Инженерное применение закона Паскаля

На законе Паскаля основано действие многих гидравлических машин, например, прессов (домкратов).

Гидравлический пресс(домкрат) служит для создания больших усилий, необходимых для сжатия материала образца или подъема тяжестей. Пресс состоит издвух сообщающихся сосудов - цилиндров различной площадью сечения, заполненных жидкостью (маслом или водой) и закрытых сверху поршнями. Давление, приложенное к рукоятке (рычагу, рис. 2.8, стр. 70). К поршню малого диаметра прикладывается усилие, которое, согласно закону Паскаля, передается на поршень большего диаметра, этот поршень перемещается вверх и совершает полезную работу.

Введем обозначения: пусть F – усилие на рычаг пресса, F₁ - сила действующая на малый поршень №1 площадью S₁, F₂ – сила, развиваемая большим поршнем №2 площадью S₂. Аналитическое представление принципа действия гидравлического пресса выглядит следующим образом:

,

тогда

.

Рис. 2.8. Гидравлический пресс

При необходимости учета трения в манжетах пресса, уплотняющих зазоры, справедлива зависимость учитывающая коэффициент полезного действия η пресса:

.

Гидравлический аккумулятор(рис. 2.9, стр. 71) служит для накопления потенциальной энергии жидкости, которая впоследствии расходуется по меренеобходимости. Применяется такой аккумулятор, когда необходимо произвести кратковременную работу, например, при эксплуатации шлюзов и гидроподъемников.

Аккумулятор состоит из под­витого цилиндра с грузами и неподвижного поршня. Цилиндр при помощи насоса заполняется рабочей жидкостью, которая поднимает его на расчетную высоту H.

Запас энергии для работы в аккумуляторе равен:

A = GL,

G - вес цилиндра с грузами; L – высота подъема груза.

Для поднятия поршня необходимо закачать в цилиндр жидкость объемом:

V = SH,

где S – площадь сечения цилиндра.

Усилие для подъема груза:

G =pS,

где p – давление в цилиндре.

Тогда работа, затрачиваемая на подъем груза:

A = GL=pV.

Рис. 2.9. Гидравлический аккумулятор

К.п.д. аккумулятора:

Мультипликаторслужит для увеличения давления в маслопроводах смазывающих устройств и т. п.

Простейший по конструкции мультипликатор состоит из цилиндра, поршня со штоком и сальниковых уплотнений поршня и штока (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Мультипликатор

В емкость А за поршнем подается жидкость под некоторым давлением p₁ которая выдавливает поршень с силой:

D – диаметр внутренней поверхности цилиндра.

Движению поршня и штока оказывают сопротивление силы

,

где f₁, f₂ - коэффициенты трения уплотнительных колец; n₁, n₂ – количество уплотнительных колец; b₁, b₂ – количество уплотнительных колец; d – диаметр.

Результирующая сила, действующая на поршень, создает давление на жид­кость в полости В - за поршнем. Давление жидкости в этой полости будет больше, так как площадь давления за поршнем меньше, чем перед поршнем.

Уравнение равновесия сил (силами инерции пренебрегают ввиду малого уско­рения):

P₁-T₁-T₂ = Р₂ ,

или

откуда

.

Если пренебречь силами трения (f₁ = f₂ = 0), то

Отношение:

,

называют коэффициентом мультипликации.