Гидравлический усилитель

Гидроусилитель — это гидравлическая машина для преобразования гидравлической энергии при низком давлении в уменьшенный объем при более высоком давлении. ^{[1] [2]}

Такая машина может быть построена путем механического соединения двух поршней , каждый из которых работает в отдельном цилиндре разного диаметра. Поскольку поршни механически связаны, их сила и длина хода одинаковы. Если диаметры различны, гидравлическое давление в каждом цилиндре будет изменяться в том же соотношении, что и их площади: меньший поршень создает большее давление. Поскольку давление обратно пропорционально площади, оно будет обратно пропорционально квадрату диаметра .

Рабочий объем усилителя ограничен ходом поршня. Это, в свою очередь, ограничивает объем работы , которая может быть выполнена за один ход усилителя. Это не возвратно-поступательные машины (т. е. непрерывно работающие многотактные машины), и поэтому вся их работа должна выполняться за один ход. Это несколько ограничивает их полезность, для машин, которые могут выполнить свою задачу за один ход. Они часто используются там, где требуется мощный гидравлический домкрат , но недостаточно места для установки цилиндра того размера, который обычно требуется, для необходимой подъемной силы и с доступным давлением системы. Использование усилителя, установленного снаружи домкрата, позволяет получить более высокое давление и, таким образом, использовать меньший цилиндр для той же подъемной силы. Усилители также используются как часть таких машин, как гидравлические прессы , где требуется более высокое давление и уже имеется подходящий источник. ^[2]

Некоторые небольшие усилители были сконструированы со ступенчатым поршнем. Это двухсторонний поршень с двумя разными диаметрами, каждый из которых работает в отдельном цилиндре. Эта конструкция проста и компактна, требуя общей длины, немного больше, чем удвоенный ход. Также все еще необходимо обеспечить два уплотнения, по одному для каждого поршня, и вентилировать область между ними. Утечка давления в объем между поршнями превратила бы машину в эффективный одиночный поршень с одинаковой площадью с каждой стороны, тем самым сводя на нет эффект усилителя.

Механически компактная и популярная форма усилителя — это концентрическая цилиндрическая форма, как показано на рисунке. ^[1] В этой конструкции один поршень и цилиндр поменяны местами: вместо того, чтобы поршень большого диаметра приводил в движение меньший поршень, он вместо этого приводит в движение меньший подвижный цилиндр, который надевается на фиксированный поршень. Эта конструкция компактна и снова может быть изготовлена ​​за чуть больше, чем в два раза больше хода. Однако у нее есть большое преимущество, так как нет «поршневого штока», а эффективное расстояние между двумя поршнями короткое, что позволяет сделать конструкцию намного легче без риска изгиба или заклинивания.

В показанном примере два поршня имеют соотношение диаметров примерно 1:2, что дает увеличение давления на 1:4. Обратите внимание, что важен диаметр эффективного поршня, т. е. диаметр уплотнения. Цилиндры здесь разгружены за пределами уплотнения и имеют больший диаметр для удобства работы. Хотя диаметр движущегося цилиндра составляет около ¾ внешнего диаметра, а не ½, важен диаметр уплотнения, а не его внутренний зазор.

Знаменитый инженер-механик Гарри Рикардо начал свою карьеру, работая в строительной компании своего деда Александра Ренделя . [ ^2] В то время они занимались строительством мостов в Индии, для чего требовалось гидравлическое подъемное, подъемное и клепальное оборудование. Поскольку существующая транспортная инфраструктура была плохой, все оборудование, используемое на месте, должно было быть легким и легко переносимым. Машины также должны были быть подключены к источнику гидравлической энергии с помощью гибких трубок, что ограничивало их рабочее давление примерно до 500 фунтов на квадратный дюйм. В то время современное судостроительное оборудование использовало давление до 2000 фунтов на квадратный дюйм. Это оборудование высокого давления было меньше и легче, чем более громоздкое оборудование низкого давления, что было желательно для этих строительных работ. Инновация Рикардо заключалась в том, чтобы указать использование переносных гидравлических усилителей для этих инструментов, что позволило использовать улучшенную форму высокого давления, даже если их подача была под низким давлением, через гибкий шланг. Эти усилители были настолько успешными, что в конечном итоге было поставлено и использовано несколько сотен. ^[2]

Для гидроабразивной резки используются два специализированных типа гидроусилителей . Первый и наиболее распространенный — встроенный гидроусилитель. Качающиеся гидравлические поршни используются для сжатия воды до требуемых уровней давления. Режущая головка водоструйной системы ограничивает поток воды для создания давления и направления его на заготовку. Накопительный бак, называемый гидроаккумулятором , используется для снижения колебаний давления на выходном конце.

Недавно разработанный параллельный гидравлический усилитель также использует качающиеся поршни для сжатия воды. Однако эти системы используют несколько цилиндров, которые работают параллельно, гарантируя, что один цилиндр всегда находится в режиме сжатия. Эта функция минимизирует колебания давления, которые обычны для линейных конструкций, и устраняет необходимость в аккумуляторе. Эффективность и надежность также улучшаются. ^[3]

На Викискладе есть медиафайлы по теме Гидравлические усилители .