Домкрат гидравлический

Домкрат гидравлический... что это, зачем и откуда?

Почему именно гидравлический? Вообще, домкратов разных много, но эта статья (исследование) именно о гидравлических домкратах, потому что про этот тип домкратов писать интереснее :), т.к. у них (у гидродомкратов) шире сфера применения и больше специфических оснасток, благодаря которым даже появляются отдельные классы устройств (такие как гидравлический пресс, например).

Домкрат, в широком смысле слова, это не устройство, а только лишь принцип, перешедший в название класса устройств. И соответственно гидравлический домкрат - это никакой не домкрат, а лишь гидроцилиндр, работающий по принципу домкрата или другими словами - гидравлический домкрат это специальным образом оснащённый гидроцилиндр. Но давайте отбросим буквоедство и поговорим о домкратах как об устройствах в традиционном понимании.
Винтовое грузоподъемное устройство из кодекса Леонардо да Винчи
Винтовое грузоподъемное устройство из кодекса Леонардо да Винчи
Определение домкрата. Неверно думать, что домкрат предназначен исключительно для подъема груза. Наверное, в своевременном миллионе применений домкрата девятьсот девяносто тысяч – это именно подъем, но нечувствительность части конструкций домкратов к пространственному положению, определяет возможность их применения для любого перемещения грузов. И не только для перемещения, но и для фиксации (в случае подъема или в ситуации любого невертикального сопротивления груза). Кстати о грузах. Что такое груз? В статическом смысле слова– это объект, имеющий определенную массу, которая в свою очередь способна проявлять такую характеристику как вес, ведь вес (опять буквоедство) - это именно та причина, почему нам понадобился домкрат. Вес – это сила (вектор), которую объект обнаруживает из-за действия на него гравитации. И т.к., судя по тому, что мы применяем специальное устройство – вес объекта довольно велик, т.е. объект, он же "груз" - тяжелый. Отсюда договоримся, что правильное определение домкрата будет такое: устройство для перемещения (и удержания) тяжёлых грузов. Пойдет?

"Домкрат" - это русское слово происшедшее к нам из нидерландского языка (помните в конце 17 века Петр Первый посылал наших мастеров в Голландию учиться? Вот они и привезли слово «домкрахт» (dommekracht) ставшее впоследствии русским «домкратом»). Кстати а в английском «домкрат» – это «jack», т.е. Джек – мужское имя, производное от имени Джон (John) - суть в том что по «джеком» здесь подразумевался человек которого можно дешево использовать для механизации труда (возможно в параллельной вселенной в другой России людей, которые готовы на любую работу за дешево, называют «домкратами»). Позже англичане так определили свой «джек»: машина, обычно переносная, для поднятия тяжестей с помощью силы, действующей снизу (опять поднятия!, опять снизу! что ты будешь делать!)
Античный деревянный домкрат (Этнографический музей Елхово, Болгария)
Античные деревянные домкраты (Этнографический музей Елхово, Болгария)


Кто придумал домкрат? Ну конечно Леонардо (Ди Каприо) да Винчи. По крайней мере именно он в конце 15 века в одном из своих кодексов (Форстер) описал принцип винтового подъёмника (правда груз там поднимался по принципу крана, но это не важно). Далее история говорит, что широко домкраты стали использовать в конце 16 века в кораблестроении, для подъёма, а чаще для воздействия на нагруженные поверхности (для распорки) элементов кораблей. Считается, что особенно активно домкраты использовали португальские кораблестроители, которые в 17 веке применяли винтовые домкраты при строительстве своих каравелл, каракк и галеонов. При этом это были ответственные устройства профессионального типа для промышленного использования (шутка ли – галеон строим!).
Разновидности домкратов и принцип действия. В зависимости от принципа действия домкрата различают различные типы этих устройств. Домкраты бывают реечные, винтовые, клиновые и пневматические. И самый интересный тип домкрата – это гидравлический домкрат.


Применение домкратов в древние века
Применение домкратов в древние века


Домкрат гидравлический - это разновидность общего класса домкратов – специальных грузоподъёмных механизмов способных быстро и с небольшими затратами энергии развить большое усилие.
Предпосылки появления гидравлических домкратов. Все просто.100 тонн винтовым домкратом вы не поднимите. Поэтому инженеры и обратили свои взгляды в область гидравлики.

Домкрат начала XIX века
Домкрат начала XIX века


Идея создать гидравлический домкрат возникла сразу после открытия принципа гидравлического увеличения силы.
Принцип действия. Французский ученый Блез Паскаль в конце 17 века сформулировал закон, который гласит, что давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку жидкости или газа одинаково по всем направлениям. Принцип действия гидравлического инструмента обычно описывается таким рисунком:


Здесь два сообщающихся сосуда одинаковой цилиндрической формы, но разного диаметра, в которых имеются поршни, площади которых S1 и S2 различны (S2 >> S1). Цилиндры заполнены жидкостью. Сила F1, действуя на поршень S1, создает в жидкости давление P=F1/S1. По вышеприведенному Закону Паскаля это давление передается жидкостью по всем направлениям без изменения. Следовательно, на поршень S2 действует сила давления F2=PS2=F1S2/S1 - из этого равенства следует, что F2/F1=S2/S1, т.е. силы, действующие на поршни, пропорциональны площадям этих поршней. Значит с помощью подобного взаимодействия можно получить выигрыш в силе тем больший, чем S2 больше S1. Итак, если по-простому: передав в гидросистему давление, полученное в результате приложения незначительного усилия сил на поршень малого диаметра, мы получим на поршне большого диаметра значительное усилие (это усилие будет тем большее, чем больше площадь поршня большого диаметра). Кстати, из вышеприведенного закона также следует, что чем больше давление в гидросистеме, тем меньшая площадь поршня цилиндра необходима для развития требуемого усилия. Это означает, что домкрат с рабочим делением в 700 бар будет компактнее (меньше по диаметру) домкрата с рабочим делением в 350 бар. При этом другие параметры останутся неизменны. Еще нужно знать, что в гидравлических системах в качестве рабочего тела для передачи силы используется именно жидкости (а не газы), потому что они обладают большим сопротивлением сжатию, а значит лучше передают давление. Идеальной жидкостью для применения в гидросистемах считается специальное гидравлическое масло. Кстати, в системе измерений за единицу давления принято давление, вызываемое силой 1 Н (ньютон), равномерно распределенной по перпендикулярной к ней поверхности площадью 1 м2. Эту единицу давления называют паскаль (Па): 1 Па=1 Н/м2.

Домкрат начала XIX века
Домкрат начала XIX века


Конструкция. Как уже упоминалось - гидродомкрат это специальная оснастка гидроцилиндра, плюс устройство для создания давления гидравлической жидкости – насос (встроенный или внешний) или насосная стация. Принцип вам уже известен: в воздействуя незначительным усилием на поршень цилиндра малого диаметра (этот цилиндр располагается в насосе) мы создаем большое усилие на поршне цилиндра большого диаметра (собственно гидравлический цилиндр домкрата). Если вы решите сконструировать гидравлический домкрат то для расчета его усилия вам потребуется формула: F= Р х S, где Р – давление гидравлической жидкости, S – площадь поршня цилиндра. Площадь поршня рассчитывается по формуле: S = πR2 = πD2 / 4, где R и D– соответственно: радиус и диаметр поршня цилиндра.

В целом, гидравлические домкраты можно разделить на два типа автономные и неавтономные. Автономные это комплексное устройство, имеющее в своем составе рабочий гидроцилиндр (который и развивает усилие), насос (которые создает ток и давление рабочей жидкости в гидросистеме), бак (хранилище) для рабочей жидкости, устройства управления – ручка для качания и кран сброса давления в гидросистеме. Обычно домкраты также имеют устройство безопасности – обратный клапан, защищающий цилиндр и гидросистему в целом от перегрузки (в случае превышения давления в гидросистеме клапан открывается и рабочая жидкость возвращается в бак (давление уменьшается). Неавтономные гидравлические домкраты – это цилиндры, требующие внешнего привода (насоса или насосной станции). Неавтономные гидродомкраты в свою очередь делятся на односторонние и двухсторонние. Односторонние домкраты – это цилиндры, где шток после сброса деления возвращается в цилиндр под действием встроенной пружины (по такому принципу работают все автономные домкраты). На двухсторонних цилиндрах возврат штока – гидравлический, т.е. чтобы шток вернулся в цилиндр нужно сбросить давление в его поршневой полости и подать его в штоковую полость цилиндра. И в домкрате двустороннего действия и так тонкая грань между цилиндром и домкратом стирается. Приводы для домкратов бывают автономные (ручные насосы, приводимые в действие мускульной силой оператора) или электро-, пневмо-, бензо- и т.д. гидравлические насосные станции (маслостанции).
Домкрат или гидроцилиндр? Возвращаясь к тонкой грани определений домкрата и гидроцилиндра: в целом можно различать эти два типа устройств по их функциональности. Домкратами считаются гидроцилиндры имеющие различные конструкционные удобства, призванные расширить функциональность: резьбы на штоке и корпусе цилиндра, различные опоры (штока или самого домкрата), оснастки для низкого подхвата, гайки для фиксации штока и т.д., ну и, например, если обычный цилиндр имеет встроенный насос – это тоже уже домкрат. Конечно, неавтономные домкраты (без встроенного насоса) больше предназначены для специального использования (и в основном для промышленного применения), например, неавтономность позволяет объединять домкраты в группы для выполнения сложных задач.
Вниманию всех кого интересует тема про домкраты! Приглашаем принять участие в развитии этого исследования. Присылайте свои дополнения, замечания и комментарии, делитесь знаниями и наблюдениями – все это очень интересно и важно и обязательно станет частью этой статьи (ваше имя, как соавтора, также будет опубликовано). Также интересуют интересные применения домкратов и виды интересных оснасток и т.п. Тоже присылайте – тоже опубликуем.

Спасибо за внимание!

Санкт-Петербург, 2012г.