Për të kuptuar se si funksionon një shtypës hidraulike, le të kujtojmë rregullin e komunikimit të enëve. Autori i tij Blaise Pascal zbuloi se nëse ato janë të mbushura me një lëng homogjen, atëherë niveli i tij në të gjitha enët është i njëjtë. Në këtë rast, konfigurimi i kontejnerëve dhe dimensionet e tyre nuk kanë rëndësi. Artikulli do të përshkruajë disa eksperimente me kontejnerë komunikues që do të na ndihmojnë të kuptojmë strukturën dhe parimin e funksionimit të një prese hidraulike.
Eksperiment
Le të themi se kemi enë komunikuese me zona të ndryshme të prerjeve tërthore. Ne shënojmë sipërfaqen e një më të vogël me s, më të madhen - me S. Le t'i mbushim enët me lëng. Sipas ligjit të enëve komunikuese, sipërfaqet e lëngjeve janë në të njëjtën lartësi.
Le t'i mbyllim enët nga lart me pistona. Mund të supozojmë se s dhe S janë zonat e pistonëve. Shtypni më të voglin me forcën f. Do të zbresë, lëngu doderdhet në cilindrin më të madh dhe pistoni në të majtë do të fillojë të rritet. Për ta penguar që të ngrihet, do t'i bëjmë edhe forcë. Shënojeni atë F.
Për t'u afruar me të kuptuarit se si funksionon një shtypje hidraulike, le të përpiqemi të gjejmë një lidhje midis këtyre dy forcave. Ne do të vazhdojmë nga kushti i ekuilibrit. Përpara se të mbulonim enët me pistona, lëngjet ishin në ekuilibër. Presioni në tanke ishte i njëjtë (p=P). Shtypni poshtë të dy pistonët në mënyrë që lëngu të mbetet ende në ekuilibër. Presionet p dhe P, natyrisht, do të rriten. Megjithatë, ato do të mbeten të njëjta, sepse do të rriten me të njëjtën shumë shtesë. Kjo është sasia e presionit të krijuar nga pistonët. Ajo transmetohet kudo sipas ligjit të Paskalit.
Këtu është kushti i ekuilibrit: p=P. Ju mund të merrni parasysh presionin e krijuar nga pistonët, ose presionin e kolonës së lëngshme. Rezultati do të jetë i njëjtë. Vini re se presioni i krijuar nga pistonët është një mijë herë më i madh se presioni hidrostatik i kolonës së lëngshme. Një kolonë uji disa centimetra e lartë krijon një presion prej qindra paskalësh. Dhe presioni i pistonit është qindra kilopascals, dhe nganjëherë megapascals. Prandaj, në atë që vijon ne do të neglizhojmë presionin e kolonës së lëngshme dhe do të supozojmë se presionet p dhe P krijohen ekskluzivisht nga forcat f dhe F.
Varësia e forcës së presionit të pistonëve në zonën e tyre
Le të nxjerrim formulën, parimi i funksionimit të presës hidraulike pa të do të jetë i pakuptueshëm. p=f/s dhe në mënyrë të ngjashme P=F/S. Le të bëjmë një zëvendësim në kushtin e ekuilibrit. f/s=F/S. Dhe tani le të krahasojmë forcat f dhe F. Për ta bërë këtë, të dyja pjesët e majta dhe të djathta të shprehjesshumëzoje me S dhe pjesëtoje me f. Ne marrim fS/sf=FS/Sf. Le të anulojmë f dhe S në të dyja pjesët. Rezultati do të jetë barazia F/f=S/s.
Koncepti i të fituarit është i vlefshëm
Nëse S>s, atëherë forca e presionit në piston në enën e madhe do të jetë sa herë më e madhe se forca që shtyp në pistonin e vogël, sa herë sipërfaqja e pistonit më të madh e kalon sipërfaqen e i vogli. Me fjalë të tjera, duke ushtruar një forcë të vogël në një pistoni të vogël, në një enë të madhe do të kemi një forcë shumë më të madhe se ajo me të cilën shtypim një pistoni të vogël. Ky është një efekt që quhet fitim në forcë. Tregon sa herë ndryshojnë forcat, d.m.th., sa është raporti i F me f. Nëse marrim anije, zonat e prerjeve tërthore të të cilave janë shumë të ndryshme, atëherë mund të fitojmë forcë me një faktor prej dhjetë ose një mijë. Analiza e forcës e bën të qartë: fitimi në fuqi është i barabartë me raportin e sipërfaqeve të pistonit të madh dhe të vogël.
Lëvizja e pistonëve të një makine hidraulike
Shumë industri përdorin parimin e presës hidraulike: fizika, ndërtimi, përpunimi i materialeve, bujqësia, automobila, etj. Shembuj të aplikimit të makinave hidraulike janë paraqitur në figurë.
Le të shqyrtojmë të njëjtat dy anije komunikuese me pistona, por tani do t'i kushtojmë vëmendje jo forcës, por distancës që pistonët përshkojnë kur lëvizin. Imagjinoni që pozicioni i tyre fillestar është i ndryshëm. Pistoni me sipërfaqe S ndodhet poshtë pistonit me sipërfaqe s. Le të lëvizim pistonin më të vogël në një distancë h. Uji nga një enë më e vogël kalonte në një më të madhe dheshtypur në piston. Ai u zhvendos në lartësinë H.
Duke ditur raportin ndërmjet zonave, gjejmë raportin ndërmjet lartësive. Vëllimi që kaloi nën presion nga cilindri i majtë në të djathtë shënohet me v. Një lëng me vëllim V ka hyrë në cilindrin e duhur. Lëngu është i papërshtatshëm. Si mund të shkruhet kjo në mënyrë matematikore? v=v. Shprehni volumin për nga sipërfaqja dhe lartësia. v=sh dhe V=SH. Pra sh=SH. S/s=h/H. Prandaj, fitimi në forcë është F/f=h/H. Ky raport na jep të kuptojmë se si funksionon një prese hidraulike. Përfundojmë se meqë F është më i madh se f, atëherë H është më i vogël se h dhe me të njëjtin faktor.
Le të themi se një makinë hidraulike jep një fitim njëqindfish në forcë. Kjo do të thotë që nëse e ulim pistonin më të vogël me 100 mm, pistoni tjetër do të ngrihet vetëm 1 mm. Dhe ka makina që japin një fitim në forcë një mijë herë. Por çfarë ndodh kur ka një makinë në piston dhe duhet të ngrihet në një lartësi prej disa metrash?
Dizajni dhe parimi i funksionimit të presës hidraulike
Në pistonin e një zone të vogël ka një valvul që mbyll tubin që çon në rezervuarin e vajit të motorit. Uji në përgjithësi nuk përdoret në presat hidraulike sepse është gërryes dhe ka një pikë vlimi relativisht të ulët. Pistoni drejton dorezën. Lëngu transferohet nga cilindri më i vogël në atë më të madh përmes një tubi.
Anija e madhe ka gjithashtu një valvul dhe një piston. Kur ngremë levën, vajin, me ndihmën e atmosferëspresioni thithet në cilindrin më të vogël. Kur e ulim pistonin, valvula mbyllet, vaji nuk ka ku të shkojë, kështu që ai futet në një enë më të madhe. Ngre valvulën në të, vëllimi i vajit rritet, për shkak të kësaj pistoni ngrihet. Kur ngremë përsëri pistonin e vogël, valvula në enën e madhe mbyllet, kështu që vaji nuk shkon askund dhe pistoni mbetet në vend.
Parimi i funksionimit të presës hidraulike është i tillë që çdo lëkundje e pistonit të vogël çon gjithmonë në lëvizjen e pistonit të madh lart. Pajisja ka një mekanizëm që lejon pistonin e madh të zbresë. Ky është një çorape me një rubinet në një enë më të madhe. Kur mbyllim rubinetin mbyllim cilindrin e madh dhe kur e hapim e kthejmë presën hidraulike në pozicionin e saj origjinal, vaji kullon. Ai kthehet në rezervuar, i cili lejon që pistoni të ulet.
