Wie Hydraulik arbeitet, Wissenschaft der Hydraulik
W as ist die Verbindung zwischen einer Wasserpistole und diesem gigantischen Kran? Auf dem Gesicht von ihm, keine Verbindung überhaupt. Aber denken Sie über die Wissenschaft hinter ihnen, und Sie werden eine überraschende Schlussfolgerung kommen: Wasserpistolen und Kräne verwenden, um die Leistung von Flüssigkeiten in einer sehr ähnlichen Art und Weise zu bewegen. Diese Technologie heißt Hydraulik und es wird benutzt, um alles aus dem Auto Bremsen und Müllwagen zu Servolenkung und Garage Buchsen Motorboot. Werfen wir einen genaueren Blick auf, wie es funktioniert!
Foto: Der Kran hebt seinen riesigen Boom in die Luft Hydraulikzylinder verwenden. Können Sie die Böcke hier vor Ort? Die wichtigsten sind Silber in der Sonne im Zentrum des Bildes leuchtet. Es gibt rammt auch die Stabilisatoren unterstützen: Füße, die in der Nähe der vier Räder erstrecken, den Kran an der Basis zu unterstützen, wenn der Ausleger ausgefahren ist (sie sind mit orangefarbenen und grauen Streifen schattiert).
Sie können keine Flüssigkeit zerquetschen!
Foto: Warum Wasser spritzt so schnell aus einer Spritze? Man kann nicht wirklich eine Flüssigkeit komprimieren überhaupt, so dass, wenn man das Wasser zwingen, nach oben durch den breiten Teil der Spritze durch am Boden hart auf den Kolben drückt, wo ist das Wasser gehen zu gehen? Es hat durch die Spitze zu entkommen. Da die oberen viel schmaler ist als der Boden ist, tritt das Wasser in einem Hochgeschwindigkeitsstrahl. Hydraulics läuft dieser Prozess in umgekehrter Richtung niedriger Geschwindigkeit zu erzeugen, aber mehr Kraft, die verwendet wird, Hochleistungsmaschinen anzutreiben. Es ist genau das gleiche in einer Wasserpistole, die effektiv nur eine Spritze wie eine Pistole geformt ist.
Die Tatsache, dass Flüssigkeiten komprimieren nicht leicht ist unglaublich nützlich. Wenn Sie jemals eine Wasserpistole (oder eine squeezy Spülmittel Flasche mit Wasser gefüllt) gefeuert, haben Sie diese Idee bereits verwendet. Sie haben wahrscheinlich bemerkt, dass es einige Mühe nimmt den Auslöser einer Wasserpistole (oder zu quetschen Wasser aus einer Abwasch Flasche) zu drücken. das Wasser zu zwingen, aus durch eine enge Düse Wenn Sie den Auslöser (oder drücken Sie die Flasche) drücken, werden Sie mit ziemlich hart arbeiten. Sie setzen tatsächlich Druck auf das Wasser und das ist, warum es zu einer viel höheren Geschwindigkeit abspritzt, als Sie den Auslöser zu bewegen. Wenn das Wasser nicht inkompressibel ist, Wasserpistolen würden nicht richtig funktionieren. Sie würden die Auslöser drücken und das Wasser im Innern würde einfach zerquetschen bis in einen kleineren Raum-es wäre nicht aus der Düse schießen, wie man erwarten würde.
Wenn Wasserpistolen (und squeezy Flaschen) können Kraft und Geschwindigkeit ändern, dass Mittel (in streng wissenschaftlichen Begriffen) sie wie Werkzeuge und Maschinen arbeiten. In der Tat, die Wissenschaft von Wasserpistolen Kräfte einige der weltweit größten Maschinen-Krane, Kipper und Bagger.
Hydraulik in Theorie
Drehen Sie eine Wasserpistole an seinem Ende, und das ist (grob vereinfacht), was im Inneren vor sich geht:
Wenn Sie auf den Auslöser drücken (in rot dargestellt), wenden Sie eine relativ große Kraft, dass der Auslöser eine kurze Strecke bewegt. Da das Wasser nicht in einen kleineren Raum quetscht, wird es durch den Körper der Pistole auf die schmale Düse und spritzt mit weniger Kraft, aber mehr Geschwindigkeit gezwungen.
Die Wissenschaft hinter der Hydraulik ist Pascal Prinzip genannt. Im Wesentlichen, weil die Flüssigkeit in dem Rohr nicht komprimierbar ist, muss der Druck konstant bleiben den ganzen Weg durch sie, auch wenn Sie es schwer, an einem oder dem anderen Ende sind schieben. Nun Druck wird definiert als die Kraft pro Flächeneinheit wirkt. Also, wenn wir mit einer kleinen Kraft auf einem kleinen Bereich, an dem schmalen Ende des Rohres auf der linken Seite nach unten drücken, muss es eine große Kraft sein Handeln nach oben auf dem größeren Flächenkolben auf dem rechten Seite gleich den Druck zu halten. Das ist, wie die Kraft wird vergrößert.
Hydraulik in der Praxis
Sie können Hydraulik bei der Arbeit in diesem Bagger sehen. Wenn der Fahrer einen Griff zieht, pumpt das Gräbermotorflüssigkeit in die engen Rohre und Kabel (in blau dargestellt), wodurch der Hydraulikzylinder (in rot abgebildet) zu verlängern. Die Böcke sehen ein bisschen wie Fahrrad in umgekehrten Pumpen arbeiten. Wenn Sie mehrere Böcke setzen, können Sie einen Bagger Arm machen verlängern und ähnlich wie ein Person im Nur-mit weit größeren Kraft bewegen. Die Hydraulikzylinder sind effektiv die Muskeln des Bagger:
Jeder RAM arbeitet wie eine Diesel-Wasserpistole in umgekehrter Reihenfolge:
Der Motor pumpt Hydraulikfluid durch eine der dünnen Rohrleitungen mit viel größerer Kraft der dickere Widder zu bewegen, wie folgt aus:
: Ein Hydraulikzylinder bewegt sich entweder nach innen oder nach außen, je nach welcher Richtung das Hydraulikfluid fließt.
Nächstes Mal, wenn Sie unterwegs sind, sehen, wie viele hydraulische Maschinen Sie können vor Ort. Sie könnten nur, wie viele Lastwagen, Kräne, Bagger, Kipper, Bagger, Planierraupen und nutzen sie überrascht sein. Hier ist ein weiteres Beispiel: ein hydraulischer Heckenschneider auf der Rückseite eines Traktors. Der Schneidkopf muss robust und schwer sein, durch Hecken und Bäume zu zerschneiden und es gibt keine Möglichkeit der Fahrer heben konnte oder sie von Hand positionieren. Glücklicherweise sind die hydraulischen Steuerungen alles tun, dass automatisch: mit mehreren hydraulischen Verbindungen, ein wenig wie eine Schulter, Ellbogen und Handgelenk, den Schneid bewegt sich mit so viel Flexibilität wie ein menschlicher Arm:
versteckte Hydraulik
Nicht alle hydraulischen Maschinen sind so offensichtlich, aber; manchmal ihre Hydraulikzylinder sind aus den Augen verborgen. Aufzüge ( „Aufzüge“) behalten ihre Arbeiten gut versteckt, so dass es nicht immer offensichtlich, ob sie in der traditionellen Weise (nach oben gezogen und nach unten durch ein Kabel mit einem Motor angebracht ist) arbeiten oder Hydraulik stattdessen verwenden. Kleinere Aufzüge benutzen oft einfache Hydraulikzylinder direkt unter oder neben dem Aufzugsschacht montiert. Sie sind einfacher und billiger als herkömmliche Aufzüge, kann aber durchaus ein bisschen mehr Leistung verwenden.
Motoren sind ein weiteres Beispiel, wo Hydraulik kann ausgeblendet werden. Traditionelle Elektromotoren verwenden Elektromagnetismus: wenn ein elektrischer Strom durch die Spulen in sie fließt, ist es eine temporäre magnetische Kraft erzeugt, die gegen einen Ring von Permanentmagneten drückt, so dass die Motorwelle drehen. Hydraulikmotoren sind wie Pumpen in umgekehrter Richtung zu arbeiten. In einem Beispiel genannt ein hydraulisches Getriebemotor strömt das Fluid in den Motor durch ein Rohr, ein Paar dicht kämmenden Zahnrad drehen machen, bevor sie wieder nach außen durch ein anderes Rohr strömt. Eines der Zahnräder ist mit der Motorwelle verbunden ist, dass unabhängig von treibt der Motor mit Strom versorgt, während die andere (die „idler“) einfach frei der Mechanismus vollständig zu machen dreht. Wo ein traditionelles hydraulische Ramme die Leistung eines gepumpten Fluids verwendet den RAM hin und her über eine begrenzte Strecke zu schieben, ein hydraulischer Motor verwendet Fluid kontinuierlich fließenden der Welle für eine so lange wie nötig zu machen.
Kunstwerk: Ein vereinfachtes Hydraulikgetriebemotor. Das Fluid (gelb) fließt von der linken Seite, dreht sich die beiden Zahnräder und fließt nach rechts aus. Eines der Zahnräder (rot) treibt die Abtriebswelle (schwarz) und der Maschine, an dem der Motor angeschlossen ist. Das andere Zahnrad (blau) ist ein Zwischenrad.
Warum würden Sie einen Hydraulikmotor anstelle eines elektrischen verwenden? Wo ein leistungsfähiger im Allgemeinen Elektromotor wirklich groß sein muss, ein Hydraulikmotor genauso leistungsfähig kleine und kompakter sein, weil es in einiger Entfernung ihre Energie von einer Pumpe zu bekommen. Sie können auch Hydraulikmotoren an Orten, in denen Strom nicht rentabel sein könnte oder sicher, zum Beispiel unter Wasser, oder wo es ein Risiko eines elektrischen Funken einen Brand oder eine Explosion zu schaffen.