برای درک نحوه عملکرد پرس هیدرولیک، بیایید قانون مخازن ارتباطی را به خاطر بسپاریم. نویسنده آن بلز پاسکال دریافت که اگر آنها با یک مایع همگن پر شوند، سطح آن در همه رگ ها یکسان است. در این مورد، پیکربندی ظروف و ابعاد آنها اهمیتی ندارد. در این مقاله چندین آزمایش با ظروف ارتباطی توضیح داده می شود که به ما در درک ساختار و اصل عملکرد یک پرس هیدرولیک کمک می کند.
آزمایش
فرض کنید کشتی های ارتباطی با سطح مقطع متفاوت داریم. مساحت کوچکتر را با s نشان می دهیم، بزرگتر را با S نشان می دهیم. بیایید ظروف را با مایع پر کنیم. طبق قانون رگ های ارتباطی، سطوح مایعات در یک ارتفاع هستند.
بگذارید مخازن را از بالا با پیستون ببندیم. می توانیم فرض کنیم که s و S مساحت پیستون ها هستند. کوچکتر را با نیروی f فشار دهید. پایین خواهد رفت، مایع خواهد رفتبه داخل سیلندر بزرگتر جریان می یابد و پیستون سمت چپ شروع به بالا رفتن می کند. برای جلوگیری از قیام او، ما نیز به او زور خواهیم داد. آن را با F مشخص کنید.
برای نزدیک شدن به درک نحوه عملکرد پرس هیدرولیک، بیایید سعی کنیم ارتباطی بین این دو نیرو پیدا کنیم. از حالت تعادل پیش خواهیم رفت. قبل از اینکه کشتی ها را با پیستون بپوشانیم، مایعات در تعادل بودند. فشار در مخازن یکسان بود (p=P). هر دو پیستون را فشار دهید تا مایع همچنان در تعادل باقی بماند. البته فشار p و P افزایش خواهد یافت. با این حال، آنها همچنان ثابت خواهند ماند، زیرا به همان مقدار اضافی افزایش خواهند یافت. این مقدار فشار ایجاد شده توسط پیستون ها است. طبق قانون پاسکال به همه جا منتقل می شود.
اینجا شرط تعادل است: p=P. می توانید فشار ایجاد شده توسط پیستون ها یا فشار ستون مایع را در نظر بگیرید. نتیجه یکسان خواهد بود. توجه داشته باشید که فشار ایجاد شده توسط پیستون ها هزار برابر بیشتر از فشار هیدرواستاتیک ستون مایع است. یک ستون آب به ارتفاع چند سانتی متر فشاری معادل صدها پاسکال ایجاد می کند. و فشار پیستون صدها کیلو پاسکال و گاهی مگا پاسکال است. بنابراین، در ادامه، فشار ستون مایع را نادیده می گیریم و فرض می کنیم که فشارهای p و P منحصراً توسط نیروهای f و F ایجاد می شوند.
وابستگی نیروی فشار پیستونها به ناحیه آنها
بیایید فرمول را استخراج کنیم، اصل عملکرد پرس هیدرولیک بدون آن غیرقابل درک خواهد بود. p=f/s و به طور مشابه P=F/S. بیایید یک جایگزینی در شرایط تعادل ایجاد کنیم. f/s=F/S. و حالا بیایید نیروهای f و F را با هم مقایسه کنیم. برای انجام این کار، هر دو قسمت چپ و راست عبارتضرب در S و تقسیم بر f. fS/sf=FS/Sf را دریافت می کنیم. بیایید f و S را در هر دو قسمت لغو کنیم. نتیجه برابری F/f=S/s خواهد بود.
مفهوم برنده شدن معتبر است
اگر S>s، نیروی فشار روی پیستون در مخزن بزرگ چند برابر نیرویی است که به پیستون کوچک فشار می آورد، چند برابر مساحت پیستون بزرگتر از مساحت کوچک به عبارت دیگر، با وارد کردن نیروی کمی به یک پیستون کوچک، در یک ظرف بزرگ، نیرویی بسیار بیشتر از نیرویی که با آن روی یک پیستون کوچک فشار می دهیم، دریافت می کنیم. این اثری است که به آن افزایش قدرت می گویند. این نشان می دهد که چند بار نیروها متفاوت هستند، یعنی نسبت F به f چقدر است. اگر کشتی هایی را انتخاب کنیم که سطح مقطع آنها بسیار متفاوت است، آنگاه می توانیم قدرتی را با ضریب ده یا هزار به دست آوریم. تجزیه و تحلیل نیرو روشن می کند: بهره در نیرو برابر است با نسبت مساحت پیستون بزرگ و کوچک.
حرکت پیستون های یک ماشین هیدرولیک
بسیاری از صنایع از اصل پرس هیدرولیک استفاده می کنند: فیزیک، ساخت و ساز، پردازش مواد، کشاورزی، خودروسازی و غیره. نمونه هایی از کاربرد ماشین های هیدرولیک در شکل نشان داده شده است.
بیایید همه همان دو کشتی ارتباطی با پیستون را در نظر بگیریم، اما اکنون نه به نیرو، بلکه به مسافتی که پیستون ها هنگام حرکت طی می کنند توجه خواهیم کرد. تصور کنید که موقعیت اولیه آنها متفاوت است. پیستون با مساحت S در زیر پیستون با مساحت s قرار دارد. بیایید پیستون کوچکتر را در فاصله h حرکت دهیم. آب از یک ظرف کوچکتر به ظرف بزرگتر منتقل می شود وروی پیستون فشار داده شده است. او به ارتفاع H. رفت
با دانستن نسبت بین مساحت ها، نسبت بین ارتفاعات را پیدا می کنیم. حجمی که از استوانه چپ به سمت راست تحت فشار قرار گرفته است با v نشان داده می شود. مایعی با حجم V وارد سیلندر سمت راست شد، مایع تراکم ناپذیر است. چگونه می توان این را به صورت ریاضی نوشت؟ v=v. حجم را بر حسب مساحت و ارتفاع بیان کنید. v=sh و V=SH. پس sh=SH. S/s=h/H. بنابراین، افزایش قدرت F/f=h/H است. این نسبت به ما درکی از نحوه عملکرد پرس هیدرولیک می دهد. نتیجه می گیریم که از آنجایی که F بزرگتر از f است، پس H کمتر از h و با همان ضریب است.
بیایید بگوییم که یک ماشین هیدرولیک قدرتی صد برابر می دهد. این بدان معناست که اگر پیستون کوچکتر را 100 میلی متر پایین بیاوریم، پیستون دیگر تنها 1 میلی متر بالا می رود. و ماشین هایی هستند که هزاران بار افزایش قدرت می دهند. اما وقتی یک ماشین روی پیستون وجود دارد و باید آن را تا ارتفاع چند متری بالا بیاورید چطور؟
طراحی و اصل عملکرد پرس هیدرولیک
در پیستون یک منطقه کوچک دریچه ای وجود دارد که لوله منتهی به مخزن روغن موتور را می بندد. آب معمولاً در پرس های هیدرولیک استفاده نمی شود زیرا خورنده است و نقطه جوش نسبتاً کمی دارد. پیستون دسته را به حرکت در می آورد. سیال از طریق یک لوله از سیلندر کوچکتر به استوانه بزرگتر منتقل می شود.
کشتی بزرگ همچنین دارای یک سوپاپ و یک پیستون است. وقتی اهرم را بالا می بریم، روغن را با کمک اتمسفرفشار به داخل سیلندر کوچکتر مکیده می شود. وقتی پیستون را پایین می آوریم، دریچه بسته می شود، جایی برای رفتن روغن وجود ندارد، بنابراین به یک ظرف بزرگتر می رود. دریچه را در آن بلند می کند ، حجم روغن افزایش می یابد ، به همین دلیل پیستون بالا می رود. وقتی دوباره پیستون کوچک را بالا می آوریم، دریچه ظرف بزرگ بسته می شود، بنابراین روغن به جایی نمی رود و پیستون در جای خود باقی می ماند.
اصل عملکرد پرس هیدرولیک به این صورت است که هرگونه نوسان پیستون کوچک همیشه منجر به حرکت پیستون بزرگ به سمت بالا می شود. این دستگاه مکانیزمی دارد که به پیستون بزرگ اجازه می دهد تا پایین بیاید. این یک شلنگ با یک شیر آب در یک ظرف بزرگتر است. وقتی شیر آب را می بندیم سیلندر بزرگ را آب بندی می کنیم و وقتی باز می کنیم پرس هیدرولیک را به حالت اولیه برمی گردانیم، روغن تخلیه می شود. به مخزن باز می گردد، که اجازه می دهد پیستون پایین بیاید.
