Mi a helyzet az energiával?
A hidraulika megértésének másik módja, ha az energiára gondolunk.
Már láttuk, hogy a hidraulikus dugattyúk nagyobb erőt vagy sebességet adhatnak, de nem képesek egyszerre mindkettőre – és ez az energia miatt van. Nézd meg újra a fenti vízipisztoly grafikont: Ha gyorsan lenyomod a keskeny csövet (kis erővel), a széles csövön lévő dugattyú lassan (nagy erővel) felemelkedik. Miért van ez így? A fizika egyik alapvető törvénye, az energiamegmaradás törvénye szerint nem tudunk energiát előállítani a semmiből. A dugattyú mozgatásához felhasznált energia mennyisége egyenlő az alkalmazott erő és a mozgatás távolságának szorzatával. Ha a vízipisztolyunk kétszer akkora erőt fejt ki a széles végén, mint amekkorát a keskeny végére fejtünk ki, akkor csak fele akkora távolságra képes elmozdulni. Ez azért van, mert az általunk a lenyomással szolgáltatott energia egyenesen a cső másik végére kerül. Ha most ugyanannyi energiával kétszer akkora erőt kell megmozgatni, akkor ugyanannyi idő alatt csak fele akkora távolságot tud megtenni. Ezért mozog a szélesebb vég lassabban, mint a keskenyebb vég.
Hidraulika a gyakorlatban
A hidraulika működését láthatod ezen a kotrógépen.Amikor a vezető meghúz egy fogantyút, a kotrógép motorja folyadékot pumpál a keskeny csövekbe és kábelekbe (kékkel jelölve), ami a hidraulikus dugattyúkat (pirossal jelölve) kihúzásra kényszeríti. A dugattyúk kicsit úgy néznek ki, mint a fordítva működő kerékpárpumpa. Ha több dugattyút rakunk össze, akkor a kotrógép karját úgy tudjuk kinyújtani és mozgatni, mint egy emberét – csak sokkal nagyobb erővel. A hidraulikus kosok gyakorlatilag az ásó izmai:
Fotó: Ebben a kotrógépben több különböző hidraulikus kos dolgozik. A kosokat piros nyilak jelzik, az őket tápláló keskeny, rugalmas hidraulikus csöveket és kábeleket pedig kékkel.
Minden kos úgy működik, mint egy dízelüzemű vízipisztoly fordítva:
Fotó: Közelkép egy kotrógép hidraulikus kosairól.
A motor az egyik vékony csövön keresztül hidraulikafolyadékot pumpál, hogy a vastagabb kos sokkal nagyobb erővel mozdítsa ki, így:
Fotó: Hogyan szorozza meg az erőt egy hidraulikus kos.
Meglehet, hogy egy hidraulikus kos hogyan tud befelé és kifelé is mozogni, ha a hidraulikafolyadék mindig egy irányból nyomja. a válasz az, hogy a folyadék nem mindig ugyanabból az irányból nyomja. Minden egyes dugattyút két külön cső táplál két ellentétes oldalról.Attól függően, hogy a folyadék melyik irányba mozog, a dugattyú vagy befelé, vagy kifelé tolódik, nagyon lassan és egyenletesen, ahogy ez a kis animáció is szemlélteti:
Kép: A hidraulikus dugattyú befelé vagy kifelé mozog, attól függően, hogy a hidraulikafolyadék melyik irányba áramlik.
Amikor legközelebb a szabadban jár, nézze meg, hány hidraulikus gépet tud kiszúrni. Meglepődhet, hogy milyen sok teherautó, daru, kotrógép, dömper, kotrógép és buldózer használja őket.Itt egy másik példa: egy hidraulikus sövényvágó egy traktor hátulján. A vágófejnek erősnek és nehéznek kell lennie ahhoz, hogy átvágja a sövényeket és a fákat, és a sofőr kézzel semmiképpen sem tudja felemelni vagy elhelyezni. Szerencsére a hidraulikus vezérlés mindezt automatikusan elvégzi: több hidraulikus ízület segítségével, amelyek kicsit olyanok, mint a váll, a könyök és a csukló, a vágógép olyan rugalmasan mozog, mint egy emberi kar:
Fotó: Egy tipikus hidraulikus sövényvágógép.
Rejtett hidraulika
Nem minden hidraulikus gép ennyire nyilvánvaló azonban; néha a hidraulikus dugattyúkat elrejtik a szem elől. A felvonók (“liftek”) jól elrejtik működésüket, így nem mindig látszik, hogy hagyományos módon működnek-e (egy motorhoz csatlakoztatott kábel húzza fel és le őket), vagy ehelyett hidraulikát használnak. A kisebb liftek gyakran közvetlenül a liftakna alá vagy mellé szerelt egyszerű hidraulikus dugattyúkat használnak. Ezek egyszerűbbek és olcsóbbak, mint a hagyományos felvonók, de jóval több energiát használhatnak.
A motorok egy másik példa arra, hogy a hidraulikát el lehet rejteni a szem elől. A hagyományos elektromos motorok az elektromágnesességet használják: amikor elektromos áram folyik át a bennük lévő tekercseken, átmeneti mágneses erőt hoz létre, amely egy állandó mágnesekből álló gyűrűre nyomást gyakorol, így a motor tengelye forogni kezd.A hidraulikamotorok inkább a fordítva működő szivattyúkhoz hasonlítanak. Az egyik, hidraulikus fogaskerekes motornak nevezett példában a folyadék egy csövön keresztül áramlik be a motorba, ami egy pár szorosan egymásba illeszkedő fogaskereket forgat, majd egy másik csövön keresztül áramlik vissza. Az egyik fogaskerék a motor tengelyéhez csatlakozik, amely meghajtja azt, amit a motor meghajt, míg a másik (“üresjáró”) egyszerűen szabadon forog, hogy a mechanizmus teljes legyen. Míg a hagyományos hidraulikus dugattyú a szivattyúzott folyadék erejét használja arra, hogy a dugattyút korlátozott távolságra előre-hátra tolja, addig a hidraulikus motor folyamatosan áramló folyadékot használ a tengely forgatásához, ameddig szükséges. Ha a motort az ellenkező irányba akarja forgatni,egyszerűen megfordítja a folyadékáramlást. Ha gyorsabban vagy lassabban akarod forgatni, akkor növeled vagy csökkented a folyadékáramlást.
Mű: Egy egyszerűsített hidraulikus fogaskerekes motor. A folyadék (sárga) balról áramlik be, megpörgeti a két fogaskereket, majd jobbra kifolyik. Az egyik fogaskerék (piros) hajtja a kimeneti tengelyt (fekete) és a gépet, amelyhez a motor csatlakozik. A másik fogaskerék (kék) egy üresjárat.
Miért használna hidraulikus motort elektromos motor helyett? Míg egy erős elektromos motornak általában nagyon nagynak kell lennie, egy ugyanolyan erős hidraulikus motor kisebb és kompaktabb is lehet, mivel az energiát egy távolabbi szivattyúból nyeri. A hidraulikus motorokat olyan helyeken is használhatja, ahol az elektromos áram nem feltétlenül életképes vagy biztonságos – például víz alatt, vagy ahol fennáll a veszélye annak, hogy az elektromos szikrák tüzet vagy robbanást okoznak. (Another option, in that case, is to use pneumatics—the power of compressed air.)
