Устройство, принцип работы гидравлического пресса

Допустим, у нас есть сообщающиеся сосуды с разной площадью поперечного сечения. Площадь меньшего обозначим s, большего — S. Наполним емкости жидкостью. По закону сообщающихся сосудов поверхности жидкостей находятся на одной высоте.

Вам будет интересно: Население Земли в 1900 году и последующий рост

Закроем сосуды сверху поршнями. Можно считать, что s и S — это площади поршней. Надавим на меньший силой f. Он пойдет вниз, жидкость будет перетекать в больший цилиндр, и поршень слева начнет подниматься. Чтобы не дать ему подниматься, мы тоже приложим к нему силу. Обозначим ее F.

Чтобы приблизиться к пониманию принципа работы гидравлического пресса, попробуем найти связь между этими двумя силами. Будем исходить из условия равновесия. До того, как мы накрыли сосуды поршнями, жидкости находились в равновесии. Давление в емкостях было одинаковым (p=P). Надавим на оба поршня так, чтобы жидкость по-прежнему оставалась в равновесии. Давления p и Р, конечно же, увеличатся. Однако они по-прежнему останутся одинаковыми, потому что увеличатся на одну и ту же дополнительную величину. Это величина давления, создаваемого поршнями. Она по закону Паскаля передается всюду.

Вот условие равновесия: p=Р. Можно рассматривать давление, создаваемое поршнями, или давление столба жидкости. Результат будет один и тот же. Заметим, что давление, создаваемое поршнями, в тысячу раз больше, чем гидростатическое давление столба жидкости. Столбик воды высотой в несколько сантиметров создает давление в сотни паскалей. А давление поршня составляет сотни килопаскалей, а иногда и мегапаскалей. Поэтому в дальнейшем мы будем пренебрегать давлением столба жидкости и считать, что давления p и Р созданы исключительно силами f и F.

Изготовление пресса в домашних условиях

Если у вас возникло желание сделать гидравлический пресс своими руками, то вы попали на нужную страницу. Что бы сделать пресс нам понадобится гидравлический насос. Его роль прекрасно выполнит домкрат бутылочного типа. Его конструкция как правило содержит ручной насос. Силу нажима, которую он нам даст будет где-то 10-20 тон, в зависимости от грузоподъемности, этого нам вполне хватит для работы в домашних условиях.

До того, как начнете подбирать подходящий домкрат нужно определится с задачами, для которых он нужен. Чем большее усилие нам нужно, тем жёстче конструкцию нам придется соорудить, и устройство большего тоннажа нам придется приобрести.

Пошагово что нужно что бы создать гидравлический пресс своими руками из домкрата:

  • Определяем какое усилие должен выдавать пресс
  • Покупаем соответствующий домкрат
  • Разрабатываем чертежи гидравлического пресса

Приступаем к разработке чертежа каркаса нашего пресса. Он является не маловажной частью конструкции пресса из домкрата.

Важно понимать, что при работе пресса, домкрат будет давить вверх и вниз конструкции стараясь разорвать каркас. Прочность конструкции каркаса всегда стоит делать с запасом.

Каркас должен обладать высокой устойчивостью, следует обратить внимание на низ рамы. Внутренний проем пресса рассчитывается из следующих параметров: высота домкрата, величина свободного хода штока (ее желательно делать меньше чем величина полного хода штока), Толщину детали которую хотим обрабатывать.

Вот несколько примеров прессов, сделанных своими руками из домкратов:


Принцип гидравлического пресса построен на законе сообщающихся сосудов. К примеру, есть 2-е соединённые ёмкости разных размеров. Налив туда жидкость, она равномерно распределится. Если нарушить состояние покоя и увеличить давление в меньшем сосуде, то в большом сосуде приложенная сила увеличится пропорционально разнице размеров. Устройство подчиняется правилу: выигрыш в силе равен проигрышу в расстоянии.

Блез Паскаль придумал работу гидропресса, но назвал его «машиной для увеличения силы». Ранее выгода от такой машины казалась мизерной, но теперь инженеры использовали наработки Паскаля в облегчении работы.

На схеме показан простейший гидравлический пресс, состоящий из поршней большего и малого диаметров, установленных в сообщающихся цилиндрах, под поршнями находится жидкость. На поршень малого диаметра площадью S 1 оказывается усилие F1, определим усилие F2, которое сможет преодолеть поршень площадью S2.

Давление под поршнем 1 можно вычислить по формуле:
p 1=F1/S1

Давление под поршнем 2 будет определяться зависимостью:
p 2=F2/S2

Согласно закону Паскаля давление, приложенное к жидкости передается всем точкам этой жидкости одинаково во всех направлениях.

Устройство гидравлического пресса

В реальных прессах используются объемные насосы различных типов, от насоса по трубопроводам жидкость поступает к одному или нескольким гидроцилиндрам. Параметры потока — давление, расход могут регулироваться с помощью предохранительных и редукционных клапанов, дросселей, регуляторов расхода.

Рассмотрим, принципиальную схему реального гидравлического пресса.

Жидкость от насоса через фильтр поступает на вход трехпозиционного распеределителя. В нейтральном положении золотник жидкость через распределитель отправляется на слив. При переключении распределителя жидкость направляется в поршневую или штоковую полость гидроцилиндра установленного на гидравлическом прессе.

Во время подачи жидкости в поршневую полость осуществляется рабочий ход — прессование. Во время подачи жидкости в штоковую полость — обратный ход.

Усилие прессования определяется как произведение площади поршня на давление в полости гидроцилиндра:

Максимальное давление в системе определяется настройкой предохранительного клапана и контролируется по манометру, установленному в напорной линии.

Гидравлическая схема пресса показана на рисунке.

Одним из самых простых и старых устройств основанных на законе Паскаля является гидравлический пресс, в котором небольшая сила $F_1$, прикладываемая к поршню небольшой площади $S_1$, преобразуется в большую силу $F_2$, которая воздействует на площадь большой площади $S_2$.

Давление, которое создает поршень номер один, равно:

Давление второго поршня на жидкость составляет:

Если поршни находятся в равновесии то давления $p_1$ и $p_2$ равны, следовательно, мы можем приравнять правые части выражений (1) и (2):

Определим, каким будет модуль силы, прикладываемой к первому поршню:

Из формулы (4), видим, что величина $F_1$ больше модуля силы $F_2$ в $frac$ раз.

И так, применяя гидравлический пресс можно небольшой силой уравновесить гораздо большую силу. Отношение $frac$ показывает выигрыш в силе.

Пресс работает так. Тело, которое необходимо спрессовать, укладывают на платформу, которая лежит на большом поршне. С помощью малого поршня создают высокое давление на жидкость. Большой поршень вместе со сжимаемым телом поднимается, упирается в неподвижную платформу, находящуюся над ними, тело сжимается.

Из малого цилиндра в большой жидкость перекачивают повторным движением поршня малой площади. Делают это следующим образом. Малый поршень поднимается, открывается клапан, при этом в пространство под малым поршнем засасывается жидкость. Когда малый поршень опускается жидкость, оказывая на клапан давление, его закрывает, при этом открывается клапан, который пропускает жидкость в большой сосуд.

3 Гидравлический пресс – виды и их особенности

Итак, гидравлические прессы бывают с открытой или же закрытой рамой. В принципе, и те, и другие имеют практически одинаковое предназначение: выпрессовка, запрессовка, гибка и правка различных изделий. Рассмотрим же более подробно каждый из них. Механизм с открытой рамой более удобен, и в этом случае появляется возможность работать с крупногабаритными, длинномерными деталями, а также элементами, имеющими сложную форму, которые неудобно или же невозможно разместить в прессах с закрытой рамой.

Читайте также  Светодиодная лента для аквариума

Регулировка высоты рабочего пространства осуществляется посредством домкрата, который фиксируется в определенном положении. Также иногда они могут быть оснащены насосом с ручным приводом, такое дополнение дает возможность работать прессу даже без питания.

Механизмы с закрытой рамой больше подходят для работы с мелкогабаритными, а также средними деталями. Благодаря специальным установочным отверстиям его можно крепить в нужном месте, и появляется возможность выбрать наиболее удобное место. Размер рабочей области подобных машин также регулируется в зависимости от величины обрабатываемых деталей.

Кроме того, гидравлические прессы в зависимости от конструкции делятся на горизонтальные и вертикальные. Первые, в основном, используются для утилизации различных отходов (текстильных, бумажных, пластиковых, жестяных и т. д.). Они зачастую имеют достаточно габаритные размеры, некоторые из них могут занять даже полквартиры. Поэтому их преимущественно используют на больших предприятиях. В принципе, конструкция ничем особо не отличается, кроме внешней прессующей плиты, которая и является главным элементом таких машин. Преимущества использования в качестве утилизационной машины пресса именно с горизонтальной конструкцией заключается в том, что появляется возможность автоматизировать процесс практически на 100%, вплоть до обвязки тюка вторсырья.

Вертикальные прессы необходимы для выполнения такой операции, как прошивка заготовок при производстве труб. Они оборудованы поворотной рамой и двумя контейнерами, дающими возможность механизировать процедуру чистки и охлаждения втулок. Также благодаря специальному приспособлению намного упрощается процесс замены некоторых изношенных элементов оборудования. Кроме того, автоматизирован процесс загрузки сырья и перевод его из горизонтального положения в вертикальное.

Преимущества покупки гидравлического пресса

Выбор в пользу заводского оборудования принесет следующие преимущества:

  • длительную безаварийную эксплуатацию установки сроком до 7 лет и более;
  • возможность использования пресса в любых нужных условиях;
  • большие объемы и высокую скорость переработки ТБО: от 80 до 2100 кг за час.

Заводские установки отличаются надежной, эффективной работой и полностью решают задачу утилизации отходов на предприятиях. Использование оборудования обеспечивает сокращение объема мусорных контейнеров до 75%, сокращение необходимого для вывоза транспорта в 3─5 раз, общую экономию на утилизационной статье расходов до 30%.

Если S>s, то сила давления на поршень в большом сосуде будет во столько раз больше силы, которая давит на малый поршень, во сколько раз площадь более крупного поршня превышает площадь малого. Иными словами, прикладывая небольшую силу к маленькому поршню, в большом сосуде мы получим силу, намного превышающую ту, с которой мы давим на маленький поршень. Это эффект, который называется выигрыш в силе. Он показывает, во сколько раз силы отличаются, т. е. чему равно отношение F к f. Если мы возьмем сосуды, площади поперечного сечения которых сильно отличаются, то можем получить выигрыш в силе и в десять, и в тысячу раз. Анализ сил дает понять: выигрыш в силе равен отношению площадей большого и малого поршня.

Во многих отраслях используется принцип работы гидравлического пресса: в физике, строительстве, обработке материалов, сельском хозяйстве, автомобилестроении и т. д. Примеры применения гидравлических машин представлены на рисунке.

Рассмотрим все те же два сообщающихся сосуда с поршнями, но теперь мы будем обращать внимание не на силу, а на расстояние, которое проходят поршни при перемещении. Представим, что первоначальное их положение разное. Поршень площадью S расположен ниже поршня площадью s. Переместим меньший поршень на расстоянии h. Вода из меньшего сосуда перешла в больший и надавила на поршень. Он переместился на высоту H.

Зная соотношение между площадями, найдем соотношение между высотами. Объем, который ушел под давлением из левого цилиндра в правый, обозначим v. В правый цилиндр зашла жидкость объемом V. Жидкость несжимаема. Как это можно записать математически? v=V. Выразим объем через площадь и высоту. v=s*h и V=S*H. Значит, s*h=S*H. S/s=h/H. Следовательно, выигрыш в силе F/f=h/H. Это соотношение дает нам понимание принципа работы гидравлического пресса. Мы делаем вывод: поскольку F больше, чем f, то H меньше h, причем во столько же раз.

Допустим, гидравлическая машина дает выигрыш в силе в сто раз. Это значит, что если мы опустим меньший поршень на 100 мм, то другой поршень поднимется всего на 1 мм. А есть машины, которые дают выигрыш в силе в тысячу раз. А как же быть в случаях, когда на поршне стоит автомобиль и его нужно поднять на высоту нескольких метров?

Плюсы и минусы

Станок пресс гидравлический с ручным приводом имеет множество преимуществ:

  • Простота конструкции, что сказывается на цене и возможности эксплуатировать прибор длительное время;
  • Отсутствие в конструкции предохранительных устройств от перегрузки упрощает и удешевляет прибор;
  • Положение подвижного рабочего стола не влияет на рабочее усилие прибора;
  • Плавная регулировка рабочего усилия;
  • Возможность менять параметры высоты и длины рабочего хода;
  • Возможность создавать одинаковое усилие продолжительное время.

К недостаткам гидравлического пресса с ручным управлением относится небольшая скорость рабочей поверхности. Устранение этого недостатка невозможно, поскольку может привести к возникновению гидравлического удара в момент контакта рабочей поверхности с деталью, что приведет к поломке прибора.

В настоящее время представить себе автосервис или современный гараж без гидравлического пресса невозможно. Исходя из предназначения, характеристик прибора и ценового диапазона, можно подобрать необходимое устройство, которое будет служить длительное время.