Om te begrijpen hoe een hydraulische pers werkt, moeten we de regel van communicerende vaten onthouden. De auteur Blaise Pascal ontdekte dat als ze zijn gevuld met een homogene vloeistof, het niveau in alle vaten hetzelfde is. In dit geval doen de configuratie van de containers en hun afmetingen er niet toe. Het artikel beschrijft verschillende experimenten met communicerende containers die ons zullen helpen de structuur en het werkingsprincipe van een hydraulische pers te begrijpen.
Experiment
Laten we zeggen dat we communicerende vaten hebben met verschillende dwarsdoorsnedegebieden. We duiden het gebied van de kleinere aan met s, de grotere - met S. Laten we de containers met vloeistof vullen. Volgens de wet van de communicerende vaten bevinden de oppervlakken van vloeistoffen zich op dezelfde hoogte.
Laten we de vaten van bovenaf sluiten met zuigers. We kunnen aannemen dat s en S de gebieden van de zuigers zijn. Druk met kracht f op de kleinere. Het zal naar beneden gaan, de vloeistof zalstroom in de grotere cilinder, en de zuiger aan de linkerkant zal beginnen te stijgen. Om te voorkomen dat hij opstaat, zullen we ook kracht op hem uitoefenen. Geef het aan F.
Om beter te begrijpen hoe een hydraulische pers werkt, proberen we een verband te vinden tussen deze twee krachten. We gaan uit van de evenwichtsvoorwaarde. Voordat we de vaten met zuigers bedekten, waren de vloeistoffen in evenwicht. De druk in de tanks was gelijk (p=P). Druk beide zuigers naar beneden zodat de vloeistof toch in balans blijft. De drukken p en P zullen natuurlijk toenemen. Ze blijven echter hetzelfde, omdat ze met hetzelfde extra bedrag toenemen. Dit is de hoeveelheid druk die door de zuigers wordt gecreëerd. Het wordt overal overgedragen volgens de wet van Pascal.
Hier is de evenwichtsvoorwaarde: p=P. U kunt rekening houden met de druk die door de zuigers wordt gecreëerd, of de druk van de vloeistofkolom. Het resultaat zal hetzelfde zijn. Merk op dat de druk die door de zuigers wordt gecreëerd duizend keer groter is dan de hydrostatische druk van de vloeistofkolom. Een waterkolom van enkele centimeters hoog zorgt voor een druk van honderden pascals. En de zuigerdruk is honderden kilopascals, en soms megapascals. Daarom zullen we in wat volgt de druk van de vloeistofkolom verwaarlozen en aannemen dat de drukken p en P uitsluitend worden gecreëerd door de krachten f en F.
Afhankelijkheid van de drukkracht van de zuigers op hun gebied
Laten we de formule afleiden, het werkingsprincipe van de hydraulische pers zonder zal onbegrijpelijk zijn. p=f/s en evenzo P=F/S. Laten we een substitutie maken in de evenwichtsvoorwaarde. f/s=F/S. En laten we nu de krachten f en F vergelijken. Om dit te doen, zowel het linker- als het rechtergedeelte van de uitdrukkingvermenigvuldigen met S en delen door f. We krijgen fS/sf=FS/Sf. Laten we f en S in beide delen annuleren. Het resultaat is de gelijkheid F/f=S/s.
Het concept van winnen is geldig
Als S>s, dan zal de drukkracht op de zuiger in het grote vat net zo vaak groter zijn dan de kracht die op de kleine zuiger drukt, hoeveel keer het gebied van de grotere zuiger groter is dan het gebied van de kleine. Met andere woorden, door een kleine kracht uit te oefenen op een kleine zuiger, krijgen we in een groot vat een kracht die veel groter is dan die waarmee we op een kleine zuiger drukken. Dit is een effect dat krachttoename wordt genoemd. Het laat zien hoe vaak de krachten verschillen, d.w.z. wat is de verhouding van F tot f. Als we vaartuigen nemen waarvan de dwarsdoorsnede heel verschillend is, dan kunnen we een sterktewinst behalen met een factor tien of duizend. Krachtanalyse maakt het duidelijk: de krachtwinst is gelijk aan de verhouding van de oppervlakten van de grote en de kleine zuiger.
Beweging van de zuigers van een hydraulische machine
Veel industrieën gebruiken het principe van de hydraulische pers: fysica, constructie, materiaalverwerking, landbouw, automobiel, enz. Voorbeelden van de toepassing van hydraulische machines worden weergegeven in de afbeelding.
Laten we eens kijken naar dezelfde twee communicerende vaten met zuigers, maar nu zullen we niet letten op de kracht, maar op de afstand die de zuigers afleggen wanneer ze bewegen. Stel je voor dat hun uitgangspositie anders is. De zuiger met gebied S bevindt zich onder de zuiger met gebied s. Laten we de kleinere zuiger op een afstand h verplaatsen. Water uit een kleiner vat ging in een groter vat enop de zuiger gedrukt. Hij verhuisde naar hoogte H.
Als we de verhouding tussen de gebieden kennen, vinden we de verhouding tussen de hoogten. Het volume dat onder druk van de linkercilinder naar de rechtercilinder ging, wordt aangegeven met v. In de rechtercilinder kwam een vloeistof met volume V. De vloeistof is onsamendrukbaar. Hoe kan dit wiskundig worden geschreven? v=v. Druk volume uit in oppervlakte en hoogte. v=sh en V=SH. Dus sh=SH. S/s=u/H. Daarom is de winst in sterkte F/f=h/H. Deze verhouding geeft ons inzicht in hoe een hydraulische pers werkt. We concluderen dat aangezien F groter is dan f, H kleiner is dan h, en met dezelfde factor.
Laten we zeggen dat een hydraulische machine honderd keer sterker wordt. Dit betekent dat als we de kleinere zuiger 100 mm laten zakken, de andere zuiger slechts 1 mm omhoog gaat. En er zijn machines die duizend keer meer kracht geven. Maar hoe zit het als er een auto op de zuiger staat en deze moet worden opgetild tot een hoogte van enkele meters?
Ontwerp en werkingsprincipe van de hydraulische pers
In de zuiger van een klein gebied zit een klep die de buis afsluit die naar het motoroliereservoir leidt. Water wordt over het algemeen niet gebruikt in hydraulische persen omdat het corrosief is en een relatief laag kookpunt heeft. De zuiger drijft het handvat aan. Vloeistof wordt via een buis van de kleinere cilinder naar de grotere overgebracht.
Het grote vat heeft ook een klep en een zuiger. Wanneer we de hendel omhoog brengen, de olie, met behulp van atmosferischedruk wordt in de kleinere cilinder gezogen. Als we de zuiger laten zakken, sluit de klep, de olie kan nergens heen en gaat dus in een groter vat. Het tilt de klep erin, het olievolume neemt toe, hierdoor gaat de zuiger omhoog. Als we de kleine zuiger weer omhoog brengen, sluit de klep in het grote vat, zodat de olie nergens heen gaat en de zuiger op zijn plaats blijft.
Het werkingsprincipe van de hydraulische pers is zodanig dat elke oscillatie van de kleine zuiger altijd leidt tot de beweging van de grote zuiger naar boven. Het apparaat heeft een mechanisme waarmee de grote zuiger kan dalen. Dit is een slang met een kraan in een groter vat. Als we de kraan sluiten, sluiten we de grote cilinder af, en als we hem openen, zetten we de hydraulische pers terug in zijn oorspronkelijke positie, de olie loopt weg. Het keert terug naar het reservoir, waardoor de zuiger kan worden neergelaten.
