Hydromechanika stosowana jest w technice od zarania dziejów. Już starożytni Egipcjanie, a później Grecy i Rzymianie próbowali opisać zjawiska hydrauliki i zastosować je w obronności, do manipulowania rzeszami ludzi, czy do poprawy jakości życia. Mistrzami w budowie wielkich akweduktów, kanałów i rurociągów byli Rzymianie. Ich systemy kanalizacyjne czy doprowadzające wodę do mieszkań w kilkupiętrowych kamienicach budzą podziw do dzisiaj. Do naszych czasów nastąpił postęp w opanowaniu i zastosowaniach zjawisk fizycznych związanych z hydromechaniką, która jest nauką o prawach jakim podlega ciecz w spoczynku i w ruchu.
W cyklu kilku artykułów omówimy niektóre praktyczne aspekty i elementy hydrauliki obrabiarkowej, będącej specyficzną częścią hydrauliki, która z kolei jest częścią hydromechaniki. Podstawy budowy i działania poszczególnych elementów układów hydraulicznych znajdują się pozycjach ujętych w bibliografii, na końcu artykułu.
Aleksander Łukomski
Hydraulika rozwinęła się wcześniej od hydromechaniki, która natrafiała na poważne przeszkody związane z fizyką cieczy i z matematyką. Hydraulika obejmuje prawa ruchu cieczy empirycznie, choć uwzględnia ogólne prawa mechaniki, ale w sposób przybliżony, jednak wystarczający w praktyce inżynierskiej.
Cieczą może być gaz lub płyn. W praktyce gazami zajmuje się część hydrauliki nazwana pneumatyką, a nazwa hydraulika dotyczy głównie płynów.
Hydromechanika, a także hydraulika są obszernymi dziedzinami nauki i techniki opisującymi własności fizyczne cieczy, w różnych warunkach temperaturowych, ciężary właściwe, współczynniki rozszerzalności objętościowej i wiele innych. Obejmują one też prawa Eulera, Pascala, Reynoldsa, równanie Bernoulliego – jedno z podstawowych równań hydrodynamiki płynów idealnych, regułę Blasiusa, przepływy ustalone, burzliwe i wiele innych praw i zasad.
Przepływ uwarstwiony przez płaska szczelinę: a) ściany szczeliny nieruchome, b) ściany przesuwające się względem siebie z prędkością u w kierunku działania ciśnienia, c) ściany przesuwające się względem siebie z prędkością u w kierunku przeciwnym do działania ciśnienia
W hydraulice występuje szereg znanych i nie do końca rozstrzygniętych problemów z pogranicza teorii i praktyki, np. wypływ cieczy przez mały otwór, wypływ cieczy przez duży otwór o dowolnym zarysie, wypływ cieczy przez króćce, straty ciśnienia z różnych powodów. Choć jest tych problemów wiele to jakoś praktyka inżynierska sobie z tymi nimi radzi. Jest wiele wzorów matematycznych i wykresów pomagających wybrnąć z problemów konstrukcyjnych. Spośród wielu tych problemów, krótko omówiony zostanie problem szczeliny. W hydraulice należy on do problemów najważniejszych, mających wielki wpływ na rzeczywiste ciśnienie, a także natężenie przepływu. Problem ten występuje zarówno w połączeniu tłok-cylinder, uszczelnienia, a także podczas pracy amortyzatora tłoka, jak i w aparaturze sterującej, np. w tłoczkach rozdzielaczy. Dobór optymalnej szczeliny w tych połączeniach, ze względu na dokładność połączenia i na jak najlepsze z możliwych uszczelnienie (przy zachowaniu możliwości łatwego ruchu tłoczka), nie jest prosty i wymaga analizy, i dość trudnych obliczeń na poziomie konstrukcji. Również podczas wykonania elementów hydrauliki ma on wpływ na wielkość i kształt szczeliny, i polega na dopasowywaniu i docieraniu współpracujących ze sobą elementów ruchomej hydrauliki. Właściwa szczelina ma duży wpływ na prawidłowe działanie układu hydraulicznego. Występuje tu podstawowe zagadnienie przepływu uwarstwionego przez płaską szczelinę o nieskończonej szerokości. Może być sytuacja, że ściany szczeliny są nieruchome albo że przesuwają się względem siebie z prędkością u.
Cały artykuł dostępny jest w wydaniu płatnym 9/10 (168/169) Wrzesień/Październik 2021
