Da bi razumeli, kako deluje hidravlična stiskalnica, se spomnimo pravila komuniciranja plovil. Njegov avtor Blaise Pascal je ugotovil, da če so napolnjene s homogeno tekočino, je njena raven v vseh posodah enaka. V tem primeru konfiguracija posod in njihove dimenzije niso pomembni. Članek bo opisal več poskusov s komunikacijskimi posodami, ki nam bodo pomagali razumeti strukturo in princip delovanja hidravlične stiskalnice.
Poskusi
Recimo, da imamo komunikacijska plovila z različnimi površinami prečnega prereza. Površino manjšega označimo s s, večjega - s S. Posode napolnimo s tekočino. Po zakonu komunikacijskih posod so površine tekočin na isti višini.
Zaprimo posode od zgoraj z bati. Domnevamo lahko, da sta s in S ploskvi batov. Na manjšega pritisnite s silo f. Spustilo se bo, tekočina bopretok v večji valj, bat na levi pa se bo začel dvigovati. Da ne bi vstal, bomo nanj uporabili tudi silo. Označi ga F.
Da bi se približali razumevanju delovanja hidravlične stiskalnice, poskusimo najti povezavo med tema dvema silama. Izhajali bomo iz ravnotežnega pogoja. Preden smo posode pokrili z bati, so bile tekočine v ravnotežju. Tlak v rezervoarjih je bil enak (p=P). Pritisnite na oba bata, tako da tekočina še vedno ostane v ravnovesju. Pritiska p in P se bosta seveda povečala. Vendar bodo še vedno ostali enaki, ker se bodo povečali za enak dodatni znesek. To je količina tlaka, ki ga ustvarijo bati. Povsod se prenaša po Pascalovem zakonu.
Tukaj je ravnotežni pogoj: p=P. Upoštevate lahko tlak, ki ga ustvarijo bati, ali tlak stolpca tekočine. Rezultat bo enak. Upoštevajte, da je tlak, ki ga ustvarijo bati, tisočkrat večji od hidrostatičnega tlaka stolpca tekočine. Stolpec vode, visok nekaj centimetrov, ustvarja pritisk na stotine paskalov. In tlak bata je na stotine kilopascalov, včasih pa tudi megapascalov. Zato bomo v nadaljevanju zanemarili tlak stolpca tekočine in predpostavili, da tlaka p in P ustvarjata izključno sile f in F.
Odvisnost tlačne sile batov od njihove površine
Izpeljimo formulo, načelo delovanja hidravlične stiskalnice brez nje bo nerazumljivo. p=f/s in podobno P=F/S. Naredimo zamenjavo v ravnotežnem pogoju. f/s=F/S. In zdaj primerjajmo sili f in F. Če želite to narediti, tako levi kot desni del izrazapomnožite s S in delite s f. Dobimo fS/sf=FS/Sf. Prekličimo f in S v obeh delih. Rezultat bo enakost F/f=S/s.
Koncept zmage je veljaven
Če je S>s, bo tlačna sila na bat v veliki posodi tolikokrat večja od sile, ki pritiska na mali bat, kolikokrat bo površina večjega bata presegla površino tisti mali. Z drugimi besedami, z uporabo majhne sile na majhen bat bomo v veliki posodi dobili silo, veliko večjo od tiste, s katero pritisnemo na majhen bat. To je učinek, ki se imenuje pridobivanje moči. Kaže, kolikokrat se sile razlikujejo, to je, kakšno je razmerje med F in f. Če vzamemo plovila, katerih prečni prerez je zelo različen, lahko dobimo povečanje moči za faktor deset ali tisoč. Analiza sile jasno kaže: povečanje sile je enako razmerju med površinami velikega in malega bata.
Premikanje batov hidravličnega stroja
Številne industrije uporabljajo princip hidravlične stiskalnice: fizika, gradbeništvo, predelava materialov, kmetijstvo, avtomobilska industrija itd. Primeri uporabe hidravličnih strojev so prikazani na sliki.
Upoštevajmo isti dve komunikacijski posodi z bati, zdaj pa ne bomo pozorni na silo, temveč na razdaljo, ki jo bati prepotujejo med premikanjem. Predstavljajte si, da je njihov začetni položaj drugačen. Bat s površino S se nahaja pod batom s površino s. Manjši bat premaknimo na razdaljo h. Voda iz manjše posode je prešla v večjo inpritisnjen na bat. Premaknil se je na višino H.
Ko poznamo razmerje med območji, najdemo razmerje med višinami. Prostornina, ki je šla pod pritiskom iz levega valja v desni, je označena z v. V desni valj je vstopila tekočina prostornine V. Tekočina je nestisljiva. Kako je to mogoče matematično zapisati? v=v. Izrazite prostornino glede na površino in višino. v=sh in V=SH. Torej sh=SH. S/s=h/H. Zato je povečanje moči F/f=h/H. To razmerje nam daje razumevanje, kako deluje hidravlična stiskalnica. Sklepamo, da ker je F večji od f, potem je H manjši od h, in to z enakim faktorjem.
Recimo, da hidravlični stroj daje stokratno povečanje moči. To pomeni, da če spustimo manjši bat za 100 mm, se bo drugi bat dvignil le za 1 mm. In obstajajo stroji, ki tisočkrat povečajo moč. Kaj pa, ko je na batu avto in ga je treba dvigniti na višino nekaj metrov?
Zasnova in princip delovanja hidravlične stiskalnice
V batu majhnega območja je ventil, ki zapira cev, ki vodi do rezervoarja motornega olja. Voda se na splošno ne uporablja v hidravličnih stiskalnicah, ker je korozivna in ima relativno nizko vrelišče. Bat poganja ročaj. Tekočina se iz manjšega cilindra prenaša v večjega skozi cev.
Velika posoda ima tudi ventil in bat. Ko dvignemo ročico, olje, s pomočjo atmosferskegaTlak se vsesa v manjši valj. Ko spustimo bat, se ventil zapre, olje ni kam iti, zato gre v večjo posodo. V njem dvigne ventil, količina olja se poveča, zaradi tega se bat dvigne. Ko ponovno dvignemo mali bat, se ventil v veliki posodi zapre, tako da olje ne gre nikamor in bat ostane na mestu.
Načelo delovanja hidravlične stiskalnice je takšno, da vsako nihanje malega bata vedno vodi do premika velikega bata navzgor. Naprava ima mehanizem, ki omogoča spuščanje velikega bata. To je cev s pipo v večji posodi. Ko zapremo pipo, zapremo veliki cilinder, ko ga odpremo, pa vrnemo hidravlično stiskalnico v prvotni položaj, olje odteče. Vrne se v rezervoar, ki omogoča spuščanje bata.
