เพื่อให้เข้าใจว่าเครื่องอัดไฮดรอลิกทำงานอย่างไร มาจำกฎการสื่อสารของเรือกัน ผู้เขียน Blaise Pascal พบว่าหากเติมของเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกัน ระดับของของเหลวในภาชนะทั้งหมดจะเท่ากัน ในกรณีนี้ การกำหนดค่าคอนเทนเนอร์และขนาดของคอนเทนเนอร์ไม่สำคัญ บทความนี้จะอธิบายการทดลองหลายๆ อย่างเกี่ยวกับการสื่อสารเกี่ยวกับคอนเทนเนอร์ ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องอัดไฮดรอลิก
การทดลอง
สมมติว่าเรามีเรือสื่อสารที่มีพื้นที่หน้าตัดต่างกัน เราระบุพื้นที่ของอันที่เล็กกว่าด้วย s, อันที่ใหญ่กว่า - โดย S. เติมของเหลวลงในภาชนะ ตามกฎหมายว่าด้วยเรือสื่อสาร พื้นผิวของของเหลวมีความสูงเท่ากัน
ปิดภาชนะจากด้านบนด้วยลูกสูบ เราสามารถสรุปได้ว่า s และ S เป็นพื้นที่ของลูกสูบ กดอันที่เล็กกว่าด้วยแรง f มันจะลงไปของเหลวจะไหลเข้าไปในกระบอกสูบที่ใหญ่กว่าและลูกสูบทางด้านซ้ายจะเริ่มสูงขึ้น เพื่อป้องกันไม่ให้เขาลุกขึ้น เราจะบังคับเขาด้วย แสดงว่า F.
เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของเครื่องอัดไฮดรอลิกให้มากขึ้น เรามาลองค้นหาความเชื่อมโยงระหว่างแรงทั้งสองนี้กัน เราจะดำเนินการจากสภาวะสมดุล ก่อนที่เราจะคลุมภาชนะด้วยลูกสูบ ของเหลวนั้นอยู่ในสภาวะสมดุล แรงดันในถังเท่ากัน (p=P) กดลูกสูบทั้งสองลงเพื่อให้ของเหลวยังคงสมดุล แรงกดดัน p และ P จะเพิ่มขึ้นอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้จะยังเท่าเดิม เพราะจะเพิ่มขึ้นด้วยจำนวนเงินเพิ่มเติมเท่าเดิม นี่คือปริมาณแรงดันที่เกิดจากลูกสูบ มันถูกถ่ายทอดทุกที่ตามกฎของปาสกาล
นี่คือเงื่อนไขสมดุล: p=P. คุณสามารถพิจารณาแรงดันที่เกิดจากลูกสูบหรือแรงดันของคอลัมน์ของเหลว ผลลัพธ์จะเหมือนกัน โปรดทราบว่าแรงดันที่เกิดจากลูกสูบนั้นมากกว่าแรงดันอุทกสถิตของคอลัมน์ของเหลวหนึ่งพันเท่า เสาน้ำสูงไม่กี่เซนติเมตรสร้างแรงดันปาสกาลหลายร้อย และแรงดันลูกสูบคือหลายร้อยกิโลปาสกาล และบางครั้งก็เมกะปาสกาล ดังนั้น ต่อไปนี้ เราจะละเลยความดันของคอลัมน์ของเหลว และถือว่าแรงดัน p และ P ถูกสร้างขึ้นโดยแรง f และ F เท่านั้น
การขึ้นอยู่ของแรงกดของลูกสูบบนพื้นที่ของมัน
มาคิดสูตรกัน หลักการทำงานของเครื่องกดไฮดรอลิกแบบไม่มีมันจะเข้าใจยาก p=f/s และในทำนองเดียวกัน P=F/S มาทำการแทนที่ด้วยเงื่อนไขดุลยภาพกัน ฉ/s=ฟ/ส. ทีนี้ลองเปรียบเทียบแรง f กับ F กัน ในการทำเช่นนี้ ทั้งส่วนซ้ายและขวาของนิพจน์คูณด้วย S และหารด้วย f เราจะได้ fS/sf=FS/Sf ลองยกเลิก f และ S ทั้งสองส่วนกัน ผลลัพธ์จะเท่ากับ F/f=S/s.
แนวคิดในการชนะนั้นถูกต้อง
ถ้า S>s แรงกดบนลูกสูบในภาชนะขนาดใหญ่จะมากกว่าแรงที่กดบนลูกสูบขนาดเล็กหลายเท่า พื้นที่ของลูกสูบที่ใหญ่กว่าเกินพื้นที่ของ ตัวเล็ก กล่าวอีกนัยหนึ่ง โดยการใช้แรงเล็กน้อยกับลูกสูบขนาดเล็ก ในภาชนะขนาดใหญ่ เราจะได้รับแรงที่มากกว่าแรงที่เรากดบนลูกสูบขนาดเล็ก นี่คือเอฟเฟกต์ที่เรียกว่าการเพิ่มความแข็งแกร่ง มันแสดงให้เห็นว่าแรงต่างกันกี่ครั้ง นั่นคืออัตราส่วนของ F ต่อ f คืออะไร หากเราใช้เรือที่มีพื้นที่หน้าตัดต่างกันมาก เราก็จะได้รับกำลังเพิ่มขึ้นเป็นสิบหรือพันเท่า การวิเคราะห์แรงแสดงให้เห็นอย่างชัดเจน: แรงที่เพิ่มขึ้นเท่ากับอัตราส่วนของพื้นที่ของลูกสูบขนาดใหญ่และขนาดเล็ก
การเคลื่อนตัวของลูกสูบของเครื่องไฮโดรลิก
หลายอุตสาหกรรมใช้หลักการของเครื่องอัดไฮดรอลิก: ฟิสิกส์ การก่อสร้าง การแปรรูปวัสดุ เกษตรกรรม ยานยนต์ ฯลฯ ตัวอย่างการใช้งานเครื่องจักรไฮดรอลิกแสดงอยู่ในรูป
ลองพิจารณาภาชนะสื่อสารสองลำที่มีลูกสูบเหมือนกันทั้งหมด แต่ตอนนี้เราจะไม่สนใจแรง แต่ให้คำนึงถึงระยะทางที่ลูกสูบเคลื่อนที่เมื่อเคลื่อนที่ ลองนึกภาพว่าตำแหน่งเริ่มต้นแตกต่างกัน ลูกสูบที่มีพื้นที่ S อยู่ใต้ลูกสูบที่มีพื้นที่ s ลองย้ายลูกสูบที่เล็กกว่าเป็นระยะทาง h น้ำจากเรือลำเล็กลงสู่ลำใหญ่และกดบนลูกสูบ เขาย้ายไปสูง H.
เมื่อทราบอัตราส่วนระหว่างพื้นที่ เราจะพบอัตราส่วนระหว่างความสูง ปริมาตรที่ตกอยู่ภายใต้แรงกดดันจากกระบอกสูบด้านซ้ายไปด้านขวาจะแสดงด้วย v. ของเหลวปริมาตร V เข้าไปในกระบอกสูบด้านขวา ของเหลวไม่สามารถบีบอัดได้ สิ่งนี้สามารถเขียนทางคณิตศาสตร์ได้อย่างไร? วี=วี ปริมาณด่วนในแง่ของพื้นที่และความสูง v=sh และ V=SH. ดังนั้น sh=SH S/s=ชม./ชม. ดังนั้น ความแรงที่เพิ่มขึ้นคือ F/f=h/H อัตราส่วนนี้ทำให้เราเข้าใจถึงวิธีการทำงานของเครื่องอัดไฮดรอลิก เราสรุปได้ว่าเนื่องจาก F มากกว่า f ดังนั้น H จึงน้อยกว่า h และด้วยปัจจัยเดียวกัน
สมมุติว่าเครื่องจักรไฮดรอลิกให้กำลังเพิ่มขึ้นเป็นร้อยเท่า ซึ่งหมายความว่าหากเราลดลูกสูบที่เล็กกว่าลง 100 มม. ลูกสูบอีกอันหนึ่งจะเพิ่มขึ้นเพียง 1 มม. และมีเครื่องจักรที่ให้กำลังเพิ่มขึ้นเป็นพันเท่า แต่แล้วเมื่อมีรถอยู่บนลูกสูบและต้องยกสูงหลายเมตรล่ะ?
การออกแบบและหลักการทำงานของเครื่องกดไฮดรอลิก
ในลูกสูบของพื้นที่เล็กๆ มีวาล์วที่ปิดท่อที่นำไปสู่อ่างเก็บน้ำน้ำมันเครื่อง โดยทั่วไปน้ำจะไม่ใช้ในเครื่องอัดไฮดรอลิกเพราะมีฤทธิ์กัดกร่อนและมีจุดเดือดค่อนข้างต่ำ ลูกสูบขับที่จับ ของไหลจะถูกถ่ายเทจากกระบอกที่เล็กกว่าไปยังกระบอกที่ใหญ่กว่าผ่านท่อ
เรือขนาดใหญ่ก็มีวาล์วและลูกสูบด้วย เมื่อเรายกคันโยกน้ำมันด้วยความช่วยเหลือของบรรยากาศแรงดันถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบที่เล็กกว่า เมื่อเราลดลูกสูบลง วาล์วจะปิดลง ไม่มีที่ไหนให้น้ำมันไป ดังนั้นมันจึงเข้าไปในภาชนะที่ใหญ่ขึ้น มันยกวาล์วขึ้นปริมาตรของน้ำมันเพิ่มขึ้นด้วยเหตุนี้ลูกสูบจึงสูงขึ้น เมื่อเรายกลูกสูบขนาดเล็กขึ้นอีกครั้ง วาล์วในภาชนะขนาดใหญ่จะปิดลง ดังนั้นน้ำมันจึงไม่ไปไหนและลูกสูบยังคงอยู่
หลักการทำงานของเครื่องกดไฮดรอลิกคือการสั่นสะเทือนของลูกสูบขนาดเล็กจะทำให้ลูกสูบขนาดใหญ่เคลื่อนที่ขึ้นด้านบนเสมอ อุปกรณ์นี้มีกลไกที่ช่วยให้ลูกสูบขนาดใหญ่ลงมาได้ นี่คือสายยางที่มีก๊อกน้ำในภาชนะขนาดใหญ่ เมื่อเราปิดก๊อกน้ำ เราปิดผนึกกระบอกสูบขนาดใหญ่ และเมื่อเราเปิดออก เราจะคืนเครื่องอัดไฮดรอลิกไปยังตำแหน่งเดิม คือการระบายน้ำมันออก มันกลับไปที่อ่างเก็บน้ำ ซึ่งช่วยให้ลูกสูบลดระดับลงได้