Сообщающие сосуды в гидравлическом прессе
2019-11-23
Гидравлический пресс – это машина для оказания статического воздействия – сжатия, обработки давлением, зажимания, кинематическим звеном которой является жидкость.
Принцип работы гидравлического пресса
Работа гидравлического пресса основана на принципе гидравлического рычага.
На рисунке показана схема простейшего гидравлического пресса, состоящего из поршней большего и малого диаметров, установленных в сообщающихся цилиндрах, под поршнями находится жидкость. На поршень малого диаметра площадью S1 оказывается усилие F1, определим усилие F2, которое сможет преодолеть поршень площадью S2.
Давление под поршнем 1 можно вычислить по формуле:
p1=F1/S1
Давление под поршнем 2 будет определяться зависимостью:
p2=F2/S2
Согласно закону Паскаля давление, приложенное к жидкости передается всем точкам этой жидкости одинаково во всех направлениях.
p1=p2=p
Получается, что:
- F1/S1=F2/S2
- F2=F1*S2/S1
Сила на втором поршне будет увеличена пропорционально соотношению площадей поршней. Чем больше площадь второго поршня, и чем меньше площадь первого тем больший коэффициент усиления можно получить на гидравлическом рычаге.
Величина перемещения поршня 2 зависит от объема жидкости, вытесненного поршнем 1. Определим величину перемещения второго поршня l2, при перемещении поршня 1 на расстояние l1.
l2=l1*S1/S2
Так как первый поршень меньше второго, то расстояние на которое переместится второй поршень будет меньше расстояния, на который переместится первый поршень.
Получается, что представленная конструкция позволила значительно увеличить усилие, но при этом произошло снижение величины перемещения. Каким образом можно увеличить величину хода поршня 2, не увеличивая конструкцию?
Добавив в конструкцию два обратных клапана, и бак с дополнительным объемом рабой жидкости, мы сможем увеличить величину перемещения поршня 2, увеличивая число циклов перемещения поршня 1. Для возврата поршня 2 в исходное состояние добавим задвижку или распределитель, позволяющий при необходимости вытеснить жидкость из под поршня 2 обратно в бак.
Рассмотрим как работает гидравлический пресс в данном случае.
Во время перемещения поршня вниз под действием давления жидкости клапан 1 прижимается к седлу – закрывается, а клапан 2 открывается, жидкость поступает под поршень 2, заставляя его перемещаться и при необходимости преодолевать усилие нагрузки.
По достижении крайнего нижнего положения поршень начинает перемещаться вверх, увеличивая объем под поршнем, в результате создавшегося разряжения клапан 1 откроется, а клапан 2 закроется жидкость из бака будет поступать под поршень 1. После достижения крайнего положения поршень начнет движение вниз вытесняя рабочую жидкость, цикл повториться.
Таким образом увеличивая число циклов, можно достигнуть необходимой величины перемещения поршня 2 с увеличенным, за счет разницы площадей, усилием.
Представленную конструкцию можно назвать простейшим гидравлическим прессом, поршень 1 совместно с обратными клапанами 1 и 2 является поршневым насосом, поршень 2, установленный в цилиндрической камере – гидроцилиндром одностороннего действия, управление потоками жидкости осуществляется с помощью распределителя или задвижек.
Устройство гидравлического пресса
В реальных прессах используются объемные насосы различных типов, от насоса по трубопроводам жидкость поступает к одному или нескольким гидроцилиндрам. Параметры потока – давление, расход могут регулироваться с помощью предохранительных и редукционных клапанов, дросселей, регуляторов расхода.
Рассмотрим, принципиальную схему реального гидравлического пресса.
Жидкость от насоса через фильтр поступает на вход трехпозиционного распеределителя. В нейтральном положении золотник жидкость через распределитель отправляется на слив. При переключении распределителя жидкость направляется в поршневую или штоковую полость гидроцилиндра установленного на гидравлическом прессе.
Во время подачи жидкости в поршневую полость осуществляется рабочий ход – прессование. Во время подачи жидкости в штоковую полость – обратный ход.
Усилие прессования определяется как произведение площади поршня на давление в полости гидроцилиндра:
F=p*S
Максимальное давление в системе определяется настройкой предохранительного клапана и контролируется по манометру, установленному в напорной линии.
Гидравлическая схема пресса показана на рисунке.
Классификация гидравлических прессов
Наиболее часто используют классификации прессов по следующим признакам.
По расположению рабочих цилиндров :
- горизонтальные
- вертикальные
- с верхним цилиндром
- с нижним цилиндром
- угловые (с вертикальным и горизонтальным цилиндрами)
По количеству рабочих цилиндров:
- с одним цилиндром
- с двумя и более цилиндрами
По конструкции:
- колонные
- рамные
- челюстные
По типу привода:
- с ручным приводом
- с приводом от двигателя внутреннего сгорания
- с приводом от электродвигателя
Характеристики гидравлических прессов
Гидравлический привод позволяет реализовать различные усилия и скорости перемещения выходного звена пресса. Скорость перемещения выходного звена может варьироваться в диапазоне от 0,1 мм/с до 300 мм/с.
Усилие гидравлического пресса
Одним из ключевых преимуществ гидравлических прессов является простота регулирования силы и возможность реализации больших усилий.
Силу, развиваемую гидравлическим прессом можно определить как произведение давления в полости гидроцилиндра на площадь поршня:
F=p*S
В зависимости от конструкции гидравлические прессы способны развивать усилие от нескольких тонн, до 70 000 тс (тонн силы).
Достоинства гидравлических прессов
- Возможность получения огромных усилий
- Большой коэффициент усиления
- Простота регулирования и контроля усилия
- Простота регулирования скорости выходного звена
- Высокая надежность
- Кинематическим звеном гидравлического пресса является жидкость, движение который осуществляется по трубопроводам, в том числе и гибким, это позволяет передавать энергию даже к подвижным элементам конструкции.
Недостатки гидравлических прессов
- Меньший, по сравнению с механическими прессами, КПД
- Относительно высокая стоимость комплектующих и обслуживания
- Возможность попадания масла в зону прессования
Применение гидравлических прессов
Гидравлические прессы применяют:
- при штамповке деталей из пластмасс, резины, стали, алюминия и других металлов
- для запрессовки металлических деталей
- для прессования угольных блоков, угольно графитовых электродов
- для прессования древесной стружки при производстве фанеры, древесных плит
Гидравлические прессы широко используют в металлургии для для горячей и холодной штамповки, выдавливания, прошивки, гибки, правки, резки металла.
В пищевой промышленности из-за недопустимости попадания частиц масла в продукты используют пневматические прессы.
Источник
Содержание:
- 1. Перед работой на ручном гидравлическом прессе
- 2. Как сэкономить на рабочей жидкости?
- 3. Возможные неисправности и способы их устранения
Приобретая ручной гидравлический пресс, хочется, чтобы он работал не только хорошо, но еще и долго. Это зависит не только от того, насколько качественно и добротно сделан станок, но также и от непосредственного ухода за ним. Поэтому, для того, чтобы Вам не пришлось тратить деньги на покупку нового ручного гидропресса взамен быстро сломавшегося, стоит соблюдать некоторые правила. Рассмотрим их подробно далее.
Перед работой на ручном гидравлическом прессе
Самое первое, что обязательно нужно сделать — это прочитать инструкцию по эксплуатации, которая прилагается к любой модели устройства заводом-изготовителем. Стоит помнить, что гидравлический пресс — это довольно сложная специализированная техника для обработки материалов под высоким давлением, внутри которой находится рабочая жидкость (вода, масло и т. д.). Поэтому перед эксплуатацией каждый раз следует проводить определенный ряд действий:
- нужно проверить крепежные соединения и, при необходимости, затянуть все гайки, чтобы избежать утечки рабочей жидкости;
- все подвижные части станка и детали, на которые подается большая нагрузка, следует хорошо смазать;
- плунжеры, колонны прессов смазывают УС-2 (солидолом) 1 раз за рабочий день;
- уплотнения плунжеров и клапанных штоков следует просматривать на наличие разрывов и других опасных дефектов каждый день перед эксплуатацией, чтобы избежать утечки жидкости.
Частями гидравлического пресса, которые наиболее всего подвержены риску поломки, являются трубопроводы, так как из-за недостаточно внимательного контроля они могут повредиться, и вся установка выйдет из строя. Трубопроводы, подвергающиеся высокому давлению в 39,2 МПа, в среднем служат полтора года.
Как сэкономить на рабочей жидкости?
Если в качестве рабочей жидкости в вашем гидравлическом прессе используется масло, то за его состоянием нужно следить особенно тщательно и стараться избегать проникновения в него пыли и грязи из окружающей среды, а также теплового и светового воздействия. Не допускайте попадания воздуха в гидросистему, так как он весьма негативно влияет на качество работы станка. Эти меры предосторожности необходимо соблюдать из-за быстрой потери маслом своих полезных рабочих свойств: оно темнеет, и в нем образуются шлаки, органические кислоты и т. д.
Но что же делать, если масло загрязнилось? Самый простой вариант — залить новое. Однако следует учесть, что средняя цена за 1 литр гидравлического масла составляет 230 рублей. Поэтому намного выгоднее будет не менять масло при загрязнениях, а очищать его. Это можно сделать с помощью фильтров, изготовленных из перфорированной жести для удаления больших частиц, или проволочных/матерчатых — для более мелкой грязи.
Наличие металлических частиц в масле особенно затрудняет работу гидравлического пресса. Поэтому для их удаления обычно применяют специальные магнитные фильтры, которые представляют собой пластмассовую трубку, внутри которой находятся постоянные магниты. Ее опускают на некоторый промежуток времени в резервуар с маслом, держат там, затем вынимают и очищают от налипших частиц. Процедуру стоит проводить несколько раз, до тех пор, пока металлическая пыль окончательно не удалится.
Стоит помнить, что примерно 1 раз в год нужно полностью заменять масло!
Возможные неисправности и способы их устранения
Несмотря на должный уход за оборудованием, иногда в работе гидравлического пресса наблюдаются сбои, неправильная или нестабильная работа. В этом случае не стоит медлить и нужно сразу обратиться в сервисный центр для своевременного ремонта, чтобы дорогостоящая техника окончательно не вышла из строя. Но есть ряд наиболее распространенных дефектов, узнать и устранить причину которых вы можете самостоятельно, не вызывая сотрудников сервисной службы. В нижеприведенной таблице рассмотрены некоторые из них:
| Наблюдаемые явления при дефекте | Возможные причины | Как правильно устранить их |
| Вы слышите шум в клапанах распределителей при их открывании. | 1. Внутри основного клапана существует довольно большой зазор между разгрузочными клапанами. Это и является причиной того, что при открытии разгрузочные клапаны вибрируют от высокого давления. 2. Размер диаметра сливной трубы превышает значение проходного сечения клапана. | 1. Необходимо правильно отрегулировать ход разгрузочного клапана, чтобы устранить эти зазоры. 2. Для компенсации этой разницы в диаметре нужно установить дроссельные шайбы. Они уменьшат диаметр трубы, и шум устранится. |
| Слышны резкие удары при закрытии клапанов. | Это возникает из-за наличия воздуха в клапане. При его открытии воздух расширяется, в результате чего клапан резко падает на седло. | Нужно просто удалить воздух из гидросистемы через специальные спускные пробки. Или же это можно сделать через уплотнения в тех местах, где трубы соединяются. |
| При закрытии клапана происходят толчки в частях пресса. | Это гидравлические удары, которые возникают из-за нестабильного функционирования клапанов. | Для устранения вам следует правильно задать величину подъема клапанов. Сделать это можно путем зажатия или же ослабления клапанных пружин. |
| Несмотря на приложенные усилия, станок не выдает необходимого усилия. | Наполнительный клапан не закрывается. | Сначала необходимо остановить пресс, отключить источник высокого давления, снять давление. Затем нужно вскрыть клапан и устранить причину дефекта. |
| Задано действие «Обратное движение», но поперечина не трогается. | 1. Наиболее вероятно, что сливной/рабочий клапан просто заедает. Привод клапанов, находящийся в распределителе, сломан. 2. Значения давления рабочей жидкости в гидросистеме недостаточно для опускания станины. | 1. Причиной заедания обычно является недостаток смазывающего средства. В данном случае нужно разобрать клапан, восполнить этот недостаток и убрать заедание вала. 2. Необходимо остановить станок и выяснить причину, по которой давление жидкости падает. После чего ликвидировать ее. |
| Перемещение рукояти в положение «Опускание» не дало нужного результата. | 1. В распределителе обратных цилиндров заклинило клапан. 2. В гидросистему попал воздух. | 1. Для того, чтобы наладить процесс работы, нужно разобрать распределитель и устранить заедание клапана. 2. В этом случае его нужно просто устранить через пробки, специально для этого предназначенные. |
Помните, что правильная эксплуатация, периодичный осмотр и регулярное техническое обслуживание обеспечат оборудованию продолжительный период работы. Однако, в случае поломки, теперь вы знаете, как самостоятельно исправить появившийся дефект, сэкономив приличную сумму денег на вызове ремонтников.
Источник
Сообщающиеся сосуды – это сосуды, соединенные между собой ниже уровня жидкости в каждом из сосудов. Таким образом жидкость может перемещаться из одного сосуда в другой.
Перед тем как понять принцип действия сообщающихся сосудов и варианты их использования необходимо определиться в понятиях, а точнее разобраться с основным уравнением гидростатики.
Итак, сообщающиеся сосуды имеют одно общее дно и закон о сообщающихся сосудах гласит:
Какую бы форму не имели такие сосуды, на поверхности однородных жидкостей в состоянии покоя на одном уровне действует одинаковое давление.
Для иллюстрации этого закона и возможностей его применения начнем с рассмотрения основного уравнения гидростатики.
Основное уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh
где P1 – это среднее давление на верхний торец призмы,
P – давление на нижний торец,
g – ускорение свободного падения,
h – глубина погружения призмы под свободной поверхностью жидкости.
ρgh – сила тяжести (вес призмы).
Звучит уравнение так:
Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях.
Из написанного выше уравнения следует, что если давление, например в верхней точке изменится на какую-то величину ΔР, то на такую же величину изменится давление в любой другой точке жидкости
Доказательство закона сообщающихся сосудов
Возвращаемся к разговору про сообщающиеся сосуды.
Предположим, что имеются два сообщающихся сосуда А и В, заполненные различными жидкостями с плотностями ρ1 и ρ2. Будем считать, что в общем случае сосуды закрыты и давления на свободных поверхностях жидкости в них соответственно равны P1 и P2.
Пусть поверхностью раздела жидкостей будет поверхность ab в сосуде А и слой жидкости в этом сосуде равен h1. Определим в заданных условиях уровень воды в сообщающихся сосудах – начнем с сосуда В.
Гидростатическое давление в плоскости ab, в соответствии с уравнение гидростатики
P = P1 + ρgh1
если определять его, исходя из известного давления P1 на поверхность жидкости в сосуде А.
Это давление можно определить следующим образом
P = P2 + ρgh2
где h2 – искомая глубина нагружения поверхности ab под уровнем жидкости в сосуде В. Отсюда выводим условие для определения величины h2
P1 + ρ1gh1 = P2 + ρ2gh2
В частном случае, когда сосуды открыты (двление на свободной поверхности равно атмосферному), а следовательно P1 = P2 = Pатм , имеем
ρ1h1 = ρ2h2
или
ρ1 / ρ2 = h2 / h1
т.е. закон сообщающихся сосудов состоит в следующем.
В сообщающихся сосудах при одинаковом давлении на свободных поверхностях высоты жидкостей, отсчитываемые от поверхности раздела, обратно пропорциональны плотностям жидкостей.
Свойства сообщающихся сосудов
Если уровень в сосудах одинаковый, то жидкость одинаково давит на стенки обоих сосудов. А можно ли изменить уровень жидкости в одном из сосудов.
Можно. С помощью перегородки. Перегородка, установленная между сосудами перекроет сообщение. Далее доливая жидкость в один из сосудов мы создаем так называемый подпор – давление столба жидкости.
Если затем убрать перегородку, то жидкость начнет перетекать в тот сосуд где её уровень ниже до тех пор пока высота жидкости в обоих сосудах не станет одинаковой.
В быту этот принцип используется например в водонапорной башне. Наполняя водой высокую башню в ней создают подпор. Затем открывают вентили, расположенные на нижнем этаже и вода устремляется по трубопроводам в каждый подключенный к водоснабжению дом.
Приборы основанные на законе сообщающихся сосудов
На принципе сообщающихся сосудов основано устройство очень простого прибора для определения плотности жидкости. Этот прибор представляет собой два сообщающихся сосуда – две вертикальные стеклянные трубки А и В, соединенные между собой изогнутым коленом С. Одна из вертикальных трубок заполняется исследуемой жидкостью, а другая жидкостью известной плотности ρ1 (например водой), причем в таких количествах, чтобы уровни жидкости в среднем колене находились на одной и той же отметке прибора 0.
Затем измеряют высоты стояния жидкостей в трубках над этой отметкой h1 и h2. И имея ввиду, что эти высоты обратно пропорциональны плотностям легко находят плотность исследуемой жидкости.
В случае, когда оба сосуде заполнены одной и той же жидкостью – высоты, на которые поднимется жидкость в сообщающихся сосудах, будут одинаковы. На этом принципе основано устройство так называемого водометного стекла А. Его применяют для определения уровня жидкости в закрытых сосудах, например резервуарах, паровых котлах и т.д.
Принцип сообщающихся сосудов заложен в основе ряда других приборов, предназначенных для измерения давления.
Применение сообщающихся сосудов
Простейшим прибором жидкостного типа является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости.
Пьезометр представляет собой стеклянную трубку небольшого диаметра (обычно не более 5 мм), открытую с одного конца и вторым концом присоединяемую к сосуду, в котором измеряется давление.
Высота поднятия жидкости в пьезометрической трубке – так называемая пьезометрическая высота – характеризует избыточное давление в сосуде и может служить мерой для определения его величины.
Пьезометр – очень чувствительный и точный прибор, но он удобен только для измерения небольших давлений. При больших давлениях трубка пьезометра получается очень длинной, что усложняет измерения.
В этом случае используют жидкостные манометры, в которых давление уравновешивается не жидкостью, которой может быть вода в сообщающихся сосудах, а жидкостью большей плотности. Обычно такой жидкостью выступает ртуть.
Так как плотность ртути в 13,6 раз больше плотности воды и при измерении одних и тех же давлений трубка ртутного манометра оказывается значительно короче пьезометрической трубки и сам прибор получается компактнее.
В случае если необходимо измерить не давление в сосуде, а разность давлений в двух сосудах или, например, в двух точках жидкости в одном и том же сосуде применяют дифференциальные манометры.
Сообщающиеся сосуды находят применение в водяных и ртутных приборах жидкостного типа, но ограничиваются областью сравнительно небольших давлений – в основном они применяются в лабораториях, где ценятся благодаря своей простоте и высокой точности.
Когда необходимо измерить большое давление применяются приборы основанные на механических принципах. Наиболее распространенный из них – пружинный манометр. Под действием давления пружина манометра частично распрямляется и посредством зубчатого механизма приводит в движение стрелку, по отклонению которой на циферблате показана величина давления.
Видео по теме
Ещё одним устройством использующим принцип сообщающихся сосудов хорошо знакомым автолюбителем является гидравлический пресс(домкрат). Конструктивно он состоит из двух цилиндров: одного большого, другого маленького. При воздействии на поршень малого цилиндра на большой передается усилие во столько раз большего давления во сколько площадь большого поршня больше площади малого.
Вместе со статьей “Закон сообщающихся сосудов и его применение.” читают:
Источник