механическую энергию, а также передача механической энергии от машины двигателя к машине, орудию или преобразовывания различных видов движений и скоростей посредством жидкостей. Гидромашины делят на 3 класса: насосы, гидродвигатели и гидроприводы. Насос – машина для создания потока жидкостной среды. По характеру силового воздействия насосы дел-ся на динамические и объемные. К динамическим относ-ся- лопастные, центробежные, осевые, вихревые, струйные; объемные- поршневые, плунжерные, диафрагменные, роторные итд. Гидродвигатели делят на машины динамического и объемного действия. Гидродвигатели – турбины, водяные колеса, роторные гидромоторы, гидравлические цилиндры. Гидропривод состоит из 3-х основных элементов: гидропередача(насос,гидродвигатель), устройство управления и обслуживающее устройство.

Основными параметрами насоса являются подача, давление (напор) и мощность. Объемная подача насоса (или подача) Q_H — это объем жидкости, перемещаемой насосом через выходной пат­рубок в единицу времени. р₂ — давление на выходе из насоса; р — плотность жидкости; v_{ — средняя скорость жидкости на входе в насос; v₂ — средняя скорость жидкости на выходе из насоса; g — ускорение свободного падения; Z\ — высота центра тяжести сечения входа от выбранной плоскости; z₂ — высота цен­тра тяжести сечения выхода от выбранной плоскости.

Гидродинамические передачи имеют внутренние и внешние параметры. К внутренним относятся параметры, характеризующие поток жидкости, протекающий в рабочей полости: подача (рас­ход) Q_H насосного и Q₁ турбинного колес; напоры Я_н и Я_т; мощ­ность потока жидкости — полезная мощность насосного колеса N_nM и располагаемая мощность на турбинном колесе N_pr Внешни­ми являются параметры, относящиеся к входному и выходному звеньям (валам) и реактору.

Объемной называется гидромашина, рабочий процесс кото-рой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жид­костью и вытеснении ее из рабочей камеры.Объемная гидромашина может иметь одну или несколько рабочих камер.В соответствии с тем, создают гидромашины поток жидкости или используют его, их разделяют на объемные насосы и гидро­двигатели. В объемном насосе перемещение жидкости осуществляется пу­тем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями. Под вытеснителем понимается рабочий орган насоса, непосредственно со­вершающий работу вытеснения. Вытеснителями могут быть порш­ни, плунжеры, шестерни, винты, пластины и т.д.По принципу действия, точнее по характеру процесса вытеснения жидкости, объемные насосы разделяют на поршневые (плунжерные) и роторные. В поршневом (плунжерном) насосе жидкость вытесняется из неподвижных камер в результате возвратно-поступательного движения .В роторном насосе жидкость вытесняется из перемещаемых ра­бочих камер в результате вращательного или вращательно-посту-пательного движения вытеснителей (шестерен, винтов, пластин, поршней). По характеру движения входного звена объемные насосы раз­деляют на вращательные (с вращательным движением входного звена) и прямодействующие (с возвратно-поступательным дви­жением входного звена). Объемный гидропривод — это совокупность ОГМ, гидроаппара­туры и других устройств, предназначенная для передачи механи­ческой энергии и преобразования движения посредством жидко­сти. Принцип действия объемного гидропривода основан на малой сжимаемости капельных жидкостей и передаче давления в них по закону Паскаля. Рассмотрим простейший гидропривод (рис. 12.1). Два цилиндра 7 и 2 заполнены жидкостью и соединены»между собой трубопро­водом. Поршень цилиндра 7 под действием силы F_{ перемещается вниз, вытесняя жидкость в цилиндр 2. Поршень цилиндра 2 при этом перемещается вверх и преодолевает силу нагрузки F₂.

Если пренебречь потерями давления в системе, по закону Пас­каля давление в цилиндрах 7 и 2 будет одинаковым:

где F_x — действующая сила; F₂ — сила нагрузки; S\ и S₂ — площа­ди поршней цилиндров 7 и 2.

Считая жидкость практически несжимаемой, можно записать

Схема простейшего гидропри­вода:1,2— цилиндры; F_t — действующая сила;F₂ — сила нагрузки; р_и р₂ — давление в

цилиндрах; S_lt S₂ — площади поршней; h_hh₂ — перемещения поршней

где A,, h₂ — перемещения поршней; v₂, v₂ — скорости перемеще­ния поршней.

Объемные гидродвигатели также характеризуются цикличностью рабочего процесса и герметичностью. Основной величиной, определяющей размер объемного насоса (объемного гидродвигателя), является его рабочий объем. Рабочий объем насоса и частота его рабочих циклов определяют идеальную подачу. Идеальной подачей объемного насоса называют подачу в единицу времени несжимаемой жидкости при от­сутствии утечек через зазоры. Осредненная по времени идеальная подача

где V₀ — рабочий объем насоса, т.е. идеальная подача насоса за один цикл (один оборот вала насоса); п — частота рабочих циклов насоса (для вращательных насосов частота вращения вала); V_K — идеальная подача из каждой рабочей камеры за один цикл; z — ] число рабочих камер в насосе; к — кратность действия насоса, т. е. 1 число подач из каждой камеры за один рабочий цикл (один оборот вала).

Таким образом, рабочий объем насоса

Давление насоса представляет собой разность между давлением р₂ на выходе из насоса и давлением р_х на входе в него:

Полезная мощность насоса

где Q — действительная подача насоса; р_И — давление насоса.

Насосный гидропривод -гидропривод, в котором рабочая жид­кость подается в гидродвигатель объемным насосом, входящим в состав этого гидропривода. Насосный гидропривод применяют наиболее широко. По характеру циркуляции рабочей жидкости насосные гидроприводы разделяют на гидроприводы с замкнутой циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступает во всасывающую гидролинию насоса) и гидроприводы с разомкну­той циркуляцией жидкости (жидкость от гидродвигателя поступа­ет в гидробак).Аккумуляторный гидропривод — гидропривод, в котором рабо­чая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заря­женного гидроаккумулятора. Такие гидроприводы используют в системах с кратковременным рабочим циклом или с ограничен­ным числом циклов.Магистральный гидропривод — гидропривод, в котором рабочая жидкость поступает в гидродвигатель из гидромагистрали. Напор рабочей жидкости в гидромагистрали создается насосной станцией, состоящей из одного или нескольких насосов и питающей не­сколько гидроприводов (централизованная система питания).По характеру движения выходного звена различают объемные гидроприводы поступательного движения — с возвратно-поступа­тельным движением выходного звена и с гидродвигателями в виде гидроцилиндров; поворотного движения — с возвратно-поворотным движением выходного звена на угол менее 360° и с поворотными гидродвигателями; вращательного движения — с вращательным дви­жением выходного звена и с гидродвигателями в виде гидромото­ров.Если в объемном гидроприводе отсутствует устройство для из­менения скорости выходного звена, такой гидропривод является нерегулируемым.