Ili kuelewa jinsi vyombo vya habari vya hydraulic hufanya kazi, hebu tukumbuke sheria ya vyombo vya mawasiliano. Mwandishi wake Blaise Pascal aligundua kwamba ikiwa wamejaa kioevu cha homogeneous, basi kiwango chake katika vyombo vyote ni sawa. Katika kesi hii, usanidi wa vyombo na vipimo vyao haijalishi. Makala yataelezea majaribio kadhaa ya vyombo vya mawasiliano yatakayotusaidia kuelewa muundo na kanuni ya utendakazi wa mashini ya majimaji.
Jaribio
Tuseme tuna vyombo vya mawasiliano vilivyo na sehemu tofauti tofauti. Tunaashiria eneo la ndogo kwa s, kubwa zaidi - na S. Wacha tujaze vyombo na kioevu. Kulingana na sheria ya vyombo vya mawasiliano, nyuso za vimiminika ziko kwenye urefu sawa.
Hebu tufunge vyombo kutoka juu kwa bastola. Tunaweza kudhani kuwa s na S ni maeneo ya pistoni. Bonyeza kwa ile ndogo kwa nguvu f. Itashuka, kioevu kitakuwamtiririko ndani ya silinda kubwa, na pistoni upande wa kushoto itaanza kuongezeka. Ili kumzuia asiinuke, pia tutamtumia nguvu. Iashiria F.
Ili kupata karibu kuelewa jinsi kibonyezo cha majimaji hufanya kazi, hebu tujaribu kutafuta muunganisho kati ya nguvu hizi mbili. Tutaendelea kutoka kwa hali ya usawa. Kabla ya kufunika vyombo na bastola, vimiminika vilikuwa katika usawa. Shinikizo katika mizinga ilikuwa sawa (p=P). Bonyeza chini kwenye pistoni zote mbili ili kioevu bado kibaki katika usawa. Shinikizo p na P, bila shaka, zitaongezeka. Hata hivyo, bado watabaki sawa, kwa sababu wataongezeka kwa kiasi sawa cha ziada. Hii ni kiasi cha shinikizo linaloundwa na pistoni. Inasambazwa kila mahali kwa mujibu wa sheria ya Pascal.
Hapa ndio hali ya usawa: p=P. Unaweza kuzingatia shinikizo linaloundwa na pistoni, au shinikizo la safu ya kioevu. Matokeo yatakuwa sawa. Kumbuka kwamba shinikizo linaloundwa na pistoni ni mara elfu zaidi kuliko shinikizo la hydrostatic ya safu ya kioevu. Safu ya maji yenye urefu wa sentimita chache huunda shinikizo la mamia ya paskali. Na shinikizo la pistoni ni mamia ya kilopascals, na wakati mwingine megapascals. Kwa hiyo, katika kile kinachofuata tutapuuza shinikizo la safu ya kioevu na kudhani kuwa shinikizo p na P zinaundwa pekee na nguvu f na F.
Utegemezi wa nguvu ya shinikizo la bastola kwenye eneo lao
Hebu tupate fomula, kanuni ya uendeshaji wa vyombo vya habari vya hydraulic bila hiyo itakuwa isiyoeleweka. p=f/s na vivyo hivyo P=F/S. Wacha tufanye mbadala katika hali ya usawa. f/s=F/S. Na sasa hebu tulinganishe nguvu f na F. Kufanya hivi, sehemu zote za kushoto na kulia za usemizidisha kwa S na ugawanye kwa f. Tunapata fS/sf=FS/Sf. Wacha tughairi f na S katika sehemu zote mbili. Matokeo yatakuwa usawa F/f=S/s.
Dhana ya kushinda ni halali
Kama S>s, basi nguvu ya shinikizo kwenye pistoni kwenye chombo kikubwa itakuwa kubwa mara nyingi zaidi kuliko nguvu inayobonyeza kwenye pistoni ndogo, ni mara ngapi eneo la pistoni kubwa linazidi eneo la yule mdogo. Kwa maneno mengine, kwa kutumia nguvu ndogo kwa pistoni ndogo, katika chombo kikubwa tutapata nguvu kubwa zaidi kuliko ile ambayo tunasisitiza kwenye pistoni ndogo. Hii ni athari inayoitwa kupata nguvu. Inaonyesha mara ngapi nguvu zinatofautiana, yaani, ni uwiano gani wa F hadi f. Ikiwa tunachukua vyombo ambavyo maeneo ya sehemu ya msalaba ni tofauti sana, basi tunaweza kupata faida kwa nguvu kwa sababu ya kumi au elfu. Uchanganuzi wa kulazimisha unaonyesha wazi: faida inayotumika ni sawa na uwiano wa maeneo ya bastola kubwa na ndogo.
Msogeo wa bastola za mashine ya majimaji
Sekta nyingi hutumia kanuni ya mashini ya majimaji: fizikia, ujenzi, usindikaji wa nyenzo, kilimo, magari, n.k. Mifano ya utumiaji wa mashine za majimaji imeonyeshwa kwenye mchoro.
Wacha tuzingatie vyombo viwili vinavyowasiliana vilivyo na bastola, lakini sasa tutazingatia sio nguvu, lakini kwa umbali ambao pistoni husafiri wakati wa kusonga. Hebu fikiria kwamba nafasi yao ya awali ni tofauti. Pistoni yenye eneo S iko chini ya pistoni yenye eneo la s. Wacha tusogeze bastola ndogo kwa mbali h. Maji kutoka kwa chombo kidogo kupita ndani ya kubwa nakushinikizwa kwenye pistoni. Alisogea hadi urefu H.
Kwa kujua uwiano kati ya maeneo, tunapata uwiano kati ya urefu. Kiasi ambacho kilienda chini ya shinikizo kutoka kwa silinda ya kushoto hadi ya kulia inaonyeshwa na v. Kioevu cha ujazo wa V kiliingia kwenye silinda ya kulia. Kioevu hakishikiki. Je, hii inawezaje kuandikwa kihisabati? v=v. Onyesha sauti kulingana na eneo na urefu. v=sh na V=SH. Kwa hivyo sh=SH. S/s=h/H. Kwa hivyo, faida ya nguvu ni F/f=h/H. Uwiano huu unatupa ufahamu wa jinsi vyombo vya habari vya hydraulic hufanya kazi. Tunahitimisha kwamba kwa kuwa F ni kubwa kuliko f, basi H ni chini ya h, na kwa kipengele sawa.
Tuseme mashine ya majimaji inatoa nguvu mara mia. Hii ina maana kwamba ikiwa tunapunguza pistoni ndogo kwa mm 100, pistoni nyingine itaongezeka kwa 1 mm tu. Na kuna mashine ambazo hutoa faida kwa nguvu mara elfu. Lakini vipi wakati kuna gari kwenye pistoni na inahitaji kuinuliwa hadi urefu wa mita kadhaa?
Muundo na kanuni ya uendeshaji wa kibonyezo cha maji
Kwenye pistoni ya eneo dogo kuna vali inayofunga bomba kuelekea kwenye hifadhi ya mafuta ya injini. Maji kwa ujumla hayatumiki katika mashinikizo ya majimaji kwa sababu yana ulikaji na yana kiwango cha chini cha mchemko. Pistoni inaendesha kushughulikia. Majimaji huhamishwa kutoka kwenye silinda ndogo hadi kubwa zaidi kupitia mrija.
Chombo kikubwa pia kina vali na bastola. Tunapoinua lever, mafuta, kwa msaada wa angashinikizo huingizwa kwenye silinda ndogo. Tunapopunguza pistoni, valve inafunga, hakuna mahali pa kwenda mafuta, hivyo huenda kwenye chombo kikubwa. Inainua valve ndani yake, kiasi cha mafuta huongezeka, kwa sababu ya hii pistoni huinuka. Tunapoinua pistoni ndogo tena, vali kwenye chombo kikubwa hufunga, ili mafuta yasiende popote na pistoni inabaki mahali pake.
Kanuni ya utendakazi wa vyombo vya habari vya kihydraulic ni kwamba mzunguuko wowote wa bastola ndogo daima husababisha kusogezwa kwa bastola kubwa kwenda juu. Kifaa kina utaratibu unaoruhusu pistoni kubwa kushuka. Hii ni hose yenye bomba kwenye chombo kikubwa zaidi. Tunapofunga bomba, tunafunga silinda kubwa, na tunapoifungua, tunarudi vyombo vya habari vya majimaji kwenye nafasi yake ya awali, mafuta ya mafuta. Inarudi kwenye hifadhi, ambayo inaruhusu pistoni kupunguzwa.
