ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

В данном разделе рассмотрим принцип действия и основные схемы некоторых наиболее часто применяемых гидро­статических машин, работа которых основана на использовании закона Паскаля.

Гидравлический пресс. Гидравлический пресс применяется для получения больших сжимающих усилий, что необходимо, напри­мер, для деформации метал­лов при обработке давлением (прессование, ковка, штам­повка), при испытании раз­личных материалов, уплотнении рыхлых материалов и т. д.

Принципиальная схема пресса изображена на рис. 1. Он состоит из двух цилинд­ров А и В (малого и большого диаметра), соединен­ных между собой трубкой С. В малом цилиндре име­ется поршень (ныряло) D,

соединенный с рычагом ОКМ, имеющим неподвижную шарнир­ную опору в точке О, а в большом цилиндре — поршень (плун­жер) Е, составляющий одно целое со столом (платформой) F, на котором помещается прессуемое тело G. Рычаг приводится в действие вручную или при помощи специального двигателя. При этом поршень Dначинает двигаться вниз и оказывать на находящуюся под ним жидкость давление, которое передается на поршень Е и заставляет его .вместе со столом двигаться вверх до тех пор, пока тело G не войдет в соприкосновение с неподвиж­ной плитой Н. При дальнейшем подъеме стола собственно и начи­нается процесс прессования (сжатия) тела G.

Если рассматриваемое устройство служит

не для прессования, а только для поднятия груза, т. е. представляет собой так назы­ваемый гидравлический подъемник, неподвижная плита Н ока­зывается лишней и из конструкции исключается. Помимо указанных основных частей гидравлический пресс всегда снабжается

всасывающим и нагнетательным клапанами, регулирующими работу пресса, и клапаном, предохраняющим его от разрыва (на схеме не показан) при чрезмерном возрастании давления.

Установим основные соотношения, определяющие работу пресса. Пусть усилие, действующее на конец М рычага ОКМ, будет Q, а плечи рычага: ОК = a, КМ = b. Тогда, рассматривая равновесие рычага, составим уравнение моментов относительно его центра вращения О Q(а + Ь)=P₁a из которого легко найдем силу P₁ = передаваемую на поршень Dмалого цилиндра и создающую в жидкости добавочное гидростатическое давление Это давление передается на поршень Е большого цилиндра, в результате чего полная сила давления на этот поршень, обус­ловливаемая силой Q, будет

Из последнего выражения видно, что сила Р₂ может быть получена сколько угодно большой путем выбора соответствую­щих размеров цилиндров и плеч движущего рычага. Действитель­ная сила Р'₂, передаваемая на стол и осуществляющая процесс прессования, оказывается несколько меньше силы Р₂ из-за неиз­бежных потерь энергии на преодоление трения в движущихся частях пресса и утечек жидкости через различные неплотности и зазоры, что учитывается введением в последнюю формулу коэффициента полезного действия пресса этот коэффициент имеет значения от 0,75 до 0,85.

В современных гидравлических прессах можно получить весьма большие усилия (до 25 000 т и более). В этих конструкциях малый цилиндр выполняют обычно в виде поршневого насоса высокого давления, подающего рабочую жидкость (воду или масло) в большой цилиндр (собственно пресс), часто с включением специального устройства — гидравлического аккумулятора, вы­равнивающего работу насоса.

Гидравлический аккумулятор. Гидравлический аккумулятор служит для аккумулирования, т. е. накапливания, собирания энергии. Он применяется на прак­тике в тех случаях, когда необходимо выполнить кратковремен­ную работу, требующую значительных механических усилий, например, поднять большую тяжесть, открыть и закрыть ворота шлюзов и т. п.

Наиболее широкое применение гидравлические аккумуляторы получили при работе гидравлических прессов, используемых здесь как установки, накапливающие энер­гию (жидкость) в период холостого хода пресса и отдающие ее при рабочем ходе, когда подача насосов оказывается

недос­таточной.

Различают: грузовые и газовые (пневматические) аккумуляторы. Грузо­вой аккумулятор (рис. 4) состоит из ци­линдра А, в котором помещен плунжер В, присоединенный своей верхней частью к платформе С, несущей груз большого веса. В аккумулятор по трубе Dнасосом нагнетается жидкость (вода или масло), которая поднимает вверх плунжер с гру­зом; при достижении крайнего верхнего положения насос автоматически выклю­чается.

Обозначим вес плунжера с грузом через G, а его полную вы­соту подъема через Н. Тогда энергия, накопленная аккумуля­тором при полном подъеме плунжера, будет GН, а создаваемое им в жидкости гидростатическое давление

P = G/F где F- площадь сечения плунжера. Так как G - вес груза — величина постоян­ная, давление жидкости в этом аккумуляторе не зависит от сте­пени его разрядки, т. е. от количества жидкости, находящейся в цилиндре. Под этим постоянным давлением жидкость подводится по трубе Е к гидравлическим машинам — орудиям, например прессовым насосам, обеспечивая тем самым их работу с постоян­ной нагрузкой.

Полная работа, совершаемая аккумулятором, определяется уравнением А= pFH

Гидростатическое давление, создаваемое аккумулятором, будет тем больше, чем меньше площадь сечения плунжера.

В машиностроении (особенно в тех случаях, когда необходимо получить большие давления) в основном применяют газовые аккумуляторы, представляющие собой закрытый сосуд, запол­ненный сжатым газом с некоторым начальным давлением. При подаче в этот сосуд жидкости объем газовой камеры уменьшается, вследствие чего давление газа повышается и достигает к концу зарядки (заполнения жидкостью) своего наибольшего значения. Для устранения возмож­ности растворения газа в жидкости в таких акку­муляторах применяют специальные разделители — обычно поршневые или диафрагменные. На рис. 5 представлена принципиальная схема газового акку­мулятора с диафрагменным разделителем, в котором среды (га­зовая и жидкостная) разделены эластичной резиновой диафраг­мой (мембраной) А, зажатой между разъемными поверхностями корпуса В аккумулятора. Подчеркнем, что в таком аккумуля­торе давление газа передается непосредственно на поверхность жидкости и поэтому она будет находиться под тем же давлением, что и газ.