§49. Гидравлический пресс

Вопросы

1. Какой закон используют в устройстве гидравлических машин?

Ответ:

Закон Паскаля, где давление распределяется в одном слое и на всю поверхность равномерно, по всему объему, позволяет понять действия многих гидравлических машин.

2. Какой выигрыш в силе даёт гидравлических пресс (при отсутствии трения)?

Ответ:

Отношения площадей поршней, меньшего и большего, дает выигрыш в давлении на площадь, а значит в итоге в силе.
$\frac{F_{2}}{F_{1}} = \frac{S_{2}}{S_{1}}$

Упражнение 25

1. На рисунке 146 изображена упрощённая схема гидравлического подъёмника (гидравлического домкрата), где
1 — поднимаемое тело,
2 — малый поршень,
3 — клапаны,
4 — клапан для опускания груза,
5 — большой поршень.
Груз какой массы можно поднять такой машиной, если известно, что площадь малого поршня 1,2 $см^{2}$, большого — 1440 $см^{2}$, а сила, действующая на малый поршень, может достигать 1000 Н? Трение не учитывать.

рис. 146

Ответ:

Дано:
$S_{1}$ = 1,2 $см^{2}$;
$S_{2}$ = 1440 $см^{2}$;
$F_{1}$ = 1000 Н.
m−?
Решение:
Считаем соотношение площадей, так мы узнаем соотношение сил.
$\frac{F_{2}}{F_{1}} = \frac{S_{2}}{S_{1}}$;
$F_{2} = \frac{F_{1}*S_{2}}{S_{1}}$;
$F_{2} = \frac{1000 * 1440}{1,2}$ = 1200000 Н;
F=gm;
$m = \frac{F}{g}$
g = 9,8 Н/кг;
$m = \frac{1200000}{9,8} = 122 449$ кг ≈ 122 т
Ответ. 122 т можно поднять.

2. В гидравлическом прессе площадь малого поршня 5 $см^{2}$, площадь большого — 500 $см^{2}$. Сила, действующая на малый поршень, 400 Н, на большой — 36 кН. Какой выигрыш в силе даёт этот пресс? Почему пресс не даёт максимального (наибольшего) выигрыша в силе? Какой выигрыш в силе должен был бы давать этот пресс при отсутствии силы трения между поршнем и стенками пресса?

Ответ:

Дано:
$S_{1}$ = 5 $см^{2}$;
$S_{2}$ = 500 $см^{2}$;
$F_{1}$ = 400 Н;
$F_{2}$ = 36 кН;
$\frac{F_{2}}{F_{1}}$− ?
$\frac{S_{2}}{S_{1}}$ − ?
Решение:
Выигрыш в силе с учётом силы трения:
$\frac{F_{2}}{F_{1}}$ = $\frac{36000}{400}$ = 90;
Максимальный выигрыш в силе в отсутствие силы трения:
$\frac{S_{2}}{S_{1}}$ = $\frac{500}{5}$ = 100.
Гидравлический пресс не даёт максимального (наибольшего) выигрыша в силе, так как часть силы теряется на преодоление силы трения в большом цилиндре, где она более значимая, чем в маленьком.
Ответ. 90; 100.

3. Можно ли создать машину, подобную гидравлической, используя вместо воды воздух? Ответ обоснуйте.

Ответ:

Да, можно, и такие машины есть. Такие системы и машины называются пневматическими.
У них есть ряд преимуществ и недостатков. Преимущества в том, что не требуется дорогостоящая жидкость, которая скажем может замерзнуть или вытечь. При этом работа таких машин более плавная и усилие как правило создаются меньшие, за счет сжатия газа, изменения его объема. Это активно используется в системах, которые могут травмировать человека. Открывание и закрывание дверей в автобусе и электричке.
Минусом опять же является плавность работы и низкие рабочие давления. При этом если повышать давление до бесконечности, то газ может изменить свою агрегатную форму до жидкой. 

Задание

1. На рисунке 147 изображена схема автомобильного гидравлического тормоза, где:
1 — тормозная педаль,
2 — цилиндр с поршнем,
3 — тормозной цилиндр,
4 — тормозные колодки,
5 — пружина,
6 — тормозной барабан.
Цилиндры и трубки заполнены специальной жидкостью. Расскажите по этой схеме, как действует тормоз.

рис. 147

Ответ:

При нажатии на педаль тормоза создается давление в цилиндре с поршнем, на машине он называется главным тормозным цилиндром. Давление распределяется по всей системе и достигает тормозного цилиндра, называемого рабочим. В итоге из рабочего цилиндра выдвигаются поршни, которые упираются в колодки, а те в свою очередь в тормозной барабан. Барабан замедляет свое вращение или вовсе фиксируется под действием сил трения, происходит торможение данным колесом. Как правило, главный тормозной цилиндр имеет две такие камеры, по одной камере на два колеса. И в итоге, 4 контура (линии) от главного цилиндра и до каждого колеса передают давление и управляют рабочими тормозными цилиндрами.  

2. Используя Интернет, подготовьте презентацию на тему «Гидравлический домкрат в быту »

Ответ:

Слайд 1.
Название презентации "Гидравлический домкрат в нашей жизни"

Слайд 2.
Общий вид домкрата.
Описание. Гидравлический домкрат - переносной или стационарный передвижной грузоподъемный механизм для подъема и фиксации на заданной высоте тяжелых предметов.
Домкрат может использоваться как самостоятельное устройство при выполнении ремонтных или строительных работ, так и в составе более сложных механизмов (кранов, подъемников, прессов и т.д.)

Слайд 3.
Схема устройства гидравлического домкрата.

Цилиндр - корпус, который является и рабочим механизмом, и емкостью для хранения масла.
5 - поршень с пятой 1 на конце, в верхней части цилиндра, выполняющий подъем объекта.
Насос с поршнем 2 –  обеспечивает давление жидкости поступающей под поршень 5, через обратные клапана 3.
4 - винт для сброса давления.

Слайд 4.
Принцип работы гидравлического домкрата.
1. Давим на рычаг и нагнетаем рабочую жидкость поршнем 2 в цилиндр. Гидравлическая жидкость, перемещаясь в цилиндр через обратный клапан 3, увеличивает давление на поршень, в результате чего пытается его вытолкнуть, приводим его в движение.
2. Вместе с поршнем 5 перемещается шток с подъемной пятой 1. Клапан 4 не позволяет маслу перетекать обратно в корпус, так как он закрыт.
3. Для спуска штока и груза, как раз и открываем клапан 4, который позволяет жидкости перетечь в основной резервуар. Поршень опускается вместе с грузом. 

Слайд 5.
Достоинства гидравлических домкратов.
- простота эксплуатации и конструкции (время от времени требуется замена уплотнителей)
- значительная грузоподъемностью до 100-120 тонн;
- высокий КПД, так как затрата здесь только на силы трения поршней в цилиндрах;
- возможность дозированно и плавно поднимать груз;
- жесткость, устойчивость и компактность конструкции;

Слайд 6.
Недостатки.
− низкая скорость подъема;
− незначительная высота подъема;
− применение гидравлической жидкости;
− сложно поймать степень опускания груза;
− требуется механическая страховка, так как возможна внезапная поломка, которая приведет к спуску груза. 

Слайд 7.
Виды гидравлических домкратов.
− классические бутылочные (одноштоковые и телескопические) для индивидуального использования;
− подкатные, часто используются для шиномонтажных станций;
− специальные гидравлические домкраты:
а)ромбовые
б)двухуровневые
в)зацепные.

Слайд 8.
Гидравлический домкрат в быту.
Такой домкрат наиболее часто используется в гаражных условиях для поднятия автомобилей. В частных гаражах, на шиномонтажных станциях, на СТО. 
Используют на стройке для поднятия грузов, для прокладки трубопроводов, в промышленности, при спасательных работах.
Гидравлический домкрат, это универсальный механизм, который можно использоваться в жизненных ситуациях, где необходимо поднятие груза.