Гидравлика, гидропневмопривод
Студенты дневной формы обучения выполняют в течении семестра два расчетно-графических задания (РГЗ). Выбор вариантов — по последней цифре зачетной книжки. РГЗ оформляются в соответствии с действующими стандартами Украины для текстовых документов на стандартных листах формата А4. Допускается оформление РГЗ на листах в клетку, а схем и чертежей на миллиметровой бумаге. Рекомендуется использовать… Читать ещё >
Гидравлика, гидропневмопривод (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство образования и науки Украины
Севастопольский национальный технический университет
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по дисциплине
«ГИДРАВЛИКА, ГИДРО-, ПНЕВМОПРИВОД»
для выполнения расчетно-графического задания № 1
и самостоятельной работы студентов дневной формы обучения и контрольных работ студентов заочной формы обучения
специальности 7.90 258
«Автомобили и автомобильное хозяйство»
Севастополь
УДК 629.114.6
Методические указания по дисциплине «Гидравлика, гидрои пневмопривод» по выполнению расчетно-графического задания № 1 для студентов дневной формы обучения и контрольных работ для студентов заочной формы обучения специальности 7.90 258 «Автомобили и автомобильное хозяйство"/ Сост. Ю. Л. Рапацкий.- Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2001. 16с.
Целью методических указаний является оказание помощи студентам специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» при изучении дисциплины «Гидравлика, гидрои пневмопривод» и самостоятельном выполнении расчетно-графического задания № 1 студентами дневной формы обучения и контрольных работ заочниками.
Методические указания предназначены для студентов специальности 7.90 258 «Автомобили и автомобильное хозяйство» дневной и заочной форм обучения. Могут также использоваться студентами дневной и заочной форм обучения специальностей 7.90 202 «Технология машиностроения» и 7.90 203 «Металлорежущие станки и системы» при изучении ими соответствующих разделов аналогичной дисциплины.
Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры АТИП (протокол № 4 от 29.12.2001 г.)
Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.
Рецензент: Харченко А. О. канд. техн. наук, доцент кафедры Машиностроения и транспорта. Заслуженный изобритатель Украины.
Выбор вариантов на расчетно-графические задания для студентов дневной формы обучения и на контрольные работы для заочников
Студенты дневной формы обучения выполняют в течении семестра два расчетно-графических задания (РГЗ). Выбор вариантов — по последней цифре зачетной книжки. РГЗ оформляются в соответствии с действующими стандартами Украины для текстовых документов на стандартных листах формата А4. Допускается оформление РГЗ на листах в клетку, а схем и чертежей на миллиметровой бумаге. Рекомендуется использовать ПЭВМ для оформления РГЗ, в том числе целесообразно выполнять расчеты с применением одного из доступных математических пакетов типа Maple или Mathcad.
Защита студентами выполненных РГЗ производится индивидуально на консультациях, после проверки преподавателем правильности расчетов и оформления РГЗ.
РГЗ № 1 должно быть защищено на 10−11 неделе семестра.
РГЗ № 1 включает в себя пять задач в соотвествии с таблицей 1.
Таблица 1
Номера вариантов задач для первого РГЗ
Последняя цифра номера зачетной книжки | |||||||||||
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 | 1.2 2.2 3.2 4.2 5.2 | 1.3 2.3 3.3 4.3 5.3 | 1.4 2.4 3.4 4.4 5.4 | 1.5 2.5 3.5 4.1 5.5 | 1.6 2.1 3.1 4.2 5.1 | 1.7 2.2 3.2 4.3 5.2 | 1.8 2.3 3.3 4.4 5.3 | 1.9 2.4 3.4 4.1 5.4 | 1.1 2.5 3.5 4.2 5.5 | ||
При решении задач необходимо изобразить графически схемы и рисунки, поясняющие работу гидравлических устройств.
Студенты заочной формы обучения выполняют одну контрольную работу, в которую входят все задачи, которые включены в РГЗ № 1 и РГЗ № 2 (выполняются по соотвествующим методическим указаниям). Выбор вариантов осуществляется аналогично приведенному выше.
1. ГИДРОСТАТИКА Давление в неподвижной жидкости называется гидростатическим и обладает следующими двумя свойствами:
— на внешней поверхности жидкости оно всегда направленно по нормали внутрь объема жидкости;
— в любой точке внутри жидкости оно по всем направлениям одинаково, т. е. не зависит от угла наклона площадки, по которой действует.
Уравнение, выражающее гидростатическое давление P в любой точке неподвижной жидкости в том случае, когда из числа массовых сил на неё действует лишь одна сила тяжести, называется основным уравнением гидростатики:
P = Pa + hсg = Pa + гh, (1.1)
Где Pa — давление на какой либо поверхности уровня жидкости; h — глубина рассматриваемой точки, отсчитанная от поверхности с давлением Pa .
В тех случаях, когда рассматриваемая точка расположена выше поверхности с давлением Pa , второй член в формуле отрицателен. Другая форма записи того же уравнения имеет вид:
Где Z, Z0 — вертикальные координаты произвольной точки и свободной поверхности, отсчитываемые от горизонтальной поверхности; P/(сg) — пьезометрическая высота.
Сила давления жидкости на плоскую стенку равна произведению гидростатического давления P на плоащдь стенки S
F=PS
Указания по решению задач.
При решении задач по гидростатике прежде всего нужно хорошо усвоить и не смешивать такие понятия как давление P и сила F. При решении задач на определение давления в той или иной точке неподвиджной жидкости следует пользоваться основным уравнением гидростатики. Применяя это уравнение, нужно иметь ввиду его второй член в правой части этого уравнения может быть как положительным так и отрицательным.
Необходимо твердо различать давления абсолютное, избыточное и вакуум, и обязательно знать связь между давлением, удельным весом и высотой, соответствующей этому давлению (пьезометрической высотой).
При решении задач, в которых даны поршни или системы поршней, следует писать уравнение равновесия, т. е. равенство нулю всех сил, действующих на поршень.
Задача 1.1
Определиль силу давления жидкости (воды) на крышку люка диаметром D = 1 м при показаниях манометра Pм = 0,08 Мпа, H0 = 1.5 м,
с = 1000 кг/м3.
Задача 1.2
Определить давление в гидросистеме и вес груза G, лежащего на поршне I1, если для его подъема к поршню I приложена сила F = 1 кН. Диаметры поршней D = 0,3 м; d = 0,08 м. Разностью высот пренебречь.
Задача 1.3
Определить давление Px жидкости, которую необходимо подвести к цилиндру, чтобы преодолеть усилие, направленное вдоль штока F = 1кН. Диаметры цилиндра D = 0,05 м, штока d = 0,025 м. Давление в бачке P0 = 50 кПа, высота H0 = 5 м. Силу трения не учитывать. Плотность жидкости с = 1000 кг/ м3.
Задача 1.4
Определить показание манометра Pм, если к штоку поршня приложена сила F = 0,1кН, его диаметр d = 0,1 м, высота H = 1.5 м. плотность жидкости с = 800 кг/ м3.
Задача 1.5
Определить силу F на штоке золотника, если показание вакуметра Pвак = 60 кПа, избыточное давление P1 = 1 Мпа, высота H = 3 м, диаметр поршней D = 0,02 м, d = 0,015 м; с = 1000 кг/ м3.
Задача 1.6
Определить давление P1, необходимое для удержания штоком трехпозиционного гидроцилиндра нагрузки F = 50 кН; давление P2 = P3 = 0,3 кПа; диаметры D = 0,04 м, d = 0,02 м.
Задача 1.7
Определить давление P1, необходимое для удержаниея цилиндром нагрузки F = 70 кН. Противодавление в полости 2 равно P2 = 0,3 МПа, давление полости 3 равно атмосферному. Размеры D4 = 0,08 м; Dш = 0,07 м, d1 = 0,05 м.
Задача 1.8
Определить минимальное значение силы F, приложеной к штоку, под действием которой начинается движение поршня диаметром D = 0,8 м, если сила пружины, прижимающая клапан к седлу, равна Fа = 100 Н, а давление жидкости P2 = 0,2 МПа. Диаметр входного отверстия клапана (седла) d1 = 0,01 м, даметр штока d2 = 0,04 м, давление жидкости в штоковой полости гидроцилиндра P1 = 1 МПа.
Задача 1.8
Определить величину предварительного поджатия пружины дифференциального предохранительного клапана (мм), обеспечивающую начало открытия клапана при P1 = 0,8 МПа. Диаметр клапана D = 0,024 м, d = 0,018 м; жесткость пружины С = 6 н/мм. Давление справа от большого и слева от малого поршней — атмосферное.
2. ПРИМЕНЕНИЕ УРАВНЕНИЯ БЕРНУЛЛИ Основными уравнениями, позволяющими решать простейшие задачи о движении идеальной жидкости, являеться уравнение расхода и уравнение Бернулли.
Уравнение расхода основано на условии неразрывности потока жидкости и представляет собой равенство объемных расходов во всех сечениях потока
Q1 = Q2 или V1 S1 = V2 S2 (2.1)
где Q1 и Q2 — расходы в сечении потока площадью S1 , S2; V1 , V2 — скорости потока жидкости в этих сечениях.
Уравнение Бернулли для потока идеальной жидкости выражает собой закон сохранения удельной энергии жидкости вдоль потока. Уравнение Бернулли, отнесенное к еденице веса и записанное для сечения 1, 2, имеет вид:
где Z — вертикальные координаты центров тяжести сечений; P/сg — пневмотическая высота (напор); V2/2g — скоростная высота (напор); H — полный напор.
Задача 2.1
Из напорного бака вода течет по трубе диаметром d1 = 0,02 м и затем вытекает в атмосферу через насадок с диаметром выходного отеврстия d2 = 0,01 м. Избыточное давление воздуха в баке P0 = 0,2 МПа; высота H = 1,6 м. Пренебрегая потерями энергии определить скорость течения жидкости (воды) в трубопроводе V1 и на выходе из насадки V2.
Задача 2.2
Определить расход керосина, вытекающего из бака по трубопроводу диаметром d = 0,05 м, если избыточное давление воздуха в баке P0 = 16 кПа; высота уровня H0 = 1 м; высота подъема керосина в пьезометре, открытом в атмосферу, H = 1,75 м. Потерями энергии принебречь. Плотность керосина с = 800 кг/ м3.
Задача 2.3
Жидкость вытекает из открытого резервуара в атмосферу через трубу, имеющую главное сужение до диаетра d1. Истечение происходит под действием напора H = 3 м. Пренебрегая потерями энергии, определить абсолютное давление в узком сечении трубы 1−1, если соотношение соответсвует h0 = 750 мм рт. ст., плотность жидкости с = 1000 кг/ м3. Найти напор Hкр, при котором абсолютное давление в сечении 1−1 будет равно нулю.
Указание: 1 мм рт. ст. — 133,3 Па. Уравнение Бернулли следует записать два раза, например, для сечения 0−0 и 2−2, а затем для сечения 1−1 и 2−2.
Задача 2.4
По длинной трубе диаметром d = 0,05 м протекает жидкость (н = 2*10-4 м2/с; с = 900 кг/ м3). Определить расход жидкости и давление в сечении, где установлен пьезометр (h =0,6 м) и трубка П то (H = 0,8 м).
Задача 2.5
Вода течет по трубе диаметром D = 0,02 м, имеющей отвеод (d = 0,008 м). Пренебрегая потерями напора, определить расход жидкости в отводе Q1, если расход в основной трубе Q = 1,2*10-3 м3/с; высоты H = 2 м, h = 0,5 м. Режим течения указать турбулентным, с = 1000 кг/ м3.
Указание: считать, что давление перед отводом расходится на создание скоростного напора в отводе и подъем жидкости на высоту.
3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ.
Различают два вида гидравлических потерь: местные потери и потери на трение по длине. Местные потери напора происходят в так называемых гидравлических сопротивлениях, т. е. в местных изменениях формы и размеров русла. Местны потери выражаются формулой Вейсбаха
hм = ом . (3.1)
где V — средняя скорость потока в сечении перед местным сопротивлением или за ним; оМ = безразмерный коэффициент местного сопративления.
Числовое значение коэффициента оМ в основном определяется формой метсного сопративления, но иногда влияет число Рейнольдса, которое для труб диаметром d выражается формулой
Re = = (3.2)
где н — кинематическая вязкость жидкости (м2/с).
При Re < Rе кр, где Rе кр? 2300 — режим движения ламинарный.
При Re > Rе кр — режим течения турбулентный.
Потери наопра на трение по длине l определяется ощей формулой Дарси
hпр = л . V2/2g (3.3)
где л — безразмерный коэффициент на трение по длине и определяется в зависимости от режима течения:
при ламинарном режиме лл однозначно определяется число Рейнольдса, т. е.
лл = (3.4)
Потери давления от местных сопротивлений определяются выражением ДP=сg hм
(3.5)
ДP= ом с (3.6)
Если режим течения ламинарный, то потери давления по длине трубопровода считают по формуле Пуваейлля ДP= н с Q (3.6)
где н — кинематическая вязкость жидкости; с — плотность жидкости; Q — расход жидкости через сечение трубопровода диаметром d.
Если режим течения турбулентный, то потери давления по дилне трубопроода считают по формуле Дарон-Вейсбаха
ДP= л с
Для гидравлических гладких труб л=0,315.Re-0,2
Задача 3.1
Определить потери давления в трубопроводе, если известно, что давление на его входе P = 0,4 МПа и коэффициент местных потерь о1 = 0,5;
о2 = 4,24; о3 = 0,2; о4 = 1,5. Плотность жидкости с = 900 кг/ м3. Средняя скорость жидкости во всех сечениях трубопровода принять равной V = 2 м/с. Потерями на трение по длине пренебречь.
Задача 3.2
Определить потери давления на участке трубопровода, представленного на рис. 3.2, если известна скорость движения потока жидкости V = 3 м/с и плотность жидкости с = 1000 кг/ м3. Коэффициенты местных поетрь о1 = 6; о2 = 1,2; о3 = 1,7; о4 = 0,8. о5 = 6. Потерями на трение по длине пренебречь.
Задача 3.3
Определить давление на выходе трубопровода длиной l = 3 м и диаметром d = 0,03 м, если расход трубопровода Q = 1,5 *10 -3 м3/с, коэффициент кинематической вязкости жидкости н= 3* 10-5 м2/с. Давление на входе трубопровода P = 0,4 МПа, с = 1000 кг/ м3 .
Задача 3.4
Рпеделить потери давления в трубопроводе длиной l = 5 м и диаметром d = 0,01 м, если расход трубопровода Q = 4 *10 -3 м3/с, коэффициент кинематической вязкости жидкости н= 3,6* 10-5 м2/с.
Задача 3.5
Трубопровод длиной l = 4 м и диаметром d = 0,05 м имеет расход Q = 1 *10 -3 м3/с, коэффициент кинематической вязкости жидкости
н= 3* 10-5 м2/с. Давление на входе трубопровода P = 0,5 МПа. В конце участка трубопровода установлен патрубок с местными сопративлениями. Коэффициенты местных потерь о1 = 0,5; о2 = 0,8; о3 = 1,2; с = 800 кг/ м3. Определить потери давления.
4. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ, НАСАДКИ, ДРОССЕЛИ В процессе истечения жидкости происходит преобразование потенциальной энергии жидкости в кинетическую.
Из уравнения Бернулли легко выводится выражение для скорости истечения:
V=ц.
где H — расчетный напор, который в общем уравнении равен сумме геометрического и пьезометрического напоров, т. е
H=ДZ +
ц — коэффициент скорости, определенный так ц=
Здесь б — коэффициент Керполиса; о — коэффициент местного сопративления.
Расход жидкости при истечении через отверстия, насадки, дроссели определяется произведением скорости течения на площадь сечения струи:
Q = м. S0.
Указания к решению задач:
Отверстие в тонкой стенке для приближенных расчетов обычно принимают: ц = 0,97; б = 1; о = 0,065; м = 0,62.
При внешнем цилиндрическом насадке м = ц = 0,82; о = 0,5; б = 1.
Задача 4.1
Определить расход жидкости (с = 800 кг/ м3), вытекающей из бака через отверстие плащадью S0 = 1 см2. Показание трутного прибора, измеряющего давление воздуха, h = 268 мм, высота H0 = 2 м, коэфициент расхода отверстия м = 0,6 (1 мм рт. ст. = 133,3 Па).
Задача 4.2
Определить скорость перемещения поршня вниз, если к его штоку приложена сила F = 10 кН. Поршень диаметром D = 50 мм имеет пять отверстий диаметром d = 2 мм каждое. Отверстия рассматривать как внешние цилиндрические насадки с коэффициентом расхода м = 0,82; с = 900 кг/ м3.
Задача 4.3
Определить скорость истечения жидкости через насадок диаметром d = 10 мм, если высота жидкости h = 1 м и плотность с = 900 кг/ м3 ,
Избыточное давление в баке P = 0,03 МПа.
Задача 4.4
Определить расход жидкости через насадок диаметром
d = 0,02 м, если высота жидкости h = 10 м и плотность с = 900 кг/ м3, м = 0,8. Считать объем бака неограниченым и падением высоты h пренебречь.
5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ В основе расчета трубопроводов лежат формула Дарси (3.3) для определения потерь напора на трение по длине и формула Вейсбаха (3.1) для местных потерь.
При ламинарном режиме течения вместо формулы (3.3) обычно бывает удобно пользоваться зависимостью, называемой законом Празеля Формулу Дарси обычно выражают через расход и получают Коэффициент Дарси при турбулентных режимах можно определить
Задача 5.1
Жидкость с плотностью с = 800 кг/ м3 и вязкостью н= 2.10-4 м2/с подается на расстояние l = 20 м по горизонтальной трубе d = 0,02 м в количестве Q = 0,157 м3/с. Определить давление и мощность, которые требуются для указанной подачи. Местные гидравлические сопротивления отсутствуют.
Задача 5.2
Керосин перекачивается по горизонтальной трубе длиной l = 50 м и диаметром d = 0,03 м в количестве Q = 0,0098 м3/с. Определить потребноедавление и необходимую мощность, если свойства керосина: н= 0,025.10-4 м2/с; с = 800 кг/ м3. Местными гидравлическими сопротивлениями пренебрегаем.
Задача 5.3
По трубопроводу диаметром d = 0,01 м и длиной l = 10 м подается жидкость с взякостью н= 1.10-4 м2/с под действием перепада давления ДP = 4 МПа; с = 1000 кг/ м3. Определить режим движения жидкости в трубопроводе.
Задача 5.4
Определить режим течения жидкости при температуре 10 °C (н= 0,4*10-4 м2/с) по трубопроводу длиной l = 3 м, который при перепаде давления ДP = 2 МПа должен обеспечить расход Q = 0,001 м3/с. Плотность с = 850 кг/ м3; d = 0,02 м.
Задача 5.5
При каком Диаметре трубопровода подача насоса составит Q =1. 10-8 м3/с, если на выходе из него напор распыляется на 9,6 м; длина трубопровода l = 10 м; давление в баке P0 = 30 кПа; высота H0 = 4 м; вязкость жидкости н= 1,5.10-6 м2/с и её плотность с = 1000 кг/ м3. Метсными гидравлическими сопротивлениями пренебречь.
1. Федорец В. А., Подченко М. Н. и др. Гидроприводы и гидропневмоавтоматика станков. — К.: Виша шк. Головное изд-во1987. — 365с.
2. Некрасов Б. Б. Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу. — М.: Высш. шк., 1989. — 192с.