בוכנה הידראולית

בוכנה הידראולית היא מכשיר שממיר אנרגיה של נוזל דחוס לאנרגיית תנועה קווית. היא בנויה גליל ובתוכו מוט בוכנה שנע תחת לחץ נוזל, בדרך כלל שמן.

משאבת שמן מייצרת לחץ ושולחת שמן לבוכנה. הלחץ לדחוף את המוט קדימה או אחורה, וכך עושים עבודה מכנית. חשוב לנקז אוויר מהמערכת: אוויר כלוא בשמן יוצר בועות שגורמות לתופעה שנקראת קוויטציה (נזקים וירידה ביעילות).

קיימות משאבות ממונעות ומשאבות ידניות. דוגמה ידועה היא ג'ק של רכב, שמשתמש במשאבה ידנית.

חוק פסקל אומר שלחץ בנוזל מועבר בצורה שווה לכל חלקי הנוזל. משמעות הדבר בפועל: אם מפעילים כוח על בוכנה קטנה, הלחץ שנוצר מועבר לבוכנה גדולה, וניתן לקבל כוח גדול יותר על הבוכנה הגדולה. עם זאת, המרחק שהבוכנה הגדולה תנוע יהיה קטן יותר. זו הכפלת כוח במחיר של ירידה בגובה התנועה.

עקרון שימור האנרגיה נשמר: העבודה שהוכנסה בבוכנה הקטנה שווה לעבודה שהתקבלה בבוכנה הגדולה.

בתרחיש לדוגמה הקוטר של הבוכנה הקטנה הוא 4 ס"מ, והקוטר של הבוכנה הגדולה הוא 8 ס"מ. שטח הבוכנה הגדולה הוא פי 4 מהקטנה. אם לוחצים על הבוכנה הקטנה בכוח של 1 ק"ג למשך נדיפה של 20 ס"מ, הבוכנה הגדולה יכולה להרים 4 ק"ג, אך רק בתזוזה של 5 ס"מ.

בוכנות הידראוליות נפוצות במכונות ובכלי רכב שונים, החל ממכלולים כבדים ועד מערכות היגוי.

נפח החלל בצד של הבוכנה משתנה בגלל מוט הבוכנה. הדבר גורם לכך שמהירות סגירת הבוכנה יכולה להיות גבוהה יותר ממהירות פתיחתה, שכן המשאבה מזינה כמות נוזל קבועה בזמן נתון.

במערכות רגישות, למשל הנעה של זרועות היגוי, הדבר עלול ליצור היגוי לא סימטרי. פתרונות נפוצים הם שימוש בבוכנות לכל צד להיגוי, או בוכנה עם גליל משני צידי הבוכנה כך ששני הצדדים שווים בשטחם.

בוכנה הידראולית הופכת לחץ של נוזל לתנועה קווית. היא כוללת גליל ומוט שנע בתוך הגליל.

משאבה דוחפת שמן אל הבוכנה. השמן דוחף את המוט והבוכנה נעה. צריך להוציא אוויר מהשמן. בועות אוויר עושות בעיות ושמות זאת קוויטציה, שזה כמו בועות שיכולות לפגוע במערכת.

חלק מהמערכות משתמשות במשאבה חשמלית. חלק משתמשות במשאבה ידנית, כמו בג'ק של רכב.

חוק פסקל אומר: לחץ בנוזל עובר לכל מקום באותה הצורה. לכן כוח קטן על בוכנה קטנה יכול לתת כוח גדול יותר על בוכנה גדולה. אבל הבוכנה הגדולה תזוז פחות.

אם לבוכנה קטנה יש קוטר 4 ס"מ ולבוכנה גדולה 8 ס"מ, הבוכנה הגדולה נותנת כוח פי ארבע. אם דחפו את הבוכנה הקטנה 20 ס"מ עם 1 ק"ג, הבוכנה הגדולה תרים 4 ק"ג ותזוז רק 5 ס"מ.

מוט הבוכנה תופס מקום בתוך הגליל. זה משנה את כמויות השמן בצדדים. זה יכול לגרום להבדלי מהירות בתנועה. בשביל להימנע מזה משתמשים בבוכנות שווי שטח משתי הצדדים או שתי בוכנות.