Гидравлическая система представляет собой устройство, предназначенное для преобразования небольшого усилия в значительное с использованием для передачи энергии какой-либо жидкости. Разновидностей узлов, функционирующих по этому принципу, существует множество. Популярность систем этого типа объясняется прежде всего высокой эффективностью их работы, надежностью и относительной простотой конструкции.
Сфера использования
Широкое применение системы этого типа нашли:
- В промышленности. Очень часто гидравлика является элементом конструкции металлорежущих станков, оборудования, предназначенного для транспортировки продукции, ее погрузки/разгрузки и т. д.
- В авиакосмической отрасли. Подобные системы используются в разного рода средствах управления и шасси.
- В сельском хозяйстве. Именно через гидравлику обычно происходит управление навесным оборудованием тракторов и бульдозеров.
- В сфере грузоперевозок. В автомобилях часто устанавливается гидравлическая тормозная система.
- В судовом оборудовании. Гидравлика в данном случае используется в рулевом управлении, входит в конструктивную схему турбин.
Принцип действия
Работает любая гидравлическая система по принципу обычного жидкостного рычага. Подаваемая внутрь такого узла рабочая среда (в большинстве случаев масло) создает одинаковое давление во всех его точках. Это означает то, что, приложив малое усилие на маленькой площади, можно выдержать значительную нагрузку на большой.
Далее рассмотрим принцип действия подобного устройства на примере такого узла, как гидравлическая тормозная система автомобиля. Конструкция последней довольно-таки проста. Схема ее включает в себя несколько цилиндров (главный тормозной, заполненный жидкостью, и вспомогательные). Все эти элементы соединены друг с другом трубками. При нажатии водителем на педаль поршень в главном цилиндре приходит в движение. В результате жидкость начинает перемещаться по трубкам и попадает в расположенные рядом с колесами вспомогательные цилиндры. После этого и срабатывает торможение.
Устройство промышленных систем
Гидравлический тормоз автомобиля — конструкция, как видите, довольно-таки простая. В промышленных машинах и механизмах используются жидкостные устройства посложнее. Конструкция у них может быть разной (в зависимости от сферы применения). Однако принципиальная схема гидравлической системы промышленного образца всегда одинакова. Обычно в нее включаются следующие элементы:
- Резервуар для жидкости с горловиной и вентилятором.
- Фильтр грубой очистки. Этот элемент предназначен для удаления из поступающей в систему жидкости разного рода механических примесей.
- Насос.
- Система управления.
- Рабочий цилиндр.
- Два фильтра тонкой очистки (на подающей и обратной линиях).
- Распределительный клапан. Этот элемент конструкции предназначен для направления жидкости к цилиндру или обратно в бак.
- Обратный и предохранительный клапаны.
Работа гидравлической системы промышленного оборудования также основывается на принципе жидкостного рычага. Под действием силы тяжести масло в такой системе попадает в насос. Далее оно направляется к распределительному клапану, а затем - к поршню цилиндра, создавая давление. Насос в таких системах предназначен не для всасывания жидкости, а лишь для перемещения ее объема. То есть давление создается не в результате его работы, а под нагрузкой от поршня. Ниже представлена принципиальная схема гидравлической системы.
Преимущества и недостатки гидравлических систем
К достоинствам узлов, работающих по этому принципу, можно отнести:
- Возможность перемещения грузов больших габаритов и веса с максимальной точностью.
- Практически неограниченный диапазон скоростей.
- Плавность работы.
- Надежность и долгий срок службы. Все узлы такого оборудования можно легко защитить от перегрузок путем установки простых клапанов сброса давления.
- Экономичность в работе и небольшие размеры.
Помимо достоинств, имеются у гидравлических промышленных систем, конечно же, и определенные недостатки. К таковым относят:
- Повышенный риск возгорания при работе. Большинство жидкостей, используемых в гидравлических системах, являются горючими.
- Чувствительность оборудования к загрязнениям.
- Возможность протечек масла, а следовательно, и необходимость их устранения.
Расчет гидравлической системы
При проектировании подобных устройств принимается во внимание множество самых разных факторов. К таковым можно отнести, к примеру, кинематический коэффициент вязкости жидкости, ее плотность, длину трубопроводов, диаметры штоков и т. д.
Основными целями выполнения расчетов такого устройства, как гидравлическая система, чаще всего является определение:
- Характеристик насоса.
- Величины хода штоков.
- Рабочего давления.
- Гидравлических характеристик магистралей, других элементов и всей системы в целом.
Производится расчет гидравлической системы с использованием разного рода арифметических формул. К примеру, потери давления в трубопроводах определяются так:
- Расчетную длину магистралей делят на их диаметр.
- Произведение плотности используемой жидкости и квадрата средней скорости потока делят на два.
- Перемножают полученные величины.
- Умножают результат на коэффициент путевых потерь.
Сама формула при этом выглядит так:
- ∆pi = λ х li(p) : d х pV2 : 2.
В общем, в данном случае расчет потерь в магистралях выполняется примерно по тому же принципу, что и в таких простых конструкциях, как гидравлические системы отопления. Для определения характеристик насоса, величины хода поршня и т. д. используются другие формулы.
Типы гидравлических систем
Подразделяются все такие устройства на две основные группы: открытого и закрытого типа. Рассмотренная нами выше принципиальная схема гидравлической системы относится к первой разновидности. Открытую конструкцию имеют обычно устройства малой и средней мощности. В более сложных системах закрытого типа вместо цилиндра используется гидродвигатель. Жидкость поступает в него из насоса, а затем снова возвращается в магистраль.
Как выполняется ремонт
Поскольку гидравлическая система в машинах и механизмах играет значимую роль, ее обслуживание часто доверяют высококвалифицированным специалистам занимающихся именно этим видом деятельности компаний. Такие фирмы обычно оказывают весь комплекс услуг, связанных с ремонтом спецтехники и гидравлики.
Разумеется, в арсенале этих компаний имеется все необходимое для производства подобных работ оборудование. Ремонт гидравлических систем обычно выполняется на месте. Перед его проведением при этом в большинстве случаев должны быть произведены разного рода диагностические мероприятия. Для этого компании, занимающиеся обслуживанием гидравлики, используют специальные установки. Необходимые для устранения проблем комплектующие сотрудники таких фирм также обычно привозят с собой.
Пневматические системы
Помимо гидравлических, для приведения в движение узлов разного рода механизмов могут использоваться пневматические устройства. Работают они примерно по тому же принципу. Однако в данном случае в механическую преобразуется энергия сжатого воздуха, а не воды. И гидравлические, и пневматические системы довольно-таки эффективно справляются со своей задачей.
Плюсом устройств второй разновидности считается, прежде всего, отсутствие необходимости в возврате рабочего тела обратно к компрессору. Достоинством же гидравлических систем по сравнению с пневматическими является то, что среда в них не перегревается и не переохлаждается, а следовательно, не нужно включать в схему никаких дополнительных узлов и деталей.
