Jack It Up! Heben Sie eine Last Mit Hydraulik

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Da kleinere Verletzungen möglich sind, seien Sie vorsichtig, wenn Sie ein Werkzeug wie eine Säge. Achten Sie darauf, eine Schutzbrille zu tragen, wenn Werkzeuge. Verwenden Sie Epoxy in einem gut belüfteten Raum und folgen alle Sicherheitsempfehlungen auf der Verpackung. Beaufsichtigung durch Erwachsene ist erforderlich.

Um die Prinzipien der Hydraulik in den Aufbau einer Arbeitsmodell eines hydraulischen Hebe gelten.

Einführung

Eine Kraft, die sich über eine Fläche. oder eine Kraft, die von einer Fläche geteilt wird Druck genannt. Aufschieben der Spitze eines Glas Wasser übt Druck auf dem Wasser. Ein anderer Weg, um Druck des Denkens ist, sich vorzustellen, sich auf ein Objekt mit dem Finger oder mit der Handfläche drücken. 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.

Das Hydrauliksystem in Figur 1 besteht aus einem flüssigkeitsgefüllten Schlauch mit zwei Kolben überstiegen hat. 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. Da die Flüssigkeit nicht komprimierbar ist, ist der Druck in der Flüssigkeit das gleiches an jedem Punkt innerhalb der Flüssigkeit. Wenn die Energie aus der auf einen Kolben ausgeübte Kraft auf die Flüssigkeit übertragen wird und gibt seine Energie den zweiten Kolben zu bewegen, sagen wir, dass die Arbeit durch die ersten Kolben in die Flüssigkeit erfolgt ist. Hydraulische Maschinen, wie Rollstuhllifte und Wagenheber, verwenden Flüssigkeiten zu tun. Diese Arbeit kann auf die Durchführung große Aufgaben wie das Heben schwerer Lasten eingesetzt werden.

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. Wenn wir das einfache hydraulische System erwähnt nehmen und verändern es Kraftübersetzung zu verwenden, wird es aussehen wie in Abbildung 2.

Wenn die Master (kleinen) Kolben in gedrückt wird, 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. Diese Beziehung ist in den Gleichungen 1-3 abgeleitet.

Druck am Nehmerkolben = Druck am Hauptkolben

Der Druck ist in Einheiten von Newton / Bereich
Die Umgebung ist in Einheiten von Zentimetern [cm] im Quadrat

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 & pgr; r 2, wobei r der Radius des Kreises ist. Unter Verwendung dieser Tatsache, Gleichung 2 in Gleichung 3 transformiert, um die Kraft durch die Flüssigkeit auf dem Nehmerkolben aufgebracht zu finden.

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 von Gleichung 3 wird die Kraft auf den Nehmerkolben in Abbildung 2 das Vierfache der aufgebrachte Kraft durch den Hauptkolben. Also, wenn der Master gilt 1 N Kraft auf die Flüssigkeit, die Kraft der Flüssigkeit auf dem Slave 4 N. Das einzige Problem ist, 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 der Bedienungsperson an einem Ende ist, multipliziert und die Ergebnisse in einer viel größeren Kraft, die auf dem anderen Ende der Maschine. 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 wissenschaftlichen Projekt, bauen Sie drei Modelle hydraulische Aufzüge und demonstrieren das Konzept der Kraftübersetzung Spritzen mit unterschiedlichen Radien verwenden. Die Spritzen wirken als Hydraulikzylinder. Der Kolben der Spritze wirkt, wenn der Kolben in dem Hydraulikzylinder. Ein richtiges Beispiel eines hydraulischen Aufzug ist ein Fahrzeug Rollstuhllift, wie die in Figur 3 gezeigten Was das maximale Gewicht kann jedes Modell Lift anheben wird? Wird die maximale Gewichtsänderung, wenn Sie die Größe des Nehmerkolbens ändern?

Begriffe und Konzepte

Hydraulik
inkompressible
Kraft
Bereich
Druck
Kolben
Energie
Arbeit
Kraftübersetzung
Newton
Radius (Radien)
Multiplikationsfaktor
Hydraulischer Zylinder
Hydraulischer Aufzug
Durchmesser

Was ist Gewalt? Welche Einheiten wird gemessen, in?
Wie wird Kraft zu arbeiten und Energie zu tun?
Was sind einige Beispiele für in hydraulischen Systemen verwendeten Flüssigkeiten?
Was ist die wichtigste Eigenschaft einer Hydraulikflüssigkeit oder Flüssigkeit?
Könnten Luftlasten verwendet werden, anstelle von Flüssigkeit zu heben? Warum oder warum nicht?
Was ist der Unterschied zwischen dem Hauptkolben und dem Nehmerkolben?

Literaturverzeichnis

Materialien und Geräte

Wandplatten, blank, Edelstahl (3). Sie können leere Wandplatten aus dem Baumarkt kaufen. Mindestgröße: 4,5 x 2,75 Zoll
Phillips-Schraubendreher
Spritzen, 12 cc, Katheterspitze (4). Sie können 12-ccm-Spritzen von www.amazon.com erhältlich sind.
Spritze, 35 cc, Katheterspitze. Sie können eine 35-ml-Spritze von www.amazon.com erhältlich sind.
Spritze, 60 cc, Katheterspitze. Sie können eine 60-ml-Spritze von www.amazon.com erhältlich sind.
Optional: Bügelsäge
Optional: Die Datei. Sie können eine Datei aus dem Baumarkt kaufen.
Allzweckmesser
Epoxy. Sie können entweder Elmer's® super Epoxyzement oder Devcon 5 Minuten Epoxy verwenden.
Papierplatten (3)
Einweglöffel (3)
Optional: Klempner Kitt
Schraubstock, 4-Zoll. Sie können bei www.amazon.com einen Schraubstock aus dem Baumarkt oder online erwerben.
Metric Gewichtssatz oder eine Vielzahl von Materialien mit unterschiedlichem Gewicht, die zum Testen verwendet werden können. Sie können ein metrisches Gewicht von Ihrer Schule Wissenschaftslabor gesetzt leihen. Borrow ein 500-Gramm-Gewichts, ein 200 Gramm-Gewicht, zwei oder drei 100-Gramm-Gewicht, und mehr kleineren Gewichte zu starten.
Digitalwaage, wenn Sie nicht eine Reihe von Standard-Gewichten. Sie können eine digitale Waage online unter www.amazon.com erhältlich sind.
Silikonbrennstoffschlauch, 5/32-Zoll-Innendurchmesser (3 Fuß). Sie können Silikon Kraftstoffschlauch von www.amazon.com oder von einem Hobby-Shop erwerben.
Wasserglas
Herrscher
Erwachsene Freiwillige
Lab Notebook
Millimeterpapier

Versuchsdurchführung

Bau des Modells Hydraulische Aufzüge

Sie wird als nächstes eine weitere 12-ml-Spritze und Schlauch verwenden, um die Master-Spritze (oder Haupthydraulikzylinder) zu machen.
1. Geschnitten, um ein 30 Zentimeter (cm) Stück Schlauch.
2. Schiebt die Spitze einer 12-ml-Spritze in ein Ende des Schlauchs (das nicht an eine Wandplatte geklebt ist).
3. Die Master-Spritze ist nun bereit, an die Slave-Spritze (Slave-Hydraulikzylinder) zum Befestigen des hydraulischen Aufzug zu schaffen.
Füllt die Master-Spritze und die Schläuche mit Wasser und bereiten sie an die Slave-Spritze zu befestigen, die Hebebühne zu schaffen. Wasser wird als das Hydraulikfluid in den Hydraulikaufzügen dienen.
1. Schieben des Kolbens in der Spritze Master den ganzen Weg nach unten, so dass es vollständig in den Zylinder gedrückt wird.
2. Legen Sie das freie Ende des Schlauches in das Glas Wasser und zieht die Kolben nach oben (während fest um den Rest der Spritze). Dadurch wird Wasser in den Schlauch und Spritze saugen. Ziehen Sie den Kolben langsam und gleichmäßig, so dass Sie immer Blasen im Schlauch zu vermeiden.
3. Ziehen Sie den Kolben Master-Spritze soweit es ohne fallen aus dem Zylinder der Spritze gehen kann.
4. Drücken Sie die Master Spritze der Kolben ein klein wenig alle Blasen am Ende der Rohrleitung zu entfernen.
Die Spitze der Spritze 12 cc Slave in das freie Ende der Rohrleitung, die mit dem Hauptzylinder verbunden ist. Siehe Abbildung 6 zu sehen, wie zusammen diese beiden Teile zu setzen.
1. Bestätigen, dass die 12 cc hydraulische Hebe funktioniert durch Drücken und Ziehen, das Wasser in die und aus der Slave-Spritze durch Schieben und Ziehen des Kolbens Master Spritze. Hinweis: Wenn der Schlauch die Spritzen öffnet ab, einfach nachgefüllt den Schlauch und Master-Spritze mit Wasser, wie in Schritt 6, und bringen den Schlauch an die Slave-Spritze, die Verbindung mit Klempner Kitt abgedichtet wird.
2. Beenden Sie Ihre Praxis auf dem Hauptkolben durch Ziehen und das Wasser aus der Slave-Spritze wieder in die Schlauch und Master-Spritze zu bringen.

Wiederholen Sie die Schritte 6 und 7 unter Verwendung der 35 cc Spritze Slave / Metallplattenanordnung und eine 12 cc Spritze Master / Rohr-Anordnung, die 35 cc Modell hydraulischen Aufzug zu schaffen.
Wiederholen Sie die Schritte 6 und 7 unter Verwendung der 60 cc Spritze Slave / Metallplattenbaugruppe und eine 12-cc-Spritze Master / Rohr-Anordnung, die 60 cc Modell hydraulischen Aufzug zu schaffen.

Testen der Modell Hydraulische Aufzüge

Sie sind jetzt bereit, den 12 cc Modelle hydraulischen Aufzug zu testen, wird der 35 cc Modell hydraulischen Lift und das Modell 60 cc hydraulischen Aufzug (alle mit einer 12 cc Spritze Master oder Haupthydraulikzylinder). Alle drei Modelle hydraulische Aufzüge sollten eine Master- und Slave-Spritze haben, und Hydraulikfluid, oder Wasser, in der Master-Spritze und Schlauch.
1. Stellen Sie sicher, dass das Hydraulikfluid, oder Wasser, in den Schlauch und Master Spritze ist. Der Nehmerkolben muss in seinem Zylinder gedrückt werden.
Setzen Sie den Schraubstock auf einem stabilen Tisch. Der Schraubstock wird verwendet werden, um die Aufzüge zu unterstützen und zu halten, während sie heben.
Verwenden, um einen Satz von Lichtgewichten (wie zum Beispiel der Metrik-Gewichte in der Materialliste) oder verschiedener Arten von Materialien mit unterschiedlichen Gewicht, das Modell hydraulische Hebe zu testen.
1. Zum Beispiel können Sie Bücher, Flaschen Wasser, oder Dosen von Lebensmitteln verwendet werden. Sie können ein paar verschiedene Elemente kombinieren, um schwerere Gewichte zu machen.
Um den 12 cc Musteraufzug zum Testen vorzubereiten, legen Sie die 12 cc Spritze Slave und seine Metallplatte vertikal in den Schraubstock. Montieren des Aufzugs so, dass der Kragen der Spritze sitzt auf dem Schraubstock Kiefer und die Metallplatte ist über seiner Backe, wie in Abbildung 7 Montieren des Slave-Spritzenzylinder hoch in dem Schraubstock gezeigt, so dass der Kolben klebt nicht, wie es sich bewegt auf und ab. Montieren Sie jede Slave-Spritze, die Sie auf die gleiche Weise in den Schraubstock testen.
1. Ziehen Sie den Schraubstock genug, um die Spritze zu halten, aber nicht so fest, dass der Kolben nicht innerhalb des Zylinders auf und ab bewegen kann.
2. Der Lift sollte fest genug gehalten werden, so dass, wenn Sie Gewicht auf der Platte platzieren, wird der Aufzug nicht umfallen.

Die Analyse der Daten

Berechnen Sie die Kraft, die Sie in jedem Versuch auf den Hauptkolben angelegt. Sie können diese Gleichung 3 im Hintergrund mit tun, aber Sie werden es für FM statt FS zu lösen neu anordnen müssen. Sie kennen die auf den Nehmerkolben ausgeübte Kraft (FS), weil Sie wissen, wie viel Gewicht man auf die Platte gegeben, und Sie können die Radien der beiden Kolben messen mit einem Lineal.
Welche Hauptkolben benötigt, um die meisten Kraft, um die gleiche Menge an Gewicht zu heben? Welche erforderlich die am wenigsten? Welche Ihrer hydraulischen Aufzüge erlaubt Ihnen das meiste Gewicht zu heben? Wie hat das mit dem Prinzip der Kraftübersetzung in der Hydraulik?
Optional: der Lift der Nehmerkolben am weitesten bewegte, wenn Sie voll den Hauptkolben gedrückt? Welche bewegt es die kürzeste Entfernung? Wie wird dies auf die Kraftübersetzung zu tun?
Machen eine x-y-Grafik mit Gewicht auf dem Nehmerkolben auf der x-Achse und Kraft gesetzt erforderlich, dass Gewicht heben die Hauptkolben auf der y-Achse verwendet wird, mit verschiedenen Leitungen für jede der drei hydraulischen Aufzüge.
Wie sieht Ihr Diagramm aussehen? Hat der Trend Sinn das Prinzip der Kraftübersetzung in der Hydraulik gegeben?

Variationen

Wiederholen des Experiments unter Verwendung von Mineralöl als Hydraulikflüssigkeit anstelle von Wasser. Wirkt sich diese Änderung auf das Höchstgewicht für jeden Aufzug unterstützt?
Welche anderen Arten von Modellen von Baumaschinen oder Spaß contraptions können Sie bauen die Prinzipien der Hydraulik Anwendung? Zum Beispiel können Sie einen Friseurladen Stuhl oder ein Spielzeug bauen Ihr Haustier zu unterhalten? Lassen Sie Ihre Fantasie gehen! Der Engineering Design Process Guide können Sie den Einstieg erleichtern.
Führe einen Aufzug mit zwei Slave-Spritzen und eine Master-Spritze. Was ist das maximale Gewicht kann dieser Aufzug unterstützen?

Fragen Sie einen Experten

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