Construction d'un modèle hydraulique Knuckle grue
* Note: Ceci est une idée de projet en abrégé, sans notes pour commencer votre recherche de base, une liste précise des matériaux, ou une procédure pour savoir comment faire l'expérience. Vous pouvez ainsi déterminer abrégé Idées de projets par l'astérisque à la fin du titre. Si vous voulez une idée de projet avec des instructions complètes, s'il vous plaît choisir un sans astérisque.
Un navire est un endroit très fréquenté. Quand la mer, la marine, la recherche et les navires de pêche tirer ou pousser des charges lourdes, comme matériel de recherche et des pots crabe, dans et hors de l'eau. Mais l'équipement et des pots peuvent peser des centaines de livres. Alors, comment un des charges de levage de l'équipage du navire de manière efficace et précise? Avec une grue hydraulique de fusée, bien sûr. Mais ce qui est hydraulique et pourquoi l'hydraulique faciliter certaines tâches?
La pression est une force étalée sur une zone. ou une force divisée par une zone. Pousser sur le dessus d'un verre d'eau, par exemple, exerce une pression sur l'ensemble de l'eau dans le verre. Une autre façon de penser à la pression est d'imaginer pousser sur un objet avec le doigt ou avec la paume de votre main. Dans les deux cas, vous appliquez la même force, mais la pression est différente parce que la zone de la pointe de votre doigt est beaucoup plus petit que la paume de votre main. La figure 1 montre un système hydraulique simple qui utilise les concepts de force et de pression.
Figure 1. Ce système hydraulique simple comprend deux pistons dans des cylindres sur le dessus.
Le système hydraulique de la figure 1 se compose d'un tube rempli de liquide surmontée de deux pistons qui se déplacent vers le haut ou vers le bas que le liquide se déplace. L'application d'une force vers le bas sur ce système fermé (dans ce cas, poussant vers le bas sur le piston à la main gauche) provoque le liquide de se déplacer contre le piston à droite et, parce que le liquide est incompressible, pousser vers le haut du piston. La pression dans le liquide est identique en tout point au sein du liquide, parce que le liquide est incompressible. Lorsque l'énergie de la force appliquée à un piston est transféré au liquide, puis au second piston, se déplaçant ainsi, nous disons que le travail a été fait par le premier piston. machines hydrauliques, comme élévateurs pour fauteuils roulants et pelles. utiliser des liquides pour faire le travail. Ce travail peut être appliqué à de gros travaux, comme soulever des charges lourdes.
Un avantage d'outils hydrauliques est le concept de la multiplication de la force. multiplication force permet à la force que vous appliquez à un piston à multiplier par un facteur multiplicatif, de faire une plus grande force agissant sur le second piston. Cela ne fonctionne que si le premier piston est plus petite dans la zone que le second piston. En prenant le système hydraulique simple, et mentionné la modification à utiliser la multiplication de la force, il ressemblera à la figure 2.
Figure 2. Système hydraulique simple avec pistons des zones différentes. Le piston avec la zone plus petite est appelée le maître et le piston avec la plus grande surface est appelé l'esclave. La différence dans les espaces entre les deux permet la multiplication de la force.
Quand on pousse dans le maître (plus petit) piston, la quantité de force appliquée à l'esclave piston (plus grande) par le liquide est multipliée par le rapport de la surface du piston secondaire à la zone du piston de maître. En utilisant les équations 1 à 3 dérive cette relation.
La pression à piston esclave = pression à piston maître
- La pression est en unités de newtons (N) / zone
- Zone est en centimètres (cm) au carré
Étant donné que la pression est la force agissant sur une surface, l'équation 1 est transformée en l'équation 2.
- Fs = force exercée par le liquide sur le piston esclave (en unités de newtons, N)
- Fm = force appliquée au liquide par le piston maître (N)
- As = aire du piston esclave (cm²)
- Am = Aire du piston maître (cm²)
Sur la figure 2, la zone des deux pistons est un cercle et l'aire d'un cercle est πr², où r est le rayon du cercle. En utilisant cette donnée, vous pouvez transformer l'équation 2 dans l'équation 3 pour trouver la force le liquide applique sur le piston esclave.
La force sur le piston esclave = force appliquée par le piston maître x (surface de piston asservi / zone de piston maître)
- Fs = force exercée par le liquide sur le piston esclave (N)
- Fm = force appliquée au liquide par le piston maître (N)
- rs = rayon du piston esclave (cm)
- rm = rayon du piston maître (cm)
- π = pi (environ 3,14)
Le rapport des surfaces des deux pistons différents dans l'équation 3 est appelé le facteur multiplicatif. En utilisant l'équation 3, vous pouvez voir que la force exercée sur le piston esclave à la figure 2 est quatre fois la force appliquée par le piston maître. Donc, si le piston maître applique 1 N de la force au liquide, la force sur le piston esclave du liquide est 4 N. Mais notez que le maître doit être poussé vers le bas de 4 cm tandis que l'esclave monte seulement 1 cm.
multiplication La force est la raison pour laquelle les machines hydrauliques est si utile. Une petite force de l'opérateur sur une extrémité de la machine est multipliée et se traduit par une force beaucoup plus importante sur l'autre extrémité. Machines de chantier pelles et chariots élévateurs utilisent la multiplication de la force de l'hydraulique. Souvent, ces machines ont des vérins hydrauliques. Un vérin hydraulique est constitué d'un piston et un cylindre qui loge le piston et le liquide hydraulique.
Dans ce projet d'ingénierie mécanique, vous appliquerez les principes de l'hydraulique pour construire un modèle de travail d'une grue articulée qui ramasser et déplacer une charge. Vous pouvez utiliser des seringues pour agir comme les vérins hydrauliques. Le piston de la seringue agit en tant que piston dans le cylindre hydraulique. Un exemple concret de la vie d'une grue hydraulique au travail fusée est montré dans cette découverte vidéo Canal:
Cette vidéo du programme Deadliest Catch démontre l'importance de la grue hydraulique de fusée à l'exploitation du navire.
Si vous souhaitez voir un exemple de l'hydraulique au travail, jetez un oeil à ce projet Science Buddies sur le modèle de construction des ascenseurs hydrauliques, Jack It Up! Soulevez une charge à l'aide hydraulique.
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