Μαθήματα:
- Υδραυλικός κύλινδρος
- Υπολογίστε τον όγκο διαδρομής
- Υπολογίστε την πίεση του συστήματος
- Υπολογίστε τη ροή όγκου
- Υπολογίστε την ισχύ
Υδραυλικός κύλινδρος:
Ένας υδραυλικός κύλινδρος αποτελείται από ένα περίβλημα που περιέχει ένα έμβολο και μια ράβδο εμβόλου. Η λειτουργία του βασίζεται στον νόμο του Pascal, ο οποίος έχει ήδη περιγραφεί. Το υδραυλικό υγρό αντλείται στον κύλινδρο από τη μία πλευρά, αναγκάζοντας το έμβολο να κάνει μια ευθεία κίνηση. Ο υδραυλικός κύλινδρος μπορεί να μεταδώσει πολύ υψηλές δυνάμεις. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τις τρεις καταστάσεις ενός κυλίνδρου διπλής ενέργειας:
- Α: Το έμβολο με τη ράβδο εμβόλου είναι στην πιο αριστερή θέση.
- B: Το υδραυλικό υγρό παρέχεται μέσω της αριστερής σύνδεσης του κυλίνδρου. Το υγρό σπρώχνει το έμβολο προς τα δεξιά. Το υγρό στη δεξιά πλευρά του εμβόλου αποστραγγίζεται στον κύλινδρο μέσω της σωστής σύνδεσης.
- Γ: το έμβολο βρίσκεται στη δεξιά θέση.
Στην πλευρά της ράβδου του εμβόλου (δεξιά στην παραπάνω εικόνα), η επιφάνεια όπου το υδραυλικό υγρό πιέζει το έμβολο είναι μικρότερη.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τον μηχανισμό ενός εκσκαφέα. Ο συνδυασμός μεντεσέδων, μοχλών και υδραυλικών κυλίνδρων που λειτουργούν ξεχωριστά διασφαλίζει ότι ο κάδος του εκσκαφέα είναι πολύ ευέλικτος. Οι κύλινδροι είναι τύπου διπλής ενέργειας: αλλάζοντας την κατεύθυνση του υγρού προς και από τον κύλινδρο, το έμβολο κινείται προς την άλλη κατεύθυνση.
Εκτός από τους κυλίνδρους διπλής ενέργειας, υπάρχουν επίσης:
- Κύλινδρος μονής δράσης: αυτός ο τύπος κυλίνδρου περιέχει μία υδραυλική σύνδεση. Ένα ελατήριο πίσω από το έμβολο παρέχει τη διαδρομή επιστροφής.
- Κύλινδρος με υδραυλικό buffer: η κίνηση του εμβόλου φρενάρεται στο τέλος της διαδρομής.
- Τηλεσκοπικός κύλινδρος: ένας αριθμός κυλίνδρων που ωθούνται μεταξύ τους δημιουργούν μεγάλο μήκος εργασίας όταν εκτείνονται. Όταν ανασυρθεί, ο χώρος εγκατάστασης είναι σχετικά μικρός, χάρη στον τηλεσκοπικό σχεδιασμό.
Υπολογισμός όγκου διαδρομής:
Λόγω των διαφορετικών σχεδίων των κυλίνδρων, οι εφαρμογές τους είναι ευέλικτες: όταν η ράβδος του εμβόλου πρέπει να ασκήσει μεγάλη δύναμη, η διάμετρος της ράβδου του εμβόλου είναι μεγαλύτερη, όπως και το έμβολο, ο κύλινδρος και ο όγκος του ρευστού στον κύλινδρο. Οι διαστάσεις εξαρτώνται από τη θέση εγκατάστασης και την εφαρμογή για την οποία χρησιμοποιείται ο κύλινδρος. Συναντάμε τις εξής διαστάσεις:
- διάμετρος εμβόλου (D)
- διάμετρος ράβδου (d)
- διαδρομή του εμβόλου(ων)
Η παρακάτω εικόνα δείχνει έναν κύλινδρο που περιέχει το έμβολο με ράβδο εμβόλου. Η επεξήγηση των συντομογραφιών φαίνεται δίπλα στην εικόνα.
Δήλωση:
- D = διάμετρος εμβόλου
- d = διάμετρος ράβδου
- s = εγκεφαλικό
- Αζ = περιοχή εμβόλου
- Ar = περιοχή δακτυλίου
- Αστ = περιοχή ράβδου
- Vz = όγκος πλευράς εμβόλου
- Vr = όγκος πλευράς ράβδου
Με τις διαστάσεις του εμβόλου και του κυλίνδρου μπορούμε να υπολογίσουμε τον όγκο σάρωσης στην πλευρά του εμβόλου (Vz). Για αυτό χρειαζόμαστε την επιφάνεια του εμβόλου (Az) και πολλαπλασιάζουμε αυτόν τον αριθμό με τη διαδρομή. Όταν το Az είναι άγνωστο, μπορούμε να υπολογίσουμε την περιοχή με τον ακόλουθο τύπο:
Για να προσδιορίσουμε τον τύπο διαδρομής στη δεξιά πλευρά του εμβόλου, πρέπει να αφαιρέσουμε την περιοχή της ράβδου του εμβόλου. Προκύπτει ο ακόλουθος τύπος:
Με αυτούς τους τύπους θα υπολογίσουμε τον όγκο σάρωσης του κυλίνδρου παρακάτω.
Εισάγουμε τα δεδομένα για να υπολογίσουμε τον όγκο σάρωσης στην πλευρά του εμβόλου στην πλήρως εκτεταμένη κατάσταση στον τύπο. Η τελική απάντηση είναι σε κυβικά μέτρα γιατί είναι όγκος. Μετατρέπουμε την τελευταία απάντηση σε επιστημονική σημειογραφία.
Στη συνέχεια, εισάγουμε τα δεδομένα στην πλευρά της ράβδου για να υπολογίσουμε τον όγκο του ρευστού εκεί με ένα πλήρως ανασυρμένο έμβολο. Καταλήγουμε σε μικρότερο όγκο υγρού, γιατί αυτό το χώρο καταλαμβάνει η ράβδος του εμβόλου. Μετατρέπουμε επίσης αυτήν την απάντηση σε επιστημονική σημειογραφία.
Με κυλίνδρους με συνεχή ράβδο εμβόλου με τις ίδιες διαμέτρους, ο προσδιορισμός της ροής του ρευστού είναι ευκολότερος: η ροή εισερχόμενου όγκου είναι ίση με τον εξερχόμενο όγκο.
Υπολογίστε την πίεση του συστήματος:
Η πίεση στον κύλινδρο για να πιέσει το έμβολο προς τα δεξιά επικρατεί στην επιφάνεια του εμβόλου Az. Μπορούμε να υπολογίσουμε αυτή την πίεση αν γνωρίζουμε τη δύναμη που ασκεί το έμβολο στο αντικείμενο που πρέπει να μετακινηθεί. Αυτή η δύναμη είναι 10 kN (10.000 N). Για ευκολία, χρησιμοποιούμε τα υπόλοιπα δεδομένα εμβόλου και κυλίνδρου από την προηγούμενη ενότητα.
Υπολογίζουμε την πίεση στον κύλινδρο με τον παρακάτω τύπο. Η δύναμη F είναι γνωστή (10.000 N), αλλά η επιφάνεια του εμβόλου είναι ακόμα άγνωστη.
Έτσι υπολογίζουμε πρώτα την επιφάνεια του εμβόλου:
Τώρα που γνωρίζουμε την επιφάνεια του εμβόλου, μπορούμε να υπολογίσουμε την πίεση:
Διαιρώντας το F (Newton) με το A (τετραγωνικό μέτρο) παίρνουμε μια απάντηση σε Newton ανά τετραγωνικό μέτρο [N/m²]. Αυτό είναι ίσο με Pascal, επειδή 1 Pa = 1 N/m².
Διαιρώντας τον αριθμό των Pascal με 100.000 παίρνουμε τον αριθμό των ράβδων. Αυτό το βλέπουμε στην απάντηση στον παραπάνω τύπο.
Υπολογισμός ροής όγκου:
Μπορούμε να υπολογίσουμε τη ροή όγκου διαιρώντας τα ήδη γνωστά δεδομένα με το χρόνο κατά τον οποίο το έμβολο κάνει την πλήρη διαδρομή(ες). Ρυθμίσαμε αυτό το χρόνο (t) στα 5 δευτερόλεπτα.
Υπολογίζουμε τη ροή όγκου με τον ακόλουθο τύπο:
Υπολογισμός ισχύος:
Τέλος, μπορούμε να υπολογίσουμε την ισχύ που απαιτείται για τη μετακίνηση του κυλίνδρου από αριστερά προς τα δεξιά. Για να γίνει αυτό, πολλαπλασιάζουμε την πίεση του συστήματος με τη ροή όγκου. Ο υπολογισμός φαίνεται παρακάτω.
Σχετική σελίδα:
