لفهم كيفية عمل المكبس الهيدروليكي ، دعونا نتذكر قاعدة الأوعية المتصلة. وجد مؤلفها Blaise Pascal أنه إذا تم ملؤها بسائل متجانس ، فإن مستواها في جميع الأوعية هو نفسه. في هذه الحالة ، لا يهم تكوين الحاويات وأبعادها. ستصف المقالة العديد من التجارب مع الحاويات المتصلة التي ستساعدنا في فهم هيكل ومبدأ تشغيل المكبس الهيدروليكي.
تجربة
لنفترض أن لدينا أوعية متصلة بمناطق مقطعية مختلفة. نشير إلى مساحة الأصغر بمقدار s ، والأكبر - بواسطة S. دعونا نملأ الحاويات بالسائل. وفقًا لقانون الأوعية المتصلة ، تكون أسطح السوائل على نفس الارتفاع.
لنغلق الأوعية من الأعلى بالمكابس. يمكننا أن نفترض أن s و S هي مناطق المكابس. اضغط على الأصغر بقوة f. سوف ينزل السائلتتدفق إلى الأسطوانة الأكبر ، وسيبدأ المكبس الموجود على اليسار في الارتفاع. ولكي نمنعه من النهوض ، سنستخدم القوة معه أيضًا. أشر إليها F.
للاقتراب من فهم كيفية عمل المكبس الهيدروليكي ، دعنا نحاول إيجاد اتصال بين هاتين القوتين. سوف ننطلق من حالة التوازن. قبل أن نغطي الأوعية بالمكابس ، كانت السوائل في حالة توازن. كان الضغط في الخزانات هو نفسه (ع=ف). اضغط على كلا المكابس حتى يظل السائل في حالة توازن. وبالطبع ستزداد الضغوط p و P. ومع ذلك ، ستظل كما هي ، لأنها ستزداد بنفس المبلغ الإضافي. هذا هو مقدار الضغط الناتج عن المكابس. ينتقل في كل مكان حسب قانون باسكال.
هنا حالة التوازن: p=P. يمكنك أن تأخذ في الاعتبار الضغط الناتج عن المكابس ، أو ضغط عمود السائل. وستكون النتيجة نفسها. لاحظ أن الضغط الناتج عن المكابس أكبر بألف مرة من الضغط الهيدروستاتيكي لعمود السائل. عمود من الماء بارتفاع بضعة سنتيمترات يخلق ضغطًا بمئات الباسكال. ويبلغ ضغط المكبس مئات الكيلوباسكال وأحيانًا ميغا باسكال. لذلك ، في ما يلي سنهمل ضغط عمود السائل ونفترض أن الضغوط p و P يتم إنشاؤها حصريًا بواسطة القوى f و F.
اعتماد قوة ضغط المكابس على منطقتهم
لنستخرج الصيغة ، سيكون مبدأ تشغيل المكبس الهيدروليكي بدونها غير مفهوم. p=f / s وبالمثل P=F / S. لنقم بالتعويض في حالة التوازن. f / s=F / S. والآن دعونا نقارن القوتين f و F. للقيام بذلك ، كلا الجزأين الأيمن والأيسر من التعبيراضرب في S واقسم على f. نحصل على fS / sf=FS / Sf. دعونا نحذف f و S في كلا الجزأين. ستكون النتيجة هي المساواة F / f=S / s.
مفهوم الفوز صالح
إذا كان S>s ، فإن قوة الضغط على المكبس في الوعاء الكبير ستكون أكبر بعدة مرات من القوة التي تضغط على المكبس الصغير ، كم مرة تتجاوز مساحة المكبس الأكبر مساحة الصغير. بعبارة أخرى ، من خلال تطبيق قوة صغيرة على مكبس صغير ، سنحصل في وعاء كبير على قوة أكبر بكثير من تلك التي نضغط بها على مكبس صغير. هذا تأثير يسمى اكتساب القوة. يوضح عدد المرات التي تختلف فيها القوى ، أي ما هي نسبة F إلى f. إذا أخذنا سفنًا تختلف مناطق مقطعها العرضي اختلافًا كبيرًا ، فيمكننا الحصول على زيادة في القوة على حد سواء عشرة آلاف مرة. يوضح تحليل القوة: الكسب في القوة يساوي نسبة مناطق المكبس الكبير والصغير.
حركة مكابس آلة هيدروليكية
تستخدم العديد من الصناعات مبدأ الضغط الهيدروليكي: الفيزياء ، والبناء ، ومعالجة المواد ، والزراعة ، والسيارات ، وما إلى ذلك. وترد أمثلة على تطبيق الآلات الهيدروليكية في الشكل.
دعونا نفكر في كلتا الأوعية المتصلة بالمكابس ، لكننا الآن سننتبه ليس إلى القوة ، ولكن إلى المسافة التي تقطعها المكابس عند الحركة. تخيل أن موقفهم الأولي مختلف. يقع المكبس مع المنطقة S أسفل المكبس بمساحة s. لنحرك المكبس الأصغر على مسافة h. مرت المياه من وعاء أصغر إلى أكبر والضغط على المكبس. انتقل إلى ارتفاع H.
بمعرفة النسبة بين المساحات نجد النسبة بين المرتفعات. يُشار إلى الحجم الذي تعرض للضغط من الأسطوانة اليسرى إلى اليمنى بالرمز v. دخل سائل بحجم V إلى الأسطوانة اليمنى ، والسائل غير قابل للضغط. كيف يمكن كتابة هذا رياضيا؟ ت=ت. التعبير عن الحجم من حيث المساحة والارتفاع. ت=قح و ف=سح. إذن sh=SH. S / s=ح / ح. لذلك ، فإن كسب القوة هو F / f=h / H. تعطينا هذه النسبة فهمًا لكيفية عمل المكبس الهيدروليكي. نستنتج أنه بما أن F أكبر من f ، فإن H أقل من h ، وبنفس العامل.
لنفترض أن الآلة الهيدروليكية تعطي قوة مضاعفة. هذا يعني أننا إذا خفضنا المكبس الأصغر بمقدار 100 مم ، فإن المكبس الآخر سيرتفع بمقدار 1 مم فقط. وهناك آلات تزيد من قوتها ألف مرة. ولكن ماذا عن وجود سيارة على المكبس وتحتاج إلى رفعها إلى ارتفاع عدة أمتار؟
تصميم ومبدأ تشغيل المكبس الهيدروليكي
يوجد في مكبس مساحة صغيرة صمام يغلق الأنبوب المؤدي إلى خزان زيت المحرك. لا يتم استخدام الماء بشكل عام في المكابس الهيدروليكية لأنه مادة أكالة ولها نقطة غليان منخفضة نسبيًا. المكبس يقود المقبض. ينتقل السائل من الاسطوانة الصغيرة إلى الاسطوانة الأكبر من خلال أنبوب
يحتوي الوعاء الكبير أيضًا على صمام ومكبس. عندما نرفع الرافعة الزيت بمساعدة الغلاف الجوييتم امتصاص الضغط في الاسطوانة الأصغر. عندما نخفض المكبس ، يُغلق الصمام ، ولا يوجد مكان يذهب إليه الزيت ، لذلك يذهب إلى وعاء أكبر. يرفع الصمام الموجود فيه ، ويزداد حجم الزيت ، وبسبب هذا يرتفع المكبس. عندما نرفع المكبس الصغير مرة أخرى ، ينغلق الصمام الموجود في الوعاء الكبير ، فلا ينتقل الزيت إلى أي مكان ويبقى المكبس في مكانه.
مبدأ تشغيل المكبس الهيدروليكي هو أن أي تذبذب للمكبس الصغير يؤدي دائمًا إلى حركة المكبس الكبير لأعلى. الجهاز مزود بآلية تسمح للمكبس الكبير بالنزول. هذا خرطوم به صنبور في وعاء أكبر. عندما نغلق الصنبور ، نقوم بإغلاق الأسطوانة الكبيرة ، وعندما نفتحها ، نعيد المكبس الهيدروليكي إلى موضعه الأصلي ، يستنزف الزيت. يعود إلى الخزان ، مما يسمح بخفض المكبس.
