Гідростатичні машини та механізми
З основного рівняння гідростатики випливає, що зміна тиску в будь-якій точці рідини, що покоїться, передається решті її точок без зміни. У цьому полягає суть закону Паскаля. Цей закон широко застосовується при конструюванні різних гідравлічних пристроїв, дія яких ґрунтується на передачі тиску всередині рідини. На його принципі працюють гідравлічні преси, гідравлічні підйомники, гідравлічні акумулятори, гідравлічні мультиплікатори (підвищувачі тиску), гідравлічні гальма та інші пристрої.
Гідравлічні преси
Розглянемо роботу гідравлічного преса (рис.1), який складається з двох циліндрів з площами поршнів w1 та w2, з'єднаних трубою.
Якщо до поршня площею w1 прикласти силу Р1, то всередині рідини виникне тиск, який, передаючись на поршень площею w2, створить силу:
. (1)
Таким чином, за рахунок збільшення площі поршня великого циліндра порівняно з малим виходить виграш у силі. Через тертя поршнів об стінки циліндрів і ваги самих поршнів сила Р2 буде дещо меншою, ніж отримана за формулою (1).
Гідравлічні акумулятори
Гідравлічний акумулятор – пристрій, що служить для накопичення робочої рідини, що перебуває під надлишковим тиском, що отримує та віддає робочу рідину лише поперемінно.
За способом накопичення потенційної енергії акумулятори поділяють на вантажні та з пружним елементом (рис.2).
Мал.2
Вантажні акумулятори застосовують у гідравлічних пресах. У мобільних машинах їх не застосовують через громіздкість і внаслідок того, що вантаж, володіючи інерційною масою, при вертикальних коливаннях створює пульсацію тиску.
У мобільних машинах застосовуютьгідроакумулятори із пружним елементом. Як пружний елемент найчастіше використовують інертні гази (в більшості випадків азот), гуму або пружини.
Гідравлічні мультиплікатори
Гідравлічні мультиплікатори застосовують у тих випадках, коли необхідно підвищити тиск, що створюється насосом. Це досягається простим технічним рішенням (рис.3).
Якщо в камері А створюється гідростатичний тиск Р1, то гідростатичний тиск Р2 в камері повинен задовольняти умовам ,
звідки.
Завдання 41
На малюнку показана принципова схема гідравлічного преса, яка може служити схемою гідравлічного домкрата. Для випадку домкрата тіло 1 - вантаж, що піднімається, для випадку преса - це нерухома опора; тіло 2 при цьому являє собою матеріал, що пресується.
З допомогою ручного насоса 3, забезпеченого всмоктувальним 5 і напірним клапанами 4, створюється тиск в циліндрі 6, який діє на поршень 7 і викликає зусилля Р вздовж поршня. Визначити це зусилля за таких даних: R=2ОО H; а/в=1/9; D/d = 10
.
Малюнок до завдання 41
Визначити величину тиску Р, одержуваного в гідравлічному акумуляторі діаметром поршня Д=200 мм. Маса поршня та коромисла М=2200 кг, маса вантажів М2=300 кг, висота манжети ущільнювача h=30 мм. Коефіцієнт тертя матеріалу манжети про сталь f = 0,12.
Малюнок до завдання 42
Гідравлічний мультиплікатор служить для підвищення тиску Р1, що підводиться в циліндр I, усередині якого ходить рухомий порожнистий циліндр II вагою G і діаметром D. Останній ковзає по нерухомому плунжеру d, канал якого відводить рідину під підвищеним тиском Р2. Визначити тиск Р2 за таких даних: G=294 Н; D=125 мм; d= 50мм; Р1 = 9,8 МПа. Силами тертя знехтувати.
Малюнок до завдання 43
Визначити діаметр D1 гідравлічного циліндра, необхідний для підйому засувки при надмірному тиску рідини P = 1 МПа, якщо діаметр трубопроводу D2 = 1 м і вага рухомих частин пристрою G = 2000 H. При розрахунку коефіцієнт тертя засувки в напрямних поверхнях прийняти f = 0,3 силу тертя в циліндрі вважати рівною 5% від ваги рухомих частин. Тиск за засувкою дорівнює атмосферному.
Малюнок до завдання 44
Гідравлічний акумулятор з діаметром плунжера d = 300 мм обслуговує гідравлічний прес, що періодично діє, з робочим тиском 35 атм. Визначити вагу рухомих частин акумулятора G, необхідний хід плунжера 5 і потужність N живильного насоса, що безперервно працює, якщо прес працює протягом 1 хв з 4-хвилинною перервою, споживаючи під час роботи 0,7 л/с води.
Малюнок до завдання 45
Визначити тиск р1 рідини, яку необхідно підвести до гідроциліндра, щоб подолати зусилля, спрямоване вздовж штока: F=l кН. Діаметр: циліндр D=50 мм, шток d=25 мм. Тиск у бачку Ро = 50 кПа, висота Но = 5 м. Силу тертя не враховувати. Щільність рідини = 1000 кг/м2.
Малюнок до завдання 46
Газгольдер діаметром D = 5,6 м заповнений газом, що знаходиться під тиском Pізб = 200 мм вод. ст. Визначити необхідну вагу вантажу Gгр та різницю рівнів води h, якщо маса дзвону газгольдера М=6,5 т.
Малюнок до завдання 47
У пружинному гідроакумуляторі енергія накопичується за рахунок стиснення пружини при переміщенні гідроциліндра вправо щодо нерухомого поршня під тиском р рідини, що надходить через отвір у штоку. Діаметр поршня d=40 мм, жорсткість пружини с=40Н/мм, сила попереднього стиснення її 2000 Н, переміщення гідроциліндра при зарядці гідроакумулятора Dх = 100 м. Визначити тиск на початку та в кінці зарядки гідроакумулятора. Силами тертя знехтувати.
Малюнок до завдання 48
Гідроциліндр призначений для зворотно-поступального переміщення робочого органу, приєднаного до штока. Захист від перевантаження забезпечується кульковим запобіжним клапаном. Який тиск р потрібно створити в безштоковій порожнині гідроциліндра, щоб подолати робоче зусилля на штоку F1 = 20 кН, якщо діаметр циліндра D = 80 мм, штока d = 40 мм, тиск у штоковій порожнині (протисунення зливної лінії) р1 = 0,05 МПа ? На яке зусилля Fn потрібно попередньо стиснути пружину, щоб кульковий клапан відкривався при зусиллі на штоку 1,3 F1, якщо діаметр вхідного отвору (сідла клапана) d1 = 10 мм? Силами тертя знехтувати.
Малюнок до завдання 49
Визначити силу тертя Т між валом та манжетою ущільнення гідравлічного підп'ятника при висоті манжети h = 100 мм, навантаженні на вал Q = 30 кН та діаметрі валу d = 300 мм. Коефіцієнт терня матеріалу манжети про сталь f = 0,15.