Гидравлический пресс

Закон Паскаля широко используется в работе гидравлических машин. Рассмотрим работу гидравлического пресса.

Гидравлический пресс широко применяется во многих отраслях народного хозяйства, где требуются большие сжимающие усилия: при обработке металлов давлением (штамповка, ковка, прессование), при брикетировании и прессовании сыпучих материалов и пластических масс, при проведении исследований образцов на сжатие и др. Современные гидравлические прессы могут развивать очень большие усилия (500 кН и более), величина которых ограничивается лишь прочностью конструкции.

Рис. 1. Принципиальная схема гидравлического пресса:

1 — большой цилиндр; 2, 5 — поршни; 3 — подвижная платформа; 4 — малый цилиндр; 6 — рычаг.

На рис. 1. показана принципиальная схема гидравлического пресса, который может одновременно служить гидравлическим домкратом. Пресс состоит из двух цилиндров, соединенных между собой трубкой. В малом цилиндре 4 расположен поршень 5, соединенный с рычагом 6, а в большом цилиндре 1 — поршень 2, движение которого ограничено неподвижной платформой 3. В конструкциях промышленных прессов малый цилиндр заменен насосом высокого давления, а к большому цилиндру подключено специальное устройство (гидравлический аккумулятор), предназначенное для выравнивания работы насоса.

Установим основные соотношения, определяющие работу пресса. Если на конец рычага действует сила Q, а плечи его равны соответственно a и b, то, используя правило рычага, можно записать уравнение

Q (a + b) = Р₁а, откуда сила Р₁ = Q(a + b)/a.

Сила Р₁ воздействуя на малый поршень, создает гидростатическое давление в жидкости:

По закону Паскаля это давление распространяется во все точки жидкости без изменения. На большой поршень воздействует сила Р₂:

где d и D — диаметры малого и большого поршней.

Из последней формулы следует, что сила Р₂ может достигать сколь угодно больших значений и зависит лишь от соотношения диаметров поршней и плеч рычага.

В действительности развиваемое усилие Р₂ будет несколько меньше вследствие трения в движущихся частях поршня и утечек жидкости. Эти потери учитываются введением КПД h = 0,75¸0,85.

Закон Архимеда.

Рассмотрим произвольное тело объемом V, погруженное в жидкость, и найдем силу, действующую на него со стороны жидкости (рис. 2). Для простоты представим, что в жидкость погружена прямоугольная призма объемом V.

Силу гидростатического давления можно определить по значениям горизонтальных и вертикальных составляющих. Сумма горизонтальных составляющих равна нулю, так как силы давления на боковые грани равны по величине и противоположны по направлению, т. е. взаимно уравновешиваются. Вертикальные составляющие силы гидростатического давления не одинаковы. На верхнее основание площадью F сверху вниз действует сила P₁ = p gh₁ F, равная весу жидкости в объеме V₁. На нижнее основание действует сила Р₂ = р g(h₁ + h), направленная вверх. Причем значение силы Р₂ равно весу жидкости в объеме V₁ + V, находящемся над нижним основанием призмы. Поскольку Р₂ > Р₁, то равнодействующая сил гидростатического давления направлена по вертикали вверх и равна архимедовой силе:

где r gV — вес вытесненной телом жидкости.