Co energie?
Jiný způsob, jak pochopit hydrauliku, je přemýšlet o energii.
Již jsme viděli, že hydraulická ramena nám mohou poskytnout větší sílu nebo rychlost, ale nemohou dělat obojí najednou – a to kvůli energii. Znovu se podívejte na obrázek vodní pistole nahoře: Pokud rychle stisknete úzkou trubku (s malou silou), píst na širokém potrubí se zvedá pomalu (s velkou silou). Proč by tomu tak mělo být? Základní fyzikální zákon zvaný zákon zachování energie říká, že energii nemůžeme vyrobit ze vzduchu. Množství energie, které spotřebujete na pohyb pístu, se rovná síle, kterou použijete, krát vzdálenost, na kterou ho přemístíte. Pokud naše vodní pistolevyvíjí na širokém konci dvojnásobnou sílu, než jakou dodáváme na úzkém konci, může se pohybovat pouze na poloviční vzdálenost. Je to proto, že energie, kterou dodáváme tlačením dolů, se přenáší přímo kolem trubky na druhý konec. Jestliže nyní musí stejné množství energie přenést dvojnásobná síla, může ji za stejný čas přemístit jen na poloviční vzdálenost. Proto se širší konec pohybuje pomalejinež úzký konec.
Hydraulika v praxi
Hydrauliku můžete vidět v praxi na tomto bagru.Když řidič zatáhne za rukojeť, motor bagru pumpuje kapalinu do úzkých trubek a kabelů (znázorněno modře) a nutí hydraulické berany (znázorněnočerveně), aby se vysunuly. Berany vypadají trochu jako čerpadla jízdních kol pracující v opačném směru. Pokud dáte dohromady několik beranů, můžete rameno bagru vysunout a pohybovat se podobně jako lidské rameno, jen s mnohem větší silou. Hydraulické berany jsou vlastně svaly bagru:
Foto: Na tomto bagru pracuje několik různých hydraulických beranů. Berany jsou znázorněny červenými šipkamia úzké, ohebné hydraulické trubky a kabely, které je napájejí, modře.
Každý beran pracuje jako vodní pistole poháněná naftou v opačném směru:
Foto:
Motor čerpá hydraulickou kapalinu přes jednu z tenkých trubek, aby se silnější beran vysunul mnohem větší silou, takto:
Foto: Jak hydraulický beran násobí sílu.
Možná vás zajímá, jak se může hydraulický beran pohybovat směrem dovnitř i ven, když ho hydraulická kapalina tlačí vždy z jednoho směru. odpověď zní, že kapalina netlačí vždy stejným směrem. Každý beran je přiváděn z opačných stran dvěma samostatnými trubkami.V závislosti na tom, kterým směrem se kapalina pohybuje, tlačí beran buď dovnitř, nebo ven, a to velmi pomalu a plynule, jak ukazuje tato malá animace:
Foto: Hydraulický beran se pohybuje buď dovnitř, nebo ven podle toho, kterým směrem proudí hydraulická kapalina.
Příště, až budete venku, zkuste, kolik hydraulických strojů dokážete rozpoznat. Možná budete překvapeni, kolik nákladních automobilů, jeřábů, bagrů, sklápěčů, bagrů a buldozerů je používá. zde je další příklad: hydraulické nůžky na živý plot na zadní části traktoru. Stříhací hlava musí být robustní a těžká, aby mohla stříhat živé ploty a stromy, a není možné, aby ji řidič zvedl nebo umístil ručně. Hydraulické ovládání naštěstí vše obstará automaticky: díky několika hydraulickým kloubům, trochu připomínajícím rameno, loket a zápěstí, se nůžky pohybují stejně pružně jako lidská ruka:
Foto: Typické hydraulické nůžky na živý plot.
Skrytá hydraulika
Ne všechny hydraulické stroje jsou však tak nápadné; někdy jsou jejich hydraulické ráhna ukryta mimo dohled. Výtahy („elevátory“) mají své pracovní ústrojí dobře skryté, takže není vždy zřejmé, zda pracují tradičním způsobem (jsou vytahovány nahoru a dolů lanem připojeným k motoru), nebo místo toho využívají hydrauliku. Menší výtahy často používají jednoduché hydraulické berany namontované přímo pod výtahovou šachtou nebo vedle ní. Jsou jednodušší a levnější než tradiční výtahy, ale mohou spotřebovávat o dost více energie.
Motory jsou dalším příkladem, kdy může být hydraulika skrytá před zraky. Tradiční elektromotory využívají elektromagnetismus: když v nich cívkami protéká elektrický proud, vytváří dočasnou magnetickou sílu, která tlačí na prstenec permanentních magnetů, čímž se hřídel motoru otáčí. hydraulické motory jsou spíše čerpadla pracující v opačném směru. V jednom z příkladů, nazývaném hydraulický převodový motor, proudí kapalina do motoru potrubím, čímž se otáčí dvojice úzce propojených ozubených kol, a poté proudí zpět jiným potrubím. Jedno z ozubených kol je připojeno k hřídeli motoru, která pohání to, co motor pohání, zatímco druhé („volnoběžka“) se jednoduše volně otáčí, aby byl mechanismus kompletní. Tam, kde tradiční hydraulický beran využívá sílu čerpané kapaliny k posouvání beranu tam a zpět na omezenou vzdálenost, hydraulický motor využívá nepřetržitě proudící kapalinu k otáčení hřídele tak dlouho, jak je potřeba. Pokud chcete, aby se motor otáčel v opačném směru, jednoduše obrátíte průtok kapaliny. Pokud chcete, aby se otáčel rychleji nebo pomaleji, zvýšíte nebo snížíte průtok kapaliny.
Obrázek: Zjednodušený hydraulický převodový motor. Kapalina (žlutá) přitéká zleva, roztáčí dvě ozubená kola a odtéká doprava. Jedno z ozubených kol (červené) pohání výstupní hřídel (černé) a stroj, ke kterému je motor připojen. Druhé ozubené kolo (modré) je volnoběžka.
Proč byste použili hydraulický motor místo elektrického? Tam, kde výkonný elektromotor musí být zpravidla opravdu velký, může být stejně výkonný hydraulický motor menší a kompaktnější, protože získává energii z čerpadla v určité vzdálenosti. Hydraulické motory můžete také použít v místech, kde by elektřina nemusela být použitelná nebo bezpečná – například pod vodou nebo tam, kde hrozí nebezpečí vzniku požáru nebo výbuchu elektrických jisker. (Another option, in that case, is to use pneumatics—the power of compressed air.)
