Гидравликалық престің қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін ыдыстарды байланыстыру ережесін еске түсірейік. Оның авторы Блез Паскаль егер олар біртекті сұйықтықпен толтырылса, онда оның барлық ыдыстардағы деңгейі бірдей болатынын анықтады. Бұл жағдайда контейнерлердің конфигурациясы және олардың өлшемдері маңызды емес. Мақалада гидравликалық престің құрылымы мен жұмыс принципін түсінуге көмектесетін байланыс контейнерлерімен бірнеше тәжірибелер сипатталады.
Эксперимент
Бізде көлденең қималары әртүрлі байланысатын кемелер бар делік. Кішісінің ауданын s, үлкенін - S арқылы белгілейміз. Ыдыстарды сұйықтықпен толтырайық. Байланысатын ыдыстар заңы бойынша сұйықтардың беттері бірдей биіктікте болады.
Ыдыстарды жоғарыдан поршеньдермен жабамыз. s және S поршеньдердің аудандары деп болжауға болады. Кішісін f күшімен басыңыз. Ол төмендейді, сұйықтық төмендейдіүлкенірек цилиндрге ағып, сол жақтағы поршень көтеріле бастайды. Оның көтерілуіне жол бермеу үшін біз де оған күш саламыз. Оны белгілеңіз F.
Гидравликалық престің қалай жұмыс істейтінін түсінуге жақындау үшін осы екі күш арасындағы байланысты табуға тырысайық. Біз тепе-теңдік шартынан шығамыз. Біз ыдыстарды поршеньдермен жаппас бұрын, сұйықтықтар тепе-теңдікте болды. Резервуарлардағы қысым бірдей болды (p=P). Сұйықтық тепе-теңдікте қалуы үшін екі поршеньді де басыңыз. P және P қысымдары, әрине, артады. Дегенмен, олар бұрынғысынша қалады, өйткені олар бұрынғыдай қосымша сомаға өседі. Бұл поршеньдер жасаған қысым мөлшері. Ол Паскаль заңына сәйкес барлық жерде беріледі.
Міне, тепе-теңдік шарты: p=P. Поршеньдер жасаған қысымды немесе сұйықтық бағанының қысымын қарастыруға болады. Нәтиже бірдей болады. Поршеньдер жасаған қысым сұйықтық бағанының гидростатикалық қысымынан мың есе артық екенін ескеріңіз. Бірнеше сантиметр биіктіктегі су бағанасы жүздеген паскаль қысымын тудырады. Ал поршеньдік қысым жүздеген килопаскаль, кейде мегапаскаль болады. Сондықтан, келесіде біз сұйық бағанның қысымын елемейміз және p және P қысымдары тек f және F күштері арқылы жасалады деп есептейміз.
Поршеньдердің қысым күшінің олардың ауданына тәуелділігі
Формуласын шығарайық, онсыз гидравликалық престің жұмыс істеу принципі түсініксіз болады. p=f/s және сол сияқты P=F/S. Тепе-теңдік шартына ауыстыруды жасайық. f/s=F/S. Ал енді f және F күштерін салыстырайық. Ол үшін өрнектің сол жақ және оң жақ бөліктері деS-ке көбейту және f-ке бөлу. Біз fS/sf=FS/Sf аламыз. Екі бөлікте де f және S күшін жойайық. Нәтиже F/f=S/s теңдігі болады.
Жеңіс ұғымы жарамды
Егер S>s болса, онда үлкен ыдыстағы поршеньге түсетін қысым күші кіші поршеньді басқан күштен қанша есе көп болады, үлкен поршеньнің ауданы оның ауданынан неше есе артық болады кішкентай. Басқаша айтқанда, кішкене поршеньге аз күш қолдану арқылы үлкен ыдыста біз кішкентай поршеньді басқан күштен әлдеқайда көп күш аламыз. Бұл күшті арттыру деп аталатын әсер. Ол күштердің неше рет ерекшеленетінін көрсетеді, яғни F және f қатынасы қандай. Көлденең қимасының аудандары өте әртүрлі ыдыстарды алсақ, онда біз он немесе мың есе күшке ие бола аламыз. Күшті талдау мынаны көрсетеді: күш күшейту үлкен және кіші поршеньдердің аудандарының қатынасына тең.
Гидравликалық машинаның поршеньдерінің қозғалысы
Өнеркәсіптің көптеген салаларында гидравликалық престің принципі қолданылады: физика, құрылыс, материал өңдеу, ауыл шаруашылығы, автомобиль жасау және т.б. Гидравликалық машиналарды қолдану мысалдары суретте көрсетілген.
Поршеньдері бар бір-бірімен байланысатын екі ыдысты қарастырайық, бірақ енді біз күшке емес, поршеньдердің қозғалу кезінде жүретін қашықтыққа назар аударамыз. Олардың бастапқы позициясы басқаша екенін елестетіп көріңіз. Ауданы S бар поршень s ауданы бар поршеньнің астында орналасқан. Кіші поршеньді h арақашықтыққа жылжытайық. Кішірек ыдыстағы су үлкенірек ыдысқа өтті жәнепоршеньге басылады. Ол H биіктігіне көтерілді.
Аудандар арасындағы қатынасты біле отырып, биіктіктер арасындағы қатынасты табамыз. Сол цилиндрден оңға қарай қысым астында өткен көлем v арқылы белгіленеді. Оң жақ цилиндрге көлемі V сұйық түсті. Сұйықтық сығылмайды. Мұны математикалық түрде қалай жазуға болады? v=v. Көлемді аудан мен биіктікте көрсетіңіз. v=sh және V=SH. Сонымен sh=SH. S/s=h/H. Демек, күштің артуы F/f=h/H. Бұл қатынас гидравликалық престің қалай жұмыс істейтінін түсінуге мүмкіндік береді. Қорытындыға келеміз: F f-дан үлкен болғандықтан, H да h-дан кіші және сол фактор бойынша.
Гидравликалы машина жүз есе күш береді делік. Бұл кішірек поршеньді 100 мм-ге түсірсек, басқа поршень тек 1 мм-ге көтеріледі дегенді білдіреді. Күшті мың есе арттыратын машиналар бар. Бірақ поршеньде көлік тұрғанда және оны бірнеше метр биіктікке көтеру керек болғанда ше?
Гидравликалы престің конструкциясы мен жұмыс принципі
Кішкене аймақтың поршенінде қозғалтқыш майының резервуарына апаратын түтікті жабатын клапан бар. Гидравликалық престерде әдетте су қолданылмайды, өйткені ол коррозияға ұшырайды және салыстырмалы түрде төмен қайнау температурасына ие. Поршень тұтқаны басқарады. Сұйықтық түтік арқылы кіші цилиндрден үлкенірек цилиндрге тасымалданады.
Үлкен ыдыста клапан мен поршень де бар. Біз рычагты көтергенде, атмосфераның көмегімен мұнайқысым кішірек цилиндрге сорылады. Поршеньді төмендеткен кезде клапан жабылады, майдың кететін жері жоқ, сондықтан ол үлкенірек ыдысқа түседі. Ол ондағы клапанды көтереді, майдың көлемі артады, соның арқасында поршень көтеріледі. Кішкентай поршеньді қайтадан көтергенде, үлкен ыдыстағы клапан жабылады, сондықтан май ешқайда кетпейді және поршень орнында қалады.
Гидравликалық престің жұмыс істеу принципі кішкентай поршеньдің кез келген тербелісі әрқашан үлкен поршеньдің жоғары қарай қозғалуына әкелетіндей. Құрылғыда үлкен поршеньді төмен түсіруге мүмкіндік беретін механизм бар. Бұл үлкенірек ыдыста шүмегі бар шланг. Кранды жапқанда, біз үлкен цилиндрді жабамыз, ал оны ашқан кезде гидравликалық престі бастапқы күйіне қайтарамыз, май ағып кетеді. Ол поршеньді төмендетуге мүмкіндік беретін резервуарға оралады.
