Um zu verstehen, wie eine hydraulische Presse funktioniert, erinnern wir uns an die Regel der kommunizierenden Gefäße. Sein Autor Blaise Pascal fand heraus, dass, wenn sie mit einer homogenen Flüssigkeit gefüllt sind, der Füllstand in allen Gefäßen gleich ist. Dabei spielen die Konfiguration der Behälter und deren Abmessungen keine Rolle. Der Artikel beschreibt mehrere Experimente mit kommunizierenden Behältern, die uns helfen werden, den Aufbau und das Funktionsprinzip einer hydraulischen Presse zu verstehen.
Experiment
Nehmen wir an, wir haben kommunizierende Gefäße mit unterschiedlichen Querschnittsflächen. Wir bezeichnen den Bereich des kleineren mit s, den größeren mit S. Füllen wir die Behälter mit Flüssigkeit. Nach dem Gesetz der kommunizierenden Gefäße sind die Oberflächen von Flüssigkeiten auf gleicher Höhe.
Verschließen wir die Gefäße von oben mit Kolben. Wir können annehmen, dass s und S die Flächen der Kolben sind. Drücken Sie mit Kraft f auf den kleineren. Es wird nach unten gehen, die Flüssigkeit wirdfließen in den größeren Zylinder, und der Kolben auf der linken Seite beginnt zu steigen. Um ihn am Aufstehen zu hindern, werden wir auch Gew alt gegen ihn anwenden. Bezeichne es mit F.
Um besser zu verstehen, wie eine hydraulische Presse funktioniert, versuchen wir, eine Verbindung zwischen diesen beiden Kräften zu finden. Wir gehen von der Gleichgewichtsbedingung aus. Bevor wir die Gefäße mit Kolben bedeckten, waren die Flüssigkeiten im Gleichgewicht. Der Druck in den Tanks war gleich (p=P). Drücken Sie beide Kolben nach unten, damit die Flüssigkeit noch im Gleichgewicht bleibt. Die Drücke p und P werden natürlich zunehmen. Sie bleiben jedoch gleich, weil sie sich um denselben zusätzlichen Betrag erhöhen. Dies ist der Druck, der von den Kolben erzeugt wird. Es wird gemäß dem Pascalschen Gesetz überall übertragen.
Hier ist die Gleichgewichtsbedingung: p=P. Sie können den von den Kolben erzeugten Druck oder den Druck der Flüssigkeitssäule berücksichtigen. Das Ergebnis wird dasselbe sein. Beachten Sie, dass der von den Kolben erzeugte Druck tausendmal größer ist als der hydrostatische Druck der Flüssigkeitssäule. Eine wenige Zentimeter hohe Wassersäule erzeugt einen Druck von Hunderten von Pascal. Und der Kolbendruck beträgt Hunderte von Kilopascal und manchmal Megapascal. Wir vernachlässigen daher im Folgenden den Druck der Flüssigkeitssäule und nehmen an, dass die Drücke p und P ausschließlich durch die Kräfte f und F erzeugt werden.
Abhängigkeit der Druckkraft der Kolben von ihrer Fläche
Lassen Sie uns die Formel ableiten, das Funktionsprinzip der hydraulischen Presse ohne sie wird unverständlich sein. p=f/s und ähnlich P=F/S. Nehmen wir eine Substitution in die Gleichgewichtsbedingung vor. f/s=F/S. Und jetzt vergleichen wir die Kräfte f und F. Dazu sowohl den linken als auch den rechten Teil des Ausdrucksmit S multiplizieren und durch f dividieren. Wir erh alten fS/sf=FS/Sf. Streichen wir f und S in beiden Teilen. Das Ergebnis ist die Gleichheit F/f=S/s.
Das Konzept des Gewinnens ist gültig
Wenn S>s, dann wird die Druckkraft auf den Kolben im großen Gefäß um ein Vielfaches größer sein als die Kraft, die auf den kleinen Kolben drückt, wie oft die Fläche des größeren Kolbens die Fläche übersteigt der Kleine. Mit anderen Worten, wenn wir eine kleine Kraft auf einen kleinen Kolben ausüben, erh alten wir in einem großen Gefäß eine viel größere Kraft als die, mit der wir auf einen kleinen Kolben drücken. Dies ist ein Effekt, der als Kraftzuwachs bezeichnet wird. Sie zeigt, wie oft sich die Kräfte unterscheiden, d. h. wie groß das Verhältnis von F zu f ist. Wenn wir Gefäße nehmen, deren Querschnittsflächen sehr unterschiedlich sind, dann können wir zehn- und tausendfach an Stärke gewinnen. Die Kraftanalyse macht deutlich: Der Kraftgewinn ist gleich dem Verhältnis der Flächen des großen und kleinen Kolbens.
Bewegung der Kolben einer hydraulischen Maschine
Viele Branchen nutzen das Prinzip der hydraulischen Presse: Physik, Bauwesen, Materialverarbeitung, Landwirtschaft, Automobil usw. Beispiele für die Anwendung hydraulischer Maschinen sind in der Abbildung dargestellt.
Betrachten wir immerhin zwei kommunizierende Gefäße mit Kolben, aber jetzt achten wir nicht auf die Kraft, sondern auf die Strecke, die die Kolben bei der Bewegung zurücklegen. Stellen Sie sich vor, dass ihre Ausgangsposition anders ist. Der Kolben mit der Fläche S befindet sich unterhalb des Kolbens mit der Fläche s. Bewegen wir den kleineren Kolben um einen Abstand h. Wasser aus einem kleineren Gefäß floss in ein größeres undauf den Kolben gedrückt. Er bewegte sich auf Höhe H.
Wenn wir das Verhältnis zwischen den Flächen kennen, finden wir das Verhältnis zwischen den Höhen. Das Volumen, das unter Druck vom linken zum rechten Zylinder gewandert ist, wird mit v bezeichnet. In den rechten Zylinder trat eine Flüssigkeit des Volumens V. Die Flüssigkeit ist inkompressibel. Wie kann man das mathematisch schreiben? v=v. Drücken Sie das Volumen in Bezug auf Fläche und Höhe aus. v=sh und V=SH. Also sh=SH. S/s=h/h. Daher ist der Festigkeitsgewinn F/f=h/H. Dieses Verhältnis gibt uns ein Verständnis dafür, wie eine hydraulische Presse funktioniert. Da F größer als f ist, schließen wir daraus, dass H kleiner als h ist, und zwar um den gleichen Faktor.
Nehmen wir an, eine hydraulische Maschine gibt einen hundertfachen Kraftzuwachs. Das bedeutet, wenn wir den kleineren Kolben um 100 mm absenken, steigt der andere Kolben nur um 1 mm. Und es gibt Maschinen, die einen tausendfachen Kraftzuwachs geben. Aber was ist, wenn ein Auto auf dem Kolben steht und dieser auf eine Höhe von mehreren Metern angehoben werden muss?
Aufbau und Wirkungsweise der hydraulischen Presse
Im Kolben eines kleinen Bereichs befindet sich ein Ventil, das den Schlauch schließt, der zum Motorölbehälter führt. Wasser wird in hydraulischen Pressen im Allgemeinen nicht verwendet, da es korrosiv ist und einen relativ niedrigen Siedepunkt hat. Der Kolben treibt den Griff an. Flüssigkeit wird vom kleineren Zylinder durch einen Schlauch in den größeren überführt.
Das große Gefäß hat auch ein Ventil und einen Kolben. Wenn wir den Hebel anheben, wird das Öl mit Hilfe der AtmosphäreDruck wird in den kleineren Zylinder gesaugt. Wenn wir den Kolben absenken, schließt sich das Ventil, das Öl kann nirgendwo hin, also fließt es in ein größeres Gefäß. Es hebt das Ventil darin an, das Ölvolumen nimmt zu, dadurch steigt der Kolben. Wenn wir den kleinen Kolben wieder anheben, schließt sich das Ventil im großen Gefäß, sodass das Öl nirgendwohin fließt und der Kolben an Ort und Stelle bleibt.
Das Funktionsprinzip der hydraulischen Presse ist so, dass jede Schwingung des kleinen Kolbens immer zur Bewegung des großen Kolbens nach oben führt. Das Gerät verfügt über einen Mechanismus, der es dem großen Kolben ermöglicht, sich abzusenken. Dies ist ein Schlauch mit einem Wasserhahn in einem größeren Gefäß. Wenn wir den Hahn schließen, dichten wir den großen Zylinder ab, und wenn wir ihn öffnen, bringen wir die hydraulische Presse in ihre ursprüngliche Position zurück, das Öl läuft ab. Es kehrt zum Reservoir zurück, wodurch der Kolben abgesenkt werden kann.
