Гідравлічний прес

Візьміть два шприци чітко різного розміру — наприклад, 5 мл і 50 мл. Виміряйте внутрішній діаметр циліндра кожного з них штангенциркулем.

Обчисліть площі: A = π d² / 4.

Обчисліть відношення A₂/A₁. Це єдине число передбачає все, що зробить машина, тому запишіть його перед будь-яким тестуванням.

З'єднайте два шприци трубкою та заповніть весь контур водою, витискаючи кожну бульбашку.

Повітря — ворог, і це не дрібниця. Повітря стискається; вода практично ні. Бульбашка поглинає ваш хід, немов губка, замість того щоб передати його далі, тож преса відчувається м'якою і дає лише частку своєї сили.

Кожна гідравлічна система, коли-небудь створена, має процедуру випускання повітря саме з цієї причини.

Поставте велику шприц-ємність вертикально й покладіть кухонні ваги під її поршень. Натискайте на малий шприц відомою силою — покладіть на нього тіло відомої маси.

Зніміть показання сили на великому шприці.

Порівняйте отримане значення з передбаченим співвідношенням із кроку 1. Очікуйте збігу в межах, можливо, 10–20% — різниця зумовлена тертям ущільнень, яке є реальною платою в кожній гідравлічній машині і тим, з чим Брама не зміг впоратися самостійно.

Позначте обидва поршні. Перемістіть менший на виміряні 50 мм і виміряйте, на яку відстань перемістився більший.

Очікуйте, що це буде 50 мм ÷ (A₂/A₁).

Помножте силу на відстань на кожному кінці. Два добутки мають бути приблизно рівними. Ви не створили енергію — ви змінили її умови. Це варто робити свідомо, адже саме цей момент люди найчастіше пропускають у гідравліці.

Повторіть крок 3 із сухими плунжерами, а потім із злегка змащеними.

Очікуйте, що змащена версія забезпечить помітно більше зусилля за того самого вхідного зусилля.

Різниця полягає в тертю ущільнення, і вона залежить від тиску — чим сильніше ви натискаєте, тим сильніше ущільнення притискається до циліндра. Прес, який ефективний за низького тиску, може бути поганим за високого тиску, саме тому шкіряну манжетну манжету і пізніше О-подібне кільце було винайдено для розв'язання цієї проблеми.

Патент. Британський патент 2045, «Отримання та застосування рушійної сили», Джозеф Брамә, 31 березня 1795. Паскаль сформулював принцип у 1653 році; Брамә створив машину.

Вона протікала, і Генрі Модслі її виправив. Перші преси не могли утримувати тиск — ущільнення навколо плунжера виштовхувалося тим самим тиском, який воно мало утримувати. Працівник Брамә, Генрі Модслі, винайшов самозатискне шкіряне манжетне ущільнення: шкіряна манжета, спрямована назустріч тиску, так що чим сильніше рідина тисне, тим щільніше ущільнення притискається до отвору. Тиск ущільнює власну ємність. Без цього патент 2045 був би гарною ідеєю, що не працює, а ім'я Модслі має стояти поряд з іменем Брамә — згодом він сам став одним із засновників верстатобудування.

Самопідсилювальне ущільнення — це ідея, яка пережила прес. Шкіряна манжета, сучасне губчасте ущільнення, O-подібне кільце в канавці та поршневе кільце в отворі працюють однаково: геометрія перетворює тиск, який ущільнюють, на силу, що виконує ущільнення.

Куди це пішло. Прес Брамә зробив можливими кування, пресування в тюки і — разом з акумулятором Армстронга півстоліття пізніше — гідравлічні енергомережі, які приводили в дію доківські крани, поворотні мости та театральні підйомники у вікторіанських містах. Центральні гідравлічні магістралі були реальною комунальною послугою, у Лондоні — до 1977 року.

Чесне обмеження. Гідравлічний прес повільний, а його хід короткий через крок 4. Він є неправильною машиною там, де важливі швидкість або хід, і правильною там, де важлива сила, — тому преси гідравлічні, а токарні верстати — ні.