Da bismo razumjeli kako radi hidraulična presa, sjetimo se pravila komuniciranja plovila. Njegov autor Blaise Pascal otkrio je da ako su napunjene homogenom tekućinom, onda je njen nivo u svim posudama isti. U ovom slučaju, konfiguracija kontejnera i njihove dimenzije nisu bitne. Članak će opisati nekoliko eksperimenata sa komunikacijskim kontejnerima koji će nam pomoći da razumijemo strukturu i princip rada hidraulične prese.
Eksperiment
Recimo da imamo komunikacijske posude s različitim površinama poprečnog presjeka. Označavamo površinu manjeg sa s, većeg - sa S. Napunimo posude tekućinom. Prema zakonu komunikacionih sudova, površine tečnosti su na istoj visini.
Zatvorimo posude odozgo klipovima. Možemo pretpostaviti da su s i S površine klipova. Pritisnuti na manji sa silom f. Spustiće se, tečnost ćeteče u veći cilindar, a klip s lijeve strane će početi da se diže. Kako bismo spriječili da ustane, na njega ćemo također primijeniti silu. Označi to F.
Da bismo se približili razumijevanju kako hidraulična presa radi, pokušajmo pronaći vezu između ove dvije sile. Polazićemo od uslova ravnoteže. Pre nego što smo posude pokrili klipovima, tečnosti su bile u ravnoteži. Pritisak u rezervoarima je bio isti (p=P). Pritisnite oba klipa tako da tečnost i dalje ostane u ravnoteži. Pritisci p i P će se, naravno, povećati. Međutim, oni će i dalje ostati isti, jer će se povećati za isti dodatni iznos. Ovo je količina pritiska koju stvaraju klipovi. Prenosi se svuda prema Pascalovom zakonu.
Ovde je uslov ravnoteže: p=P. Možete uzeti u obzir pritisak koji stvaraju klipovi, ili pritisak kolone tečnosti. Rezultat će biti isti. Imajte na umu da je pritisak koji stvaraju klipovi hiljadu puta veći od hidrostatskog pritiska kolone tečnosti. Stub vode visok nekoliko centimetara stvara pritisak od stotine paskala. A pritisak klipa je stotine kilopaskala, a ponekad i megapaskala. Stoga ćemo u nastavku zanemariti pritisak stupca tečnosti i pretpostaviti da pritiske p i P stvaraju isključivo sile f i F.
Zavisnost sile pritiska klipova o njihovoj površini
Izvedemo formulu, princip rada hidraulične prese bez nje će biti neshvatljiv. p=f/s i slično P=F/S. Napravimo zamjenu u ravnotežnom stanju. f/s=F/S. A sada uporedimo sile f i F. Da bismo to učinili, i lijevi i desni dio izrazapomnožite sa S i podijelite sa f. Dobijamo fS/sf=FS/Sf. Poništimo f i S u oba dijela. Rezultat će biti jednakost F/f=S/s.
Koncept pobjede je važeći
Ako je S>s, tada će sila pritiska na klip u velikoj posudi biti onoliko puta veća od sile koja pritiska mali klip, koliko puta je površina većeg klipa veća od površine onaj mali. Drugim riječima, primjenom male sile na mali klip, u velikoj posudi ćemo dobiti silu mnogo veću od one kojom pritiskamo mali klip. Ovo je efekat koji se naziva povećanje snage. Pokazuje koliko se puta sile razlikuju, tj. koliki je omjer F prema f. Ako uzmemo posude čije su površine poprečnog presjeka vrlo različite, onda možemo dobiti dobitak u snazi i deset i hiljadu puta. Analiza sile jasno daje do znanja: dobitak u sili je jednak omjeru površina velikog i malog klipa.
Kretanje klipova hidraulične mašine
Mnoge industrije koriste princip hidraulične prese: fizika, građevinarstvo, obrada materijala, poljoprivreda, automobilska industrija, itd. Primjeri primjene hidrauličnih mašina prikazani su na slici.
Razmotrimo sve iste dvije komunikacijske posude sa klipovima, ali sada ćemo obratiti pažnju ne na silu, već na udaljenost koju klipovi prelaze prilikom kretanja. Zamislite da je njihov početni položaj drugačiji. Klip površine S nalazi se ispod klipa površine s. Pomaknimo manji klip na udaljenost h. Voda iz manje posude prelazila je u veću ipritisnut na klip. Prešao je na visinu H.
Znajući omjer između površina, nalazimo omjer između visina. Zapremina koja je prešla pod pritiskom iz lijevog cilindra u desni označava se sa v. U desni cilindar ušla je tečnost zapremine V. Tečnost je nestišljiva. Kako se ovo može matematički napisati? v=v. Izrazite volumen u smislu površine i visine. v=sh i V=SH. Dakle, sh=SH. S/s=h/H. Dakle, dobitak u snazi je F/f=h/H. Ovaj omjer nam daje razumijevanje kako hidraulična presa radi. Zaključujemo da pošto je F veći od f, onda je H manji od h, i to za isti faktor.
Recimo da hidraulična mašina daje stostruko povećanje snage. To znači da ako spustimo manji klip za 100 mm, drugi klip će se podići za samo 1 mm. A postoje mašine koje daju dobitak u snazi hiljadu puta. Ali šta je kada je automobil na klipu i treba ga podići na visinu od nekoliko metara?
Dizajn i princip rada hidraulične prese
U klipu male površine nalazi se ventil koji zatvara cijev koja vodi do rezervoara motornog ulja. Voda se uglavnom ne koristi u hidrauličnim presama jer je korozivna i ima relativno nisku tačku ključanja. Klip pokreće ručku. Tečnost se prenosi iz manjeg cilindra u veći kroz cijev.
Velika posuda također ima ventil i klip. Kada podignemo polugu, ulje, uz pomoć atmosferepritisak se usisava u manji cilindar. Kada spustimo klip ventil se zatvara, ulje nema kuda, pa ide u veću posudu. Podiže ventil u njemu, povećava se volumen ulja, zbog čega se klip diže. Kada ponovo podignemo mali klip, ventil u velikoj posudi se zatvara, tako da ulje ne ide nikuda i klip ostaje na svom mestu.
Princip rada hidraulične prese je takav da svako oscilovanje malog klipa uvek dovodi do pomeranja velikog klipa prema gore. Uređaj ima mehanizam koji omogućava velikom klipu da se spusti. Ovo je crijevo sa slavinom u većoj posudi. Kada zatvorimo slavinu, zabrtvimo veliki cilindar, a kada ga otvorimo, vratimo hidrauličnu presu u prvobitni položaj, ulje iscuri. Vraća se u rezervoar, što omogućava spuštanje klipa.
