For å forstå hvordan en hydraulisk presse fungerer, la oss huske regelen om kommunikasjonsfartøy. Forfatteren Blaise Pascal fant ut at hvis de er fylt med en homogen væske, er nivået i alle kar det samme. I dette tilfellet spiller konfigurasjonen av beholderne og deres dimensjoner ingen rolle. Artikkelen vil beskrive flere eksperimenter med å kommunisere containere som vil hjelpe oss å forstå strukturen og prinsippet for drift av en hydraulisk presse.
Eksperiment
La oss si at vi har kommunikasjonsfartøy med forskjellige tverrsnittsarealer. Vi betegner området til den mindre med s, den større - med S. La oss fylle beholderne med væske. I henhold til loven om kommuniserende kar er overflatene til væsker i samme høyde.
La oss lukke karene ovenfra med stempler. Vi kan anta at s og S er arealene til stemplene. Trykk på den minste med kraft f. Det vil gå ned, væsken vilstrømme inn i den større sylinderen, og stempelet til venstre vil begynne å stige. For å hindre ham i å reise seg, vil vi også bruke makt mot ham. Betegn det F.
For å komme nærmere forståelsen av hvordan en hydraulisk presse fungerer, la oss prøve å finne en sammenheng mellom disse to kreftene. Vi vil gå ut fra likevektstilstanden. Før vi dekket karene med stempler, var væskene i likevekt. Trykket i tankene var det samme (p=P). Trykk ned på begge stemplene slik at væsken fortsatt forblir i balanse. Trykkene p og P vil selvfølgelig øke. Imidlertid vil de fortsatt forbli de samme, fordi de vil øke med samme tilleggsbeløp. Dette er mengden trykk som skapes av stemplene. Den overføres over alt i henhold til Pascals lov.
Her er likevektstilstanden: p=P. Du kan vurdere trykket som skapes av stemplene, eller trykket i væskekolonnen. Resultatet blir det samme. Merk at trykket som skapes av stemplene er tusen ganger større enn det hydrostatiske trykket til væskekolonnen. En vannsøyle på noen centimeter høy skaper et trykk på hundrevis av pascal. Og stempeltrykket er hundrevis av kilopascal, og noen ganger megapascal. Derfor vil vi i det følgende neglisjere trykket i væskekolonnen og anta at trykket p og P utelukkende skapes av kreftene f og F.
Avhengighet av trykkkraften til stemplene på deres område
La oss utlede formelen, prinsippet om drift av den hydrauliske pressen uten den vil være uforståelig. p=f/s og tilsvarende P=F/S. La oss gjøre en erstatning i likevektstilstanden. f/s=F/S. Og la oss nå sammenligne kreftene f og F. For å gjøre dette, både venstre og høyre del av uttrykketmultipliser med S og del på f. Vi får fS/sf=FS/Sf. La oss avbryte f og S i begge deler. Resultatet vil være likheten F/f=S/s.
Konseptet med å vinne er gyldig
Hvis S>s, så vil trykkkraften på stempelet i det store fartøyet være like mange ganger større enn kraften som trykker på det lille stempelet, hvor mange ganger arealet til det større stempelet overstiger arealet av den lille. Med andre ord, ved å påføre en liten kraft på et lite stempel, vil vi i et stort fartøy få en kraft som er mye større enn den vi trykker på et lite stempel med. Dette er en effekt som kalles styrkeøkning. Den viser hvor mange ganger kreftene er forskjellige, dvs. hva er forholdet mellom F og f. Hvis vi tar fartøyer med svært forskjellige tverrsnittsarealer, så kan vi få en styrkeøkning med en faktor på ti eller tusen. Kraftanalyse gjør det klart: kraftforsterkningen er lik forholdet mellom arealene til det store og det lille stempelet.
Bevegelse av stemplene til en hydraulisk maskin
Mange bransjer bruker prinsippet for hydraulisk presse: fysikk, konstruksjon, materialbehandling, landbruk, bil, etc. Eksempler på bruk av hydrauliske maskiner er vist i figuren.
La oss vurdere alle de samme to kommuniserende fartøyene med stempler, men nå vil vi ikke ta hensyn til kraften, men til avstanden som stemplene reiser når de beveger seg. Tenk deg at deres utgangsposisjon er annerledes. Stempelet med areal S er plassert under stempelet med areal s. La oss flytte det mindre stempelet i en avstand h. Vann fra et mindre kar gikk over i et større ogtrykket på stempelet. Han flyttet til høyde H.
Når vi kjenner forholdet mellom områdene, finner vi forholdet mellom høydene. Volumet som gikk under trykk fra venstre sylinder til høyre er betegnet med v. En væske med volum V kom inn i høyre sylinder. Væsken er inkompressibel. Hvordan kan dette skrives matematisk? v=v. Uttrykk volum i form av areal og høyde. v=sh og V=SH. Så sh=SH. S/s=h/H. Derfor er styrkeøkningen F/f=h/H. Dette forholdet gir oss en forståelse av hvordan en hydraulisk presse fungerer. Vi konkluderer med at siden F er større enn f, så er H mindre enn h, og med samme faktor.
La oss si at en hydraulisk maskin gir hundre ganger styrke. Dette betyr at hvis vi senker det mindre stempelet med 100 mm, vil det andre stempelet stige med kun 1 mm. Og det er maskiner som gir en styrkeøkning tusen ganger. Men hva med når det står en bil på stempelet og den må heves til flere meters høyde?
Design og prinsipp for drift av hydraulikkpressen
I stempelet på et lite område er det en ventil som lukker røret som fører til motoroljereservoaret. Vann brukes vanligvis ikke i hydrauliske presser fordi det er etsende og har et relativt lavt kokepunkt. Stempelet driver håndtaket. Væske overføres fra den mindre sylinderen til den større gjennom et rør.
Det store fartøyet har også en ventil og et stempel. Når vi hever spaken, oljen, ved hjelp av atmosfærisktrykket suges inn i den mindre sylinderen. Når vi senker stempelet stenger ventilen, det er ingen steder for oljen å gå, så den går inn i et større kar. Det løfter ventilen i den, volumet av olje øker, på grunn av dette stiger stempelet. Når vi hever det lille stempelet igjen, stenger ventilen i det store karet, så oljen går ingen steder og stempelet forblir på plass.
Prinsippet for driften av den hydrauliske pressen er slik at enhver svingning av det lille stempelet alltid fører til at det store stempelet beveger seg oppover. Enheten har en mekanisme som gjør at det store stempelet kan gå ned. Dette er en slange med kran i et større kar. Når vi lukker kranen, forsegler vi den store sylinderen, og når vi åpner den, returnerer vi den hydrauliske pressen til sin opprinnelige posisjon, oljen tappes. Den går tilbake til reservoaret, som gjør at stempelet kan senkes.
