Дизайн, принцип на работа на хидравличната преса

За да разберете как работи хидравличната преса, запомнете правилото за съобщаване на съдове. Авторът му Блез Паскал открива, че ако те са пълни с хомогенна течност, то нивото ѝ във всички съдове е еднакво. Конфигурацията и размерите на съдовете нямат значение поради следните причини. В тази статия ще опишем някои експерименти с комуникиращи съдове, които ще ни помогнат да разберем конструкция и принцип на работа на хидравличната преса.

Експеримент

Да предположим, че имаме свързващи се съдове с различни площи на напречното сечение. Обозначете площта на по-малката с s, а на по-голямата с S. Да напълним съдовете с течност. Според закона за свързващите се съдове повърхностите на течностите са на една и съща височина.

Затваряне на съдовете отгоре с бутала. Можем да приемем, че s и S са площите на буталата. Нека натиснем по-малката със сила f. То ще се спусне надолу, течността ще потече в по-големия цилиндър и буталото вляво ще започне да се издига. За да предотвратим издигането на комуникационния съд, ще приложим и сила от. Означете с F.

За да разберем как работи хидравличната преса, нека се опитаме да намерим връзката между тези две сили. Ще приемем, че е налице равновесие. Преди да поставим буталата на съдовете, течностите бяха в равновесие. налягането в съдовете е едно и също (p=P). Нека натиснем и двете бутала, така че течността да остане в равновесие. Разбира се, наляганията p и P ще се увеличат. Въпреки това те ще останат същите, защото ще се увеличат със същата допълнителна стойност. Това е количеството налягане, създавано от буталата. Според закона на Паскал тя отива навсякъде.

Това е условието за равновесие: p=P. Можете да разгледате налягането, създавано от бутала, или налягането на колона от течност. Резултатът ще бъде същият. Обърнете внимание, че налягането, създавано от буталата, е хиляда пъти по-голямо от хидростатичното налягане на колоната с течност. Воден стълб с височина няколко сантиметра създава налягане от стотици паскали. Налягането в буталото е стотици килопаскали, понякога мегапаскали. Оттук нататък ще пренебрегваме налягането на колоната с течност и ще считаме, че наляганията p и P се създават само от силите f и F.

Зависимост на силата от площта на буталата

Принципът на хидравличната преса е неразбираем без формулата. p=f/s и аналогично P=F/S. Нека заменим условието за равновесие с. f/s=F/S. Сега нека сравним силите f и F. За тази цел умножаваме лявата и дясната страна на израза по S и разделяме на f. Получаваме f*S/s*f=F*S/S*f. Нека намалим f и S в двете части. Резултатът е F/f=S/s.

Концепцията за увеличаване на силата

Ако S>s, силата, приложена към буталото в големия съд, ще бъде толкова пъти по-голяма от силата, приложена към малкото бутало, колкото пъти площта на голямото бутало превишава тази на малкото. С други думи, ако приложим малка сила върху малко бутало, ще получим сила в големия съд, която е много по-голяма от силата, която упражняваме върху малкото бутало. Това е ефект, който се нарича усилване на силата. Той показва колко пъти се различават силите, t. е. какво е отношението на F към f. Ако вземем съдове с много различни площи на напречното сечение, можем да получим десетократно или хилядократно увеличение на силата. Силовият анализ показва: предимството на силата е пропорционално на площта на голямото и малкото бутало.

Движението на буталата на хидравлична машина

В много отрасли се използва принцип на работа на хидравлична преса: във физиката, строителството, обработката на материали, селското стопанство, автомобилостроенето и др. д. Примери за приложения на хидравлични машини са показани на следващата схема.

Нека разгледаме същите два съобщителни съда с бутала, но сега няма да разглеждаме силата, а разстоянието, което буталата изминават при движението си. Нека предположим, че началните им позиции са различни. Буталото с площ S е разположено по-ниско от буталото с площ s. Преместете по-малкото бутало на разстояние h. Водата от по-малкия съд се премества в по-големия и натиска буталото. Тя се е преместила на височина H.

Като знаем съотношението между площите, нека намерим съотношението между височините. Обемът, който е преминал под налягане от левия цилиндър в десния цилиндър, се означава с v. Флуид с обем V навлиза в десния цилиндър. Течността е несвиваема. Как да запишем това математически?? v=V. Нека изразим обема в площ и височина. V=S*H и V=S*H. Така че s*h=S*H. S/s=h/H. Следователно нарастването на силата F/f=h/H. Това съотношение ни дава представа как работи хидравличната преса. От това следва, че тъй като F е по-голямо от f, то H е равнократно по-малко от h.

Да предположим, че една хидравлична машина увеличава силата си сто пъти. Това означава, че ако спуснем по-малкото бутало със 100 mm, другото бутало се повдига само с 1 mm. Има и машини, които дават хилядократно увеличение на силата. А какво да кажем за случаите, когато автомобилът стои върху буталото и трябва да бъде повдигнат на височина няколко метра??

Проектиране и функциониране на хидравлична преса

В малката част на буталото има клапан, който затваря тръбата, водеща към резервоара за машинно масло. Водата обикновено не се използва в хидравличните преси, тъй като причинява корозия и има сравнително ниска температура на кипене. Буталото се задвижва с дръжка. Флуидът се прехвърля от по-малкия цилиндър към по-големия чрез тръба.

Големият съд също има клапан и бутало. Когато вдигнем рамото, маслото се засмуква от атмосферното налягане в по-малкия цилиндър. Когато спуснем буталото, клапанът се затваря и маслото няма къде да отиде, затова се премества в големия съд. Той повдига клапана в големия съд, обемът на маслото се увеличава, което кара буталото да се движи нагоре. Когато отново повдигнем малкото бутало, клапанът в големия съд се затваря, така че маслото не изтича и буталото остава на мястото си.

Принципът на хидравличната преса е, че вибрациите на малкото бутало винаги предизвикват движение на голямото бутало нагоре. В устройството има механизъм, който позволява на голямото бутало да се спусне. Това е маркучът с крана в по-големия съд. Когато затворим крана, запечатваме големия цилиндър, а когато го отворим, връщаме хидравличната преса в първоначалното й положение, маслото се източва. Връща се в резервоара, което позволява на буталото да се спусне.