Podczas moich badań nad układami hydraulicznymi często byłem zafascynowany tym, jak prasa hydrauliczna zwielokrotnia siłę, umożliwiając wydajne wykonywanie ciężkich zadań. Ten cud techniki działa w oparciu o zasadę prawa Pascala, które głosi, że ciśnienie wywierane na zamkniętą ciecz jest przenoszone bez zmian we wszystkich kierunkach. Zrozumienie, w jaki sposób prasa hydrauliczna zwielokrotnia siłę, nie tylko ujawnia genialność jej konstrukcji, ale także podkreśla jej zastosowania w różnych gałęziach przemysłu. W tym artykule zagłębię się w mechanikę stojącą za… prasa hydrauliczna i wyjaśnij, w jaki sposób można wzmocnić siłę, aby z łatwością wykonywać wymagające zadania.

Prawo Pascala:

Ciśnienie P jest wszędzie takie samo. Ciśnienie P przyłożone do obszaru A2, czyli siła F2 = P x A2, jest znacznie większe niż siła F1 = P x A1.

Gdzie:

• P jest ciśnieniem w układzie hydraulicznym
• F1 jest siłą wejściową działającą na mały tłok
• A1 jest powierzchnią małego tłoka
• F2 jest siłą wyjściową działającą na duży tłok
• A2 jest powierzchnią dużego tłoka

Zasada ta jest opisana przez Prawo Pascala (znana również jako zasada Pascala), która głosi, że każda zmiana ciśnienia przyłożona do zamkniętego, nieściśliwego płynu jest przenoszona równomiernie i bez zmian w całym płynie we wszystkich kierunkach. W rezultacie na wszystkie wewnętrzne powierzchnie układu działa to samo ciśnienie.

Typowym praktycznym przykładem prawa Pascala jest podnoszenie samochodu za pomocą prasy hydraulicznej lub podnośnika. Chociaż człowiek wywiera jedynie stosunkowo niewielką siłę ręcznie, układ hydrauliczny przekształca tę siłę w znacznie większą siłę nośną.

Systemy hydrauliczne opierają się na fakcie, że ciecze są zasadniczo nieściśliwe (pomijając ekstremalne, teoretyczne poziomy ciśnienia). Oznacza to, że gdy pewna objętość płynu zostanie przemieszczona w jednym punkcie, ta sama objętość musi przemieścić się w innym miejscu układu.

Rozważmy na przykład system z:

• Mały tłok o średnicy 10 mm
• Duży tłok o średnicy 100 mm
• Oba tłoki połączone są uszczelnioną rurą wypełnioną olejem hydraulicznym

Jeżeli mały tłok zostanie popchnięty w dół przez 100 mm, przemieszczona objętość oleju zmusza duży tłok do ruchu w górę tylko o 1 mm. Ta różnica w ruchu występuje, ponieważ powierzchnia dużego tłoka jest 100 razy większy niż w przypadku małego tłoka. Jednak w zamian za zmniejszony ruch, siła wyjściowa na dużym tłoku staje się 100 razy większy niż siła wejściowa (zakładając, że zaniedbamy tarcie i straty).

Innymi słowy, podczas gdy odległość jest zmniejszona, siła jest wzmacniana, a całkowita energia w systemie pozostaje zrównoważona.

Ponadto, jeżeli rura łącząca jest wyposażona w zawór zwrotny jednokierunkowy, System może działać jak pompa hydrauliczna. Każdy skok małego tłoka dodaje ciśnienie do systemu, powodując stopniowy ruch dużego tłoka w górę. Z każdym skokiem pompy duży tłok przesuwa się o kolejny 1 mm, ciągle stosując siłę, która jest 100 razy silniejszy niż siła wejściowa.

Ta zasada działania jest szeroko stosowana w prasy hydrauliczne, podnośniki, giętarki i inny ciężki sprzęt przemysłowy, gdzie wymagane są duże siły, a możliwości manualnego lub mechanicznego sterowania są ograniczone.

Oto jak to działa krok po kroku w kontekście prasy hydraulicznej

Dwa tłoki:

Prasa hydrauliczna składa się zazwyczaj z dwóch tłoków o różnych rozmiarach, połączonych cylindrem wypełnionym płynem — zazwyczaj olejem.

Wywieranie siły na mały tłok: 

Gdy siła jest przyłożona do mniejszego tłoka, wytwarza ciśnienie w płynie znajdującym się pod nim. Ponieważ płyn jest nieściśliwy, ciśnienie to jest równomiernie rozprowadzane w całym płynie.

Przenoszenie ciśnienia: 

Zgodnie z prawem Pascala, ciśnienie (zdefiniowane jako siła na jednostkę powierzchni, P=F/A) wywierane na mały tłok musi być równe ciśnieniu wywieranemu na duży tłok. Zatem, jeśli mały tłok ma siłę F1 i powierzchnię A1, a duży tłok ma większą powierzchnię A2, ciśnienie P w układzie można zapisać jako: P=F1/A1=F2/A2 

Gdzie:

●F1 to siła przyłożona do tłoka wejściowego

●A1 to powierzchnia tłoka wejściowego

●F2 to siła wywierana przez tłok wyjściowy

●A2 to powierzchnia tłoka wyjściowego

Wzmocnienie siły:

Przekształcenie równania: P=F1/A1=F2/A2

Dla F2 (siła wywierana przez duży tłok) oznacza to, że siła F2 jest mnożona przez stosunek powierzchni obu tłoków. Ponieważ A2 jest większe niż A1, F2 jest większe niż F1.

Wideo