Основні поняття та принципи гідравліки
Основні поняття та принципи.
Цей цикл статей розрахований на широке коло експлуатантів гідравлічного обладнання з різним рівнем теоретичної підготовки в галузі гідравліки. Даний цикл статей не є повним і вичерпним, а несе деякі базові відомості про фізичні принципи роботи гідросистем та гідравлічних агрегатів. Статті містять оглядову інформацію з акцентом на питання, що найчастіше викликають труднощі у наших клієнтів.
Гідравліка в наші дні міцно вкоренилася у різних машинах та механізмах. Гідросистеми знайшли широке поширення у верстатній техніці, маніпуляторах, підйомних пристроях, дорожній техніці, автотранспорті, механізмах літальних апаратів, водного транспорту тощо. Повсюдне застосування гідравлічних систем замість систем механічних приводів обумовлено насамперед простотою перетворення обертального руху гідронасоса в поступальний (лінійний) або обертальний рух виконавчого гідродвигуна. При правильному підборі гідронасосу та виконавчого гідродвигуна можна отримати практично будь-яке зусилля. Також перевагою гідроприводу є компактність, малі розміри гідроагрегатів – наслідок високої питомої потужності. На рис.1 представлений електричний генератор потужністю 50 кВт і приводить його гідромотор тієї ж потужності. Наочно видно, що гідромотор має помітно менші розміри при рівній потужності.
Поняття тиску.
Тиск ця величина чисельно дорівнює значенню дії сили на одиницю площі див.
Спрощено цю залежність можна представити аналогічно до закону Ома в електротехніці:
Основна одиниця вимірутиску - Паскаль [Па]
Припустимо, що сила F=1 Ньютон [Н] діє на площу 1 м2 у цьому випадку тиск становитиме 1Па. Це дуже маленька величина так як зусилля 1 Н (≈0,981 кгс) розподіляється на площі 1 м2. Атмосферний тиск біля поверхні землі має приблизне значення 100000 Па що дорівнює 0,1 МПа (МегаПаскаль). Крім МПа на приладах вимірювання тиску зустрічаються такі величини як кгс/см2(ат.) та bar. Співвідношення одиниць вимірів показані у таблиці 1.
Таблиця 1. Співвідношення одиниць виміру тиску.
Гідростатичний тиск - тиск спокою стовпа рідини.
Всередині стовпа рідини під вагою маси рідини, що діє на певну площу, виникає тиск, який залежить від висоти стовпа рідини (h), щільності рідини (ρ) та прискорення вільного падіння (g).
P= ρ ∙g∙h
Якщо розглядати різні форми судин, наповнених однією і тією ж рідиною, то тиск у певній точці залежатиме тільки від висоти стовпа рідини. Р1 = P2 = P3 див. рис. 3.
Гідростатичний тиск впливає на дно судини з певною силою (F1, F2, F3), і якщо площі дна у судин рівні A1 = A2 = A3 і щільність рідини у всіх судинах однакова, то сили, що діють на дно судин, рівні (F1 = F2 = F3 ).
Закон Паскаля
Одним із основних законів гідравліки є закон Паскаля. Він свідчить, що тиск у замкнутому посудині викликане дією зовнішньої сили рівномірно розподіляється у всіх напрямках і однаково у будь-якій точці. (В даному законі не враховується гідростатичний тиск тому, що він мізерно мало в порівнянні зі значеннями тисків діють в гідросистемах). Див рис.4.
Закон Паскаля лежить уоснові принципу передачі зусилля у вигляді гідравліки. Рис.5.
Як випливає із закону Паскаля, тиск у всіх точках робочої рідини однаковий, отже:
Як простий приклад застосування цього принципу може бути звичайний гідравлічний домкрат.
Висновок
У цій статті описані основні принципи, що використовуються в системах гідростатичного приводу. На основі цих законів побудовано практично всі гідросистеми верстатних приводів та мобільних машин. Володіючи всього кількома законами гідравліки, читач зможе виконати силовий розрахунок виконавчого гідроциліндра та оцінити переваги застосування гідроприводу.