液压杆在我们的生活中应用非常广泛,从具有收纳功能的床、具有升降功能的转椅,到挖掘机、工程吊车、叉车等都使星空体育科技有限公司用了液压技术。
有了液压杆,很多费力的事情都会变得很轻松,比如一张带储物功能的床,如果没有安装液压杆,那我们就需要费很大的力气才能把床板抬起来,而且在之后安装液压杆,我们只需要轻轻一拉,液压杆就可以轻松将床板抬起。在工程机械中尤其如此。无论多硬的土石,挖掘机都可以通过液压技术将其挖掘起来。那么问题来了,即使是挖掘机上的液压杆,看起来也不是很粗很大,那么为什么这么小的液压杆那么厉害呢?
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我们可以将液压杆简化为充满液体的活塞。要解释液压杆的原理,首先要提到一个人,那就是法国数学家、物理学家布莱士·帕斯卡。1653年,他当时提出了一条定律,即“帕斯卡定律”。
帕斯卡定律又称“静压传递原理”,表示在封闭液体中任一点所施加的压力会瞬间扩散到液体的各个部分,压力不会发生变化。更简单的说,如果液体的静止状态不变,那么我们对液体的任何一部分施加压力,液体中每一点的压力都会发生相同幅度的变化。有了这个定律,帕斯卡就以此为基础发明了注射器。是的,我们打针用的注射器就是这位物理学家发明的。
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因为在密闭的容器中,施加在静止液体上的压力会同时传到各个点,所以当我们推动注射器时,液体就会在针头处被挤出。
其实油压杆就是一个针筒,要轻松推动这个针筒,我们只需要另外一个小针筒即可。假设现在我们有一个直径为4厘米的大注射器和一个直径为1厘米的小注射器。我们用一根管子把两个注射器连接起来,灌满液体,然后叫人分别推。注射器和小针筒,那么谁会赢呢?当然是推小针筒的那个人。为什么?因为液体的压力等于所施加的压力除以受力面积,也就是说,在相同的受力情况下,受力面积越小,液体压力越大。
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小针筒直径1厘米,受力面积约0.79平方厘米;大针筒的直径为4厘米,其受力面积约为12.56平方厘米,也就是说大针筒的受力面积约为小注射器的16倍,所以在施加相同的力的情况下,小注射器产生的压力是大注射器的16倍,所以小注射器可以轻松推动大注射器。
现在你明白了吧,我们可以把液压杆想象成一个由两个粗细不同的活塞组成的机械系统。小活塞用一点力就能给大活塞一个碾压力。知道了这一点,我们只需要一个小小的注射器就可以对抗强大的液压臂。
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最常见的采用液压技术的大型机械是挖掘机。我不确定挖掘机上的液压臂有多粗。反正直径10厘米,单手也拿不住。那么它的受力面积是78.5平方厘米,一般挖掘机斗杆的挖掘力大约是10000公斤,那么一个人的推力是多少呢?一个成年人推100公斤应该问题不大,也就是说挖掘机的功率是人力的100倍,所以我们只需要一个受力面积是人力1/100的小注射器挖掘机的液压臂,以获得与挖掘机相同的强度。力是相等的,一个受力面积为0.785平方厘米的针筒,其直径约为1厘米,所以我们只需要一个直径为1厘米的小针筒就可以与挖掘机相匹配。
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当然,这只是理论上的。其实是注射器的强度不够,所以在对抗的时候可能会爆炸。转椅液压杆爆炸的原因也是一样的,就是瞬间压力值超过了液压杆内壁的承重能力。
那么如何才能避免油压杆爆裂呢?如果是正规厂家生产的正规产品,理论上材料的强度应该是通过压力测试的,一般是没有问题的,但问题是很多人不确定自己的椅子是否是合格产品,那他们应该怎么办?让我们手动安装一块防爆钢板。我在转椅下方的液压杆上方安装了一个。一块30厘米见方的小钢板要300元。据说子弹打不穿它。我们以“大小注射器”为例,只是为了说明液压杆的基本原理。事实上,液压机中的液压杆并不是由一个小注射器驱动的。一方面是因为小注射器的力道不够;正是因为小注射器的长度不够,所以在大型液压机械中,用一种叫做“液压泵”的东西来起到小注射器的作用。