Hydraulisen puristimen toiminnan ymmärtämiseksi muistakaamme alusten välisen yhteyden sääntö. Sen kirjoittaja Blaise Pascal havaitsi, että jos ne on täytetty homogeenisella nesteellä, sen taso kaikissa astioissa on sama. Tässä tapauksessa säiliöiden kokoonpanolla ja niiden mitoilla ei ole merkitystä. Artikkelissa kuvataan useita kokeita kommunikoivien säiliöiden kanssa, jotka auttavat meitä ymmärtämään hydraulipuristimen rakennetta ja toimintaperiaatetta.
Kokeilu
Oletetaan, että meillä on kommunikoivia aluksia, joilla on erilaiset poikkileikkausalat. Merkitsemme pienemmän alueen s:llä, suuremman S:llä. Täytämme astiat nesteellä. Kommunikoivien alusten lain mukaan nesteiden pinnat ovat samalla korkeudella.
Suljetaan alukset ylhäältä männillä. Voimme olettaa, että s ja S ovat mäntien pinta-alat. Paina pienempää voimalla f. Se laskee, neste laskeevirtaa suurempaan sylinteriin, ja vasemmanpuoleinen mäntä alkaa nousta. Estäksemme häntä nousemasta, kohdistamme häneen myös voimaa. Merkitse se F.
Yritetään löytää yhteys näiden kahden voiman välillä saadaksesi lähemmäksi ymmärrystä, kuinka hydraulipuristin toimii. Jatketaan tasapainotilasta. Ennen kuin peitimme astiat männillä, nesteet olivat tasapainossa. Säiliöiden paine oli sama (p=P). Paina molempia mäntiä alas, jotta neste pysyy edelleen tasapainossa. Paineet p ja P luonnollisesti kasvavat. Ne pysyvät kuitenkin ennallaan, koska ne kasvavat samalla lisämäärällä. Tämä on mäntien synnyttämän paineen määrä. Se lähetetään kaikkialle Pascalin lain mukaan.
Tässä on tasapainoehto: p=P. Voit ottaa huomioon mäntien synnyttämän paineen tai nestepatsaan paineen. Tulos on sama. Huomaa, että mäntien synnyttämä paine on tuhat kertaa suurempi kuin nestepatsaan hydrostaattinen paine. Muutaman senttimetrin korkea vesipatsas luo satojen pascalien paineen. Ja männän paine on satoja kilopascaleja ja joskus megapascaleita. Siksi seuraavassa jätetään huomioimatta nestepatsaan paine ja oletetaan, että paineet p ja P syntyvät yksinomaan voimien f ja F vaikutuksesta.
Mäntien painevoiman riippuvuus niiden alueesta
Johdatetaan kaava, hydraulipuristimen toimintaperiaate ilman sitä on käsittämätön. p=f/s ja vastaavasti P=F/S. Tehdään korvaus tasapainotilaan. f/s=F/S. Ja nyt verrataan voimia f ja F. Tätä varten lausekkeen vasen ja oikea osakerro S:llä ja jaa f:llä. Saamme fS/sf=FS/Sf. Perutaan f ja S molemmissa osissa. Tuloksena on yhtälö F/f=S/s.
Voittamisen käsite on voimassa
Jos S>s, niin suuren aluksen mäntään kohdistuva painevoima on yhtä monta kertaa suurempi kuin pientä mäntää painava voima, kuinka monta kertaa suuremman männän pinta-ala ylittää se pieni. Toisin sanoen, kohdistamalla pieni voima pieneen mäntään, suuressa astiassa saamme voiman, joka on paljon suurempi kuin se, jolla painamme pientä mäntää. Tämä on vaikutus, jota kutsutaan voiman lisääntymiseksi. Se näyttää kuinka monta kertaa voimat eroavat, eli mikä on F:n suhde f. Jos otamme aluksia, joiden poikkileikkauspinta-alat ovat hyvin erilaiset, voimme saada voimakkuuden lisäyksen kertoimella kymmenen tai tuhat. Voimaanalyysi tekee selväksi: voiman vahvistus on yhtä suuri kuin suuren ja pienen männän pinta-alojen suhde.
Hydraulisen koneen mäntien liike
Monet teollisuudenalat käyttävät hydraulipuristimen periaatetta: fysiikka, rakentaminen, materiaalinkäsittely, maatalous, autoteollisuus jne. Esimerkkejä hydraulikoneiden sovelluksista on esitetty kuvassa.
Otetaan huomioon kaikki samat kaksi männillä kommunikoivaa alusta, mutta nyt ei kiinnitetä huomiota voimaan, vaan etäisyyteen, jonka männät kulkevat liikkuessaan. Kuvittele, että heidän alkuasemansa on erilainen. Mäntä, jonka alue on S, sijaitsee männän alapuolella alueella s. Siirretään pienempää mäntää etäisyydellä h. Vesi pienestä astiasta siirtyi suurempaan japainettu männän päälle. Hän siirtyi korkeuteen H.
Kun tiedämme alueiden välisen suhteen, löydämme korkeuksien välisen suhteen. Tilavuus, joka meni paineen alaisena vasemmasta sylinteristä oikeaan, on merkitty v:llä. Oikeaan sylinteriin tuli nestettä tilavuudella V. Neste on kokoonpuristumaton. Miten tämä voidaan kirjoittaa matemaattisesti? v=v. Ilmaise tilavuus pinta-alalla ja korkeudella. v=sh ja V=SH. Joten sh=SH. S/s=h/H. Siksi vahvuus on F/f=h/H. Tämä suhde antaa meille käsityksen hydraulisen puristimen toiminnasta. Päättelemme, että koska F on suurempi kuin f, niin H on pienempi kuin h, ja samalla kertoimella.
Oletaan, että hydraulikoneella on satakertainen voimanlisäys. Tämä tarkoittaa, että jos laskemme pienempää mäntää 100 mm, toinen mäntä nousee vain 1 mm. Ja on koneita, jotka lisäävät voimaa tuhat kertaa. Mutta entä kun männän päällä on auto ja se pitää nostaa usean metrin korkeuteen?
Hydraulisen puristimen rakenne ja toimintaperiaate
Pienen alueen männässä on venttiili, joka sulkee moottoriöljysäiliöön johtavan putken. Vettä ei yleensä käytetä hydraulipuristimissa, koska se on syövyttävää ja sillä on suhteellisen alhainen kiehumispiste. Mäntä käyttää kahvaa. Neste siirtyy pienemmästä sylinteristä suurempaan putken kautta.
Isossa aluksessa on myös venttiili ja mäntä. Kun nostamme vipua, öljyä ilmakehän avullapaine imetään pienempään sylinteriin. Kun laskemme männän alas, venttiili sulkeutuu, öljy ei pääse mihinkään, joten se menee isompaan astiaan. Se nostaa siinä olevaa venttiiliä, öljyn tilavuus kasvaa, minkä vuoksi mäntä nousee. Kun nostamme pienen männän uudelleen, suuren astian venttiili sulkeutuu, joten öljy ei mene minnekään ja mäntä pysyy paikallaan.
Hydraulisen puristimen toimintaperiaate on sellainen, että pienen männän värähtely johtaa aina suuren männän liikettä ylöspäin. Laitteessa on mekanismi, joka mahdollistaa suuren männän laskeutumisen. Tämä on letku, jossa on hana suuremmassa astiassa. Kun suljemme hanan, tiivistelemme ison sylinterin, ja kun avaamme sen, palautamme hydraulipuristimen alkuperäiseen asentoonsa, öljy valuu pois. Se palaa säiliöön, mikä mahdollistaa männän laskemisen.
