Υδραυλικά Μηχανήματα

Η ρευστή ισχύς χρησιμοποιείται στη λειτουργία ορισμένων μηχανών και εργαλείων. Μεγάλη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας παρέχεται μέσω μικρών σωλήνων και εύκαμπτων σωλήνων σε αυτά τα μηχανήματα. Το υγρό μεταφέρεται σε όλο το μηχάνημα σε κινητήρες και υδραυλικούς κυλίνδρους, στους οποίους συμπιέζεται πριν σταλεί στους τελικούς τελεστές μέσω βαλβίδων ελέγχου και σωλήνων.

Νόμος του Πασκάλ

Όταν ασκείται εξωτερική δύναμη σε οποιοδήποτε τμήμα ενός ρευστού που περιέχεται σε ένα δοχείο, μεταφέρεται ανενόχλητο και εξίσου με όλους τους τρόπους, σύμφωνα με το νόμο του Pascal για τη μεταφορά ρευστού. Σύμφωνα με το νόμο του Pascal, η πίεση που ασκείται σε ένα περιορισμένο ρευστό μεταδίδεται χωρίς αλλαγή στο μέγεθος σε όλα τα σημεία του ρευστού και στα τοιχώματα της μονάδας. Η πίεση είναι ίση προς όλες τις κατευθύνσεις σε κάθε θέση του υγρού.

Εφαρμογές

Υδραυλικοί ανελκυστήρες

Ο υδραυλικός ανελκυστήρας είναι ένας τύπος ανελκυστήρα που λειτουργεί χρησιμοποιώντας την πίεση υγρού που παράγεται από ένα κατάλληλο υγρό. Χρησιμοποιείται για την ανύψωση αυτοκινήτων σε γκαράζ και εγκαταστάσεις σέρβις. Δύο έμβολα χωρίζονται από ένα κενό γεμάτο υγρό σε έναν υδραυλικό ανελκυστήρα. Για την άσκηση δύναμης F1 απευθείας στο υγρό, χρησιμοποιείται ένα έμβολο με μικροσκοπική διατομή Α1. Το P =F/A διέρχεται μέσω του υγρού στον μεγαλύτερο κύλινδρο που συνδέεται με ένα μεγαλύτερο έμβολο επιφάνειας A2, με αποτέλεσμα μια ανοδική δύναμη P x A2.

Ως αποτέλεσμα, το έμβολο μπορεί να αντέξει σημαντική δύναμη (μεγάλο βάρος, ας πούμε, ενός αυτοκινήτου ή ενός φορτηγού, που τοποθετείται στην πλατφόρμα).

F2  =P ×A2 =F/A1 A2

Η πλατφόρμα μπορεί να ωθηθεί προς τα πάνω ή προς τα κάτω αλλάζοντας τη δύναμη στο A1. Ως αποτέλεσμα, η ασκούμενη δύναμη έχει ενισχυθεί κατά ένα ποσοστό A2/A1, που είναι η ιδιότητα της συσκευής ενός αντικειμένου.

• Σήμερα, τα υδραυλικά χρησιμοποιούνται για τη μετακίνηση μηχανών και εργαλείων για την εκτέλεση πολυάριθμων εργασιών σε σχεδόν κάθε κλάδο, ειδικά των τρακτέρ στη γεωργία. Γερανοί σε δομικές εφαρμογές, περονοφόρα ανυψωτικά σε αποθήκες κατασκευής και παραγωγής, πέδηση κατά τη μεταφορά και πολλά είναι παραδείγματα.

• Οι υδραυλικές μηχανές χρησιμοποιούν γενικά την πίεση του υδραυλικού υγρού για να υπερισχύουν της κίνησης ή μπορούμε να πούμε ότι είναι μια βασική μορφή ενέργειας.

• Τα ανατρεπόμενα φορτηγά, τα εξαρτήματα χυτευμένα με έγχυση αλουμινίου ή πλαστικού, οι γερανοί, οι γρύλοι και οι πρεσαριστές σωλήνων είναι όλα παραδείγματα υδραυλικών μηχανών.

Υδραυλικά φρένα

Το υδραυλικό φρένο είναι ένας τύπος συστήματος πέδησης στο οποίο χρησιμοποιείται ένα κατάλληλο υγρό φρένων για τη μεταφορά της πίεσης από το σύστημα ελέγχου στο σύστημα πέδησης. Κάθε φορά που πατάμε το γκάζι χρησιμοποιώντας το πόδι μας, το κύριο έμβολο από το εσωτερικό του κύριου κυλίνδρου περιστρέφεται και η προκύπτουσα πίεση μεταφέρεται μέσα στο λάδι του φρένου για να λειτουργήσει σε μεγαλύτερο έμβολο. Το έμβολο πιέζεται προς τα κάτω από μια μεγάλη δύναμη, επεκτείνοντας τα παπούτσια πέδησης στην επένδυση του φρένου. Ένα μικρό πάτημα στο πεντάλ παράγει μια τεράστια ανασταλτική δύναμη στους άξονες με αυτόν τον τρόπο.

Υδραυλικοί κινητήρες

Το νερό έχει χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία εξοπλισμού όπως η προπέλα και η τουρμπίνα κατεβαίνοντας από το ένα επίπεδο στο άλλο. Η κεφαλή είναι η διαφορά μεγέθους μεταξύ του μέγιστου και του ελάχιστου επιπέδου. Το κεφάλι ισοδυναμεί με την ποσότητα εργασίας που εκτελείται ανά κιλό βροχής που πέφτει. Πολλές μορφές ενέργειας, όπως καταρράκτες και παγωμένα ποτάμια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή υδάτινης ενέργειας με αυτόν τον τρόπο. Μπορεί να κατασκευαστεί μια τεχνητή δεξαμενή όπου οι φυσικές πηγές δεν είναι διαθέσιμες. Εάν η ενέργεια είναι άφθονη, χρησιμοποιείται για την άντληση νερού μέσα στις δεξαμενές. όταν η ενέργεια είναι σπάνια, το νερό θα χρησιμοποιείται επίσης για την τροφοδοσία τουρμπίνων.

Ένας συσσωρευτής χρησιμοποιείται για την παροχή υψηλής ισχύος για σύντομες χρονικές περιόδους κατά τη λειτουργία ορισμένων εμπορικών υδραυλικών μηχανημάτων. Μια μορφή περιλαμβάνει έναν κύλινδρο που περικλείει ένα έμβολο που είναι φορτωμένο με βάρη. Το έμβολο και τα φορτία οδηγούνται σε μια θέση στην οποία συγκρατούνται ενώ το νερό εγχέεται αργά στον κύλινδρο. Όταν παράγονται, διώχνουν γρήγορα νερό έξω από τον κύλινδρο, παρέχοντας υδραυλική ισχύ στο μηχάνημα.

Υδροστατικές συσκευές

Πολλά είδη πρέσας, μηχανές πριτσίνωσης, καπάκια, βαρούλκα και άλλες συσκευές χρησιμοποιούν νερό ή λάδι κάτω από την πίεση ως πηγή ενέργειας. Ο Joseph Bramah κατασκεύασε την υδραυλική πρέσα, συνήθως γνωστή ως υδροστατική πρέσα και αναφέρεται συχνά ως πρέσα Bramah. Αποτελείται από δύο κυλίνδρους, ο ένας γεμάτος με υγρό και ο άλλος με ένα έμβολο, οι οποίοι ενώνονται με έναν σωλήνα που είναι ομοίως γεμάτος με υγρό. Ο ένας κύλινδρος έχει μέτρια διάμετρο, ενώ ο άλλος είναι τεράστιος. Η πίεση που ασκείται στο μικρότερο έμβολο μεταδίδεται αμετάβλητη και μέσω υγρού στην κορυφή του μεγαλύτερου εμβόλου, το οποίο ωθείται υψηλότερα, σύμφωνα με το νόμο του Pascal.

Παρά το γεγονός ότι και τα δύο έμβολα έχουν την ίδια πίεση (δύναμη για κάθε μονάδα επιφάνειας), η συνολική δύναμη προς τα πάνω στο μεγαλύτερο έμβολο είναι περισσότερες φορές μεγαλύτερη από την αντοχή στο μικρότερο έμβολο λόγω μεγαλύτερης μεγαλύτερη περιοχή του εμβόλου. Εάν το μικρότερο έμβολο έχει επιφάνεια 2 sq in. και υποβάλλεται σε δύναμη 100 lb, η δύναμη στο μεγαλύτερο έμβολο, που έχει επιφάνεια 50 sq in., είναι 2.500 lb (10050/2=2.500 ). Όποτε κινούνται τα έμβολα, εν τω μεταξύ, η απόσταση που διανύει το μικρότερο έμβολο είναι αναλογικά μεγαλύτερη από την απόσταση που διανύει το μεγαλύτερο έμβολο.

Ο υδραυλικός γρύλος, ο οποίος είναι επίσης χρήση του νόμου του Pascal, χρησιμοποιείται για την άσκηση τεράστιων δυνάμεων ή την ανύψωση μεγάλων φορτίων. Αποτελείται από δύο έμβολα διαφορετικού μεγέθους που περικλείονται σε κυλίνδρους που συνδέονται μεταξύ τους με έναν σωλήνα, παρόμοιο με την υδραυλική πρέσα. Όταν μια λαβή που συνδέεται με το μικρότερο έμβολο αποφασίζεται να κινηθεί εμπρός και πίσω, ένα υγρό αντλείται στον κύλινδρο του μεγαλύτερου εμβόλου, αναγκάζοντας το μεγάλο έμβολο να κινηθεί. Μια μέτρια δύναμη που παρέχεται στο μικρότερο έμβολο μπορεί να δημιουργήσει μεγάλο φορτίο στο μεγαλύτερο με αυτόν τον τρόπο. Ο νόμος του Pascal εφαρμόζεται επίσης στον υδραυλικό ανελκυστήρα.

Συμπέρασμα:

Οι υδραυλικές μηχανές βρίσκονται σε ένα ευρύ φάσμα μηχανολογικού εξοπλισμού, από αυτοκίνητα μέχρι σιδηροδρομικά ελατήρια. Αυτά τα συστήματα βασίζονται σε μια απλή ιδέα, αλλά είναι εξαιρετικά επιτυχημένα. Αυτές οι συσκευές μπορούν να σηκώσουν εξαιρετικά μεγάλα βάρη που θα ήταν αδύνατο να σηκωθούν διαφορετικά. Τα υδραυλικά μηχανήματα λειτουργούν με την αρχή της πίεσης. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε αυτά τα συστήματα προκειμένου να κατανοήσουμε καλύτερα τα εξελιγμένα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται παντού. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτήν την έννοια.