Da bismo razumjeli kako radi hidraulička preša, sjetimo se pravila komuniciranja posuda. Njegov autor Blaise Pascal otkrio je da ako su napunjene homogenom tekućinom, tada je njezina razina u svim posudama ista. U ovom slučaju, konfiguracija spremnika i njihove dimenzije nisu bitne. Članak će opisati nekoliko eksperimenata s komunikacijskim kontejnerima koji će nam pomoći razumjeti strukturu i princip rada hidraulične preše.
Eksperiment
Recimo da imamo komunikacijske posude s različitim područjima presjeka. Područje manjeg označavamo sa s, većeg - sa S. Napunimo posude tekućinom. Prema zakonu komunikacijskih posuda, površine tekućina su na istoj visini.
Zatvorimo posude odozgo klipovima. Možemo pretpostaviti da su s i S površine klipova. Pritisni na manji silom f. Spustit će se, tekućina ćeteče u veći cilindar, a klip s lijeve strane će se početi dizati. Kako bismo spriječili da ustane, na njega ćemo također primijeniti silu. Označi to F.
Da bismo se približili razumijevanju rada hidrauličke preše, pokušajmo pronaći vezu između ove dvije sile. Polazit ćemo od uvjeta ravnoteže. Prije nego što smo posude pokrili klipovima, tekućine su bile u ravnoteži. Tlak u spremnicima bio je isti (p=P). Pritisnite oba klipa tako da tekućina i dalje ostane u ravnoteži. Pritisci p i P će se, naravno, povećati. Međutim, oni će i dalje ostati isti, jer će se povećati za isti dodatni iznos. Ovo je količina pritiska koju stvaraju klipovi. Posvuda se prenosi prema Pascalovom zakonu.
Ovdje je uvjet ravnoteže: p=P. Možete uzeti u obzir tlak koji stvaraju klipovi, ili tlak stupca tekućine. Rezultat će biti isti. Imajte na umu da je pritisak koji stvaraju klipovi tisuću puta veći od hidrostatskog tlaka stupca tekućine. Stub vode visok nekoliko centimetara stvara pritisak od stotine paskala. A pritisak klipa je stotine kilopaskala, a ponekad i megapaskala. Stoga ćemo u nastavku zanemariti tlak stupca tekućine i pretpostaviti da tlakove p i P stvaraju isključivo sile f i F.
Ovisnost sile pritiska klipova o njihovoj površini
Izvedimo formulu, princip rada hidraulične preše bez nje će biti neshvatljiv. p=f/s i slično P=F/S. Napravimo zamjenu u uvjet ravnoteže. f/s=F/S. A sada usporedimo sile f i F. Da bismo to učinili, i lijevi i desni dio izrazapomnoži sa S i podijeli s f. Dobivamo fS/sf=FS/Sf. Poništimo f i S u oba dijela. Rezultat će biti jednakost F/f=S/s.
Koncept pobjede vrijedi
Ako je S>s, tada će sila pritiska na klip u velikoj posudi biti onoliko puta veća od sile koja pritiska mali klip, koliko puta površina većeg klipa prelazi površinu onaj mali. Drugim riječima, primjenom male sile na mali klip, u velikoj ćemo posudi dobiti silu mnogo veću od one kojom pritiskamo mali klip. Ovo je učinak koji se naziva povećanje snage. Pokazuje koliko se puta sile razlikuju, tj. koliki je omjer F prema f. Ako uzmemo posude čije su površine poprečnog presjeka vrlo različite, onda možemo dobiti povećanje snage za faktor deset ili tisuću. Analiza sile jasno daje do znanja: dobitak u snazi jednak je omjeru površina velikog i malog klipa.
Kretanje klipova hidrauličkog stroja
Mnoge industrije koriste princip hidraulične preše: fizika, građevinarstvo, obrada materijala, poljoprivreda, automobilska industrija, itd. Primjeri primjene hidrauličnih strojeva prikazani su na slici.
Razmotrimo sve iste dvije komunikacijske posude s klipovima, ali sada ćemo obratiti pažnju ne na silu, već na udaljenost koju klipovi prelaze prilikom kretanja. Zamislite da je njihov početni položaj drugačiji. Klip površine S nalazi se ispod klipa površine s. Pomaknimo manji klip na udaljenost h. Voda iz manje posude prelazila je u veću ipritisnuti na klip. Pomaknuo se na visinu H.
Znajući omjer između površina, nalazimo omjer između visina. Volumen koji je išao pod pritiskom iz lijevog cilindra u desni označen je s v. U desni cilindar ušla je tekućina volumena V. Tekućina je nestlačiva. Kako se to može matematički zapisati? v=v. Izrazite volumen u smislu površine i visine. v=sh i V=SH. Dakle sh=SH. S/s=h/H. Stoga je dobitak u snazi F/f=h/H. Ovaj omjer nam daje razumijevanje kako hidraulička preša radi. Zaključujemo da je F veći od f, onda je H manji od h, i to za isti faktor.
Recimo da hidraulički stroj daje stostruko povećanje snage. To znači da ako manji klip spustimo za 100 mm, drugi klip će se podići za samo 1 mm. A postoje i strojevi koji daju dobitak u snazi tisuću puta. Ali što je kada je automobil na klipu i treba ga podići na visinu od nekoliko metara?
Dizajn i princip rada hidraulične preše
U klipu male površine nalazi se ventil koji zatvara cijev koja vodi do spremnika motornog ulja. Voda se općenito ne koristi u hidrauličkim prešama jer je korozivna i ima relativno nisko vrelište. Klip pokreće ručku. Tekućina se prenosi iz manjeg cilindra u veći kroz cijev.
Velika posuda također ima ventil i klip. Kada podignemo polugu, ulje, uz pomoć atmosferskepritisak se usisava u manji cilindar. Kad spustimo klip ventil se zatvori, ulje nema kamo, pa ide u veću posudu. Podiže ventil u njemu, povećava se volumen ulja, zbog toga se klip diže. Kada ponovno podignemo mali klip, ventil u velikoj posudi se zatvara, tako da ulje ne ide nikuda i klip ostaje na mjestu.
Princip rada hidraulične preše je takav da svako osciliranje malog klipa uvijek dovodi do pomicanja velikog klipa prema gore. Uređaj ima mehanizam koji omogućuje spuštanje velikog klipa. Ovo je crijevo sa slavinom u većoj posudi. Kada zatvorimo slavinu, zabrtvimo veliki cilindar, a kada ga otvorimo, vratimo hidrauličku prešu u prvobitni položaj, ulje iscuri. Vraća se u spremnik, što omogućuje spuštanje klipa.
