Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гидравлический пресс

Гидравлический пресс

Гидравлический прессГидравлический пресс — это гидравлическая машина, создающая большие сжимающие усилия в процессе работы. Первоначально была названа «пресс Брама» в честь ее изобретателя Джозефа Брама, запатентовавшего машину в 1795 году. Действие гидравлического пресса основано на малой способности воды к сжатию. Благодаря этому свойству, давление, оказываемое на воду, помещенную в замкнутый сосуд, будет передаваться в разные стороны с равной силой, т. е. на каждую единицу поверхности оказывается такое давление, как и давление, которое производится извне. Сила (F), воздействующая на поверхность, равна F=PoS, где S — площадь, на которую действует сила, а P — давление. Если в замкнутый сосуд с водой вставлены два поршня, то при воздействии с силой F на меньший поршень, начнет подниматься больший поршень. Сила давления воды на больший поршень будет больше во столько раз, во сколько площадь этого поршня больше, чем площадь меньшего поршня. В этом заключается суть эффекта гидравлического усилия.

Гидравлический пресс Джозефа Брама

Свойство несжимаемой жидкости было открыто Паскалем (в середине 17-го века), о чем он писал в трактате о равновесии жидкостей. После посмертной публикации трактата (1663 г.) идея гидравлического пресса будоражила ума многих ученых, но еще более ста лет нельзя было достичь необходимой герметичности сосуда. В 90-х годах XVIII столетия английский изобретатель Брам взялся за создание гидравлического пресса. Проблему уплотнения ему помог решить Г. Модсли, создавший специальный самоуплотняющийся воротничок (манжету), без которого бы пресс не работал. Это было кольцо, разрез которого представлял обращенную букву V. С помощью чугунной формы его вытягивали из юфти, размоченной в теплой воде. Чугунная форма состояла из кольцеобразного углубления и кольца, которое соответствовало внутренней его поверхности. Прежде, чем кожа высыхала, ее пропитывали салом для мягкости. Когда цилиндр под высоким давлением заполнялся водой, края манжета раздвигались, прижимались плотно к поверхности цилиндра и таким образом, закрывали собой зазор. Если диаметр поршня был велик, воротничок был слишком гибким и легко отставал. Тогда внутрь воротничка помещали кольцо, наподобие кольца для вытягивания. Гидравлический пресс впервые был построен Брамом в 1797 году.

Гидравлический пресс Витворта

Гидравлический пресс Витворта

После этого появилось много других гидравлических изобретений, например, домкрат — устройство, предназначенное для поднятия тяжестей. В 20-е годы XIX столетия появились прессы для штамповки деталей из мягкого металла, а еще через несколько десятилетий — ковочные прессы для штамповки железных и стальных изделий. В 1875 году английский изобретатель Витворт запатентовал свой ковочный пресс. Пресс состоял из 4 колонн, закрепленных в фундаментной плите. В верхней части колонн находилась траверса (неподвижная поперечная балка) с 2-мя подъемными гидравлическими цилиндрами, с помощью которых перемещалась подвижная траверса (вверх и вниз). Внизу на подвижной траверсе был установлен штамп. Устройство было основано на комбинированном использовании гидравлических аккумуляторов и силовых насосов. Гидравлический пресс Витворта впервые использовали в 1884 году для ковки отливок. В скором времени стало очевидно бесспорное преимущество прессов над паровыми молотами. Так, ковка крупногабаритных деталей прессом была дешевле молота в 7 раз. Вскоре тяжелые паровые молоты заменили прессами.

Читайте так же:
Как обрезать кафельную плитку без плиткореза

Гидравлический пресс

Чтобы рассмотреть устройство гидравлического пресса, сначала дадим определение гидравлической машины:

Гидравлическая машина (от греческого «гидравликос» – водяной) – это машина, действие которой основано на законах движения и равновесия жидкостей и объясняется законом Паскаля.

Гидравлическая машина в основе представляет собой два цилиндра разного диаметра, в каждом из которых имеется поршень (рисунок 4). Цилиндры соединены между собой трубкой и заполнены жидкостью (водой, маслом или др.).

Так как эти цилиндры представляют собой сообщающиеся сосуды, высота столба жидкости в них будет одинакова, пока на поршни находятся в состоянии покоя.

Рисунок 4. Схематическое изображение принципа работы гидравлической машины.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда на поршни действуют некоторые силы $F_1$ и $F_2$, а $S_1$ и $S_2$ – площади поршней. По определению давления мы уже знаем, что $p=frac$, тогда:

Давление, оказываемое меньшим поршнем: $p_1=frac$

Давление, оказываемое большим поршнем: $p_2=frac$

Так как сосуды соединены между собой, по закону Паскаля $p_1 = p_2$ или $frac = frac$, откуда следует, что

Сила, действующая на поршень, прямо пропорциональна площади этого поршня. Следовательно, сила $F_2$ больше силы $F_1$ во столько раз, во сколько раз площадь большего поршня $S_2$ больше площади меньшего $S_1$.

Например, если площадь большого поршня $300 см^2$, а маленького $3 см^2$ и на него действует сила $100 Н$, то на большой поршень будет действовать сила $10 000 Н$.

Показательное отношение $frac$ называют выигрышем в силе. Другими словами, с помощью гидравлической машины можно малой силой уравновесить большую силу.

Гидравлический пресс – это гидравлическая машина, служащая для сдавливания (прессования).

Гидравлические прессы эффективно работают для преобразования малой силы в большую: используются для спрессовывания семян при изготовлении масла, для склеивания строительных материалов, для штамповки ювелирных изделий. Современные гидравлические прессы могут развивать силу в сотни миллионов ньютонов (рисунок 5).

Рассмотрим устройство гидравлического пресса:

Усложняем схему устройства гидравлической машины: теперь над большим поршнем 2 имеется платформа, куда мы помещаем прессуемое тело 1.

С помощью малого поршня 3 мы создаем большое давление на жидкость, которое также начинает действовать на поршень 2. Происходит это потому, что давление передается без изменения в каждую точку жидкости (закон Паскаля).

Площадь поршня 2 больше площади поршня 3, поэтому и сила, действующая на него, будет больше (давление одинаковое). Под действием этой силы поршень 2 начинает подниматься и придавливает прессуемое тело к неподвижной верхней платформе.

Читайте так же:
Как переделать домкрат для пресса

Здесь же установлен манометр 4 для контроля давления жидкости и предохранительный клапан 5 (автоматически открывается, когда давление превышает максимально допустимое в данном устройстве значение).

При повторяющихся движениях поршня 3 жидкость снова попадает из малого цилиндра в большой: малый поршень поднимается и открывается клапан 6. Пространство под поршнем моментально заполняется жидкостью. Когда же малый поршень 3 опускается, клапан 6 закрывается под давлением жидкости, а клапан 7 открывается. Так жидкость снова оказывается в большом сосуде.

Другие устройства и задачи

Еще одной известной разновидностью гидравлических машин является гидравлический тормоз. На данный момент практически все автомобили оснащены гидравлическими тормозами. Рассмотрим принцип работы, используя упрощенную схему (рисунок 7).

Водитель ногой создает давление на педаль тормоза, это действие передается на поршень цилиндра с тормозной жидкостью. По закону Паскаля это давление передается одинаково во все тормозные цилиндры колес автомобиля. Под давлением жидкости подвижные поршни, находящиеся в тормозном устройстве, расходятся и прижимают тормозные колодки к тормозным барабанам – вращение колес прекращается.

Другое распространенное устройство – гидравлический домкрат (рисунок 8). Принцип действия домкрата идентичен принципу действия гидравлического пресса, но с помощью него можно поднимать очень тяжелые предметы.

Жидкостью здесь выступает гидравлическое масло, а также имеется нагнетательный и спускной клапана.

Гидравлический пресс что это

После того как Паскаль провел ряд опытов по измерению атмосферного давления, он решил сконструировать «новую машину для увеличения сил». Его изобретение позволило создать гидравлический пресс (от греческого слова «гидравликос» — водяной).

Гидравлический пресс — это машина для обработки материалов давлением, приводимая в действие сдавливаемой жидкостью.

Чтобы понять принцип действия гидравлического пресса, рассмотрим рисунок 127. На нем изображены соединенные между собой два цилиндра с поршнями, имеющими разные площади сечения S1 и S2. В цилиндрах находится вода или минеральное масло.
Гидравлический пресс. фото

Рисунок 127. Принцип действия гидравлического пресса.

Пусть F1 и F2 — силы, действующие на поршни со стороны находящихся на них гирь. Докажем, что жидкость в цилиндрах будет находиться в равновесии лишь тогда, когда сила, действующая на большой поршень, во столько раз превышает силу, действующую на меньший поршень, во сколько раз площадь большего поршня превышает площадь меньшего поршня. Для этого заметим, что жидкость будет оставаться в равновесии только тогда, когда давления под поршнями будут одинаковыми:

p1 = p2
Но каждое из этих давлений можно выразить через силу и площадь:

Гидравлический пресс. фото
Гидравлический пресс. фото
что и требовалось доказать.

Отношение F1/F2 характеризует выигрыш в силе, получаемый в данной машине. Согласно полученной формуле выигрыш в силе определяется отношением площадей S2/S1. Поэтому, чем больше отношение площадей поршней, тем больше выигрыш в силе.

Читайте так же:
Мангал складной своими руками

Например, если площадь малого поршня S1 = 5 см 2 , а площадь большего поршня S2 = 500 см 2 , то выигрыш в силе будет составлять сто раз! Установив этот удивительный факт, Паскаль написал, что с помощью изобретенной им машины «один человек, надавливающий на малый поршень, уравновесит силу ста человек, надавливающих на поршень, в сто раз больший, и тем самым преодолеет силу девяносто девяти человек». Это открытие и легло в основу принципа действия гидравлического пресса.
Гидравлический пресс. фото

Рисунок 128. Устройство гидравлического пресса.

Устройство гидравлического пресса показано на рисунке 128. Цифрой 4 обозначен манометр, служащий для измерения давления жидкости внутри пресса; 5 — предохранительный клапан, автоматически открывающийся, когда это давление превышает допустимое значение.

Действие гидравлического пресса основано на законе Паскаля. Прессуемое тело 3 помещают на платформу, соединенную с большим поршнем 2. При действии некоторой силы F1 на малый поршень 1 в узком цилиндре пресса создается избыточное давление р = F1/S1. По закону Паскаля это давление передается во второй цилиндр и на поршень 2 начинает действовать сила:
ФОМУЛА26

Так как площадь второго поршня существенно превышает площадь первого поршня, то сила F2 оказывается значительно больше силы F1.

Под действием силы поршень 2 начинает подниматься и сдавливает прессуемое тело.

Последующие перекачивания жидкости из узкого цилиндра в широкий осуществляются с помощью периодических нажатий на рычаг 8. После каждого нажатия рычаг следует возвращать в исходное положение. При его подъеме малый поршень перемещается вверх, клапан 6 открывается и в пространство, находящееся под поршнем, из сосуда 9 засасывается очередная порция жидкости. При опускании рычага поршень 1 перемещается вниз и сдавливаемая жидкость закрывает клапан 6; при этом клапан 7 открывается и часть жидкости переходит в широкий цилиндр.

Гидравлический пресс. фото

Впервые гидравлические прессы стали применяться на практике в конце XVIII — начале XIX в. Современная техника уже немыслима без них. Они используются в металлообработке для ковки слитков, листовой штамповки, выдавливания труб и профилей, прессования порошковых материалов. С помощью гидравлических прессов получают фанеру, картон и искусственные алмазы.

Рисунок 129. Схема автомобильного гидравлического тормоза.

Использование гидравлического пресса в быту

С этого урока мы с вами узнали, что собой представляет гидравлический пресс. Если дать более простое определение гидравлического пресса, то это может быть такая машина, с помощью которой появляется возможность при прикладывании минимального усилия в одном месте получить максимальное в другом.

В современном мире человек привык для облегчения своего труда использовать различные виды бытовой техники. Но кроме различных бытовых приборов, которые нашли применение для облегчения домашней работы, в гаражах, мастерских и на дачах используют и инструменты, которые имеют промышленное значение. К таким инструментам относится и гидравлический пресс.

Читайте так же:
Внутренний диаметр полдюймовой трубы

Так же, как и любые бытовые приборы, гидравлический пресс имеет разные модели конструкции. Более простая модель пресса имеет ручное или ножное управление, более сложные и мощные конструкции этого прибора, как правило, имеют электрическое управление.

пресс

Так как мы уже выяснили, что гидравлический пресс больше относится к инструменту промышленного назначения, то он нашел широкое применение в промышленности, в слесарных цехах, ремонтных мастерских, а также он необходим при ремонте автомобильной техники. По сути, в каждой авторемонтной мастерской и на станциях техобслуживания автомобилей без гидравлического пресса просто не обойтись, так как с помощью этого мощного прибора невозможно было бы произвести замену различных подшипников и рычагов подвески авто.

В промышленных масштабах гидравлическое оборудование используется для выпуска прочных и долговечных пластиковых труб, а также для их соединения в единую систему, которая необходима при масштабных водопроводных работах.

С помощью гидравлического пресса выполняется запрессовка и выпрессовка подшипников, калибровка и мелкая штамповка различных деталей. Также, с помощью пресса можно произвести работы по прошивке, сгибанию и правке металлов.

Конечно же, самым простым инструментом, который работает по принципу гидравлического пресса, является знакомый всем домкрат. Этот простой и не хитрый прибор присутствует в любом гараже, а также может быть и в наборе инструментов.

О том, что без гидравлического пресса или домкрата невозможно производить ремонт или осмотр своего автомобиля, нам уже известно. Но кроме этого, с помощью гидравлического пресса подымать тяжелые или объемные предметы, а также использовать при строительных работах.

Но очень важно помнить, что работа с гидравлическим прессом выполняется под высоким давлением, поэтому очень важно соблюдать технику безопасности.

Домашнее задание

1. Что такое гидравлический пресс?

2. Чем определяется выигрыш в силе, даваемый гидравлическим прессом (при отсутствии трения)?

3. Расскажите о применении гидравлического пресса.

4. На рисунке 129 изображена схема автомобильного гидравлического тормоза (1 — тормозная педаль, 2 — цилиндр с поршнем, 3 — тормозной цилиндр, 4 — тормозные колодки, 5 — тормозные барабаны, 6 — пружина). Цилиндры и трубки заполнены специальной жидкостью. Объясните принцип действия тормоза.

Гидравлический пресс

Многие виды техники в современном мире имеют гидравлический привод рабочих узлов. Опоры автокранов, ковш экскаватора, выпускаемые шасси самолетов — все они приводятся в движение с помощью гидравлических рабочих цилиндров. Наиболее простой гидравлической машиной является пресс. Рассмотрим принцип его действия, выведем формулу гидравлического пресса.

Принцип действия гидравлического пресса

В основе работы любых гидравлических машин лежит закон Паскаля, известный из курса физики 7 класса: давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку жидкости или газа без изменений. То есть, если в одной части сосуда с жидкостью создать давление, то оно распределится по всему объему жидкости, независимо от его формы.

Читайте так же:
Магнитные зажимы для сварки

Рис. 1. Закон Паскаля.

Сила же, с которой жидкость давит на стенку сосуда, зависит от площади стенки. Это позволяет создавать большое усилие, «собрав» давление с большой площади.

Таким образом, простейший гидравлический пресс должен состоять из двух цилиндров — малого и большого, заполненных жидкостью. Если приложить силу к поршню малого цилиндра, то потребуется небольшое усилие, поскольку площадь поршня невелика. Созданное давление распределится по всей жидкости, и будет передано в большой цилиндр. Однако, площадь поршня в большом цилиндре гораздо больше, а значит, и усилие, создаваемое этим поршнем, будет значительно больше, чем усилие, приложенное к поршню малого цилиндра.

Схема простейшего гидравлического пресса

Рис. 2. Схема простейшего гидравлического пресса.

Формула гидравлического пресса

Какое же усилие может создать гидравлический пресс?

Для ответа на этот вопрос представим гидравлический пресс с двумя цилиндрами. На малый поршень площадью $S_<мал>$ воздействует сила $F_<мал>$. Она создает некоторое давление $p_<мал>$.

Давление в большом поршне $p_<бол>$ действует на большой поршень площадью $S_<бол>$, и создает усилие $F_<бол>$.

Давление равно отношению силы к площади ее приложения:

Поскольку цилиндры сообщаются, давление в обоих цилиндрах по закону Паскаля равно:

Подставляя в обе части этой формулы выражения для давления, получим:

Или, после преобразований:

Сила, создаваемая большим поршнем, во столько же раз больше силы, приложенной к малому поршню, во сколько раз площадь большого поршня больше площади малого поршня.

Гидравлический пресс как рычаг

На первый взгляд может показаться, что гидравлический пресс позволяет создавать усилие из «ниоткуда» и производить большую работу без затраты энергии. Однако это не так.

Величина произведенной работы равна произведению силы на расстояние, пройденное этой силой. Пока поршни неподвижны, работа равна нулю. Однако, если поршни начинают движение, то малый поршень пройдет во столько же большее расстояние, во сколько его площадь меньше площади большого поршня.

Получается, что выигрыш в силе на большом поршне достигается с помощью проигрыша в расстоянии на малом. Фактически гидравлический пресс является рычагом первого рода, где малый цилиндр является длинным плечом рычага, а большой цилиндр — коротким.

Рычаг первого рода

Рис. 3. Рычаг первого рода.

Что мы узнали?

Простейший гидравлический пресс состоит из двух цилиндров с поршнями, заполненный жидкостью. Создавая на малом поршне давление жидкости, можно получать на большом поршне усилие во столько же раз больше, во сколько его площадь больше площади малого.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector