Пре него што разговарамо о преношењу енергије кроз течности, треба да разумемо неколико својстава течности и како се сила преноси кроз њих. То ће нам помоћи да схватимо зашто хидраулика функционише на начин на који функционише.

Течност

Течност је свака супстанца која нема фиксирани облик. Течности укључују течности и гасове.

Течност

Течност, као и гас, направљена је од молекула. Али за разлику од гаса, молекули у течности су привучени заједно али не толико чврсто да су закључени у фиксне положаје као у чврстој материји. Због тога течност слободно тече и има облик садрживача.

Слика 2-1 Молекуле течности (доле) су скупљене близу једине друге и у сталном покрету, док су молекули гаса (на врху) далеко одвојени.

Молекуларна кинетичка енергија

Молекули унутар течности су увек у покрету чак и када течност изгледа савршено непокретно. Они стално клизу и клизу поред једни других. Ово молекуларно кретање се назива унутрашња енергија течности.

Течности имају облик своје контејнере

Због овог константног молекулског клизања, течност тече и попуњава било који контејнер у коме се налази. Било да је течности много или мало, она увек заузима облик контејнера. Ова способност је блиско повезана са вискозношћу, о којој се говори у каснијим поглављима.

Течности су релативно некомпресивне

Пошто су течни молекули чврсто спаковани, течности се понашају као чврсте материје на један важан начин: релативно су некомпресивни, не могу се стиснути у знатно мању запремину.

Због тога робови у воду улазе ногама или рукама (улазак ножем), а не стомаком. Вода се не може довољно брзо померати када је ударена великим равном површином, а ударац је као ударац у чврсту материју. Ноге или руке раздвајају воду малом површином, а малу површину значи много мања сила удара.

Пошто је течност релативно некомпресивна и има облик било које контејнере, она има стварну предност када је у питању преношење снаге.

Предавање снаге

Четири методе преноса енергије (механички, електрични, хидраулички, пневматички) могу да преносе и статичку силу (потенцијалну енергију) и динамичку силу (кинетичку енергију). Када се статичка сила пренесе у течности, нешто посебно се дешава.

Сила која се преноси кроз течност

За разлику од силе која делује на чврсту материју, сила која се примењује на ограничену течност преноси се кроз течност као притисак и притисак је једнак у свакој тачки течности.

Ако притиснете покретни клип који се налази на врху контејнера пуног течности, сила коју применимо ствара притисак, и тај притисак се равномерно преноси кроз течност.

Без обзира на то како је притисак створен од стране пистона, руке, гравитације, пруге, компресивног ваздуха или било које комбинације једном у затвореној течности, сила се претвара у притисак и равномерно се преноси широм.

Пошто течност има облик било које контејнере, притисак се може преносити без обзира на облик контејнера.

Слика 2-4 Сила на клип постаје притисак у течности. Да се притисак једнако шири у свим правцима, то је кључ хидраулике.

Паскалов закон

Свойство течности да једнако преноси притисак у свим правцима назива се Паскалов закон, по имену његовог откривача Блајза Паскала.

Математички облик Паскалове теорије је исти као и формула притиска представљена у поглављу 1:

Премери притиска

Пресоник мери притисак који делује на течност у систему. Два најчешћа типа у хидрауличким системима су Бурдонски гаматор за цеви и гаматор за пистоне.

Боурдонски гамбур

Боурдонски гајп за цеви састоји се од лицевице и показалаца. Појтер се повезује са искривљеном, флексибилном металном цевицом која се зове Бурдон цев. Системни притисак улази у цев кроз улаз. Шкала се обично означује у пси, бару или Па.

Како Бурдон труба ради

Како се системски притисак повећава, разлика у површини између унутрашње и спољашње криве цеви има тенденцију да је исправи. Овај покрет усправног покрета покреће показач преко цифербла како би указао притисак. Бурдонски гамери су прецизни инструменти са тачношћу од 0,1% до 3,0% пуне скале; користе се у лабораторијским испитивањима или где год је тачност мерења притиска критична.

Улазници за прелазак

Граничар типа свитка се састоји од свитка, пруге за равнотежу, показалаца и везе. Системни притисак делује на лице свитка, гурајући га против пруге. Покрет пистона покреће показач преко циферблата. Шкала је калибрирана у пси (бар). Пистонови гајдер је издржан и економичан уобичајени избор за свакодневни мониторинг система.

Слика 2-6 Пистонови тип гама: системски притисак гура пистон против пруге. Премештај клизма помера показач.

Преобраћање притиска у механичку снагу

Предавање притиска кроз запечаћену течност корисно је само ако се притисак негде може поново претворити у механичку силу. То је посао покретача (执行元件) он прима хидраулички притисак и претвара га у механичку силу.

Хидраулички цилиндр је једна врста покретача.

Хидраулични цилиндр

Хидраулички цилиндр прима хидраулички притисак и претвара га у линијску механичку силу. Кроз одговарајуће механичке везе може се такође претворити у ротационо кретање.

Конструкција цилиндра

Основни делови цилиндра су: барел (труба), крајње капаче, пистон, пистонски прст и улазни/излазни капи. Сваки крај има једну капачку. Пестон може да се клизне унутар буна. Струпа се повезује са пистоном. Улазни и излазни капи на сваком крају бунака омогућавају проток радног уља у и из бунака.

Слика 2-8 Хидраулички пресек цилиндра. Масло улази у једну излазну, гура у пистон, и штап се протеже. Уље које напушта другу луку враћа се у резервоар.

Како функционише цилиндр

Када је улазни капија цилиндра повезан са системом, цилиндр постаје део система. Притисак из тачке А преноси се кроз систем у пистон унутар цилиндра. Овај притисак који делује на површину клипа производи механичку силу у тачки Б на крају штапа.

Примена притиска

Када се притисак преноси кроз запечаћену течност, неки покретни део ствара притисак. У свим примерима до сада, покретни део је упис. Дељење снаге површином клизма даје притисак у систему (П = Ф/А).

Механичко множење снаге

Хидраулика може да појача (множи) механичку силу. Коэффициент множења зависи од површине пистона хидрауличног цилиндра (у2 или цм2). Пошто се притисак равномерно преноси кроз запечаћену течност, ако је ислазни пистон цилиндра већи од улазног пистона, излазна сила је већа од улазне силе.

Пример: сила од 5.000 фунти (22,200 Н) делује на клип са површином од 10 ин2 (64,52 цм2), стварајући притисак од:

Исти 500 пси делује на 15 ин2 (96.78 цм2) излазни пистон:

Слика 2-9 Механичко множење снаге. Исти притисак делује на оба уписа, али већи уписак производи више силе. Ф = П х А.

Интензификатор притиска

Усилитељ притиска (који се такође назива и појачач) може појачати хидраулички притисак. Користи два пистона повезана једним шипцом унутар једног корпуса са улазни, излазни и одводњим портовима. Велики упис сенсира притисак система; сила коју генерише примењује се на мали упис, који производи већи излазни притисак јер је површина мања.

Како функционише појачач притиска

Велики уписник осећа притисак система и преноси ту снагу кроз штап малом упису. Пошто мали упис има мању површину, излазни притисак на малом крају уписа је већи притисак се интензивира.

Пример: 5000 фунти (22,200 Н) сила делује на велики клип (равна: 15 ин2 / 96.78 цм2). Тешкост = 333 пси (22,9 бара). Ова сила се преноси на мали клип (плошта: 0,76 цм2). Излазни притисак = 5000 фунти / 0,76 цм2 х (1/10,000) = 2,000 пси (137.9 бара). Излазна сила = 30.000 фунти (133.200 Н).

Уобичајено коришћење за појачалаче притиска је у запртљивачким уређајима.

Слика 2-11 Усилитељ притиска. Велики уписак преноси своју снагу на мали уписак, који има много мању површину стварајући много већи притисак на излазу.

Хидрауличка преноса енергије

Сврха коришћења хидраулике (или било које друге методе преноса енергије) у машини је да ради користан посао. Да би цилиндр радио, мора применити силу на оптерећење и померати га на даљину тако да систем треба компоненту која може користити енергију да обезбеди континуиран проток течности.

Хидраулични акумулатор

Све што смо до сада гледали које ствара притисак у запечаћеној течности користи пистоне и цилиндре. Пестон примјењује снагу; цилиндр затвара течност. Оваква уређаја се називају акумулатори.

Аккумулатор може да складишти потенцијалну енергију течности под притиском. Та складиштена потенцијална енергија може се претворити у радну енергију (проток и притисак).

Пример: 500 пси (34,5 бара) акумулатор пружа притисак за гурање оптерећења. Од 500 пси које се чувају, 400 пси (27,6 бара) се користи за превазилажење отпора оптерећења, а преостали притисак претвара у ток за кретање оптерећења.

Аккумулатори имају ограничење: ако је оптерећење веома велико, можда нема довољно притиска да би се то превазишло, тако да се никакав рад не може урадити. Такође, када се складиштена течност потпуно ослободи, више не тече.

Да би се применио довољан притисак да се превазиђе оптерећење и наставио да се непрестано снабдева проток, потребан је другачији уређај хидрауличка пумпа са позитивним изменама.

Слика 2-12 Операција акумулатора. Задржани притисак може да притисне оптерећење, али када се течност исцрпи, ток престаје акумулатор не може да одржи континуиран рад сам.

Хидрауличка пумпа са позитивним помером

Пумпа са позитивним изменама производи континуиран ток течности поновљеним реципроцираним или ротирајућим унутрашњим покретом. Она пружа кинетичку енергију (проток) и енергију притиска радну енергију потребну за обављање континуираног хидрауличког рада.

Са стапчаним пистоном

Реципроцитативна пистона пумпа има пистон повезан са главном покретачем (мотором или електричним мотором) кроз махалицу или каму. Улаз и излаз имају лоптену резачку клапан. Када се увуче угон, унутрашњи запремину проширује, унос топку отвара и течност тече у. Када се утргне утор, запремина се смањује, притисак се повећава, улазна кугла се затвара, а излазна кугла се отвара гурајући течност у систем. Непрекидно кретање напред-назад ствара пулсирајући ток; притисак може бити било који који систем захтева.

Слика 2-13 Реципрокован пистона пумпа. Пестон се креће у и из, увлачи уље кроз улазни прогон и гура га кроз излазни прогон.

Ротационе пумпе са позитивним изменама

Најчешћа пумпа у индустријским хидрауличким системима је ротативна пумпа са позитивним изменама. Производи релативно глатки, притиснут ток и лако се вози електричним мотором или мотором. Свака вртања ротирајућег елемента измешта фиксну запремину течности.

Конструкција ротационих пумпа

Ротациона пумпа има кућиште и ротирајући монтаж. Кућа има уходак и излаз. Ротирајући монтаж генерише ток и притисак. У приказаном примеру има ротор и пелене које се могу слободно клизнути у и из роторских слотова.

Како ради ротациона пумпа

Ротирајући монтаж је монтиран ексцентрично (од центра) унутар кућишта и повезан са главном покретачем водом придаје ротор се окреће. Док се ротор окреће, центрифугална сила гура лопате према зиду кућа, формирајући затворену комору. На страни улаза, запремина коморе расте, течност се увлачи. На страни излаза камера се смањује, притисак се повећава и течност се гура из система. Пумпа производи само притисак једнак минималном отпорности у систему ништа више.

Слика 2-15 Ротациона пумпа. Ване које се затварају на зид кућа стварају коморе које се шире (улаз) и скраћују (излаз) док се ротор окреће.

Отпор и притисак

У хидрауличком систему, притисак и отпор су директно повезани. Пумпа гура течност у систем; ниво притиска одређује ниво отпора. Високи отпор → висок притисак; низак отпор → низак притисак. Опоравак течности одређује колико се производи притисак.

Отпор на пумпи

Пумпа се суочава са две врсте отпора: отпор на оптерећење и отпор на проток. Ако игноришемо отпор струје, једини отпор је оптерећење. Ако је потребно 200 пси (13,8 бара) да би се превазишао отпор оптерећења, пумпа производи 200 пси и покреће хидрауличну радну енергију у покретач, који затим помера оптерећење.

Отпор струје увек је присутан. То присиљава пумпу да изводи више енергије из главног покретача и производи већи притисак да би га превазишла.

Слика 2-16 Опор и притисак. Притисак пумпе се повећава како би се превазишао било који укупни отпор са којим се суочава отпор оптерећењу плус отпор протока (трење).

Додатна конверзија енергије

Виша енергија коју пумпа ставља у течност како би превазишла отпор протока не претвара се у корисну хидрауличку радну енергију на покретачу она се конзумира трњем протока. Ова "потребљена" енергија се не губи у смислу заштите; она се претвара у топлоту, што повећава температуру течности. Ова топлота је неефикасност система.

Брзина и стопа проток

У динамичном (течућем) хидрауличком систему, течност се креће кроз цеви одређеном брзином (брзином). Брзина се мери у футима/с (стопама у секунди) или м/с.

Волумен течности која пролази по точки по јединици времена назива се стопа проток. У хидрауличким системима јединица је обично gpm (америчке галоне у минути) или Lpm (литри у минути).

Брзина и стопа проток су повезани: да би се за једну минуту испунила контејнер од 5 гала (18,95 л) кроз велику цев, течност се креће брзином од 10 фута/с (3,04 м/с). Кроз цев половине величине, течност се мора кретати брзином од 20 фута/с (6,10 м/с) да би се доставило исто 5 гпм. Проток је исти, брзина је другачија.

Слика 2-17 Исти стоп проток, различита брзина. У мањој цеви, течност мора да се креће брже да би прошла исти обим у минути.

Трчење ствара топлоту

Течност која тече кроз хидрауличне цеви ствара топлоту због тријања што брже тече, то се више топлоте производи. У индустријским апликацијама, препоручена брзина течности унутар линија између пумпе и покретача је 15 фута/с (4.572 м/с).

Кренућа стварање топлоте

Течност која тече у правим цевима која достиже кривину мора да се изненада промени у правцу. Молекули течности сударају се једни са другима и са зидом цеви, што такође ствара топлоту. У зависности од величине цеви, један лактовић од 90° може генерисати толико топлоте као неколико метара праве цеви.

Притисак диференцијала

Диференцијал притиска је разлика притиска између било које две тачке у систему. Диференцијални притисак вам говори две ствари:

1. То показује да је хидрауличка радна енергија (натисне, течне течности) присутна између ових две тачке.
2. Она мере колико хидрауличке енергије претвара у топлоту између тих две тачке.

Пример: Пресмер 1 чита 200 пси (13,79 бара); Пресмер 2 чита 180 пси (12,41 бара). Диференцијал = 20 пси (1.38 бара). То значи:

3. Течност тече из гама 1 према гаму 2.
4. хидрауличка енергија у вредности од 20 пси је претворена у топлоту трчањем струје између два мерила.

Слика 2-19 Диференцијал притиска. Пад од 20 пси преко овог секције цеви показује да је проток присутан и квантификује хидрауличку енергију изгубљену на топлоту тријања.

Проектирање за смањење топлоте у хидрауличким системима

Преобраћање хидрауличке енергије у топлоту значи да систем троши енергију. Да би се побољшала ефикасност, дизајнери морају да бирају праву вискозност уља, да правилно дижу цеви и да свеже број савијања и фитинга. Све ово смањује отпор струје и тако смањује губитак енергије као топлоте.

Слика 2-20 Гријација топлоте у стварном кругу. Свака цев, монтажа, савијања и вентили доприносе паду притиска и губитку енергије.