Основные понятия гидравлики: определение, области применения, проектирование и основные проблемы

Гидравлика — это технология передачи механической энергии с помощью жидкости (масла) под давлением. Типичное применение предполагает два этапа преобразования энергии с целью обеспечения механической энергии на валу гидравлического двигателя (крутящий момент) или на штоке цилиндра (усилие).Механическая энергия, доступная на валу первичного двигателя (электрического, теплового), преобразуется рабочей машиной (насосом), которая приводит в движение рабочую жидкость (гидравлическое масло), которая затем преобразуется силовой машиной (двигателем, гидравлическим цилиндром) для повторного получения механической энергии. Такое двойное преобразование позволяет передавать и регулировать энергию, что осуществляется с помощью специальных клапанов, установленных между насосом и приводом.

Рабочая жидкость приводится в действие в виде давления и расхода, которые определяют работу и производительность гидравлической системы. Расход прямо пропорционален скорости (линейной/вращательной) привода, а давление — усилию (усилию/моменту) привода. Регулировка расхода и давления с помощью специальных клапанов позволяет, таким образом, регулировать механическую энергию, доступную на выходе привода. Все это дает возможность создавать системы, в том числе и высокой мощности, гибкие и с широкими возможностями регулировки.

Упрощенно говоря, основными компонентами гидравлической системы являются: резервуар, насосно-моторный агрегат, клапанный блок, трубопроводы, система подготовки масла (в основном фильтрующие системы и охлаждающие агрегаты), приводы (как линейные, так и ротационные).

Области применения чрезвычайно обширны и варьируются от землеройной техники до промышленности и судостроения. В данном контексте речь идет о тракторах, прессах, кранах, а также о системах подъема тяжелых грузов на судах. Во всех случаях, когда необходимо передать механическую мощность от первичного источника и затем регулировать ее, широко используется гидравлика.

Проектирование гидравлической установки начинается с определения потребителей и требуемых механических характеристик, чтобы затем определить силовую установку (гидравлический агрегат) и систему регулирования (клапанный блок).

Если говорить более конкретно, то под гидравлической станцией понимается система, включающая масляный бак, насосно-моторный агрегат, систему подготовки жидкости и вспомогательное оборудование (индикаторы уровня и температуры, манометры и другие датчики). Прослеживая путь масла по напорной линии насоса, можно увидеть трубопроводы, клапанные блоки и приводы. Совокупность гидравлической станции с трубопроводами, клапанными блоками и приводами называется гидравлической системой. Все компоненты системы должны быть правильно подобраны или рассчитаны с учетом требований конкретного применения.

Проблем, связанных с гидравлической системой, множество, хотя все они связаны с целью снижения эксплуатационных затрат, продления срока службы и сокращения частоты технического обслуживания гидравлической системы.

В последние годы внимание проектировщиков сосредоточено на таких аспектах, как энергоэффективность, надежность и подготовка рабочей жидкости (преимущественно фильтрация).

Еще одним особенно актуальным аспектом является снижение шума. В данном примере приводится исследование (Senatore A., Cardone M., Buono D. и Balsamo F., 2008, «Experimental Analysis of a Ship Stabilization Hydraulic System», в Ovidius University Annals of Mechanical, Industrial and Maritime Engineering), проведенное на гидравлической системе, используемой для управления стабилизационными плавниками на прогулочных судах. Стабилизаторы призваны уменьшать колебания судна как во время плавания, так и на якоре, с целью повышения комфорта пассажиров на борту. Данная статья, носящая чисто экспериментальный характер, среди прочего подчеркивает влияние аккумулятора на работу и производительность гидравлической системы.