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万吨水压机怎么能产生那么大的压力?

来源:晨网初中物理  作者:佚名  时间:2013-12-14  浏览:次  星级:  下载权限:点券[点击下载]

  你看见过打铁吧!打铁时,工人一手拿着钳子,夹住烧红了的铁块,一手挥动铁锤对准铁砧上的铁块,一锤一锤地打。打铁不仅能把铁块打成需要的形状,而且还能使铁块内部组织变得紧密均匀,提高锻件的质量。显然,要锻打较大的金属锻件,就要用更大的锤子,使更大的劲。在制造一些重型机器设备中,有时要锻造一、二百吨重的锻件。而一个250吨的钢锭,其体积大约长7米(四个人那么高)、直径2.4米(5个人手牵手才能围住)那么大的圆柱。这样大的锻件,靠人力是无法锻打的。

  这么大的锻件要用万吨水压机来锻压(图下6-2)才行。我国的工人、技术人员发挥自力更生的精神,克服困难,利用较小的设备,制成了万吨水压机。万吨水压机能产生1.2×108牛顿的压力,这么大的压力是怎样产生的呢?是它本身特别重吗?

  其实,它的“体重”只有2100吨。这个钢铁大力上的力气完全是从水得来的,是运用帕斯卡定律得来的。

  水压机的基本原理可以用图6-3来说明。在密闭的容器两端,装有大、小两个可以上下移动的活塞。如果大活塞面积为400厘米2,小活塞面积为2厘米2,当小活塞上加10牛顿力时,小活塞加在水上的压强等于(10牛顿)/2厘米2。根据帕斯卡定律,水就会将这个压强大小不变地传到大活塞上,大活塞就能产生F=P·S=(10/2)×400牛顿=2000牛顿的压力。即大活塞的截面积是小活塞的多少倍,那么大活塞上产生的压力,就是作用在小活塞上的压力的多少倍。

  根据上述原理,要产生巨大的压力,一个办法是把大活塞的面积加大;另一个是增大小活塞上的压强。单纯用第一个办法不行,因为大活塞没有办法制造得非常大;单纯采用第二种办法,也不行,因为容器里的水压强太大就会把容器挤破。怎么办呢?

  万吨水压机采用分担的办法:它采用六个工作缸,每个缸产生2×107牛顿的压力,六个缸总共产生1.2×108牛顿的压力。每个缸里水的压强是3.5×107帕。这样的高压水又是怎样得来的呢?

  高压水是在万吨水压机的高压贮液筒里产生的。高压空气泵向贮液筒压入高压空气,高压空气使筒里的水变成高压水。这些具有3.5×107帕的高压水便推动工作缸里的大活塞向下移动,锻压钢锭。

  这样,万吨水压机的工作过程就可以通俗地说成是:气压水,水压大活塞,大活塞压钢锭。其中巧妙地利用水传递压强,得到大的压力。

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