Введение

Курс лекций по дисциплине «Гидравлика» рассматривает основные законы и уравнения гидравлики, охватывающие разделы свойств жидкостей, гидростатики, кинематики и динамики жидкостей, гидродинамического подобия и особых случаев течения.

Изложены основные вопросы, направленные на приобретение студентами теоретических знаний и практических навыков по применению основ процессов, протекающих в жидких средах в основном с ориентацией на гидравлические приводы технологического оборудования.

Цель учебного пособия – ознакомление студентов с основами гидравлики и гидропневмопривода в соответствии с программой, рассчитанной на 51 час.

Учебное пособие состоит из пяти тем: в первой теме рассмотрены свойства жидкостей и газов, а также некоторые характеристики и требования к жидкостям; во второй – основы гидростатики; в третьей – основы гидродинамики; в четвертой – динамические и объемные гидромашины; в пятой– гидроприводы. В конце приведен список литературы для более глубокого ознакомления с названным курсом.

В учебном пособии материал изложен, так что студент получает максимум необходимых знаний по основам гидравлики и гидропневмоприводу, позволяя в дальнейшем самостоятельно, более глубоко и полно изучить интересующие его отдельные вопросы.

Тема 1 Введение. Предмет гидравлики. История развития гидравлики. Основные физико-механические свойства жидкостей и газов

1.1 Предмет гидравлики

Механика, как раздел физики, изучает законы равновесия и движения материальных тел различных видов. Она разделяется (рисунок 1.1) на:

• механику твёрдого тела, которая изучает покой и движение тел как совокупности сильно связанных материальных точек;

• механику сыпучих сред, изучающую движение песчаных грунтов, зерна и других аналогичных тел;

• механику жидких сред, в которой изучают равновесие и движение жидкости.

Рисунок 1.1 – Гидравлика как часть физики

Гидравлика – это наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей, а также возможность применения этих законов для решения технических задач.

Гидравлика состоит из двух разделов: гидростатики и гидродинамики.

Гидростатика – раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкости при относительном покое и рассматриваются практические приложения этих законов.

Гидродинамика – раздел гидравлики, в котором изучаются законы движения жидкости и ее взаимодействие с твердыми телами при их относительном движении.

Гидравлика даёт методы расчёта и проектирования разнообразных гидротехнических сооружений (плотин, каналов, водосливов, трубопроводов для подачи всевозможных жидкостей), гидромашин (насосов, гидротурбин, гидропередач), а также других гидравлических устройств, применяемых во многих областях техники.

Сегодня трудно найти отрасль, в которой бы не применялась гидравлика. Без неё невозможно представить современное автомобилестроение, станкостроение, авиационную технику, космические аппараты, медицинскую технику, водный транспорт. Причем зачастую ей отдается предпочтение перед другими, широко применяемыми видами привода.

Для того чтобы понять преимущества гидравлики, лучше всего провести её сравнение с электрикой, электроникой, механикой и пневматикой. Наиболее близка к гидравлике пневматика, где для передачи энергии используется воздух. Однако, во-первых, пневматика уступает гидравлике в быстродействии. Сжимаемость воздуха мешает быстрому выполнению команд. Жидкость же до определенных объемов несжимаема, поэтому гидрооборудование отличает практически моментальное действие. Вторым несомненным минусом пневматики является взрывоопасность. Как известно, сжатый воздух обладает большей разрушительной силой, а сосуды с воздухом находятся под значительным давлением (да и сама воздушная смесь, используемая в пневматике, взрывоопасна).

В сравнении с электрикой гидравлика полностью исключает необходимость монтажа силовой электроподводки и избавляет от постоянных расходов на электроэнергию. Кроме того, полностью исчезает проблема постоянной заботы об обеспечении электробезопасности. К тому же, по сравнению с электрическим оборудованием, гидравлика менее чувствительна к окружающей среде (пыль, влага).

Что же касается привычной механики, то в отличие от неё гидравлика уменьшает опасность воспламенения и полностью снимает проблему удаления ядовитых выхлопов вследствие отсутствия двигателя и топливного бака.

Еще одним преимуществом гидравлического оборудования можно считать возможность его эксплуатации в различных климатических условиях. Меняя рабочие жидкости, можно работать как при крайне низких (до -70 ºС), так и при крайне высоких температурах. А малые массы и габаритные размеры обеспечивают высокую маневренность работы гидрооборудования и использование его в малодоступных местах. Кроме того, гидравлика имеет меньший вес и уровень шума, а также менее требовательна к техническому обслуживанию.

Итак, гидравлика обладает рядом существенных преимуществ:

• передача больших усилий на малом пространстве;

• высокая концентрация энергии;

• возможность аккумулирования энергии;

• малая масса и габариты, а, следовательно, малая инерционность движущихся частей;

• гидропривод легко управляется и автоматизируется, может создавать очень большие усилия и передаточные отношения;

• гидропривод позволяет плавно и в широком диапазоне регулировать скорость движения рабочего органа и обеспечивать быстрый реверсивный режим;

• возможность автоматизации всех видов движения с помощью управляющих распределителей и электрической передачи команды;

• благодаря обильной и постоянной смазке гидропривод долговечен и надежен.

К недостаткам гидравлики относят:

• потери энергии в трубопроводах и органах управления;

• необходимость высокой герметичности гидромашин, гидроаппаратов и гидролиний, а, следовательно, точности обработки деталей, что обуславливает их повышенную стоимость;

• возможность нестабильной работы, вызываемой температурными колебаниями вязкости рабочей жидкости.