Устройство гидравлического домкрата: как работает и что изнашивается

Принцип гидравлического домкрата известен со школы, но ремонтнику полезнее не закон Паскаля, а путь масла: откуда оно берётся, через какие клапаны проходит и куда уходит, когда домкрат начинает «садиться». На этом пути стоит всё, что в домкрате изнашивается.

Домкрат собран из шести узлов вокруг двух плунжеров

Бутылочный домкрат, самый распространённый вид, внешне похож на цилиндр с рукояткой сбоку. Внутри шесть узлов.

Бутылочный, подкатной и телескопический домкраты различаются компоновкой

Гидравлическая схема у всех трёх видов одна, а различаются они тем, как плунжер передаёт силу грузу. В бутылочном рабочий плунжер упирается в груз напрямую через винт-удлинитель, поэтому домкрат высокий, но узкий и держит большие веса на малой площади. В подкатном те же узлы лежат горизонтально, а груз поднимает стрела с рычагом, которую толкает рабочий плунжер: домкрат низкий, подходит под днище, но рычаг съедает часть выигрыша в силе.

Телескопический домкрат прячет два-три плунжера один в другом и поднимает выше при той же высоте в сложенном виде. Каждая ступень имеет свою манжету и свою направляющую, поэтому в нём больше мест для утечки, а сила на последней, самой тонкой ступени меньше, чем на первой. При выборе домкрата под ремонтную задачу эти различия важнее паспортной грузоподъёмности.

Масло проходит через два клапана при каждом качке

Один качок рукоятки состоит из двух ходов, и в каждом работают разные клапаны:

1. Рукоятку поднимают: насосный плунжер выходит, под ним падает давление, всасывающий клапан открывается, масло из резервуара заполняет насосную полость; нагнетательный клапан закрыт давлением груза.
2. Рукоятку опускают: насосный плунжер давит масло, всасывающий клапан закрывается, нагнетательный открывается, порция масла уходит под рабочий плунжер, и груз поднимается на доли миллиметра.
3. Для опускания открывают перепускной вентиль: масло из-под рабочего плунжера уходит в резервуар, груз опускает плунжер весом.

Из этой последовательности видно, что удержание груза зависит только от трёх барьеров: нагнетательного клапана, закрытого вентиля и манжеты рабочего плунжера. Насос, рукоятка и всасывающий клапан на удержание не влияют, они отвечают только за подъём.

Как работает гидравлический домкрат?

Гидравлический домкрат работает по закону Паскаля: давление, созданное малым насосным плунжером, без потерь передаётся через масло под большой рабочий плунжер, и сила растёт пропорционально отношению их площадей. При плунжерах 10 и 40 мм это шестнадцатикратный выигрыш, а рычаг рукоятки добавляет ещё порядок. Платой служит ход: за один качок груз поднимается меньше чем на миллиметр, поэтому подъём на 100 мм требует десятков и сотен качков.

Усилие считают по отношению площадей плунжеров

Давление в замкнутом объёме масла одинаково во всех точках, поэтому сила на рабочем плунжере равна силе на насосном, умноженной на отношение их площадей. Добавьте сюда рычаг рукоятки, и получится полный выигрыш в силе.

Пример расчёта (условные цифры, без потерь на трение):

• рабочий держит рукоятку с усилием 300 Н, плечо рукоятки в 10 раз длиннее плеча до насосного плунжера, на плунжер приходится 3 000 Н;
• насосный плунжер диаметром 10 мм имеет площадь около 78,5 мм², давление в масле 3 000 / 78,5 ≈ 38 МПа;
• рабочий плунжер диаметром 40 мм имеет площадь около 1 257 мм², сила на нём 38 × 1 257 ≈ 48 кН, то есть около 4,9 т.

Плата за выигрыш в силе выражена в ходе. Если насосный плунжер за качок проходит 15 мм, он вытесняет около 1 180 мм³ масла, а рабочий поднимается всего на 1 180 / 1 257 ≈ 0,94 мм. Чтобы поднять груз на 100 мм, понадобится больше ста качков. Поэтому многие домкраты имеют два насосных плунжера: большой для быстрого подвода без нагрузки и малый для подъёма под грузом.

Расчёт показывает и масштаб давлений. Десятки мегапаскалей в масле означают, что уплотнения домкрата работают в очень тяжёлом режиме по давлению, и мелкий дефект кромки манжеты сразу превращается в утечку. Точный предел давления и грузоподъёмности указывает изготовитель домкрата, а предохранительный клапан настроен так, чтобы этот предел не превышался. Тот же закон площадей лежит в основе расчёта гидроцилиндра, только там давление создаёт внешний насос.

Манжета рабочего плунжера держит давление в десятки мегапаскалей

Рабочий плунжер уплотняют манжетой или манжетой с опорным кольцом, которое не даёт резине выдавиться в зазор при высоком давлении. Манжета самоуплотняющаяся: давление прижимает её губку к плунжеру тем сильнее, чем выше давление, а при малой нагрузке держит натяг. Как это устроено и почему сторона установки манжеты решает всё, описывает принцип манжетного уплотнения.

На выходе плунжера из корпуса стоит грязесъёмник: он счищает пыль и песок с поверхности плунжера при опускании. Если грязесъёмник порван, абразив затягивается под манжету, и на плунжере появляются риски, которые новая манжета уже не закроет. Насосный плунжер уплотнён кольцом или маленькой манжетой. Пробки и вентиль уплотняют кольцами круглого сечения.

Неисправности домкрата сводятся к четырём признакам

Дерево на схеме читается так: опускание под грузом означает обратный путь масла через один из трёх барьеров удержания; качание без подъёма означает, что насос не набирает масло; наружная течь указывает на уплотнение, мимо которого масло выходит; остановка под большим грузом при нормальной работе с малым указывает на предохранительный клапан. Последний случай чаще оказывается перегрузом, а не поломкой.

Признаки удобно проверять в таком порядке: уровень масла при опущенном штоке, прокачка от воздуха по инструкции изготовителя, проверка вентиля, затем разборка. Разборку и замену уплотнений проводят на домкрате без нагрузки, со снятым давлением, по документации изготовителя. Под грузом, поднятым домкратом с подозрением на неисправность, не работают: груз ставят на опоры.

Детали домкрата для ремонта заказывают по снятым образцам

Ремонт домкрата выполняет служба заказчика, шиномонтаж или сервисная мастерская; комплекты уплотнений к распространённым моделям продаются готовыми. Когда комплекта нет, модель старая или нужен другой материал, детали можно изготовить по снятым образцам. Наша компания производит уплотнения для гидроцилиндров и домкратов: манжеты, опорные кольца, грязесъёмники, а также уплотнительные кольца пробок и вентилей. Состав ремкомплекта гидродомкрата повторяет гидравлическую схему конкретной модели, поэтому набор собирают по снятым деталям, а не по грузоподъёмности.

Плунжер и канавки проверяют до заказа уплотнений

Для расчёта нужны снятые детали в том виде, в каком они стояли, диаметр рабочего и насосного плунжеров, диаметры канавок, марка масла и грузоподъёмность домкрата. Изношенные манжеты часто деформированы, поэтому размеры канавок и плунжера служат основой, а размеры снятой резины только подтверждают их. Ресурс новых уплотнений зависит от состояния плунжера: на плунжере с рисками и коррозией новая манжета прослужит недолго, и это проверяют до заказа.