Гідравлічні машини

Гідравлічні машини

                 Гідравлічні машини (від грецького слова гідравлікос – водяний) – це машини, дія яких грунтується на законах руху й рівноваги рідин.

                   Гідравлічна машина складається з двох спо­лучених циліндрів різного діаметру, які заповнено робочою рідиною і закрито рухомими поршнями (мал.). Сила, з якою рідина діє на поршень, визна­чається тиском і площею поршня, тому на більший поршень діє більша сила, а на менший – менша.

Припустимо, що F1 і F2 – сили, які діють на поршні, S1, і S2 – площі поршнів. За законом Паскаля тиск рідини, яка перебуває в рівновазі, у всіх точках однаковий, тому, звідки Отже, сила, що діє з боку рідини на великий поршень, є більшою від сили, що діє з боку тієї самої рідини на малий поршень, у стільки разів, у скільки разів площа великого поршня більша від площі малого. Тобто сила тиску рідини, що діє на поршень, пропорційна площі поршня.

За допомогою гідравлічної машини малою си­лою можна зрівноважити велику силу.

Гідравлічні машини дають виграш у силі в стільки разів, у скільки площа великого поршня більше від площі малого поршня.

Насоси

            Ще в стародавні часи люди використовували всмоктувальні та нагнітальні насоси.

Всмоктувальний насос складається з циліндра, всередині якого рухається вгору і вниз поршень, що щільно прилягає до стінок (мал.). У нижній частині циліндра і в самому поршні встановлено клапани, які відкриваються тільки вгору. Коли по­ршень рухається тільки вгору, вода під дією атмос­ферного тиску входить у трубу, піднімає нижній клапан і рухається за поршнем. Коли поршень ру­хається вниз, вода під ним тисне на нижній клапан, і цей клапан закривається. Одночасно під тиском води відкривається клапан усередині поршня, і вода переходить у простір над поршнем. При даль­шому русі поршня вгору разом із ним піднімається вода, що є над поршнем, і виливається у відвідну трубу. Одночасно за поршнем піднімається нова порція води, яка при наступному опусканні порш­ня буде вже над ним.

          Максимальна висота, на яку можна підняти воду за допомогою всмоктувального насоса, визна­чається атмосферним тиском і становить 10,3 м.

         У нагнітальному насосі під час першого руху поршня вгору відкривається клапан унизу цилін­дра, а клапан, що знаходиться в трубі водогону, закривається. Під дією атмосферного тиску вода піднімається за поршнем через відкритий клапан. Потім, коли поршень починає рухатися вниз, че­рез збільшення тиску під поршнем клапан унизу циліндра закривається, а клапан, що в трубі, від­кривається — і поршень витискає воду до труби водогону.

  






Гідравлічний прес

      Гідравлічний прес застосовують там, де потріб­на велика сила, наприклад, для вичавлювання олії з насіння на олійних заводах, для пресування фа­нери, картону, сіна, на металургійних заводах для виготовлення сталевих валів машин, залізничних коліс тощо.

Гідравлічний прес поєднує в одному пристрої рідинний насос і гідравлічну машину.

             Тіло, яке треба спресувати, кладуть на плат­форму, з’єднану з великим поршнем. За допомогою малого поршня створюється великий тиск на ріди­ну. Цей тиск без зміни передається в кожну точку рідини, яка заповнює циліндри (закон Паскаля).

             Тому такий самий тиск діє і на великий поршень. Але оскільки площа поршня більша, то й сила, яка діє на нього, буде більша за силу, що діє на малий поршень. Під дією цієї сили великий поршень під­німається. Під час піднімання тіло впирається в нерухому платформу і стискається.

            З малого циліндра у великий рідина перекачу­ється повторними рухами малого поршня. Коли піднімається малий поршень, клапан, що знахо­диться під ним (впускний клапан), відкривається і в простір під ним засмоктується рідина. Під час опускання малого поршня під дією тиску рідини впускний клапан закривається, а клапан, що зна­ходиться у великому циліндрі (випускний клапан), відкривається і рідина переходить у великий ци­ліндр. Це здійснюється повторними рухами вгору і вниз меншого поршня.

Для контролю за роботою гідравлічного пре­са тиск у більшому циліндрі вимірюють мано­метром.

Гідравлічний домкрат

               Однією з проблем, які розв’язує сучасна техні­ка, є піднімання вантажів великої маси. Це може бути автомобіль, вагон потяга тощо. З цією метою застосовують спеціальні пристрої, які називають домкратами.

             Найбільшого поширення набули домкрати, в яких застосовується принцип гідравлічної машини. Він складається з двох циліндрів різних діаметрів і поршнів, розміщених у них. Поршень малого діа­метра одночасно є і поршнем насоса, який нагні­тає масло в циліндр великого діаметра. Оскільки другий поршень має значно більший діаметр, то і сила, що діє на нього, буде значно більшою за ту, яка діє на поршень малого діаметра. Користуючись домкратом, водій може зусиллям своїх рук підняти багатотонний автомобіль.