Djelovanje tiska temelji se na Pascalov zakon. Hidraulička preša sastoji se od dvije međusobno povezane posude ispunjene tekućinom (obično tehničkim uljem) i zatvorene klipovima različitih veličina S 1 i S 2 (slika 1).

Vanjska sila koja djeluje na mali klip stvara pritisak

Prema Pascalovom zakonu, tekućina ga prenosi u svim smjerovima bez promjene. Zbog toga na drugi klip djeluje sila sa strane tekućine

(1)

Hidraulička preša daje dobitak na snazi ​​onoliko puta koliko je površina većeg klipa veća od površine malog klipa.

Sila F 1 također mijenja potencijalnu energiju tekućine u preši. Ali budući da je gravitacija ove tekućine mnogo manja od sile F 1. tekućinu smo smatrali bestežinskom. S tim u vezi treba napomenuti da je u stvarnim uvjetima jednadžba (1) zadovoljena samo približno.

Tisak ne daje nikakvu korist u radu. Doista, kada se mali klip spusti, sila vrši rad A 1 = F 1 h 1, gdje je h 1 hod malog klipa. Dio tekućine iz uskog cilindra istiskuje se u široki, a veliki klip se podiže za h 2. Rad sile F 2

(2)

Ali tekućina je nestlačiva. Prema tome, volumeni tekućina koje se prenose iz jednog cilindra u drugi su jednaki, tj.

Zamjenom ove jednadžbe i jednadžbe (1) u (2) dobivamo A 1 = A 2 .

Hidraulička preša omogućuje vam razvoj kolosalnih sila i koristi se za prešanje proizvoda (od metala, plastike, iz raznih prahova), za guranje rupa u limovima, za ispitivanje materijala na čvrstoću, za dizanje utega, za cijeđenje ulja iz sjemenki u ulju mlinovi, za prešanje šperploče, kartona, sijena. U metalurškim pogonima hidrauličke preše koriste se za izradu čeličnih osovina strojeva, kotača za željeznice i mnogih drugih proizvoda.

Definicija

Hidraulička preša je stroj koji radi na temelju zakona gibanja i ravnoteže tekućina.

Pascalov zakon leži u osnovi principa rada hidrauličke preše. Naziv ovog uređaja dolazi od grčke riječi hidraulika - voda. Hidraulička preša je hidraulički stroj koji služi za prešanje (cijeđenje). Hidraulička preša se koristi tamo gdje je potrebna veća sila, npr. kod cijeđenja ulja iz sjemenki. Korištenjem modernih hidrauličkih preša mogu se postići sile do $(10)^8$newtona.

Osnovu hidrauličkog stroja čine dva cilindra različitih polumjera s klipovima (slika 1), koji su međusobno povezani cijevi. Prostor u cilindrima ispod klipova obično je ispunjen mineralnim uljem.

Da biste razumjeli princip rada hidrauličkog stroja, trebali biste se sjetiti što su međusobno povezane posude i što je značenje Pascalovog zakona.

Komunikacijske posude

Komunikacijske posude su posude koje su međusobno povezane i u kojima tekućina može slobodno teći iz jedne posude u drugu. Oblik spojenih žila može biti različit. U spojenim posudama tekućina iste gustoće se uspostavlja na istoj razini ako su tlakovi iznad slobodnih površina tekućine isti.

Sa slike 1 vidimo da se, strukturno, hidraulički stroj sastoji od dvije međusobno povezane posude različitih radijusa. Visine stupaca tekućine u cilindrima bit će iste ako na klipove ne djeluju nikakve sile.

Pascalov zakon

Pascalov zakon nam govori da je izvršeni pritisak vanjske sile na tekućinu, prenose se na nju bez promjene na sve njene točke. Djelovanje mnogih hidrauličkih uređaja temelji se na Pascalovom zakonu: preše, kočni sustavi, hidraulični pogoni, hidraulički pojačivači itd.

Princip rada hidrauličke preše

Jedan od najjednostavnijih i najstarijih uređaja koji se temelji na Pascalovom zakonu je hidraulička preša u kojoj se mala sila $F_1$ primijenjena na klip male površine $S_1$ pretvara u veliku silu $F_2$ koja djeluje na veliki područje $S_2$.

Pritisak koji stvara klip broj jedan je:

Pritisak drugog klipa na tekućinu je:

Ako su klipovi u ravnoteži, tada su pritisci $p_1$ i $p_2$ jednaki, stoga možemo izjednačiti desne strane izraza (1) i (2):

\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\lijevo(3\desno).\]

Odredimo koliki će biti modul sile primijenjene na prvi klip:

Iz formule (4) vidimo da je vrijednost $F_1$ veća od modula sile $F_2$ $\frac(S_1)(S_2)$ puta.

I tako, koristeći hidrauličku prešu, možete uravnotežiti mnogo veću silu s malom silom. Omjer $\frac(F_1)(F_2)$ pokazuje dobitak na snazi.

Ovako funkcionira tisak. Tijelo koje treba stisnuti postavlja se na platformu koja se oslanja na veliki klip. Pomoću malog klipa stvara se visoki tlak na tekućinu. Veliki klip, zajedno sa komprimiranim tijelom, diže se, oslanja se na stacionarnu platformu koja se nalazi iznad njih, tijelo je komprimirano.

Iz malog cilindra u veliki, tekućina se pumpa opetovanim kretanjem klipa male površine. Oni to rade na sljedeći način. Mali klip se podiže, ventil se otvara i tekućina se usisava u prostor ispod malog klipa. Kada mali klip spušta tekućinu, vršeći pritisak na ventil, on se zatvara, što otvara ventil, što omogućuje protok tekućine u veliku posudu.

Primjeri problema s rješenjima

Primjer 1

Vježbajte. Koliki će biti dobitak na snazi ​​za hidrauličku prešu ako pri djelovanju na mali klip (površina $S_1=10\ (cm)^2$) silom $F_1=800$ N, sila dobivena na veliki klip ($S_2=1000 \ (cm)^2$) jednako $F_2=72000\ $ N?

Kakav bi dobitak na snazi ​​postigao ovaj tisak da nema sila trenja?

Riješenje. Dobitak na snazi ​​je omjer modula primljene sile i primijenjene sile:

\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(72000)(800)=90.\]

Korištenjem formule dobivene za hidrauličku prešu:

\[\frac(F_1)(S_1)=\frac(F_2)(S_2)\lijevo(1.1\desno),\]

Nađimo dobitak na snazi ​​u odsutnosti sila trenja:

\[\frac(F_2)(F_1)=\frac(S_2)(S_1)=\frac(1000)(10)=100.\]

Odgovor. Dobitak na snazi ​​u tisku u prisutnosti sila trenja jednak je $\frac(F_2)(F_1)=90.$ Bez trenja bio bi jednak $\frac(F_2)(F_1)=100.$

Primjer 2

Vježbajte. Pomoću hidrauličkog mehanizma za podizanje treba podići teret mase $m$. Koliko se puta ($k$) mali klip mora spustiti u vremenu $t$, ako se u jednom trenutku spusti za udaljenost $l$? Omjer površina podiznih klipova jednak je: $\frac(S_1)(S_2)=\frac(1)(n)$ ($n>1$). Učinkovitost stroja je $\eta $ kada je snaga njegovog motora $N$.

Riješenje. Shematski dijagram Rad hidrauličkog dizala prikazan je na sl. 2, sličan je radu hidrauličke preše.

Kao osnovu za rješavanje problema koristimo izraz koji povezuje snagu i rad, ali u isto vrijeme uzimamo u obzir učinkovitost dizala, tada je snaga jednaka:

Rad se vrši s ciljem podizanja tereta, što znači da ćemo ga naći kao promjenu potencijalne energije tereta; smatrat ćemo energiju tereta u točki gdje počinje rasti ($E_(p1 )$=0) da bude nula potencijalna energija, imamo:

gdje je $h$ visina na koju je podignut teret. Izjednačavanjem desnih strana formula (2.1) i (2.2) nalazimo visinu na koju je teret podignut:

\[\eta Nt=mgh\to h=\frac(\eta Nt)(mg)\lijevo(2,3\desno).\]

Pronalazimo rad sile $F_0$ pri pomicanju malog klipa kao:

\[A_1=F_0l\ \lijevo(2.4\desno),\]

Rad sile koja pomiče veliki klip prema gore (sabija hipotetsko tijelo) jednak je:

\[A_2=FL\ .\] \[A_1=A_2\do F_0l=FL\] \[\frac(F_0)(F)=\frac(L)(l)=\frac(S_1)(S_2)\ lijevo(2,5\desno),\]

gdje je $L$ udaljenost za koju se veliki klip pomakne u jednom taktu. Iz (2.5) imamo:

\[\frac(S_1)(S_2)=\frac(L)(l)\to L=\frac(S_1)(S_2)l\ \lijevo(2,6\desno).\]

Da bismo pronašli broj hodova klipa (koliko puta će se mali klip spustiti ili veliki podići), treba visinu tereta podijeliti s udaljenošću za koju se veliki klip pomakne u jednom hodu:

Odgovor.$k=\frac(\eta Ntn)(mgl)$

2.5.2. Najjednostavniji hidraulički strojevi.

Hidraulička preša. Karikaturista

2.5.1. Instrumenti za mjerenje tlaka

Piezometri. Uronimo staklene cijevi, otvorene na oba kraja, u “apsolutno” mirnu tekućinu tako da im se donji krajevi poklapaju s točkama u (sl. 2.11). U obje cijevi s otvorenim krajevima, tekućina će se podići do iste visine, koja će ležati na vodenoj ravnini u odnosu na referentnu ravninu. Ova visina jednaka je visini ukupne hidrostatske visine, mjerenoj ne apsolutnim tlakom, već viškom tlaka.

sl.2.11. Zakon raspodjele tlaka

u “apsolutno” stacionarnom fluidu

Takve cijevi, otvorene na oba kraja, namijenjene mjerenju tlaka, točnije pijezometrijske visine, nazivaju se pijezometri, odnosno pijezometrijske cijevi.

Piezometri su pogodni za mjerenje relativno niskih tlakova jer... Već s vodom u cijevi dizala bi se do visine od 10 m, a mineralna ulja relativne težine 0,8 - do 12,5 m.

Mjerači diferencijalnog tlaka. Za mjerenje razlike tlakova u dvije točke koriste se diferencijalni manometri, od kojih je najjednostavniji manometar u obliku oblika (sl. 2.12).

Riža. 2.12. Diferencijalni manometar

Diferencijalni manometri mogu mjeriti oba viška (Sl. 2.11, A), i tlak vakuuma (Sl. 2.11, b). Ako se pomoću takvog manometra, obično ispunjenog živom, mjeri razlika tlaka i gustoće u tekućini koja potpuno ispunjava spojne cijevi, tada

Pri mjerenju malih tlakova plinova umjesto žive koriste se alkohol, kerozin, voda i dr.

Piezometri i mjerači diferencijalnog tlaka koriste se za mjerenje tlaka ne samo u fluidu koji miruje, već iu protoku.

Za mjerenje tlakova većih od 0,2-0,3 koriste se mehanički mjerači tlaka - opružni ili membranski. Načelo njihovog rada temelji se na deformaciji šuplje opruge ili membrane pod utjecajem izmjerenog tlaka. Preko mehanizma se ta deformacija prenosi na strelicu koja pokazuje količinu tlaka koja se mjeri na brojčaniku.

Uz mehaničke manometre koriste se i električni manometri. Kao osjetljivi element (senzor) u elektromanometru koristi se membrana. Pod utjecajem izmjerenog tlaka membrana se deformira i putem prijenosnog mehanizma pomiče klizač potenciometra koji se zajedno sa kazaljkom uključuje u električni krug.

Omjer jedinice tlaka:

1na = 1kgf/cm 2 =10 m vode sv. = 736,6 mm Hg. Umjetnost. = 98066.5 Godišnje 10 5 Godišnje.

1 kPa = 10 3 Godišnje; 1 MPa = 10 6 Godišnje.

U normalnim uvjetima atmosferski pritisak(0,1033 MPa) visina je 10,33 m za vodu, 13,8 m za benzin (= 750 kg/m3), 0,760 m za živu itd.

2.5.2. Najjednostavniji hidraulički strojevi. Hidraulička preša. Karikaturista

Hidraulička preša. Preša se u tehnici koristi za stvaranje velikih tlačnih sila, koje su u tehnici neophodne pri obradi metala pritiskom, prešanjem, štancanjem, briketiranjem, ispitivanju raznih materijala itd.

Preša se sastoji od međusobno povezanih cilindara s klipovima, međusobno povezanih cjevovodom (slika 2.13).

Riža. 2.13. Dijagram hidraulične preše

Jedna od posuda ima površinu koja je manja od površine druge posude. Ako se sila primijeni na klip u posudi 1, tada se ispod njega stvara hidrostatski tlak, određen formulom.

Prema Pascalovom zakonu, tlak se prenosi na sve točke tekućine, uključujući područje. Stvara snagu

Izražavajući kroz, dobivamo

Dakle, sila je onoliko puta veća od sile koja djeluje na klip u malom presjeku koliko je površina veća od površine.

Sila se obično stvara pomoću klipne pumpe, koja dovodi tekućinu (ulje, emulziju) u komoru za prešanje. Sila može pritisnuti proizvod koji se nalazi između klipa i nepomične platforme. Praktično razvijena sila manja je od sile trenja između klipova i cilindara. Ovo smanjenje uzima se u obzir učinkom tiska -. Suvremene hidrauličke preše razvijaju sile do 100 000 tona ili više.