Erstellen eines Modells Hydraulische Knuckle Crane
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Ein Schiff ist ein geschäftiger Ort. Wenn auf dem Meer, marine, Forschung und Fischereifahrzeuge ziehen oder schwere Lasten schieben, wie Forschungsausrüstung und Krabben Töpfe, in der und aus dem Wasser. Aber Ausrüstung und Töpfe können Hunderte von Pfund wiegen. Wie funktioniert ein Lasten Crew Lift Schiff effizient und genau? Mit einem hydraulischen Gelenkkran, natürlich. Aber was ist die Hydraulik und warum Hydraulik macht bestimmte Aufgaben zu erleichtern?
Der Druck ist eine Kraft über eine Fläche verteilt. oder eine Kraft, die durch einen Bereich unterteilt. Aufschieben der Spitze eines Glas Wasser, zum Beispiel, übt Druck auf das gesamte Wasser im Glas. Ein anderer Weg, um Druck zu denken ist an einem Objekt mit dem Finger oder mit der Handfläche drängte, sich vorzustellen. In beiden Fällen bewerben Sie sich die gleiche Kraft, aber der Druck ist anders, weil der Bereich der Spitze des Fingers viel kleiner als die Handfläche ist. Abbildung 1 zeigt ein einfaches hydraulisches System, das die Konzepte von Kraft und Druck verwendet.
Abbildung 1. Dieses einfache hydraulische System weist zwei Kolben in den Zylindern auf der Oberseite.
Das Hydrauliksystem in Figur 1 besteht aus einem flüssigkeitsgefüllten Rohr belegt mit zwei Kolben gebildet, die als die Flüssigkeit bewegt sich nach oben oder unten. Die Anwendung einer nach unten gerichteten Kraft auf diesem geschlossenen System (in diesem Fall auf der linken Kolben nach unten drücken) bewirkt, dass die Flüssigkeit gegen den rechten Kolben zu bewegen und, weil die Flüssigkeit nicht komprimierbar ist, drücken Sie den Kolben nach oben. Der Druck in der Flüssigkeit ist das gleiche an jedem Punkt innerhalb der Flüssigkeit, da die Flüssigkeit nicht komprimierbar ist. Wenn die Energie aus der auf einen Kolben ausgeübte Kraft auf die Flüssigkeit übertragen wird und dann auf den zweiten Kolben, so dass es zu bewegen, sagen wir, dass die Arbeit durch den ersten Kolben getan wurde. Hydraulische Maschinen, wie Rollstuhllifte und Bagger. verwenden Flüssigkeiten zu tun. Diese Arbeit kann auf große Aufgaben angewandt werden, wie schwere Lasten zu heben.
Ein Vorteil von hydraulischen Werkzeugen ist das Konzept der Kraftübersetzung. Kraftübersetzung ermöglicht die Kraft, die Sie auf einen Betätigungskolben mit einem Multiplikationsfaktor multipliziert werden, um eine größere Kraft zu machen auf dem zweiten Kolben einwirkt. Dies funktioniert nur, wenn der erste Kolben in der Fläche kleiner ist als der zweite Kolben. Unter dem einfachen hydraulischen System erwähnt und verändern es Kraftübersetzung zu verwenden, wird es aussehen wie in Abbildung 2.
Abbildung 2. Einfache Hydrauliksystem mit Kolben von verschiedenen Bereichen. Der Kolben mit der kleineren Fläche des Master und der Kolben mit der größeren Fläche genannt wird der Slave genannt. Der Unterschied in den Bereichen zwischen den beiden ermöglicht Kraftübersetzung.
Wenn man in den Master (kleinere) Kolben drückt, wird die Menge an Kraft auf das Slave angelegt (größere) Kolbe von der Flüssigkeit durch das Verhältnis der Fläche des Nehmerkolbens zu der Fläche des Hauptkolbens multipliziert. Unter Verwendung der Gleichungen 1 bis 3 ergibt sich diese Beziehung.
Druck am Nehmerkolben = Druck am Hauptkolben
- Der Druck ist in Einheiten von Newton (N) / Fläche
- Die Umgebung ist in Einheiten von Zentimetern (cm) im Quadrat
Da Druck wirkende Kraft über eine Fläche, die Gleichung 1 in der Gleichung 2 umgewandelt.
- Fs = Kraft aufgebracht, indem Flüssigkeit auf Nehmerkolben (in Einheiten von Newton, N)
- Fm = Kraft, die auf Flüssigkeit durch Geberkolben (N)
- As = Fläche des Nehmerkolben (cm²)
- Am = Fläche des Hauptkolbens (cm²)
In Figur 2 ist der Bereich der beiden Kolben ein Kreis und die Fläche eines Kreises ist πr², wobei R der Radius des Kreises ist. Mit dieser gegeben, können Sie die Gleichung 2 in die Gleichung 3 verwandeln die Kraft zu finden, die Flüssigkeit auf der Nehmerkolben gilt.
Kraft auf Nehmerkolben = Kraft aufgebracht, indem Hauptkolben x (Fläche der Nehmerkolben / Fläche von Geberkolben)
- Fs = Kraft aufgebracht, indem Flüssigkeit auf Nehmerkolben (N)
- Fm = Kraft, die auf Flüssigkeit durch Geberkolben (N)
- rs = Radius des Nehmerkolben (cm)
- rm = Radius des Hauptkolbens (cm)
- π = pi (ca. 3.14)
Das Verhältnis der Flächen der beiden unterschiedlichen Kolben in Gleichung 3 wird der multiplikative Faktor genannt. Unter Verwendung der Gleichung 3 kann man sehen, dass die Kraft auf den Nehmerkolben in Abbildung 2 viermal die Kraft, die durch den Hauptkolben aufgebracht ist. Also, wenn der Hauptkolben gilt 1 N Kraft auf die Flüssigkeit, die Kraft der Flüssigkeit auf dem Nehmerkolben 4 N. Aber beachten Sie, dass der Master muss um 4 cm gedrückt werden, während der Slave nur 1 cm ansteigt.
Kraftübersetzung ist der Grund, hydraulische Maschinen so nützlich ist. Eine kleine Kraft von dem Bediener an einem Ende der Maschine ist, multipliziert und die Ergebnisse in einer viel größeren Kraft, die auf dem anderen Ende. Baumaschinen wie Bagger und Gabelstapler verwenden, um die Kraftübersetzung der Hydraulik. Oft haben diese Maschinen Hydraulikzylinder. Ein Hydraulikzylinder besteht aus einem Kolben und einem Zylinder gebildet, der den Kolben und die Hydraulikflüssigkeit untergebracht ist.
In diesem Maschinenbau Projekt werden Sie die Prinzipien der Hydraulik gelten ein Arbeitsmodell eines Gelenkkran zu bauen, die eine Last abholt und bewegen. Sie können Spritzen als die Hydraulikzylinder zu handeln verwenden. Der Kolben der Spritze wirkt, wenn der Kolben in dem Hydraulikzylinder. Ein Beispiel aus der Praxis eines hydraulischen Gelenkkran bei der Arbeit wird in diesem Discovery Channel Video gezeigt:
Dieses Video aus dem Programm tödlichsten Catch zeigt die Bedeutung des hydraulischen Gelenkkran auf den Betrieb des Schiffes.
Wenn Sie möchten, ein Beispiel für die Hydraulik bei der Arbeit sehen, werfen Sie einen Blick auf dieses Projekt Science Buddies auf Gebäudemodell hydraulische Aufzüge, Jack It Up! Heben Sie eine Last Mit Hydraulik.
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