Разное 

Пневматические и гидравлические механизмы – Гидравлика.Гидравлические и пневматические системы (лабораторный парктикум). Дисциплина «гидравлические и пневматические системы»

alexxlab 0 Комментариев

Содержание

Пневматические и гидравлические механизмы

До сих пор мы изучали только такие механизмы, которые целиком состоят из твердых тел (рычаги, блоки и др.). Наступило время познакомиться с механизмами, в состав которых входят жидкости или газы. Механизмы, работающие при помощи сжатого газа, называют пневматическими (греч. «пневматикос» — воздушный). На рисунке справа изображен пневматический отбойный молоток.

Механизмы, работающие при помощи какой-нибудь жидкости, называются гидравлическими (греч. «гидор» — вода, жидкость).

На рисунке ниже показано устройство действующей модели гидравлического пресса. Рассмотрим его работу.

Обычно он состоит из двух сообщающихся цилиндров разного диаметра, закрытых подвижными поршнями. Внутри цилиндры заполнены машинным маслом. Надавливая на рукоятку, мы сжимаем масло в малом цилиндре, левый клапан закрывается, и, через открывшийся правый клапан масло перетекает в большой цилиндр. При поднятии рукоятки правый клапан закрывается, левый клапан открывается и масло из левого резервуара перетекает в малый цилиндр. При опускании рукоятки все повторяется.

Постепенно давление масла в большом цилиндре становится все больше, и правый поршень все сильнее сдавливает (то есть прессует) деталь в виде параллелепипеда.

Пресс позволяет получить выигрыш в силе до 1000 раз. Объясним, почему пресс позволяет получать выигрыш в силе. Изобразим схему устройства пресса. Поясним обозначения: F1 и F2 — силы, действующие на поршни, S1 и S2 — площади поверхностей этих поршней. Заметим, что при равновесии поршней пресса сила, действующая на поршень с большей площадью, всегда должна быть больше силы, действующей на поршень с меньшей площадью.

Словами его можно выразить так: первая сила должна быть больше второй во столько же раз, во сколько площадь первого поршня пресса больше площади второго.

Гидравлические механизмы — Википедия

Гидравлические механизмы — аппараты и инструменты, использующие в своей работе кинетическую или потенциальную энергию жидкости. К гидравлическим механизмам относят гидравлические машины.

В таких механизмах сила высокого давления гидравлической жидкости преобразуется механизмами различных гидравлических моторов и цилиндров. Потоком жидкости можно управлять напрямую или автоматически — посредством управляющих клапанов. Распределение потока происходит по специальным гидравлическим шлангам и трубкам.

Гидравлические механизмы имеют большую популярность в машиностроении благодаря тому, что возможно передавать огромную энергию через тонкие трубки и гибкие шланги.

Примеры гидравлической силы и умножения вращающего момента.

Фундаментальной основой гидравлических систем является способность приумножать усилие или крутящий момент простым способом, без применения системы шестерён и рычагов. Это достигается изменением эффективной рабочей поверхности соединённых цилиндров или перемещением энергии от насоса к мотору.

Примеры[править | править код]

  1. два соединённых цилиндра:
    Цилиндр C1 имеет диаметр 1 см, а цилиндр С2 — 10 см. Если сила воздействующая на С1 — 10 Н, сила воздействующая на С2 со стороны жидкости — 1000 Н, потому что цилиндр С2 по площади (S=πr2{\displaystyle S=\pi r^{2}}) в 100 раз больше С1. Обратная сторона полученного преимущества в том, чтобы переместить цилиндр С2 на 1 см, необходимо переместить цилиндр С1 на 100 см.
  2. насос и мотор:
    Если гидравлический роторный насос, перемещающий 10 мл/об жидкости, соединён с гидравлическим роторным мотором, перемещающим 100 мл/об, прикладываемый момент для вращения насоса в 10 раз меньше, чем момент вращения мотора, но скорость вращения мотора будет в 10 раз меньше, чем насоса.

Оба примера можно называть гидравлической или гидростатической трансмиссией, имеющей точное передаточное число.

Для того, чтобы гидравлическая жидкость могла совершить работу, поток жидкости должен поступить в силовой привод или мотор, а затем вернуться в ёмкость. Далее жидкость фильтруется и снова подаётся в насос (разомкнутая схема гидропривода). Путь прохождения жидкости называется гидравлической схемой, которые бывают нескольких типов.

В схемах с открытым центром используется насос, являющийся источником постоянного потока. Жидкость возвращается в ёмкость через управляющий клапан, под которым понимают гидрораспределитель с открытым центром, то есть когда клапан расположен в центральном положении, он открывает обратный путь для жидкости в ёмкость и высокого давления не создаётся. Когда же клапан приведён в действие, поток направляется или в силовой агрегат или в ёмкость. Давление жидкости будет расти, пока не получит сопротивление, далее насос будет иметь постоянный выход. Если давление жидкости станет слишком большим, жидкость начнёт возвращаться в ёмкость через предохранительный клапан (Pressure relief valve (англ.)). Различные управляющие клапаны могут соединяться последовательно. В схемах такого типа могут использоваться недорогие заменяемые насосы.

В схемах с закрытым центром полное давление доставляется на управляющие клапаны, вне зависимости от того, приведён клапан в действие или нет. Насосы изменяют свои выходные потоки, нагнетая очень слабый поток жидкости до тех пор, пока оператор не приведёт в действие клапан. Различные управляющие клапаны могут соединяться параллельно между собой, давление на каждом одинаково.

Гидравлические системы с регулируемым и нерегулируемым гидроприводом[править | править код]

Существуют две основные конфигурации схем с закрытым центром, связывающие регулятор с насосом переменного потока жидкости:

Стандартная система с нерегулируемым гидроприводом (Constant pressure systems, CP-system, standard). В такой системе давление насоса всегда равняется давлению, установленному его регулятором. Установка регулятора должна перекрывать максимальное давление, создаваемое нагрузкой. Насос создаёт поток, равный сумме потоков всех потребителей. Такая CP-система имеет большие потери мощности, если выходная нагрузка меняется в широком диапазоне, а среднее давление в системе намного ниже, чем установленное регулятором. CP-система проста в изготовлении. Также работает и пневматическая система. В систему легко могут быть добавлены новые гидравлические компоненты, и она быстро реагирует на управление.

Система с нерегулируемым гидроприводом низкого давления (Constant pressure systems, CP-system, unloaded). Та же самая конфигурация, как и в стандартной CP-системе, только насос находится в состоянии ожидания, генерируя низкое давление, когда все клапаны находятся в нейтральном положении. Система имеет более медленную реакцию при приведении управляющих клапанов в рабочее положение, чем стандартная CP-система, зато увеличивается время жизни насоса.

Система с регулируемым гидроприводом (Load-sensing systems, LS-system) имеет меньшие потери, так как насос снижает и выходной поток и давление, подгоняя их к требованиям нагрузки, но требует более точной регулировки, чем CP-система, по отношению к устойчивости. LS-системе требуются также дополнительные логические клапаны, компенсаторы в клапанах направленного действия, таким образом система более сложна технически и имеет большую стоимость. В LS-системе возникают потери, которые зависят от падения давления на регуляторе насоса:

Power loss=△pls⋅Qtot{\displaystyle \mathbf {Power~loss} =\vartriangle \mathbf {p} _{ls}\cdot \mathbf {Q} _{tot}}

Обычно △pls{\displaystyle \vartriangle p_{ls}} берётся около 2 МПа (290 psi). Если скорость потока высокая, потери могут быть значительными. Потери также увеличиваются, если действующая нагрузка сильно меняется.

Гидравлические насосы — гидромашины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая её давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает её перемещение. Гидравлические насосы поднимают жидкость на определённую высоту, подают её на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Гидравлические насосы применяют в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному рабочему органу, а также преобразование вида и скорости движения последнего посредством жидкости.

В качестве силового привода служат различные силовые установки: двс, дизельные двигатели, электродвигатели.

Гидравлическим аккумулятором называется гидроёмкость, предназначенная для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего использования этой энергии в гидроприводе. В зависимости от носителя потенциальной энергии гидроаккумуляторы подразделяют на грузовые, пружинные и пневматические.

Гидроаккумуляторы поддерживают на заданном уровне давление, компенсируют утечки, сглаживают пульсацию давления, создаваемую насосами, выполняют функцию демпфера, предохраняют систему от забросов давления, вызванных наездом машин на дорожные препятствия. Также используются для достижения большей скорости холостого хода при совместной работе с насосами.

Часто в роли гидравлической жидкости выступают гидравлические масла. Работа с ними требует соблюдения правил техники безопасности.

Часто устанавливаются в баке с гидравлической жидкостью. Иногда на схемах не обозначаются.

04-и. Пневматические/гидравлические механизмы

      § 04-и. Пневматические/гидравлические механизмы

Газы и жидкости, находящиеся под давлением, нашли широкое применение в промышленной технике. Рассмотрим это.

Рис. 4.28. По шлангу поступает сжатый воздух под большим давлением. Внутри отбойного молотка он разделяется на два потока, толкающих поршень вперед-назад. В результате поршень бьется о конец копья, которым отламывают куски камня или руды.

На этом рисунке вы видите пневматический отбойный молоток (греч. «пневматикос» – воздушный). При помощи сжатого воздуха работают также двери в автобусах и метро, тормоза поездов и грузовых автомобилей.

Встречаются также механизмы, работающие при помощи сжатой жидкости. Они называются гидравлическими (греч. «гидор» – вода, жидкость).

Ниже показано устройство действующей модели гидравлического пресса. Он состоит из двух сообщающихся цилиндров, заполненных машинным маслом и закрытых подвижными поршнями. Надавливая на рукоятку, мы сжимаем масло в малом цилиндре, левый клапан закрывается, и через открывшийся правый клапан масло перетекает в большой цилиндр.

Рис. 4.29. Действующая модель гидравлического пресса Слева: резервуар с маслом, малый цилиндр с клапаном, поршнем и рукояткой. Справа: большой цилиндр с клапаном и поршнем, придавливающим деталь к верхнему упору.

При поднятии рукоятки правый клапан закрывается, левый открывается, и масло из левого резервуара перетекает в малый цилиндр. При опускании рукоятки всё повторяется. Постепенно давление масла в большом цилиндре возрастает, и правый поршень всё сильнее сдавливает (прессует) деталь.

Понятно, что пресс потому и применяют, что малая сила, с которой мы давим на рукоятку, преобразуется прессом в большую силу сдавливания прессуемой детали. Промышленные прессы позволяют получить выигрыш в силе более 1000 раз. С их помощью изготавливаются (прессуются) пластмассовые и металлические детали и заготовки, которые можно встретить в каждом доме, офисе, автомобиле.

Объясним, почему пресс позволяет получать выигрыш в силе. Изобразим схему устройства пресса (см. рисунок). У левого цилиндра меньший диаметр, у правого цилиндра – больший. F

1 и F2 – силы, действующие на поршни, S1 и S2 – площади этих поршней. Рисунок иллюстрирует, что при равновесии поршней сила, действующая на поршень с большей площадью, всегда больше силы, действующей на поршень с меньшей площадью.

Рис. 4.30. При равновесии сил на прессе большая сила всегда должна быть приложена к поршню с большей площадью. Можно сказать и так: маленькая сила, приложенная к меньшему поршню, способна уравновесить большую силу на большом поршне.

Докажем эту закономерность. Поскольку масло – жидкость, то, согласно закону Паскаля, давление масла под обоими поршнями одинаково:

p1 = p2

Рис. 4.30. При равновесии сил на прессе большая сила всегда должна быть приложена к поршню с большей площадью. Можно сказать и так: маленькая сила, приложенная к меньшему поршню, способна уравновесить большую силу на большом поршне.

Преобразовав равенство дробей «крест-накрест» по свойству пропорции, получим правило равновесия сил на прессе:

Форм. 4.31. При равновесии сил на прессе большая сила больше меньшей во столько же раз, во сколько площадь большего поршня больше меньшего.

Словами его можно выразить так: большая сила должна быть больше меньшей во столько же раз, во сколько площадь большего поршня больше площади меньшего. Заметим, что отношение F2 к F1 – это выигрыш в силе. Он тем значительнее, чем сильнее отличаются нижние площади поршней.

Правило равновесия сил на прессе справедливо для всех гидравлических и для пневматических механизмов. Например, изображённый на рисунке отбойный молоток будет производить тем большее воздействие на добываемую руду, чем больше диаметр этого инструмента и площадь поршня внутри него, соприкасающаяся с сжатым воздухом.

В вашем браузере отключен Javascript.
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!