Гидравлические механизмы относятся к старейшим системам, применяемым в практической инженерии. Сам по себе принцип механизированного действия постепенно утрачивает актуальность, поскольку его вытесняют более технологичные приводные средства. Но в силу ограниченности возможностей интеграции новых и более дорогих решений, во многих сферах сохраняет свои позиции и традиционная механика. Что такое гидравлика в современном контексте эксплуатации? Это инфраструктура, которая задействуется в машинах, конструкциях и сооружениях, обеспечивающая достаточное усилие для приведения в действие функциональных узлов и агрегатов.
Базовое определение гидравлики
С точки зрения науки, гидравлика – это раздел знаний, освещающий законы движения и равновесия жидкостей. Водная среда в тех или иных формах является главным аспектом изучения в этом направлении. Кроме теоретических исследований ученые занимаются и экспериментальными испытаниями, результаты которых формируют основу для решения задач прикладной инженерии. Научные работы посвящаются закономерности движения воды по трубопроводным каналам, в речных руслах и гидромашинах. Но для полного понимания, что такое гидравлика в научном контексте, нельзя обойтись и без смежных дисциплин, инструментарий которых затрагивается в ходе исследования. К таким можно отнести физику, математику и механику. Также выделяется два направления изучений гидравлики – в динамическом и статичном контекстах. Гидродинамика затрагивает вопросы кинематики воды как таковой, а гидростатика больше ориентируется на законы взаимодействия жидкостей с другими средами и телами.
Гидравлика в инженерии
Все же известность гидравлики как раздела науки не так широка по сравнению с ее производными в практической сфере. На тех же прикладных знаниях базируются проекты инженерных систем – например, одним из старейших продуктов гидравлики является акведук. В наши дни законы энергии жидкостей ложатся в основу разработок канализационных систем, поршневого оборудования, водоснабжения и т. д.
В большинстве случаев работа гидравлики такого типа организуется как двигательная сила для приведения в действие обслуживаемых агрегатов. Классическим примером являются гидромашины. В целом можно вывести такое определение инженерной гидравлики – совокупность элементов механической конструкции, устройство которой предполагает использование жидкости в качестве активной природной среды. Но это не означает, что вода является источником усилия. Она лишь транслятор энергии, которая ей придается другими механизмами, которые, в свою очередь, активизируются посредством электродвигателей и силовых агрегатов на жидкостном или твердотельном горючем.
Типы гидравлических конфигураций
Рабочий цикл гидромашины зависит от схемы, по которой циркулирует вода. Этот контур как раз и обуславливает момент работы воды, в процессе которого она приобретает энергию от двигателя и передает ее другим компонентам системы. В этом контексте можно выделить два типа циркуляционных конфигураций – с открытым и закрытым центрами.
В первом случае гидрораспределитель жидкости в процессе работы поршня обеспечивает двойной выход. То есть показатели давления меняются в зависимости от текущего положения поршня, а жидкость может отправляться в рабочий цикл или обратно в клапан. Ее перемещение регулирует связка поршня и клапана.
Для понимания принципа работы закрытой системы надо вернуться к определению того, что такое гидравлика, и как она взаимодействует с силовыми агрегатами. Поскольку гидравлика является лишь инфраструктурой, которую организуют функциональные узлы, обслуживающие жидкость, то вполне логично, что энергия рабочей среды может полностью зависеть от действия технической оснастки. В данном случае эту задачу выполняют насосы и клапаны, полностью замыкающие контур циркуляции.
Классификация по видам приводов
Различаются системы, обеспеченные нерегулируемым и регулируемым приводными механизмами. Типовым считается нерегулируемый гидропривод, в котором показатель давления насоса всегда соответствует установленным значениям. Зафиксированные данные обязательно должны быть выше, чем предельный уровень нагрузочного давления. То есть создается планка показателя, на которую равняется насос.
К недостаткам данного механизма относят большие потери в мощности, так как постоянное поддержание высокого давления при незначительных нагрузках нерационально. По такой схеме, к примеру, иногда выполняется гидравлика экскаватора, управляющая опорными элементами. Поскольку на эту функцию ложится высокая ответственность с точки зрения безопасности, то производители жертвуют избытками мощностной отдачи. Однако в одном и том же экскаваторе нерегулируемый привод опор может дополняться регулируемой системой, которая будет оптимизировано отвечать за работу навесного оборудования. Данный тип гидропривода предусматривает снижение давления насоса и его балансировку за счет клапанов и компенсаторов с направленным действием.
Гидравлические аккумуляторы
Применяются механизмы извлечения энергии жидкости и в аккумулирующих устройствах. Такие системы называются гидроемкостными и генерируют энергию воды, которая в момент работы находится под давлением. При этом сам аккумулятор чаще всего является составной частью механического гидропривода.
Существуют разные типы таких устройств – в частности, пневматические и пружинные. В промышленности используется и аккумулирующая гидравлика высоких давлений, на мощностях которой осуществляются простые, но требовательные к нагрузкам манипуляции с грузами. Независимо от типа гидроаккумулятор должен поддерживать давление на определенном уровне, вместе с этим исключая утечки и сглаживая вибрации за счет демпфирующего эффекта.
Машины на гидравлических системах
Наиболее распространены такие механизмы в машинах с навесным оборудованием – в тех же экскаваторах, тракторах и уборочных автомобилях. Широко применяют гидравлику в своих моделях конструкторы Минского тракторного завода (МТЗ).
Стандартная комплектация, которая используется в этих тракторах, включает насосы, гидрораспределитель, цилиндры и трубопровод. Рабочий цикл, который обеспечивает гидравлика МТЗ, можно представить так: жидкость поступает от емкости к насосам, переправляется к распределителям, входит в поршневую группу и возвращается в бак. На этапе перехода от гидрораспределителей к цилиндрам к регуляции процесса подключается оператор оборудования, который посредством рычагов контролирует поступление жидкости в поршневые группы в зависимости от текущих задач.
Обслуживание гидравлических механизмов
Профилактическое обслуживание обычно сводится к операциям смазки отдельных деталей и компонентов гидравлической системы. В процессе осмотра ответственное лицо также выявляет признаки износа, деформации и повреждения. Как правило, ремонт гидравлики сводится к замене гильз поршней, штоков и крышек. В регулярном порядке обновляются расходники в виде уплотнительных колец.
Заключение
Гидравлика – это один из простейших способов получения механического усилия доступными средствами. Для понимания, что такое гидравлика, и какую пользу она приносит рядовому пользователю, можно привести в качестве примера насосное оборудование. Садовые станции перекачки воды действуют на принципах гидравлической инженерии, затрачивая минимум энергии. На более высоком уровне по аналогичным схемам работают компрессорные установки и пневматический инструмент.
