ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Энергия жидкости и газа Блэкборн Дж. Ф Почему используется энергия жидкости и газа из "Гидравлические и пневматические силовые системы управления " В книге приводится сравнительно немного формул и очень мало предпринято попыток сделать их выводы математически строгими или изящными. Это—книга для инженера-практика, и мы надеемся, что способ изложения материала будет наиболее удобным для читателя и скрытые допущения и логические ловушки не собьют его с верного пути. [c.17] Теория представлена в книге в таком объеме, насколько это оправдано современной практикой в данной области. Так как эта область техники быстро развивается и ее центр тяжести непрерывно смещается, то невозможно дать действительно стройного представления о предмете. По этой же причине содержащиеся в книге практические сведения представляют собой нечто нез становившееся, но все же основной материал можно считать вполне закончен-.ным. Этот материал и составляет современную науку об управлении энергией жидкости и газа. [c.17] Энергия жидкости занимает, если можно так сказать, промежуточное положение между электрической и механической энергией. Ее легче передать на значительные расстояния, чем механическую энергию, но гораздо труднее, чем электрическую. Энергия жидкости, так же как и электрическая, допускает более точное и простое управление, чем механическая энергия электрическая энергия обладает большим преимуществом в этом отношении при малых мощностях, но это становится не столь заметным при больших мощностях. С точки зрения безопасности все три вида энергии равноценны, если не учитывать того, что защита человека от соприкосновения с механическими элементами несколько сложнее. [c.17] На основании изложенного в предыдущем параграфе можно сделать вывод, что между этими тремя видами энергии существует незначительное различие, но все же предпочтение отдается электрической энергии. По этой причине устройства и методы, относящиеся к области использования электрической энергии, получили большее развитие. Однако такое быстрое развитие техники поставило перед конструкторами, по всей вероятности, непреодолимое препятствие в их стремлении к дальнейшему усовершенствованию оборудования, и поскольку к настоящему времени конструкторы не в состоянии преодолеть это препятствие, возникает необходимость искать обходные пути. Легчайшим и наиболее коротким путем и является использование энергии жидкости и газа. [c.18] Это препятствие заключается в свойстве вещества, благодаря которому любой известный ферромагнитный материал насыщается при чрезвычайно низкой плотности магнитного потока. Это означает, что существует предельная величина крутящего момента, приходящаяся на единицу веса железа в якоре электродвигателя, которую невозможно превзойти. Это в свою очередь ограничивает величину отношения крутящего момента электродвигателя любого вида к моменту инерции его ротора. [c.18] С хорошими динамическими свойствами, т. е. с большими величинами отношения крутящего момента к моменту инерции. Электромагнитные же устройства, по крайней мере те, которые рассчитаны на значительные выходные мощности, оказываются недостаточно быстродействующими, чтобы удовлетворить эту потребность. [c.19] Простейший расчет подтверждает это положение. Допустим, что мы сравниваем два аналогичных устройства— силовой цилиндр и электромагнит с втягивающимся якорем. Величина насыщения по плотности магнитного потока для хорошей электротехнической стали составляет 21 ООО гс, что соответствует удельному усилию магнита 17,5 кг1см . Эту величину нельзя увеличить применением других материалов даже если использовать очень дорогостоящий сплав пермендюр (сплав кобальта и железа), то эта величина возрастает только до 22 кг1см . Приведенные данные относятся к предельным случаям действительные пределы, вероятно, будут составлять половину или даже одну треть этих величин. [c.19] Допустимое давление в гидравлическом силовом цилиндре определяется скорее прочностью других частей системы, чем самого цилиндра, если последний не очень велик. В настоящее время гидросистемы, работающие при давлении порядка 350 кПсм . уже не редкость, и в случае необходимости могут быть использованы и более высокие давления. Таким образом, видно, что удельные силы, получаемые с помощью устройств, использующих энергию жидкости, по крайней мере в 10—20 раз превосходят удельные силы, получаемые с помощью электромагнитов. [c.19] Рассмотрим более подробно преимущества и недостатки использования энергии жидкости и газа. Очевидно, наиболее серьезным недостатком является возможность загрязнения и утечек жидкостей, с помощью которых передается энергия. При правильном конструировании, хорошей обработке и надлежащем обслуживании эти утечки и загрязнения могут быть сведены до минимума, но сделать гидросистему абсолютно чистой и лишенной утечек невозможно. При соблюдении разумных мер предосторожности этот недостаток становится скорее психологическим, чем реальным. но он все же существует. Это ограничение, безусловно, не касается систем, работающих на горячем газе, но в настоящее время подобные системы находятся еще в начальной стадии своего развития. [c.20] Вторым серьезным недостатком гидравлических и пневматических систем является их чувствительность к загрязнению рабочих жидкостей и газов инородными телами. Как и в первом случае, устранить этот недостаток возможно путем хорошего конструирования, хорошей обработки и особенно путем надлежащей эксплуатации, но даже в лучшем случае гидравлические системы не могут быть названы безупречными, подобно механическим или электрическим. [c.20] Третий недостаток — взрывоопасность. Этот аргумент чаще приводят в применении к пневматическим системам высокого давления, чем к гидравлическим, хотя в действительности эти системы мало отличаются друг от друга. Большинство систем, используемых на практике, как правило, имеет необходимый запас энергии в аккумуляторах или баллонах, и эффект взрыва в значительной степени зависит от того, в каком месте системы он произошел. Во многих случаях эту опасность преувеличивают, но она определенно существует. [c.20] Однако самым серьезным недостатком гидравлических систем является их взрыво- и пожароопасность. Утечка жидкости через ничтожно малое отверстие под высоким давлением приводит к распылению жидкости и к образованию масляного тумана, и если жидкость обладает хотя бы незначительными горючими свойствами, этот туман может взорваться. Взрывы и пожары, обусловленные этим обстоятельством, стали явлением достаточно распространенным и серьезным, что вызвало потребность в удовлетворительных невоспламеняющихся рабочих жидкостях. Ко времени написания этой книги таких жидкостей, очевидно, еще не было. Нефтяные масла, если не принимать во внимание их воспламеняемость, все еще продолжают оставаться лучшими среди всего, что мы имеем в этой области. Однако работы продолжаются, и весьма вероятно, что в недалеком будущем появятся хорошие негорючие жидкости. [c.21] Вернемся снова к преимуществам гидравлических и пневматических систем. Одним из наиболее важных преимуществ является то, что поток жидкости или газа в отличие от электрического тока уносит тепло, выделяемое в результате потерь энергии, от пункта, где эти потери имеют место. Это дает возможность значительно уменьшать размеры элементов, рассчитанных на определенную мощность, или, наоборот, значительно увеличивать мощность, приходящуюся на единицу объема элемента. Очевидно, что это тепло должно где-то рассеиваться в гидравлических или пневматических системах это рассеяние энергии осуществляется в теплообменниках, расположенных в удобном месте. Наименьшие размеры электрических элементов обычно определяются наибольшей допустимой плотностью магнитного потока и условиями нагрева и охлаждения наименьшие же размеры гидравлических и пневматических элементов, как правило, определяются только конструктивными соображениями. В современных авиационных гидродвигателях, например, отношение веса к выходной мощности составляет 0,45 кг/л.с., а электродвигатели не могут даже приблизиться к этой величине. [c.21] Третьим и основным преимуществом гидравлических систем считается высокое быстродействие. Короче говоря, при современном развитии техники имеется мнаго важных задач, которые можно решить только с помощью гидравлики, и много задач, в которых использование гидравлических систем предпочтительнее. Таким образом, конструктор вынужден часто обращаться к гидравлике независимо от того, хочет он этого или нет. В недалеком прошлом большая часть знаний конструктора-гидравлика была эмпирической, но обстановка быстро меняется проектирование гидросистем становится технической наукой, так же как и пневматика. Настоящая книга является попыткой ускорить этот процесс. [c.22] Так как в гидравлических и пневматических устройствах используются физические жидкости и газы, то хорошо знать свойства последних чрезвычайно важно. В этой главе рассматриваются те свойства, которые имеют наибольшее значение для инженера-гидравлика, а также зависимость этих свойств от изменения температуры, давления и т.д. Одновременно будут рассмотрены сравнительные свойства жидкостей и газов. [c.23] За последние несколько лет появилась тенденция к использованию систем управления в гораздо более широком диапазоне температур, чем ранее. В результате были выявлены недостатки, присущие обычным маслам на углеводородной основе, и возникла необходимость в поисках веществ, подходящих для работы в новых условиях. К настоящему времени (1959 г.), по-видимому, еще нет рабочих жидкостей универсального назначения. Однако имеется много жидкостей, свойства или сочетания свойств которых могут быть успешно использованы в отдельных случаях. Проводится большая работа по изучению и усовершенствованию этих жидкостей и по разработке новых. Это означает, что любые приведенные числовые данные относительно свойств жидкостей неизбежно устареют через несколько лет, однако из-за обилия данных вряд ли будет целесообразно приводить их в книге полностью. Поэтому мы ограничимся в этой главе рассмотрением наиболее важных свойств жидкостей, используемых в гидросистемах, и газов и некоторыми рекомендациями по их выбору для конкретных условий. С целью наглядности здесь приводятся типовые данные по некоторым свойствам жидкостей и не делается никаких попыток дать исчерпывающую информацию по этому вопросу. [c.23] Плотность (е)-масса или количество вещества, содержащееся в единице объема данного вещества. В данной книге в качестве основной величины используется сила, а не масса, поэтому в принятой системе единиц, размерность плотности будет в кГ-сек 1см. [c.24] Удельный объем (V) — величина, обратная удельному весу, часто используемая при исследовании процессов в газах. [c.24] Модуль упругости (р) — величина, обратная сжимаемости. Он также имеет два значения — изотермическое и адиабатическое. Первое обычно приводится в таблицах, а второе используется при вычислении скорости звука в жидкости. Для жидкостей эти два значения почти совпа дают, а для газов сильно отличаются. [c.24] Вернуться к основной статье