เครื่องอัดไฮดรอลิกเป็นไปตามกฎของปาสคาล บทเรียน "กฎของปาสคาล"
คำนิยาม
เครื่องอัดไฮดรอลิก เป็นเครื่องจักรที่ทำงานตามกฎการเคลื่อนที่และความสมดุลของของไหล
กฎของปาสกาลอยู่ภายใต้หลักการทำงานของเครื่องอัดไฮดรอลิก ชื่ออุปกรณ์นี้มาจาก คำภาษากรีกชลศาสตร์-น้ำ เครื่องอัดไฮดรอลิกเป็นเครื่องจักรไฮดรอลิกที่ใช้สำหรับการกด (บีบ) เครื่องอัดไฮดรอลิกจะใช้เมื่อต้องใช้แรงมากขึ้น เช่น เมื่อบีบน้ำมันออกจากเมล็ด ด้วยเครื่องอัดไฮดรอลิกสมัยใหม่ สามารถรับแรงได้ถึง $(10)^8$นิวตัน
พื้นฐานของเครื่องไฮดรอลิกประกอบด้วยกระบอกสูบสองกระบอกที่มีรัศมีต่างกันพร้อมลูกสูบ (รูปที่ 1) ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยท่อ พื้นที่ในกระบอกสูบใต้ลูกสูบมักจะเต็มไปด้วยน้ำมันแร่
เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานของเครื่องจักรไฮดรอลิกคุณควรจำไว้ว่าภาชนะสื่อสารคืออะไรและความหมายคืออะไร กฎของปาสคาล.
เรือสื่อสาร
เรือสื่อสารเป็นเรือที่เชื่อมต่อถึงกันและของเหลวสามารถไหลจากเรือหนึ่งไปยังอีกเรือหนึ่งได้อย่างอิสระ รูปร่างของภาชนะสื่อสารอาจแตกต่างกัน ในการสื่อสารภาชนะ ของเหลวที่มีความหนาแน่นเท่ากันจะถูกสร้างขึ้นที่ระดับเดียวกันหากความดันเหนือพื้นผิวอิสระของของเหลวเท่ากัน
จากรูปที่ 1 เราจะเห็นว่าในเชิงโครงสร้าง เครื่องจักรไฮดรอลิกประกอบด้วยภาชนะสื่อสารสองลำที่มีรัศมีต่างกัน ความสูงของคอลัมน์ของเหลวในกระบอกสูบจะเท่ากันหากไม่มีแรงกระทำต่อลูกสูบ
กฎของปาสคาล
กฎของปาสคาลบอกเราว่าแรงกดดันที่แรงภายนอกกระทำต่อของไหลจะถูกส่งไปที่ของเหลวโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงไปยังจุดทั้งหมด การทำงานของอุปกรณ์ไฮดรอลิกหลายชนิดเป็นไปตามกฎของปาสคาล: การอัด ระบบเบรก ระบบขับเคลื่อนไฮดรอลิก บูสเตอร์ไฮดรอลิก ฯลฯ
หลักการทำงานของเครื่องอัดไฮดรอลิก
หนึ่งในอุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดและเก่าแก่ที่สุดตามกฎของปาสคาลคือเครื่องอัดไฮดรอลิก ซึ่งใช้แรงเพียงเล็กน้อย $F_1$ กับลูกสูบ พื้นที่ขนาดใหญ่$S_1$ ถูกแปลงเป็นแรงขนาดใหญ่ $F_2$ ซึ่งทำหน้าที่บนพื้นที่ขนาดใหญ่ $S_2$
แรงดันที่สร้างโดยลูกสูบหมายเลข 1 คือ:
ความดันของลูกสูบตัวที่สองต่อของเหลวคือ:
หากลูกสูบอยู่ในสภาวะสมดุล ความดัน $p_1$ และ $p_2$ จะเท่ากัน ดังนั้น เราจึงสามารถเทียบด้านขวามือของนิพจน์ (1) และ (2) ได้:
\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\left(3\right).\]
ให้เราพิจารณาว่าโมดูลัสของแรงที่ใช้กับลูกสูบตัวแรกจะเป็นเท่าใด:
จากสูตร (4) เราจะเห็นว่าค่าของ $F_1$ มากกว่าโมดูลัสแรง $F_2$ ด้วย $\frac(S_1)(S_2)$ เท่า
ดังนั้น ด้วยการใช้เครื่องอัดไฮดรอลิก คุณสามารถปรับสมดุลของแรงที่ใหญ่กว่ามากด้วยแรงที่น้อยได้ อัตราส่วน $\frac(F_1)(F_2)$ แสดงให้เห็นถึงความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้น
นี่คือวิธีการทำงานของสื่อ ร่างกายที่ต้องบีบอัดจะถูกวางบนแท่นที่วางอยู่บนลูกสูบขนาดใหญ่ แรงดันสูงจะถูกสร้างขึ้นบนของเหลวโดยใช้ลูกสูบขนาดเล็ก ลูกสูบขนาดใหญ่พร้อมกับตัวที่ถูกบีบอัดนั้นลอยขึ้นวางอยู่บนแท่นที่อยู่นิ่งซึ่งอยู่เหนือพวกมันร่างกายจะถูกบีบอัด
จากกระบอกสูบขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ ของเหลวจะถูกสูบโดยการเคลื่อนที่ซ้ำๆ ของลูกสูบในพื้นที่ขนาดเล็ก พวกเขาทำดังนี้ ลูกสูบขนาดเล็กจะลอยขึ้น วาล์วจะเปิดขึ้น และของเหลวจะถูกดูดเข้าไปในช่องว่างใต้ลูกสูบขนาดเล็ก เมื่อลูกสูบขนาดเล็กลดของเหลวลง โดยส่งแรงดันไปที่วาล์ว ลูกสูบจะปิด ซึ่งจะเปิดวาล์วซึ่งช่วยให้ของเหลวไหลเข้าสู่ถังขนาดใหญ่
ตัวอย่างปัญหาพร้อมวิธีแก้ไข
ตัวอย่างที่ 1
ออกกำลังกาย.แรงที่เพิ่มขึ้นสำหรับการอัดไฮดรอลิกจะเป็นเท่าใด หากเมื่อกระทำกับลูกสูบขนาดเล็ก (พื้นที่ $S_1=10\ (cm)^2$) ด้วยแรง $F_1=800$ N แรงที่ได้รับบนลูกสูบขนาดใหญ่ ($S_2=1,000 \ (cm)^2$) เท่ากับ $F_2=72000\ $ N?
แรงอัดนี้จะเพิ่มขึ้นเท่าใดหากไม่มีแรงเสียดทาน?
สารละลาย.แรงที่เพิ่มขึ้นคืออัตราส่วนของโมดูลของแรงที่ได้รับต่อแรงที่ใช้:
\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(72000)(800)=90.\]
การใช้สูตรที่ได้รับสำหรับการอัดไฮดรอลิก:
\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\left(1.1\right),\]
มาหาแรงที่ได้รับในกรณีที่ไม่มีแรงเสียดทาน:
\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(S_2)(S_1)=\frac(1000)(10)=100.\]
คำตอบ.กำลังที่เพิ่มขึ้นในการกดเมื่อมีแรงเสียดทานจะเท่ากับ $\frac(F_2)(F_1)=90.$ หากไม่มีแรงเสียดทานก็จะเท่ากับ $\frac(F_2)(F_1)=100.$
ตัวอย่างที่ 2
ออกกำลังกาย.เมื่อใช้กลไกการยกแบบไฮดรอลิก คุณควรยกสิ่งของที่มีมวล $m$ จะต้องลดลูกสูบขนาดเล็กลงกี่ครั้ง ($k$) ตามเวลา $t$ ถ้าครั้งหนึ่งมันลดระยะห่าง $l$? อัตราส่วนของพื้นที่ของลูกสูบยกเท่ากับ: $\frac(S_1)(S_2)=\frac(1)(n)$ ($n>1$) ประสิทธิภาพของเครื่องจักรคือ $\eta $ เมื่อกำลังเครื่องยนต์เท่ากับ $N$
สารละลาย.แผนภาพหลักการทำงานของลิฟต์ไฮดรอลิกแสดงในรูปที่ 2 ซึ่งคล้ายกับการทำงานของเครื่องอัดไฮดรอลิก
เราใช้สำนวนที่เชื่อมโยงพลังและงานเป็นพื้นฐานในการแก้ปัญหา แต่ในขณะเดียวกันก็คำนึงถึงประสิทธิภาพของลิฟต์ด้วย ดังนั้นพลังจึงเท่ากับ:
งานเสร็จสิ้นโดยมีเป้าหมายในการยกภาระ ซึ่งหมายความว่าเราจะพบว่ามันเป็นการเปลี่ยนแปลงในพลังงานศักย์ของภาระ เราจะพิจารณาพลังงานของภาระ ณ จุดที่มันเริ่มเพิ่มขึ้น ($E_(p1 )$=0) เพื่อให้พลังงานศักย์เป็นศูนย์ เรามี:
โดยที่ $h$ คือความสูงที่ยกน้ำหนักขึ้น เมื่อเทียบด้านขวาของสูตร (2.1) และ (2.2) เราจะพบความสูงที่โหลดเพิ่มขึ้น:
\[\eta Nt=mgh\to h=\frac(\eta Nt)(mg)\left(2.3\right).\]
เราพบว่างานที่ทำโดยใช้แรง $F_0$ เมื่อเคลื่อนที่ลูกสูบขนาดเล็กเป็น:
\[A_1=F_0l\ \left(2.4\right),\]
งานที่ทำโดยแรงที่ทำให้ลูกสูบขนาดใหญ่เคลื่อนขึ้นด้านบน (บีบอัดตัวสมมุติ) มีค่าเท่ากับ:
\[A_2=FL\ .\] \[A_1=A_2\ถึง F_0l=FL\] \[\frac(F_0)(F)=\frac(L)(l)=\frac(S_1)(S_2)\ ซ้าย(2.5\ขวา),\]
โดยที่ $L$ คือระยะทางที่ลูกสูบขนาดใหญ่เคลื่อนที่ในหนึ่งจังหวะ จาก (2.5) เรามี:
\[\frac(S_1)(S_2)=\frac(L)(l)\to L=\frac(S_1)(S_2)l\ \left(2.6\right).\]
เพื่อหาจำนวนจังหวะของลูกสูบ (จำนวนครั้งที่ลูกสูบเล็กจะลดลงหรือลูกสูบขนาดใหญ่จะเพิ่มขึ้น) ความสูงของภาระควรหารด้วยระยะทางที่ลูกสูบขนาดใหญ่เคลื่อนที่ในจังหวะเดียว:
คำตอบ.$k=\frac(\eta Ntn)(mgl)$
หลักการปฏิบัติงานและการจำแนกประเภท
เครื่องอัดไฮดรอลิกเป็นเครื่องมือกลที่แทบจะหยุดนิ่ง หลักการทำงานของเครื่องอัดไฮดรอลิกเป็นไปตามกฎของปาสคาล ใน มุมมองทั่วไปสื่อประกอบด้วยสองห้องที่มีลูกสูบ (ลูกสูบ) และท่อเชื่อมต่อ (รูปที่ 20.1, a) ถ้าไปที่ลูกสูบ 1 ใช้กำลังจากนั้นจะสร้างแรงกดดันข้างใต้ ตามกฎของปาสคาล ความดันจะถูกส่งไปยังทุกจุดในปริมาตรของของเหลว และมักจะส่งไปยังฐานของลูกสูบขนาดใหญ่ 2 ,สร้างแรงกดทับให้กับชิ้นงาน 3 .
ตามกฎของปาสกาล
แรงจะมีค่ามากกว่าแรงหลายเท่าของพื้นที่มากกว่าพื้นที่
แผนภาพการออกแบบของเครื่องอัดไฮดรอลิกแสดงไว้ในรูปที่ 1 20.1, ข- กระบอกสูบทำงาน 4 ซึ่งลูกสูบทำงานเคลื่อนที่ 5 แก้ไขในสมาชิกข้ามคงที่ด้านบน 6 - หลังใช้คอลัมน์ 7 เชื่อมต่อกับสมาชิกข้ามคงที่ 9 ติดตั้งบนรากฐาน ต่ำกว่า 9 และด้านบน 6 คานขวางพร้อมกับคอลัมน์ประกอบเป็นโครงกด ลูกสูบทำงาน 5 เชื่อมต่อกับคานขวางแบบเคลื่อนย้ายได้ 8 ซึ่งมีทิศทางตามแนวเสาและบอกให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวเท่านั้น - ลง มีการติดตั้งกระบอกสูบส่งคืนเพื่อยกคานขวางแบบเคลื่อนย้ายได้ 10 ด้วยลูกสูบ 11 .
เพื่อป้องกันการรั่วไหลของของเหลวภายใต้ความกดดัน กระบอกสูบจึงได้รับการติดตั้งซีล 12 .
พารามิเตอร์หลักของการกดไฮดรอลิกคือแรงเล็กน้อยของการกด - ผลคูณของความดันเล็กน้อยของของเหลวในกระบอกกดและพื้นที่ทำงานของลูกสูบทำงาน
การกดขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีที่แตกต่างกันในการออกแบบส่วนประกอบหลักตำแหน่งและปริมาณรวมถึงค่าของพารามิเตอร์หลัก ( ซี- ความสูงเปิดของพื้นที่แม่พิมพ์ เอ็น- ระยะชักเต็มของคานขวางแบบเคลื่อนย้ายได้ - ขนาดโต๊ะ)
ข้าว. 20.1. เครื่องอัดไฮดรอลิก:
ก– หลักการทำงาน ข– แผนภาพการออกแบบ วี– แผนผังแท่นพิมพ์พร้อมเตียงแบบเคลื่อนย้ายได้
ตามวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีเครื่องอัดไฮดรอลิกแบ่งออกเป็นเครื่องอัดสำหรับโลหะ (รูปที่ 20.2, ก)และสำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ (รูปที่ 20.2, ข- ในทางกลับกันการกดโลหะจะถูกแบ่งออกเป็นห้ากลุ่ม: สำหรับการตีและการตอก; สำหรับการอัดขึ้นรูป สำหรับการปั๊มแผ่น สำหรับงานยืดผมและประกอบและแปรรูปเศษโลหะ เนื่องจากมีการกดหลายประเภท เราจึงนำเสนอค่าของแรงระบุ ซึ่งเป็นค่าที่พบได้บ่อยที่สุด
ในบรรดาแท่นพิมพ์ของกลุ่มแรก เราสามารถตั้งชื่อได้: การตีขึ้นรูป - การตีขึ้นรูปแบบอิสระพร้อมการประทับในแม่พิมพ์สำรอง; การปั๊ม (ดูรูปที่ 26.3) - การปั๊มปริมาตรร้อนของชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะผสมแมกนีเซียมและอลูมิเนียม การเจาะ - การเจาะช่องว่างเหล็กลึกร้อนในเมทริกซ์ปิด เจาะ - ดึงเหล็กตีขึ้นรูปผ่านวงแหวน
ข้าว. 20.3. ประเภทของกระบอกกดไฮดรอลิก:
ก- ประเภทลูกสูบ ข- ประเภทลูกสูบส่วนต่าง วี- ประเภทลูกสูบ
จากการกดกลุ่มที่สอง เราสามารถสังเกตการกดแบบ tube-rod และ rod-profile ได้ - การกดโลหะผสมและเหล็กกล้าที่ไม่ใช่เหล็ก
จากกลุ่มที่สาม เราจะตั้งชื่อเครื่องพิมพ์: เครื่องปั๊มโลหะแผ่น การกระทำที่เรียบง่าย(ดูตัวอย่างรูปที่ 26.5) ; การวาดภาพ - การวาดชิ้นส่วนทรงกระบอกลึก สำหรับการปั๊มด้วยยาง ; สำหรับประดับด้วยลูกปัด จับเจ่า ดัด และปั๊มวัสดุแผ่นหนา การดัด-ดัดวัสดุแผ่นหนาในสภาวะร้อน
จากกลุ่มที่ห้า เรากล่าวถึงเครื่องอัดก้อนและอัดก้อนสำหรับการอัดขยะ เช่น ขี้กบโลหะและเศษโลหะแผ่น เครื่องอัดไฮดรอลิกสำหรับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ได้แก่ เครื่องอัดสำหรับผง พลาสติก และการอัดแผ่นและแผ่นไม้
วัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีของเครื่องอัดไฮดรอลิกจะกำหนดการออกแบบของเตียง (คอลัมน์, สองคอลัมน์, คอลัมน์เดียว, พิเศษ), ประเภท, การออกแบบและจำนวนกระบอกสูบ (ลูกสูบ, ลูกสูบเฟืองท้าย, ลูกสูบ ฯลฯ )
ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือเฟรมคงที่สี่คอลัมน์พร้อมชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเคลื่อนที่ในระนาบแนวตั้ง (ดูรูปที่ 20.1 ข- บางครั้งโครงกดสามารถเคลื่อนย้ายได้ (รูปที่ 20.1, วี).
ในรูป รูปที่ 20.3 แสดงประเภทกระบอกสูบหลัก กระบอกสูบแบบลูกสูบและลูกสูบแบบดิฟเฟอเรนเชียลเป็นกระบอกสูบแบบออกฤทธิ์เดี่ยว กระบอกสูบทำงานประเภทลูกสูบแบบดิฟเฟอเรนเชียลใช้ในกรณีที่เข็มต้องผ่านลูกสูบทำงาน (การกดท่อและก้าน) กระบอกสูบแบบลูกสูบมักใช้เมื่อใช้น้ำมันเป็นสารทำงาน ในกรณีนี้องค์ประกอบการปิดผนึกของลูกสูบนั้นจะเป็นแหวนลูกสูบ กระบอกสูบชนิดลูกสูบเป็นกระบอกสูบแบบสองทาง
การกดที่มีกระบอกสูบทำงานต่ำกว่าและเฟรมคงที่อาจไม่มีกระบอกสูบกลับ ในกรณีนี้ ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวจะกลับสู่ตำแหน่งเดิมภายใต้อิทธิพลของน้ำหนัก กระบอกสูบทำงานเชื่อมต่อกับถังเติม
ขึ้นอยู่กับจำนวนกระบอกสูบที่ทำงาน เครื่องจะแบ่งออกเป็นหนึ่ง, สอง, สามและหลายกระบอก
การกระทำของสื่อมวลชนขึ้นอยู่กับ กฎของปาสคาล- เครื่องอัดไฮดรอลิกประกอบด้วยภาชนะสื่อสารสองใบที่เต็มไปด้วยของเหลว (โดยปกติจะเป็นน้ำมันทางเทคนิค) และปิดด้วยลูกสูบที่มีขนาดต่างกัน S 1 และ S 2 (รูปที่ 1)
แรงภายนอกที่กระทำต่อลูกสูบขนาดเล็กจะทำให้เกิดแรงกดดัน
ตามกฎของปาสคาล ของเหลวจะถูกส่งผ่านทุกทิศทางโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง ดังนั้นแรงจึงกระทำต่อลูกสูบตัวที่สองจากด้านของเหลว
(1)
เครื่องอัดไฮดรอลิกให้แรงเพิ่มขึ้นหลายเท่าเมื่อพื้นที่ของลูกสูบขนาดใหญ่เกินพื้นที่ของลูกสูบขนาดเล็ก
แรง F 1 ยังเปลี่ยนพลังงานศักย์ของของไหลในสื่ออีกด้วย แต่เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของของเหลวนี้น้อยกว่าแรง F 1 มาก เราถือว่าของเหลวไม่มีน้ำหนัก ในเรื่องนี้ ควรสังเกตว่าในสภาวะจริง สมการ (1) จะบรรลุผลได้เพียงประมาณเท่านั้น
สื่อมวลชนไม่ได้ให้ผลประโยชน์ใดๆ ในการทำงาน อันที่จริงเมื่อลูกสูบเล็กลดลง แรงจะทำงาน A 1 = F 1 ชั่วโมง 1 โดยที่ h 1 คือระยะชักของลูกสูบเล็ก ของเหลวส่วนหนึ่งจากกระบอกสูบแคบจะถูกแทนที่ด้วยส่วนที่กว้างและลูกสูบขนาดใหญ่จะเพิ่มขึ้น 2 ชม. งานที่ทำโดยแรง F 2
(2)
แต่ของเหลวไม่สามารถอัดตัวได้ ดังนั้นปริมาตรของของเหลวที่ถ่ายโอนจากกระบอกสูบหนึ่งไปอีกกระบอกหนึ่งจึงเท่ากันนั่นคือ
แทนที่สมการและสมการนี้ (1) ลงใน (2) เราจะได้ A 1 = A 2
เครื่องอัดไฮดรอลิกช่วยให้คุณพัฒนาแรงมหาศาลและใช้สำหรับกดผลิตภัณฑ์ (จากโลหะ พลาสติก จากผงต่างๆ) สำหรับการเจาะรูในแผ่นโลหะ สำหรับการทดสอบวัสดุเพื่อความแข็งแรง สำหรับการยกน้ำหนัก สำหรับการบีบน้ำมันจากเมล็ดในน้ำมัน โรงสีสำหรับการอัดไม้อัด, กระดาษแข็ง, หญ้าแห้ง ในโรงงานโลหะวิทยา เครื่องอัดไฮดรอลิกถูกนำมาใช้เพื่อผลิตเพลาเครื่องจักรที่เป็นเหล็ก ล้อรางรถไฟ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกมากมาย
การทำงานของเครื่องจักรไฮดรอลิกหลายชนิด เช่น เครื่องอัด (แม่แรง) เป็นไปตามกฎของปาสคาล
เครื่องอัดไฮดรอลิก(แจ็ค) ใช้เพื่อสร้างแรงขนาดใหญ่ที่จำเป็นในการอัดวัสดุตัวอย่างหรือยกของหนัก สื่อประกอบด้วยภาชนะสื่อสารสองใบ - กระบอกสูบที่มีพื้นที่หน้าตัดต่างกัน เต็มไปด้วยของเหลว (น้ำมันหรือน้ำ) และปิดด้วยลูกสูบด้านบน แรงกดที่ใช้กับด้ามจับ (คันโยก รูปที่ 2.8 หน้า 70) แรงถูกนำไปใช้กับลูกสูบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก ซึ่งตามกฎหมายของปาสคาล แรงจะถูกส่งไปยังลูกสูบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า ลูกสูบนี้จะเคลื่อนขึ้นด้านบนและทำงานได้อย่างมีประโยชน์
ให้เราแนะนำสัญลักษณ์: ให้ F เป็นแรงที่กดคันโยก ฉ 1- แรงที่กระทำต่อลูกสูบเล็กหมายเลข 1 พร้อมพื้นที่ ส 1, เอฟ 2– แรงที่พัฒนาโดยลูกสูบขนาดใหญ่หมายเลข 2 พร้อมพื้นที่ เอส 2- การแสดงเชิงวิเคราะห์เกี่ยวกับหลักการทำงานของเครื่องอัดไฮดรอลิกมีดังนี้:
.
ข้าว. 2.8. เครื่องอัดไฮดรอลิก
หากจำเป็นต้องคำนึงถึงแรงเสียดทานในผ้าพันแขนการกดเพื่อปิดช่องว่าง ความสัมพันธ์ต่อไปนี้จะคำนึงถึงปัจจัยด้านประสิทธิภาพ η ของการกด:
สะสมไฮดรอลิก(รูปที่ 2.9 หน้า 71) ทำหน้าที่สะสมพลังงานศักย์ของของเหลวซึ่งต่อมาจะถูกใช้ตามความจำเป็น แบตเตอรี่ประเภทนี้ใช้เมื่อจำเป็นในการทำงานระยะสั้น เช่น เมื่อใช้งานล็อคและลิฟต์ไฮดรอลิก
ตัวสะสมประกอบด้วยกระบอกสูบขดที่มีน้ำหนักและลูกสูบที่อยู่นิ่ง กระบอกสูบเต็มไปด้วยสารทำงานโดยใช้ปั๊มซึ่งยกให้สูงตามการออกแบบ ชม.
พลังงานสำรองสำหรับการทำงานในแบตเตอรี่เท่ากับ:
ช- น้ำหนักของกระบอกสูบพร้อมตุ้มน้ำหนัก ล– ความสูงในการยกของบรรทุก
ในการยกลูกสูบจำเป็นต้องปั๊มของเหลวเข้าไปในกระบอกสูบโดยมีปริมาตร:
ที่ไหน ส –พื้นที่หน้าตัดของทรงกระบอก
แรงยกโหลด:
ที่ไหน พี– แรงดันในกระบอกสูบ
งานที่ใช้ในการยกของคือ:
A = GL=พีวี
ข้าว. 2.9. สะสมไฮดรอลิก
ประสิทธิภาพ แบตเตอรี่:
นักเขียนการ์ตูนทำหน้าที่เพิ่มแรงดันในท่อน้ำมันของอุปกรณ์หล่อลื่น ฯลฯ
ตัวคูณที่ง่ายที่สุดในการออกแบบประกอบด้วยกระบอกสูบ ลูกสูบพร้อมก้านและซีลต่อมสำหรับลูกสูบและก้าน (รูปที่ 2.10)
ข้าว. 2.10. นักเขียนการ์ตูน
ลงในภาชนะ กของเหลวจะถูกส่งไปด้านหลังลูกสูบภายใต้ความกดดันบางประการ หน้า 1ซึ่งดันลูกสูบออกด้วยแรง:
ดี– เส้นผ่านศูนย์กลางของพื้นผิวด้านในของกระบอกสูบ
การเคลื่อนที่ของลูกสูบและก้านถูกต้านทานด้วยแรง
ที่ไหน ฉ 1 ฉ 2- ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของวงแหวนซีล หมายเลข 1, หมายเลข 2 ข 1 ข 2– จำนวนวงแหวนซีล ง– เส้นผ่านศูนย์กลาง
แรงที่เกิดขึ้นที่กระทำต่อลูกสูบจะสร้างแรงกดดันต่อของเหลวในช่อง B - หลังลูกสูบ แรงดันของเหลวในช่องนี้จะมากขึ้น เนื่องจากบริเวณแรงดันด้านหลังลูกสูบมีขนาดเล็กกว่าด้านหน้าลูกสูบ
การกระทำของแรงบนวัตถุที่เป็นของแข็งนั้นไม่เพียงขึ้นอยู่กับโมดูลัสของแรงนี้เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของร่างกายที่มันกระทำด้วย ปฏิกิริยาระหว่างของเหลวและก๊าซด้วย ของแข็งเช่นเดียวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างชั้นของของเหลวหรือก๊าซที่อยู่ติดกันนั้นไม่ได้เกิดขึ้นที่จุดใดจุดหนึ่ง แต่อยู่บนพื้นผิวที่แน่นอนของการสัมผัส ดังนั้น เพื่ออธิบายลักษณะปฏิสัมพันธ์ดังกล่าว จึงได้นำแนวคิดเรื่องแรงกดดันมาใช้
ความดัน pตั้งชื่อปริมาณ เท่ากับอัตราส่วนโมดูลัสของแรงกด F ซึ่งตั้งฉากกับพื้นผิวกับพื้นที่ 5 ของพื้นผิวนี้:
พี=ฟ/ส. (5.1)
ที่ การกระจายสม่ำเสมอแรงกด หมายถึง แรงกดบนทุกส่วนของพื้นผิวจะเท่ากันและมีค่าเท่ากับแรงกดที่กระทำต่อพื้นผิวของพื้นที่หน่วย
หน่วยความดันถูกกำหนดจากสูตร (5.1) ใน SI หน่วยความดันถือเป็นความดันที่เกิดจากแรง 1 N ซึ่งกระจายสม่ำเสมอบนพื้นผิวโดยมีพื้นที่ 1 m 2 ตั้งฉากกับมัน หน่วยความดันนี้เรียกว่าปาสกาล (Pa): 1 Pa = 1 N/m 2
มักใช้หน่วยแรงดันที่ไม่เป็นระบบต่อไปนี้:
- บรรยากาศทางเทคนิค (ที่): 1 ที่=9.8·10 4 Pa;
- บรรยากาศทางกายภาพ (atm) เท่ากับความดันที่เกิดจากคอลัมน์ปรอทสูง 760 มม. ดังที่แสดงใน§ 24, 1 atm = 1.033 atm = 1.013·10 5 Pa;
- มิลลิเมตรปรอท (mm Hg) : 1 mm Hg ศิลปะ. » 133.3 ป่า;
- บาร์ (ในอุตุนิยมวิทยาใช้มิลลิบาร์) 1 บาร์=10 5 ปาสคาล, 1 มิลลิบาร์=10 2 ปาสคาล
กฎของปาสคาลสำหรับของเหลวและก๊าซ
ของแข็งส่งแรงดันที่กระทำต่อพวกมันจากภายนอกไปในทิศทางของแรงที่ทำให้เกิดแรงกดดันนี้ ของเหลวและก๊าซส่งผ่านแรงดันภายนอกค่อนข้างแตกต่าง
พิจารณาการทดลองต่อไปนี้ (รูปที่ 48) มีน้ำอยู่ในภาชนะที่ปิดสนิทด้วยจุกปิด ใส่ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันสามท่อเข้าไปในจุก โดยรูด้านล่างอยู่ในน้ำที่ระดับความลึกเท่ากัน แต่หันไปในทิศทางที่ต่างกัน (ด้านล่าง ด้านข้างและด้านบน) รวมถึงท่อที่ไม่ถึงน้ำ ซึ่งเชื่อมต่อกับขวดสเปรย์ยาง ด้วยการปั๊มอากาศเข้าไปในถังด้วยความช่วยเหลือ เราจะเพิ่มแรงดันที่กระทำโดยอากาศบนผิวน้ำในถัง เราสังเกตเห็นว่าในทั้งสามท่อน้ำมีความสูงเท่ากัน เพราะฉะนั้น, ของเหลวที่อยู่นิ่งซึ่งอยู่ในภาชนะปิดจะส่งแรงดันภายนอกที่กระทำกับของเหลวในทุกทิศทางอย่างเท่าเทียมกัน(นั่นคือไม่มีการเปลี่ยนแปลง)
การสังเกตแสดงให้เห็นว่าแรงดันภายนอกและก๊าซในภาชนะปิดก็ส่งผ่านเช่นกัน รูปแบบที่อธิบายนี้ถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Pascal และถูกเรียกว่า กฎของปาสคาล.
ความดันอุทกสถิต
โมเลกุลของของเหลวแต่ละโมเลกุลที่อยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลกได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง ภายใต้อิทธิพลของแรงเหล่านี้ ของเหลวแต่ละชั้นจะกดทับชั้นที่อยู่ข้างใต้ ตามกฎของปาสคาล ความดันนี้จะถูกส่งผ่านของเหลวในทุกทิศทางเท่าๆ กัน เพราะฉะนั้น, ในของเหลวจะมีแรงดันเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
การสังเกตพบว่าของเหลวในภาชนะที่อยู่นิ่งจะสร้างแรงกดดันต่อด้านล่างและผนังของภาชนะ และบนวัตถุใดๆ ที่แช่อยู่ในของเหลวนี้ ความดันที่กระทำโดยของเหลวที่อยู่นิ่งบนพื้นผิวใด ๆ ที่สัมผัสกับมันเรียกว่า อุทกสถิต.
สูตรความดันอุทกสถิต
สามารถกำหนดความดันอุทกสถิตได้โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าสมดุลอุทกสถิตของ Pascal (รูปที่ 49) ในขาตั้ง P ซึ่งท่อวงแหวน K ผ่านไป สามารถปิดผนึกภาชนะ C ในรูปแบบใดก็ได้ที่ไม่มีก้นอย่างแน่นหนา ด้านล่างที่เคลื่อนย้ายได้ของภาชนะเหล่านี้เป็นแท่นทรงกลมแบน D แขวนอยู่บนคานขนาดแขนเท่ากัน ซึ่งตั้งอยู่ใกล้รูด้านล่างของท่อ K แท่นนี้ถูกกดเข้ากับปลายท่อด้วยแรงที่เกิดจากข้อเท็จจริง วางน้ำหนัก G ไว้บนจานชั่งที่แขวนอยู่บนคานอีกอันหนึ่ง ไม้บรรทัด L ติดอยู่กับ P ซึ่งใช้ในการกำหนดความสูงของของเหลวในภาชนะที่ติดตั้งบนขาตั้ง
การทดลองดำเนินการเช่นนี้ ภาชนะที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกกลมตรงจะถูกยึดไว้บนขาตั้ง น้ำถูกเทลงไปจนกระทั่งน้ำหนักของน้ำนี้จะเท่ากับน้ำหนักของน้ำหนักที่วางอยู่บนกระทะด้านขวาของตาชั่งเช่น R w = R g (ตัวอุปกรณ์จะรักษาปริมาณน้ำนี้โดยอัตโนมัติ เนื่องจากหากน้ำหนักของน้ำในถังเกินน้ำหนักของน้ำหนัก ก้นจะเปิดออกเล็กน้อยและน้ำส่วนเกินจะไหลออกมา)
ในภาชนะทรงกระบอก น้ำหนักของของเหลว P l = r f ghS โดยที่ f = rf คือความหนาแน่นของของเหลว g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง h คือความสูงของคอลัมน์ของเหลว S คือพื้นที่ฐานของกระบอกสูบดังนั้นของเหลวจึงออกแรงกดที่ด้านล่างของภาชนะ
p=P f /S= r f gh. (5.2)สูตร (5.2) กำหนดค่าของความดันอุทกสถิต
ที่มาทางทฤษฎีของสูตรความดันอุทกสถิต
ให้เราเลือกองค์ประกอบที่อยู่นิ่งของปริมาตรภายในของเหลวที่อยู่นิ่งDV ในรูปทรงกระบอกตรงสูง h มีฐานมีพื้นที่เล็กดีเอส ขนาน พื้นผิวฟรีของเหลว (รูปที่ 50) ฐานด้านบนของทรงกระบอกอยู่ห่างจากพื้นผิวของของเหลวที่ความลึก h 1 และฐานด้านล่างอยู่ที่ความลึก h 2 >h 1
แรงสามแรงกระทำในแนวตั้งกับองค์ประกอบที่เลือกของปริมาตรของเหลว: แรงความดัน F 1 =p 1 DS และ F 2 =พี 2 DS (โดยที่ p 1 และ p 2 คือค่าของความดันอุทกสถิตที่ความลึก h 1 และ h 2) และแรงโน้มถ่วง F t = rg DV = rgh DS
องค์ประกอบปริมาตรของเหลวที่เราระบุนั้นอยู่นิ่งซึ่งหมายถึง F 1 +F 2 +F t = 0 ดังนั้นผลรวมเชิงพีชคณิตของเส้นโครงของแรงเหล่านี้บนแกนตั้งก็เท่ากับศูนย์เช่นกัน เช่น p 2 DS-p 1 DS-rgh DS=0 จากที่เราได้รับ
หน้า 2 -p 1 = rgh (5.3)ตอนนี้ให้ขอบด้านบนของปริมาตรทรงกระบอกที่เลือกของของเหลวตรงกับพื้นผิวของของเหลวนั่นคือ ชั่วโมง 1 =0. จากนั้น h 2 =h และ p 2 =p โดยที่ h คือความลึกของการจุ่ม และ p คือ ความดันอุทกสถิตที่ระดับความลึกที่กำหนด สมมติว่าความดัน p 1 =0 บนพื้นผิวของของเหลว (เช่นโดยไม่คำนึงถึงความดันภายนอกบนพื้นผิวของของเหลว) จาก (5.3) เราได้สูตรสำหรับความดันอุทกสถิต p =rgh ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับสูตร (5.2)
เรือสื่อสาร
เรือที่มีช่องทางที่เต็มไปด้วยของเหลวระหว่างนั้นเรียกว่าเรือสื่อสาร การสังเกตแสดงให้เห็นว่าในการสื่อสารภาชนะที่มีรูปร่างใด ๆ ของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกันจะถูกสร้างขึ้นในระดับเดียวกันเสมอ
ของเหลวที่ไม่เหมือนกันมีพฤติกรรมแตกต่างกันแม้จะสื่อสารภาชนะที่มีรูปร่างและขนาดเท่ากันก็ตาม ลองใช้ภาชนะสื่อสารทรงกระบอกสองใบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน (รูปที่ 51) เทชั้นปรอทที่ด้านล่าง (แรเงา) และด้านบนของมันเทของเหลวที่มีความหนาแน่นต่างกันลงในกระบอกสูบเช่น r 2
ให้เราเลือกภายในท่อที่เชื่อมต่อภาชนะที่สื่อสารและเต็มไปด้วยปรอทในพื้นที่ S ซึ่งตั้งฉากกับพื้นผิวแนวนอน เนื่องจากของเหลวอยู่นิ่ง ความดันบริเวณนี้ทางซ้ายและขวาจะเท่ากัน นั่นคือ หน้า 1 = หน้า 2 . ตามสูตร (5.2) ความดันอุทกสถิต p 1 = r 1 gh 1 และ p 2 = r 2 gh 2 . เมื่อเทียบนิพจน์เหล่านี้เราจะได้ r 1 h 1 2 h 2 จากที่= อาร์
ชั่วโมง 1 /ชั่วโมง 2 =ร 2 /ร 1 (5.4)ด้วยเหตุนี้ ของเหลวที่อยู่นิ่งจึงถูกติดตั้งในภาชนะสื่อสารในลักษณะที่ความสูงของคอลัมน์แปรผกผันกับความหนาแน่นของของเหลวเหล่านี้
ถ้า r 1 =r 2 ดังนั้นจากสูตร (5.4) จะตามมาว่า h 1 =h 2 เช่น มีการติดตั้งของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกันในภาชนะสื่อสารในระดับเดียวกัน
หลักการทำงานของเครื่องอัดไฮดรอลิก
เครื่องอัดไฮดรอลิกประกอบด้วยภาชนะสื่อสารสองใบที่มีรูปร่างทรงกระบอกและมีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันซึ่งมีลูกสูบซึ่งมีพื้นที่ S 1 และ S 2 แตกต่างกัน (S 2 >> S 1) กระบอกสูบเต็มไปด้วยน้ำมันเหลว (โดยปกติจะเป็นน้ำมันหม้อแปลง) อุปกรณ์กดไฮดรอลิกแสดงไว้ในแผนภาพในรูป 52 (รูปนี้ไม่ได้แสดงถังน้ำมันและระบบวาล์ว)
หากไม่มีภาระ ลูกสูบจะอยู่ในระดับเดียวกัน ลูกสูบ S 1 ถูกกระทำโดยแรง F 1 และร่างกายที่จะกดจะถูกวางไว้ระหว่างลูกสูบ S 2 และส่วนรองรับด้านบน
แรง F 1 ซึ่งกระทำต่อลูกสูบ S 1 สร้างแรงดันเพิ่มเติม p = F 1 / S 1 ในของเหลว ตามกฎของปาสคาล ความดันนี้ถูกส่งโดยของไหลในทุกทิศทางโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง ดังนั้นแรงกดจึงกระทำต่อลูกสูบ S 2 F 2 =พีS 2 =F 1 ส 2 /ส 1.จากความเท่าเทียมกันนี้เป็นไปตามนั้น
ฉ 2 /ฉ 1 =ส 2 /ส 1 (5.5)ดังนั้นแรงที่กระทำต่อลูกสูบของเครื่องอัดไฮดรอลิกจึงแปรผันตามพื้นที่ของลูกสูบเหล่านี้ ดังนั้นด้วยความช่วยเหลือของเครื่องอัดไฮดรอลิกคุณจะได้รับความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น S 2 ยิ่งมากกว่า S 1 .
เครื่องอัดไฮดรอลิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี
