For at forstå, hvordan en hydraulisk presse fungerer, så lad os huske reglen om kommunikerende fartøjer. Dets forfatter Blaise Pascal fandt ud af, at hvis de er fyldt med en homogen væske, er niveauet i alle beholdere det samme. I dette tilfælde er konfigurationen af beholderne og deres dimensioner ligegyldig. Artiklen vil beskrive adskillige eksperimenter med at kommunikere containere, der vil hjælpe os med at forstå strukturen og princippet om drift af en hydraulisk presse.
Eksperiment
Lad os sige, at vi har kommunikerende fartøjer med forskellige tværsnitsarealer. Vi betegner arealet af den mindre med s, den større - med S. Lad os fylde beholderne med væske. Ifølge loven om kommunikerende kar er overfladerne af væsker i samme højde.
Lad os lukke karrene fra oven med stempler. Vi kan antage, at s og S er stemplernes areal. Tryk på den mindste med kraft f. Det vil gå ned, væsken vilstrømme ind i den større cylinder, og stemplet til venstre vil begynde at stige. For at forhindre ham i at rejse sig, vil vi også anvende magt mod ham. Betegn det F.
For at komme tættere på at forstå, hvordan en hydraulisk presse fungerer, lad os prøve at finde en forbindelse mellem disse to kræfter. Vi vil gå ud fra ligevægtstilstanden. Før vi dækkede beholderne med stempler, var væskerne i ligevægt. Trykket i tankene var det samme (p=P). Tryk ned på begge stempler, så væsken stadig forbliver i balance. Trykkene p og P vil selvfølgelig stige. De vil dog stadig forblive de samme, fordi de vil stige med det samme yderligere beløb. Dette er mængden af tryk skabt af stemplerne. Det transmitteres over alt i henhold til Pascals lov.
Her er ligevægtsbetingelsen: p=P. Du kan overveje det tryk, der skabes af stemplerne, eller trykket i væskesøjlen. Resultatet bliver det samme. Bemærk, at trykket skabt af stemplerne er tusind gange større end det hydrostatiske tryk i væskesøjlen. En vandsøjle på få centimeter høj skaber et tryk på hundredvis af pascal. Og stempeltrykket er hundredvis af kilopascal, og nogle gange megapascal. Derfor vil vi i det følgende negligere trykket i væskesøjlen og antage, at trykkene p og P udelukkende skabes af kræfterne f og F.
Afhængighed af stemplernes trykkraft på deres område
Lad os udlede formlen, princippet om drift af den hydrauliske presse uden det vil være uforståeligt. p=f/s og tilsvarende P=F/S. Lad os lave en substitution i ligevægtstilstanden. f/s=F/S. Og lad os nu sammenligne kræfterne f og F. For at gøre dette, både venstre og højre del af udtrykketgange med S og dividere med f. Vi får fS/sf=FS/Sf. Lad os annullere f og S i begge dele. Resultatet vil være ligheden F/f=S/s.
Konceptet med at vinde er gyldigt
Hvis S>s, så vil trykkraften på stemplet i den store beholder være lige så mange gange større end kraften, der trykker på det lille stempel, hvor mange gange arealet af det større stempel overstiger arealet af den lille. Med andre ord, ved at påføre en lille kraft på et lille stempel, vil vi i et stort fartøj få en kraft, der er meget større end den, vi trykker på et lille stempel med. Dette er en effekt kaldet styrkeforøgelse. Det viser, hvor mange gange kræfterne er forskellige, dvs. hvad er forholdet mellem F og f. Hvis vi tager fartøjer, hvis tværsnitsarealer er meget forskellige, så kan vi få en styrkeforøgelse både ti og tusind gange. Kraftanalyse gør det klart: kraftforstærkningen er lig med forholdet mellem arealet af det store og lille stempel.
Bevægelse af stemplerne i en hydraulisk maskine
Mange industrier anvender princippet om hydraulisk presse: fysik, konstruktion, materialebearbejdning, landbrug, bilindustrien osv. Eksempler på anvendelse af hydrauliske maskiner er vist i figuren.
Lad os overveje alle de samme to kommunikerende fartøjer med stempler, men nu vil vi være opmærksomme ikke på kraften, men til den afstand, som stemplerne rejser, når de bevæger sig. Forestil dig, at deres udgangsposition er anderledes. Stemplet med areal S er placeret under stemplet med areal s. Lad os flytte det mindre stempel i en afstand h. Vand fra et mindre kar gik over i et større ogtrykket på stemplet. Han flyttede sig til højden H.
Når vi kender forholdet mellem områderne, finder vi forholdet mellem højderne. Det volumen, der gik under tryk fra venstre cylinder til højre, er angivet med v. En væske med volumen V kom ind i den højre cylinder. Væsken er inkompressibel. Hvordan kan dette skrives matematisk? v=v. Udtryk volumen i form af areal og højde. v=sh og V=SH. Så sh=SH. S/s=h/H. Derfor er forstærkningen i styrke F/f=h/H. Dette forhold giver os en forståelse af, hvordan en hydraulisk presse fungerer. Vi konkluderer, at eftersom F er større end f, så er H mindre end h, og med samme faktor.
Lad os sige, at en hydraulisk maskine giver hundrede gange styrke. Det betyder, at hvis vi sænker det mindre stempel med 100 mm, vil det andet stempel kun stige med 1 mm. Og der er maskiner, der giver en gevinst i styrke tusind gange. Men hvad med, når der er en bil på stemplet, og den skal hæves til flere meters højde?
Design og princip for drift af den hydrauliske presse
I stemplet på et lille område er der en ventil, der lukker røret, der fører til motoroliebeholderen. Vand bruges generelt ikke i hydrauliske presser, fordi det er ætsende og har et relativt lavt kogepunkt. Stemplet driver håndtaget. Væske overføres fra den mindre cylinder til den større gennem et rør.
Det store fartøj har også en ventil og et stempel. Når vi hæver håndtaget, olien, ved hjælp af atmosfærisktrykket suges ind i den mindre cylinder. Når vi sænker stemplet, lukker ventilen, der er ingen steder for olien at gå, så den går ind i et større kar. Det løfter ventilen i den, mængden af olie stiger, på grund af dette stiger stemplet. Når vi hæver det lille stempel igen, lukker ventilen i det store kar, så olien går ingen steder, og stemplet bliver på plads.
Princippet for den hydrauliske presses funktion er sådan, at enhver svingning af det lille stempel altid fører til bevægelse af det store stempel opad. Enheden har en mekanisme, der tillader det store stempel at falde ned. Dette er en slange med vandhane i et større kar. Når vi lukker hanen, forsegler vi den store cylinder, og når vi åbner den, vender vi den hydrauliske presse tilbage til dens oprindelige position, olien dræner. Den vender tilbage til reservoiret, som gør det muligt at sænke stemplet.
