في استكشافي للأنظمة الهيدروليكية، كنت مفتونًا في كثير من الأحيان بكيفية مكبس هيدروليكي يضاعف القوة لأداء المهام الشاقة بكفاءة. تعمل هذه المعجزة الميكانيكية وفقًا لمبدأ قانون باسكال، الذي ينص على أن الضغط المطبق على سائل محصور ينتقل دون نقصان في جميع الاتجاهات. إن فهم كيفية مضاعفة المكبس الهيدروليكي للقوة لا يكشف فقط عن براعة تصميمه، بل يُبرز أيضًا تطبيقاته في مختلف الصناعات. في هذه المقالة، سأتعمق في الآليات الكامنة وراء مكبس هيدروليكي وشرح كيف يمكن تعزيز القوة لإنجاز المهام الصعبة بسهولة.

قانون باسكال:

الضغط P ثابت في كل مكان. الضغط P المطبق على المساحة A2، أي القوة F2 = P x A2، أكبر بكثير من القوة F1 = P x A1.

أين:

• ص هو الضغط في النظام الهيدروليكي
• فورمولا 1 هي قوة الإدخال على المكبس الصغير
• أ1 هي مساحة سطح المكبس الصغير
• ف2 هي قوة الخرج المؤثرة على المكبس الكبير
• أ2 هي مساحة سطح المكبس الكبير

قانون باسكال (أو مبدأ باسكال أو مبدأ انتقال ضغط السوائل) هو مبدأ في ميكانيكا الموائع ينص على أن التغير في الضغط الذي يحدث في أي مكان في سائل غير قابل للضغط محصور ينتقل عبر السائل بحيث يحدث نفس التغير في كل مكان.

أعتقد أنك تقصد على سبيل المثال رفع السيارة باليد باستخدام مكبس هيدروليكي.

السائل ليس قابلاً للضغط (لا أتحدث عن القوى المفرطة الافتراضية).

عند الضغط بمكبس قطره 10 مم، في وعاء مغلق وممتلئ، يذوب سائل (مثل زيت الهيدروليك)، ويحرك المكبس الصغير مسافة 100 مم. يكون لديك وصلة (أنبوب) بأسطوانة أكبر قطر مكبسها 100 مم. عندها، سيتحرك المكبس الأكبر مسافة 1 مم فقط. مع ذلك، ستكون القوة الميكانيكية أكبر بـ 100 ضعف (لا يُؤخذ الاحتكاك في الاعتبار).

يكون ضغط الزيت (القوة) متناسبًا مع سطح المكبس (10 × القطر = 100 × السطح / القوة).

إذا قمت بإغلاق الأنبوب بواسطة صمام مصراع باتجاه واحد، يمكنك تكرار حركة المضخة وفي كل ضربة سوف تتحرك المكبس الكبير (100 مم) بمقدار 1 مم. بقوة 100 ضعف)

فيما يلي كيفية عملها خطوة بخطوة في سياق مكبس هيدروليكي

مكبسين:

تتكون المكبس الهيدروليكي عادة من مكبسين بأحجام مختلفة، متصلين بأسطوانة مملوءة بسائل - عادة ما يكون زيتًا.

تطبيق القوة على مكبس صغير: 

عند تطبيق قوة على المكبس الأصغر، يُولّد ضغطًا في السائل تحته. ولأن السائل غير قابل للانضغاط، ينتقل هذا الضغط بالتساوي في جميع أنحاء السائل.

نقل الضغط: 

وفقًا لقانون باسكال، يجب أن يكون الضغط (الذي يُعرّف بأنه القوة لكل وحدة مساحة، P = F/A) المؤثر على المكبس الصغير مساويًا للضغط المؤثر على المكبس الكبير. لذلك، إذا كانت قوة المكبس الصغير F1 ومساحته A1، وكانت مساحة المكبس الكبير A2 أكبر، فيمكن التعبير عن الضغط P في النظام على النحو التالي: P = F1/A1 = F2/A2 

أين:

●F1 هي القوة المطبقة على مكبس الإدخال

●A1 هي مساحة مكبس الإدخال

●F2 هي القوة التي يمارسها مكبس الخرج

●A2 هي مساحة مكبس الإخراج

تضخيم القوة:

إعادة ترتيب المعادلة: P=F1/A1=F2/A2

بالنسبة لـ F2 (القوة المؤثرة بواسطة المكبس الكبير)، يُظهر هذا أن القوة F2 تُضرب في نسبة مساحتي المكبسين. بما أن A2 أكبر من A1، فإن F2 أكبر من F1.

فيديو