Enhet, principen för driften av den hydrauliska pressen

Innehållsförteckning:

Enhet, principen för driften av den hydrauliska pressen
Enhet, principen för driften av den hydrauliska pressen
Anonim

För att förstå hur en hydraulisk press fungerar, låt oss komma ihåg regeln för kommunicerande fartyg. Dess författare Blaise Pascal fann att om de är fyllda med en homogen vätska, är dess nivå i alla kärl densamma. I det här fallet spelar konfigurationen av behållarna och deras dimensioner ingen roll. Artikeln kommer att beskriva flera experiment med att kommunicera behållare som kommer att hjälpa oss att förstå strukturen och principen för driften av en hydraulisk press.

Experiment

Låt oss säga att vi har kommunicerande fartyg med olika tvärsnittsareor. Vi betecknar området för den mindre med s, den större - med S. Låt oss fylla behållarna med vätska. Enligt lagen om kommunicerande kärl är vätskeytorna på samma höjd.

Kommunicerande kärl
Kommunicerande kärl

Låt oss stänga kärlen uppifrån med kolvar. Vi kan anta att s och S är kolvarnas area. Tryck på den mindre med kraft f. Det kommer att gå ner, vätskan kommerflöda in i den större cylindern, och kolven till vänster kommer att börja stiga. För att hindra honom från att resa sig kommer vi också att utöva våld mot honom. Beteckna det F.

För att komma närmare att förstå hur en hydraulisk press fungerar, låt oss försöka hitta ett samband mellan dessa två krafter. Vi kommer att utgå från jämviktstillståndet. Innan vi täckte kärlen med kolvar var vätskorna i jämvikt. Trycket i tankarna var detsamma (p=P). Tryck ner båda kolvarna så att vätskan fortfarande är i balans. Trycken p och P kommer naturligtvis att öka. De kommer dock fortfarande att förbli desamma, eftersom de kommer att öka med samma tilläggsbelopp. Detta är mängden tryck som skapas av kolvarna. Den sänds överallt enligt Pascals lag.

Här är jämviktsvillkoret: p=P. Du kan överväga trycket som skapas av kolvarna, eller trycket i vätskekolonnen. Resultatet blir detsamma. Observera att trycket som skapas av kolvarna är tusen gånger större än det hydrostatiska trycket i vätskekolonnen. En vattenpelare som är några centimeter hög skapar ett tryck på hundratals pascal. Och kolvtrycket är hundratals kilopascal, och ibland megapascal. Därför kommer vi i det följande att försumma trycket i vätskekolonnen och anta att trycken p och P skapas uteslutande av krafterna f och F.

Beroende av kolvarnas tryckkraft på deras område

Låt oss härleda formeln, principen för drift av den hydrauliska pressen utan den kommer att vara obegriplig. p=f/s och på liknande sätt P=F/S. Låt oss göra en substitution i jämviktstillståndet. f/s=F/S. Och låt oss nu jämföra krafterna f och F. För att göra detta, både vänster och höger del av uttrycketmultiplicera med S och dividera med f. Vi får fS/sf=FS/Sf. Låt oss avbryta f och S i båda delarna. Resultatet blir likheten F/f=S/s.

Konceptet med att vinna är giltigt

Om S>s, då kommer tryckkraften på kolven i det stora kärlet att vara lika många gånger större än kraften som trycker på den lilla kolven, hur många gånger arean av den större kolven överstiger arean av den lilla. Med andra ord, genom att applicera en liten kraft på en liten kolv, kommer vi i ett stort kärl att få en kraft som är mycket större än den som vi trycker på en liten kolv med. Detta är en effekt som kallas styrka. Den visar hur många gånger krafterna skiljer sig åt, det vill säga vad är förhållandet mellan F och f. Om vi tar kärl vars tvärsnittsarea är mycket olika, så kan vi få en styrka med en faktor tio eller tusen. Kraftanalys gör det tydligt: kraftförstärkningen är lika med förhållandet mellan den stora och lilla kolvens ytor.

Förflyttning av kolvarna i en hydraulisk maskin

Många industrier använder principen för hydraulpress: fysik, konstruktion, materialbearbetning, jordbruk, fordon, etc. Exempel på användning av hydrauliska maskiner visas i figuren.

Användning av hydrauliska maskiner
Användning av hydrauliska maskiner

Låt oss betrakta alla samma två kommunicerande kärl med kolvar, men nu kommer vi att vara uppmärksamma inte på kraften, utan till avståndet som kolvarna färdas när de rör sig. Föreställ dig att deras utgångsläge är annorlunda. Kolven med area S är placerad under kolven med area s. Låt oss flytta den mindre kolven på ett avstånd h. Vatten från ett mindre kärl gick över i ett större ochtryckt på kolven. Han flyttade till höjd H.

Kommunicerande kärl med kolvar
Kommunicerande kärl med kolvar

När vi känner till förhållandet mellan områdena hittar vi förhållandet mellan höjderna. Volymen som gick under tryck från den vänstra cylindern till den högra betecknas med v. Den högra cylindern kom in en vätska med volym V. Vätskan är inkompressibel. Hur kan detta skrivas matematiskt? v=v. Uttryck volym i termer av yta och höjd. v=sh och V=SH. Så sh=SH. S/s=h/H. Därför är ökningen i styrka F/f=h/H. Detta förhållande ger oss en förståelse för hur en hydraulisk press fungerar. Vi drar slutsatsen att eftersom F är större än f, så är H mindre än h, och med samma faktor.

Låt oss säga att en hydraulisk maskin ger hundrafaldig styrka. Det betyder att om vi sänker den mindre kolven med 100 mm så stiger den andra kolven med endast 1 mm. Och det finns maskiner som ger en styrka tusen gånger. Men hur är det när det står en bil på kolven och den behöver höjas till flera meters höjd?

Hydraulmaskin lyfter bilen
Hydraulmaskin lyfter bilen

Design och funktionsprincip för hydraulpressen

I kolven på ett litet område finns en ventil som stänger röret som leder till motoroljebehållaren. Vatten används i allmänhet inte i hydrauliska pressar eftersom det är frätande och har en relativt låg kokpunkt. Kolven driver handtaget. Vätska överförs från den mindre cylindern till den större genom ett rör.

Det stora kärlet har även en ventil och en kolv. När vi höjer spaken, oljan, med hjälp av atmosfäriskatrycket sugs in i den mindre cylindern. När vi sänker kolven stängs ventilen, det finns ingenstans för oljan att ta vägen, så den går in i ett större kärl. Det lyfter ventilen i den, volymen av olja ökar, på grund av detta stiger kolven. När vi höjer den lilla kolven igen stänger ventilen i det stora kärlet, så oljan går ingenstans och kolven sitter kvar.

Hydraulisk pressanordning
Hydraulisk pressanordning

Principen för hydraulpressens funktion är sådan att varje oscillation av den lilla kolven alltid leder till att den stora kolven förflyttas uppåt. Enheten har en mekanism som gör att den stora kolven kan sjunka. Detta är en slang med kran i ett större kärl. När vi stänger kranen förseglar vi den stora cylindern, och när vi öppnar den återställer vi hydraulpressen till sitt ursprungliga läge, oljan rinner ut. Den återgår till behållaren, vilket gör att kolven kan sänkas.

Rekommenderad: