Definicija

Hidraulična presa je mašina koja radi na osnovu zakona kretanja i ravnoteže fluida.

Pascalov zakon je u osnovi principa rada hidraulične prese. Naziv ovog uređaja dolazi od grčke riječi hidraulika - voda. Hidraulična presa je hidraulična mašina koja se koristi za prešanje (cijeđenje). Hidraulična presa se koristi tamo gdje je potrebna velika sila, kao što je istiskivanje ulja iz sjemena. Uz pomoć modernih hidrauličnih presa moguće je dobiti silu do $(10)^8$njutona.

Osnovu hidraulične mašine čine dva cilindra različitog poluprečnika sa klipovima (sl. 1), koji su povezani cevima. Prostor u cilindrima ispod klipova obično je ispunjen mineralnim uljem.

Da bismo razumjeli princip rada hidraulične mašine, treba se sjetiti šta su to komunikacione posude i šta je značenje Pascalovog zakona.

Plovila za komunikaciju

Komunikacijske posude su međusobno povezane i u kojima tekućina može slobodno teći iz jedne u drugu posudu. Oblik komunikacijskih posuda može biti različit. U komunikacionim sudovima, fluid iste gustine se postavlja na isti nivo ako su pritisci iznad slobodnih površina fluida isti.

Sa slike 1 vidimo da su strukturno hidraulička mašina dvije međusobno povezane posude različitih radijusa. Visine stubova tečnosti u cilindrima će biti iste ako nema sila koje deluju na klipove.

Pascalov zakon

Pascalov zakon nam govori da se pritisak koji vrše vanjske sile na tekućinu prenosi na nju bez promjene u svim njenim tačkama. Rad mnogih hidrauličnih uređaja zasniva se na Pascalovom zakonu: prese, kočionih sistema, hidrauličnih pogona, hidrauličnih pojačivača itd.

Princip rada hidraulične prese

Jedan od najjednostavnijih i najstarijih uređaja zasnovanih na Pascalovom zakonu je hidraulična presa, u kojoj se mala sila $F_1$ primijenjena na klip male površine $S_1$ pretvara u veliku silu $F_2$ koja djeluje na veliku površinu. $S_2$.

Pritisak koji stvara klip broj jedan je:

Pritisak drugog klipa na tečnost je:

Ako su klipovi u ravnoteži, tada su pritisci $p_1$ i $p_2$ jednaki, stoga možemo izjednačiti prave dijelove 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 $F_2$ za $\frac(S_1)(S_2)$ puta.

I tako, koristeći hidrauličnu prešu, možete uravnotežiti mnogo veću silu sa malom silom. Odnos $\frac(F_1)(F_2)$ pokazuje povećanje snage.

Štampa radi ovako. Tijelo koje treba komprimirati postavlja se na platformu koja se oslanja na veliki klip. Mali klip stvara visok pritisak na tečnost. Veliki klip, zajedno sa kompresibilnim tijelom, podiže se, naslanja se na fiksnu platformu koja se nalazi iznad njih, tijelo je komprimirano.

Iz malog cilindra u veliku tekućinu se pumpa ponovljenim kretanjem klipa male površine. Uradite to na sledeći način. Mali klip se podiže, ventil se otvara i tečnost se usisava u prostor ispod malog klipa. Kada mali klip spusti tečnost, vršeći pritisak na ventil, on se zatvara, a ventil se otvara, čime tečnost prolazi u veliku posudu.

Primjeri problema sa rješenjem

Primjer 1

Vježbajte. Koliki će biti dobitak u snazi ​​hidraulične prese ako, kada djeluje na mali klip (s površinom od $S_1=10\ (cm)^2$) sa silom od $F_1=800$ N, a dobijena sila, udar na veliki klip ($S_2=1000 \ (cm)^2$) jednak $F_2=72000\ $ H?

Kakav bi dobitak na snazi ​​ova presa imala da nema sila trenja?

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

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

Koristeći formulu dobivenu za hidrauličnu presu:

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

naći dobitak na snazi ​​u odsustvu sila trenja:

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

Odgovori. Dobitak na snazi ​​u presi u prisustvu sila trenja je jednak $\frac(F_2)(F_1)=90.$ Bez trenja, bio bi jednak $\frac(F_2)(F_1)=100.$

Primjer 2

Vježbajte. Koristeći hidraulični mehanizam za podizanje, teret mase $m$ treba podići. Koliko puta ($k$) se mali klip mora spustiti u vremenu $t$ ako se odjednom spusti za rastojanje $l$? Odnos površina klipa za podizanje je: $\frac(S_1)(S_2)=\frac(1)(n)$ ($n>1$). Efikasnost mašine je $\eta$ sa snagom njenog motora $N$.

Rješenje.Šematski dijagram rada hidrauličnog lifta prikazan je na slici 2. Sličan je radu hidrauličke prese.

Kao osnovu za rješavanje problema koristimo izraz koji povezuje snagu i rad, ali pri tome uzimamo u obzir efikasnost lifta, tada je snaga jednaka:

Rad se radi sa ciljem podizanja tereta, što znači da ćemo ga naći kao promenu potencijalne energije tereta, za nultu potencijalnu energiju smatraćemo energiju tereta na mestu gde je počeo da raste ($E_(p1)$=0), imamo:

gdje je $h$ visina na koju je teret podignut. Izjednačavajući prave dijelove formula (2.1) i (2.2), nalazimo visinu na koju je podignut teret:

\[\eta Nt=mgh\to h=\frac(\eta Nt)(mg)\levo(2.3\desno).\]

Pronalazimo rad koji izvrši sila $F_0$ pri pomicanju malog klipa kao:

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

Rad sile koja pokreće veliki klip prema gore (pritišće hipotetičko tijelo) jednak je:

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

gdje je $L$ udaljenost koju veliki klip pomiče u jednom potezu. 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 bi se pronašao broj hodova klipova (koliko puta se mali klip spušta ili veliki diže), visinu tereta treba podijeliti s razdaljinom kojom se veliki klip pomiče u jednom hodu:

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

PRINCIP RADA I KLASIFIKACIJA

Hidraulička presa je strojni alat gotovo statičkog djelovanja. Princip rada hidraulične prese zasniva se na Pascalovom zakonu. Općenito, presa se sastoji od dvije komore opremljene klipovima (klipovima) i povezanim cjevovodima (slika 20.1, a). Ako na klip 1 primjenjuje silu, a zatim se stvara pritisak ispod nje. Prema Pascalovom zakonu, pritisak se prenosi na sve tačke zapremine tečnosti i usmerava se normalno na bazu velikog klipa. 2 , stvara silu koja vrši pritisak na radni predmet 3 .

Na osnovu Pascalovog zakona,

Sila je toliko puta veća od sile, koliko puta je površina veća od površine.

Strukturni dijagram hidraulične prese prikazan je na sl. 20.1, b. Radni cilindar 4 , u kojem se pomiče radni klip 5 , fiksiran u gornjoj fiksnoj poprečnoj gredi 6 . Potonje uz pomoć stupaca 7 spojen na fiksnu prečku 9 postavljen na temelj. Niže 9 i vrh 6 prečke zajedno sa stupovima čine okvir presovanja. radni klip 5 spojen na pokretnu prečku 8 , koji ima smjer duž stubova, i govori mu da se kreće samo u jednom smjeru - dolje. Povratni cilindri su ugrađeni za podizanje pokretne poprečne grede. 10 sa klipovima 11 .

Cilindri su zapečaćeni kako bi se spriječilo curenje tekućine pod pritiskom 12 .

Glavni parametar hidraulične preše je nazivna sila prese - proizvod nazivnog pritiska tečnosti u cilindru prese i aktivne površine njenih radnih klipova.

Preše se, ovisno o tehnološkoj namjeni, međusobno razlikuju po dizajnu glavnih jedinica, njihovoj lokaciji i broju, kao i vrijednosti glavnih parametara ( Z- otvorena visina prostora kalupa; H- puni hod pokretne prečke, - dimenzije stola).

Rice. 20.1. Hidraulična presa:

a- princip rada; b– konstruktivna šema; in- šema prese sa pokretnim ležajem

Prema tehnološkoj namjeni, hidraulične prese dijele se na prese za metal (sl. 20.2, a) i za nemetalne materijale (slika 20.2, b). Zauzvrat, prese za metal se dijele u pet grupa: za kovanje i štancanje; za ekstruziju; za štancanje listova; za ispravljanje i montažu i za obradu metalnog otpada. S obzirom na veliki izbor tipova presa, predstavljamo vrijednosti nominalnih sila, najčešće od njih.

Od prve grupe presa mogu se nazvati: kovanje - slobodno kovanje sa štancanjem u podložnim kalupima,; štancanje (vidi, na primjer, sliku 26.3) - vruće kovanje dijelova od legura magnezija i aluminija; piercing - duboko vruće probijanje čeličnih blankova u zatvorenoj matrici,; provlačenje - provlačenje čeličnih otkovaka kroz prstenove,.

Rice. 20.3. Vrste hidrauličnih pres cilindara:

a- tip klipa; b- tip klipa diferencijala; in- tip klipa

Od druge grupe presa izdvajaju se prese za cevne šipke i šipke - presovanje obojenih legura i čelika.

Iz treće grupe ćemo nazvati preše: jednostruko žigosanje listova (vidi, na primjer, sl. 26.5),; auspuh - duboko izvlačenje cilindričnih dijelova,; za štancanje gume, ; za oblaganje, prirubljivanje, savijanje i štancanje pločastog materijala, ; savijanje - savijanje debelog limenog materijala u vrućem stanju,.

Od pete grupe izdvajamo prese za baliranje i briketiranje za sabijanje otpada kao što su metalna strugotina i ostaci lima. Hidraulične prese za nemetalne materijale uključuju prese za prah, plastiku i za presovanje iverice i ploče.

Tehnološka namjena hidraulične prese određuje konstrukciju ležaja (stubna, dvostupna, jednostubna, specijalna), vrstu, konstrukciju i broj cilindara (klip, diferencijal-klip, klip itd.).

Najrasprostranjeniji je fiksni okvir sa četiri stupa s kretanjem pokretnih dijelova u okomitoj ravni (vidi sliku 20.1, b). Ponekad je okvir prese napravljen pokretnim (slika 20.1, in).

Na sl. 20.3 prikazuje glavne tipove cilindara. Klipni i diferencijalni cilindri klipa su cilindri jednostrukog dejstva. Radni cilindar tipa diferencijalnog klipa se koristi kada, na primjer, igla mora proći kroz radni klip (prese za cijevi). Klipni cilindri se najčešće koriste kada se kao radni fluid koristi ulje. U ovom slučaju, brtveni element samog klipa bit će klipni prstenovi. Cilindar klipnog tipa je cilindar dvostrukog djelovanja.

Presa sa nižim položajem radnog cilindra i fiksnim ležajem možda nema povratne cilindre, u kom slučaju se pokretni delovi vraćaju u prvobitni položaj pod uticajem svoje težine. Radni cilindar je povezan sa rezervoarom za punjenje.

Prema broju radnih cilindara prese se dijele na jedno-, dvo-, tro- i višecilindrične.

Pažnja! Stranica administracije stranice nije odgovorna za sadržaj metodoloških razvoja, kao ni za usklađenost razvoja Federalnog državnog obrazovnog standarda.

• Učesnik: Maksim Kolesnikov
• Rukovodilac: Scherbinina Galina Gennadievna

Svrha rada: eksperimentalna potvrda Pascalovog zakona.

Uvod

Pascalov zakon postao je poznat 1663. godine. Upravo je ovo otkriće formiralo osnovu za stvaranje superpresa sa pritiskom od preko 750.000 kPa, hidrauličkog pogona, što je zauzvrat dovelo do pojave hidraulične automatizacije koja upravlja modernim mlaznim brodovima, svemirskim letelicama, numerički upravljanim mašinama, moćnim kiperima. , rudarski kombajni, prese, bageri... Tako je Pascalov zakon našao veliku primenu u savremenom svetu. Međutim, svi ovi mehanizmi su prilično složeni i glomazni, pa sam želio da napravim uređaje zasnovane na Pascalovom zakonu, da se uvjerim i uvjerim svoje kolege iz razreda od kojih mnogi smatraju da je glupo gubiti vrijeme na "drevno" kada smo okruženi modernim uređajima da je ova tema i dalje zanimljiva i aktuelna. Osim toga, uređaji uradi sam, u pravilu, izazivaju zanimanje, tjeraju vas da razmišljate, maštate i gledate na otkrića "duboke antike" drugim očima.

objekt moje istraživanje je Pascalov zakon.

Cilj: eksperimentalna potvrda Pascalovog zakona.

hipoteza: poznavanje Pascalovog zakona može biti korisno za projektovanje građevinske opreme.

Praktični značaj rada: U mom radu eksperimenti su prikazani za demonstraciju na časovima fizike u 7. razredu srednje škole. Razvijeni eksperimenti mogu se demonstrirati i na lekciji prilikom proučavanja fenomena (nadam se da će to pomoći u formiranju nekih koncepata prilikom proučavanja fizike), i kao domaći zadatak za učenike.

Predložene postavke su univerzalne, jedna postavka se može koristiti za prikaz nekoliko eksperimenata.

Poglavlje 1. Svo naše dostojanstvo je u sposobnosti razmišljanja

Blaise Pascal (1623-1662) - francuski matematičar, mehaničar, fizičar, pisac i filozof. Klasik francuske književnosti, jedan od osnivača matematičke analize, teorije vjerovatnoće i projektivne geometrije, tvorac prvih uzoraka tehnologije brojanja, autor osnovnog zakona hidrostatike. Pascal je ušao u historiju fizike uspostavivši osnovni zakon hidrostatike i potvrdio Toricellijevu pretpostavku o postojanju atmosferskog pritiska. SI jedinica za pritisak je dobila ime po Pascalu. Pascalov zakon kaže da se pritisak koji se vrši na tekućinu ili plin prenosi u bilo koju tačku bez promjene u svim smjerovima. Čak je i dobro poznati Arhimedov zakon poseban slučaj Paskalovog zakona.

Pascalov zakon se može objasniti korištenjem svojstava tekućina i plinova, a to su: molekuli tekućine i plina, udarajući o zidove posude, stvaraju pritisak. Pritisak raste (smanjuje) kako se koncentracija molekula povećava (smanjuje).

Postoji široko rasprostranjen problem s kojim se može razumjeti djelovanje Pascalovog zakona: kada se puca iz puške, u kuhanom jajetu se formira rupa, jer se pritisak u ovom jajetu prenosi samo u smjeru njegovog kretanja. Sirovo jaje se razbije jer se pritisak metka u tečnosti, prema Pascalovom zakonu, prenosi podjednako u svim pravcima.

Inače, poznato je da je sam Pascal, koristeći zakon koji je otkrio, u toku eksperimenata izumio špric i hidrauličnu prešu.

Praktični značaj Pascalovog zakona

Rad mnogih mehanizama zasniva se na Pascalovom zakonu, na drugačiji način, svojstva plina kao što su kompresibilnost i sposobnost jednakog prijenosa tlaka u svim smjerovima, našla su široku primjenu u dizajnu različitih tehničkih uređaja.

1. Dakle, komprimirani zrak se koristi u podmornici za podizanje iz dubine. Prilikom ronjenja, posebni rezervoari unutar podmornice se pune vodom. Masa čamca se povećava i tone. Za podizanje čamca, komprimirani zrak se upumpava u ove spremnike, koji istiskuje vodu. Masa čamca se smanjuje i on pluta.

Fig.1. Podmornice na površini: glavni balastni tankovi (TsGB) nisu napunjeni

Fig.2. Podmornica u potopljenom položaju: CGB je bio napunjen vodom

1. Uređaji koji koriste komprimirani zrak nazivaju se pneumatski. To uključuje, na primjer, čekić kojim se otvara asfalt, rahli smrznuto tlo i drobi stijene. Pod dejstvom komprimovanog vazduha, vrh udarnog čekića čini 1000-1500 udaraca u minuti velike razorne moći.

1. U proizvodnji za kovanje i obradu metala koriste se pneumatski čekić i pneumatska presa.

1. Kamioni i šinska vozila koriste vazdušne kočnice. U vagonima podzemne željeznice vrata se otvaraju i zatvaraju pomoću komprimovanog zraka. Upotreba vazdušnih sistema u transportu je zbog činjenice da će se čak i u slučaju curenja vazduha iz sistema on dopuniti radom kompresora i sistem će ispravno raditi.
2. Rad bagera se takođe zasniva na Pascalovom zakonu, gde se hidraulični cilindri koriste za pokretanje njegovih strelica i kašike.

Poglavlje 2. Duša nauke je praktična primena njenih otkrića

Iskustvo 1 (video, metoda modeliranja principa rada ovog uređaja na prezentaciji)

Rad Pascalovog zakona može se pratiti do rada laboratorijske hidraulične prese, koja se sastoji od dva međusobno povezana lijevog i desnog cilindra, jednoliko ispunjenih tekućinom (vodom). Čepovi (utezi) koji pokazuju nivo tečnosti u ovim cilindrima su označeni crnom bojom.

Rice. 3 Dijagram hidraulične prese

Rice. 4. Primjena hidraulične prese

Šta se desilo ovde? Pritisnuli smo čep u lijevom cilindru, što je tečnost izbacilo iz ovog cilindra prema desnom cilindru, usled čega se čep u desnom cilindru, koji je doživljavao pritisak tečnosti odozdo, podigao. Dakle, tekućina je prenijela pritisak.

Isti eksperiment sam proveo samo u malo drugačijem obliku u svom domu: demonstracija eksperimenta sa dva cilindra povezana jedan s drugim – medicinskim špricevama spojenim jedan s drugim i napunjenim tekućinom-vodom.

Uređaj i princip rada hidraulične prese opisan je u udžbeniku za 7. razred za srednje škole,

Iskustvo 2 (video, metodom simulacije demonstrirati sklapanje ovog uređaja na prezentaciji)

U razvoju prethodnog eksperimenta, da bih demonstrirao Pascalov zakon, sastavio sam i model drvenog mini bagera, čija su osnova klipni cilindri napunjeni vodom. Zanimljivo je da sam kao klipove koji podižu i spuštaju granu i kašiku bagera koristio medicinske špriceve koje je izmislio sam Blaise Pascal u prilog svom zakonu.

Dakle, sistem se sastoji od običnih medicinskih špriceva od po 20 ml (funkcija upravljačkih poluga) i istih špriceva od po 5 ml (funkcija klipova). Ove špriceve sam napunio tečnošću - vodom. Za spajanje špriceva korišćen je sistem kapaljki (obezbeđuje zaptivanje).

Da bi ovaj sistem funkcionisao, pritisnemo polugu na jednom mestu, pritisak vode se prenosi na klip, na čep, čep se podiže - bager počinje da se kreće, strela i kašika bagera se spuštaju i dižu.

Ovaj eksperiment se može demonstrirati odgovorom na pitanje nakon § 36, str. 87 udžbenika A.V. Peryshkina za 7. razred: „Koje iskustvo može pokazati osobinu prenosa pritiska tečnostima i gasovima?“, Iskustvo je takođe zanimljivo sa stanovišta pogled na dostupnost korišćenih materijala i praktičnu primenu Pascalovog zakona.

Iskustvo 3 (video)

Pričvrstimo šuplju kuglicu (pipetu) sa mnogo malih rupa na cijev sa klipom (špricom).

Napunite balon vodom i pritisnite klip. Pritisak u cijevi će se povećati, voda će početi da izlazi kroz sve rupe, dok će pritisak vode u svim tokovima vode biti isti.

Isti rezultat se može postići ako se umjesto vode koristi dim.

Ovaj eksperiment je klasičan za demonstriranje Pascalovog zakona, ali korištenje materijala koji su dostupni svakom učeniku čini ga posebno učinkovitim i nezaboravnim.

Slično iskustvo je opisano i komentarisano u udžbeniku za 7. razred za srednje škole,

Zaključak

Pripremajući se za takmičenje, ja:

• proučavao teorijski materijal o odabranoj temi;
• izradio uređaje domaće izrade i izvršio eksperimentalnu verifikaciju Pascalovog zakona na modelima: model hidraulične prese, model bagera.

zaključci

Pascalov zakon, otkriven u 17. stoljeću, relevantan je i široko korišten u naše vrijeme u dizajnu tehničkih uređaja i mehanizama koji olakšavaju ljudski rad.

Nadam se da će instalacije koje sam prikupio biti interesantne mojim prijateljima i kolegama iz razreda i da će im pomoći da bolje razumiju zakone fizike.

Djelovanje mnogih hidrauličnih strojeva, na primjer, presa (dizalica), zasniva se na Pascalovom zakonu.

Hidraulična presa(dizalica) se koristi za stvaranje velikih sila potrebnih za sabijanje materijala uzorka ili podizanje utega. Presa se sastoji od dvije međusobno povezane posude - cilindra različite površine poprečnog presjeka, napunjenih tekućinom (uljem ili vodom) i zatvorenim klipovima odozgo. Pritisak na ručku (poluga, sl. 2.8, strana 70). Na klip malog prečnika deluje sila, koja se, prema Pascalovom zakonu, prenosi na klip većeg prečnika, ovaj klip se kreće gore i obavlja koristan rad.

Hajde da uvedemo notaciju: neka je F sila na polugu pritiska, F1- sila koja djeluje na mali klip br. 1 sa površinom S1, F2- sila koju razvija veliki klip br. 2 sa površinom S2. Analitički prikaz principa rada hidraulične prese je sljedeći:

.

Rice. 2.8. Hidraulična presa

Ako je potrebno uzeti u obzir trenje u manžetama prese, zaptivanje praznina, vrijedi ovisnost koja uzima u obzir efikasnost η prese:

hidraulični akumulator(Sl. 2.9, str. 71) služi za akumulaciju potencijalne energije tečnosti, koja se naknadno troši po potrebi. Takva baterija se koristi kada je potrebno obavljati kratkotrajne radove, na primjer, tijekom rada brava i hidrauličnih dizala.

Akumulator se sastoji od tordiranog cilindra sa utezima i fiksnog klipa. Cilindar se puni radnim fluidom pomoću pumpe, koja ga podiže na izračunatu visinu H.

Rezerva energije za rad u akumulatoru jednaka je:

G- težina cilindra sa tegovima; L- visina dizanja.

Za podizanje klipa potrebno je pumpati tekućinu u cilindar zapremine:

gdje S- površina presjeka cilindra.

Sila dizanja:

gdje str je pritisak u cilindru.

Tada je rad na podizanju tereta:

A=GL=pV.

Rice. 2.9. hidraulični akumulator

efikasnost baterija:

Multiplikator služi za povećanje pritiska u uljnim vodovima maziva itd.

Najjednostavniji multiplikator u dizajnu sastoji se od cilindra, klipa sa šipkom i zaptivki kutije za punjenje za klip i šipku (sl. 2.10).

Rice. 2.10. Multiplikator

u kontejneru ALI iza klipa tečnost se dovodi pod određenim pritiskom p1 koji gura klip sa silom:

D je prečnik unutrašnje površine cilindra.

Pokretu klipa i šipke opiru se sile

gdje f 1 , f 2- koeficijenti trenja zaptivnih prstenova; n 1 , n 2 b 1 , b 2- broj zaptivnih prstenova; d– prečnik.

Rezultirajuća sila koja djeluje na klip stvara pritisak na tekućinu u šupljini B - iza klipa. Pritisak fluida u ovoj šupljini će biti veći, jer je površina pritiska iza klipa manja nego ispred klipa.