Реферат: Гидравлика, гидропневмопривод

Министерствообразования и науки Украины

Севастопольскийнациональный технический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕУКАЗАНИЯ

по дисциплине

“ГИДРАВЛИКА,ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДЫ”

По выполнениюрасчётно-графических заданий №2

для студентовдневной формы обучения

и контрольныхработ

для студентовзаочной формы обучения

специальности7.090258

“Автомобили иавтомобильное хозяйство”

Севастополь

2007

УДК 629.114.6

Методические указанияпо дисциплине ”Гидравлика, гидро- и пневмоприводы” по выполнениюрасчетно-графических заданий для студентов дневной формы обучения и контрольныхработ для студентов заочной формы обучения специальности 7.090258 ”Ав-томобилии автомобильное хозяйство”/ Сост. Ю.Л. Рапацкий.- Севастополь: Издательство СевНТУ, 2001.-19с.

Целью методическихуказаний является оказание помощи студентам специальности ”Автомобили иавтомобильное хозяйство” при изучении дисциплины “Гидравлика, гидно- ипневмоприводы” и самостоятельном выполнении расчетно-графических заданийстудентами дневной формы обучения и контрольных работ заочниками.

Методические указанияпредназначены для студентов специальности 7.090258 ”Автомобили и автомобильноехозяйство” дневной и заочной форм обучения. Могут также использоватьсястудентами дневной и заочной форм обучения специальностей 7.090202 ”Технологиямашиностроения” и 7.090203 ”Металлорежущие станки и системы” при изучении имисоответствующих разделов аналогичной дисциплины.

Методические указаниярассмотрены на заседании кафедры АТПП (протокол №4 от 29.12.2001 г)

Допущено учебно-методическимцентром СевНТУ в качестве методических указаний.

Рецензент: Харченко А.О.канд. техн. наук, доцент кафедры Машиностроения и транспорта, Заслуженныйизобретатель Украины.

Выбор вариантов нарасчетно-графические задания для студентов дневной формы обучения и наконтрольные работы для заочников.

Студенты дневной формыобучения выполняют в течение семестра два расчетно-графических задания (РГЗ).Выбор вариантов – по последней цифре номера зачетной книжки. РГЗ оформляются всоответствии с действующими стандартами Украины для текстовых документов настандартных листах А4. Допускается оформление РГЗ на листах в клетку, а схем ичертежей – на миллиметровой бумаге. Рекомендуется использовать ПЭВМ дляоформления РГЗ, в том числе целесообразно выполнять расчеты с применениемодного из доступных математических пакетов Maple и Mathcad.

Защита студентамивыполненных РГЗ приводится индивидуально, на консультациях, после проверкипреподавателем правильности расчетов и оформления РГЗ.

РГЗ №1 должно быть выполненона 10-11-й неделе семестра, а РГЗ №2 на 12-13-й неделе.

РГЗ №2 включает в себязадачу №1 (каждый студент решает два варианта задачи №1 всоответствии с таблицей Б1, а также задач №2.

Таблица Б1

Номера вариантовзадачи №1 для второго РГЗ

Последняя цифра номера зачетной книжки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Номера вариан-тов задачи №1 0,2 1,2 2,3 3,5 4,5 5,6 6,8 7,8 8,9 9,2

По результатам решениязадачи №1 предложить конструкцию дросселя и изобразить её графически.

При решении задач №3 и 4конструкцию насоса необходимо изобразить графически.

Студенты заочнойформы обучения выполняют одну контрольную работу, в которую входят все задачи,которые включены в РГЗ №1 и РГЗ №2. Выбор вариантов осуществляется аналогичноприведённому выше.

Задача I

К штоку поршня I гидроцилиндра 2 приложена постояннаянагрузка Р.

Перемещение поршнягидроцилиндра осуществляется напором рабочей жидкости плотностью ρ = 0,88.103 кг/м3 под давлением Рн? развиваемым насосом. Поршень I и его шток уплотнены резиновыми манжетамишевронной формы.

Спроектировать гидропередачу обеспечивающую перемещение штока(вычертить схему гидропередачи, определить полезную мощность гидронасоса Nн,предельные эффективные площади сечения дросселя регулятора Sp min и Sp max,внутренний диаметр гидроцилиндра Dr), имея ввиду, что скорости перемещенияпоршня вправо устанавливаются дросселем, регулирующим скорость в пределах от Vmin до Vmax.Предложить конструкцию дросселя регулятора (эскиз). При этом к.п.д.гидропередачи при скорости перемещения поршня Vn = Vmax, в случае установкилросселя последовательно, но должен быть меньше 0.6. Коэффициент расходадросселя принять постоянным и равным μ = 0,4. Сопротивлениегидромагистрали кроме сопротивления дросселя пренебречь.

Исходные данные:

№ вар 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Установка

дросселя

Вход Выход

Парал-

лельно

Вход Выход

Парал-

леньно

Вход Выход

Парал-

лельно

вход Р (Н) 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Pн 3,9 3,9 3,9 4,3 4,3 4,3 4,3 4,5 4,5 4,5

Vmin

(м/с)

0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,4

Vmax

(м/с)

0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,6 0,6 0,8

Указания:

Коэффициент поршневого действия гидропередачи при скорости Vc=Vmaxопределён следующим образом:

/> (1)

где Q-расход на насосе.

Полезная мощностьгидронасоса:

NH = PH Q (2)

С другой стороны расходпри известном к.п.д. (выражение I) определяется как:

Qmax = Vmax S1(3)

Qmin = Vmin S1(4)

где S1 – площадьцилиндра, рассчитанная при Vn = Vmax. Этот же расход поступает в рабочуюполость гидроцилиндра.

В случае установкидросселя последовательно, в гидроцилиндр, расход пропорционален сечениюдроссельного отверстия, т.е.

Qдр = Q = μ Sдр/> (5)

где Sдр – одно из двухзначений сечения дросселя; sp – перепад давлений на дросселе.

Если дроссель установленпоследовательно на входе, то ΔP = PH – P1,

где P1 – давление в бесштоковой полостигидроцилиндра, которое может быть найдено из уравнения силового баланса:

P1S1 = P2S2 + />+ T (6)

где Т – сила трения вманжетах, которая для манжет шевронного типа равна:

T = π D h τ (7)

где D – диаметруплотнения; h – толщина уплотнения h = 0.2 Dr; τ – напряжение трения манжет τ = 0,22 МПа.

В уравнении (5),поскольку мы пренебрегаем сопротивлением магистрали, ρ2 = 0, т.е. второйчлен суммы равен 0.

В случае установкидросселя последовательно на выходе Δ ρ = ρ2, т.к. мы пренебрегаемсопротивлением магистрали за дросселем.

Уравнение же силовогобаланса для этого случая запишется следующим образом:

PHS1 = P2S2 + /> + T (8)

В случае установкидросселя параллельноуравнение силового баланса принимает следующий вид:

PHS1 =/> + T (9)

Часть жидкости от насосапопадает в цилиндр. Расход этой жидкости равен:

QЦ = Vmax S1 (10)

Часть жидкости сливаетсячерез дроссель. Расход равен:

QДР = μ SДР/> (11)

Причем Δ P = PH

Насос следует выбирать изусловия обеспечения максимальной скорости движения поршня, имея ввиду, что

QH = QЦ + QУР (12)

Максимальная скоростьбудет очевидно при SДР = 0, а минимальной соответствует соотношение:

S1Vmax= S1Vmin + μ SДРmax /> (13)

Задача 2

Скорость ротационногогидромотора регулируется установкой дросселя регулятора на выходе гидромотора(Рис. 2)

Рис. 2

Гидромотор удельнойпроизводительностью g развивает навыходном валу максимальный момент M [Нм]. В качестве привода гидромотора используется гидравлический насос.Давление рабочей жидкости, в качестве которой используется масло индустриальноеплотностью ρ = 0,88.103 кг/м3, равно 3,9МПа = 3,9.106 Н/м2.

Спроектироватьгидропередачу, обеспечивающую скорость ротационного гидромотора в пределах от nmax<sub/>до nmin. Вычертить схему гидропередачи. Определить полезную мощностьгидронасоса NH имаксимальный к.п.д. ηmax гидропередачи. Определить эффективные площади сечения дросселярегулятора SДРminпри nmin и SДРmax при nmax. Коэффициент расхода дросселяпринять постоянным и равным μ= 0,4. Сопротивлением гидромагистрали кроме сопротивления дросселя пренебречь.Указать возможность повышения к.п.д. гидропередачи.

Исходные данные

№ вар 1 2 3 4 5 6 7 8 9 М[Нм] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

g [м2] 10-4

0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3

nMIN[об/с]

5 5 7 7 6 6 8 8 8 8

nMAX[об/с]

20 18 18 15 18 15 16 16 15 16

Указания

Для ротационного гидромоторасправедливо следующее соотношение:

M = />(14)

где Δp – период давления на гидромоторе,равный разности давлений Δp = pH– p, где pH – давление, развиваемое насосом, р –давление на выходе гидромотора – перед дросселем.

/>Следовательно:

Pн — Р = (15)

/>Максимальный к.п.д. гидропередачи вычисляется последующему выражению

max = = />(16)

Где Nвыхmax – максимальная мощность на выходегидропередачи (максимальная мощность гидромотора); Nвхmax – максимальная мощность на выходегидропередачи, равная полезной мощности гидронасоса; QHmax – максимальный расход гидронасоса.

Из условия работыгидропередачи с максимальным к.п.д. при заданных параметрах двигателя и приводаследует, что весь расход рабочей жидкости, подаваемой насосом в систему, долженполностью потребляться гидромотором без слива жидкости через перепускнойклапан. Поэтому максимальный расход гидронасоса должен выбираться из условия:

QHmax = QДВmax = nmaxg (17)

Этот же расход протекаетчерез дроссель. Площади сечения дросселя регулятора определяются из соотношения

QДР = μДРSДР/> (18)

где QДР – расход жидкости через дроссель;ΔpДР – перепад давлений на дросселе;

Поскольку мы пренебрегаемсопротивлением гидромагистрали, кроме сопротивления дросселя, котороеучитывается коэффициентом расхода ΔpДР = p.

Задача №3

Работает плунжерныйперекачивающий насос, обеспечивая подачу материала на высоту Н и его фильтрацию(см. рис. 3). Плунжер гидронасоса совершает возвратно-поступательныеперемещения от пневмоцилиндра работающего от сети с воздушным давлением PB = 0,5 МПа, обеспечивая частотуперемещения Z двойных ходов в минуту. За одиндвойной ход по нагнетательному тракту нагнетается объём жидкости, равный объёмуполости А. Скорость перемещения материала плотностью ρ и вязкостью υпо нагнетательному трубопроводу принять равной V = 5 м/с.

Насос работает следующимобразом. При движении поршня пневмопривода вверх, жидкость через привычныйпатрубок, гибкий шланг, приёмный клапан поступает в полость А, в которойдавление меньше атмосферного. При следующем движении поршня вниз приёмныйклапан закрывается, открывается промежуточный клапан и жидкость вытесняется изполости А в плунжерную полость, затем по трубопроводу – наружу. При последующемдвижении поршня вверх оставшаяся жидкость также вытесняется наружу.

Определить основныеконструктивные параметры гидронасоса и пневмоцилиндра: внутренние диаметрыгидроцилиндра и пневмоцилиндра Dr, DnH, условный проход нагревательного трубопровода Dy, полезную мощность насоса NH, пренебрегая потерями во всасывающемтракте, полагая, что полость А при всасывании заполняется на 100%, а потеридавления по нагнетательному тракту происходят в 9-ти местных сопротивлениях(обозначены цифрами) по длине трубопровода. Насос должен обеспечиватьпроизводительность Q при давлении слива – Pсл. Подсчитать гидравлический к.п.д.насоса. Оценить гидропривод с точки зрения к.п.д. Указать возможность повышенияк.п.д.

Условные обозначения:

Н – высота подъёмаматериала при положении насоса внизу, м;

/>PB – давление воздуха в воздушной магистрали, МПа;

Z – число двойных ходов в минутупоршня пневмоцилиндра и совмещённого с ним плунжера гидронасоса;

V – скорость жидкости в нагнетательномтрубопроводе, м/с;

ρ – плотность перекачивания жидкости,кг/м2;

ν – вязкость перекачиваемой жидкости,м2/с;

λ – коэффициент Дарси (коэффициент,учитывающий потери давления по длине трубопровода);

Q – производительность гидронасоса, м3/с;

РСЛ – давлениеслива (на выходе нагнетательного трубопровода), МПа;

Величину хода поршняпринять Hn = 5Dy.

Исходныеданные

№ вар 1 2 3 4 5 6 7 8 9 H 15 16 18 20 25 28 30 35 40 50 Z 60 60 60 60 60 50 50 50 50 50

ρ .103

0.8 0.8 0.8 1.2 1.2 1.2 1.0 1.0 0.9 0.9

ν .10-6

29 29 29 64 64 64 36 36 38 38

Q .103

0.3 0.3 0.4 0.5 0.8 0.8 0.6 0.7 0.4 0.4

PСЛ

0,2 0,3 0,4 0,5 0,4 0,3 0,2 0,3 0,4 0,5

Указания:

Полезная мощность насоса,совершающего работу по подъёму жидкости на высоту Н при давлении слива РСЛравна:

NH = PH. Q (19)

где PH – давление, развиваемое насосом.

Давление РНсоздает давление подъёма жидкости Рn = ρgh, обеспечивая необходимое давление слива РСЛ, а такжерасходуется при преодолении жидкостью местных сопротивлений, т.е.

PH = ρgh + PСЛ + ΣΔP (20)

где ΣΔP –суммарная потеря давления;

Скорость движенияжидкости по трубопроводу определяется из соотношения:

Q = V.S (21)

где S – площадь сечения трубопроводадиаметром Dy.

Потери давления внагнетательном тракте складываются из потери давлений по длине и потерь вместных сопротивлениях. К местным сопротивлениям относятся сопротивлениявнутренней конструкции плунжерного насоса, т.е. 1, 2, 3, 4, 5, 6, а такжесопротивления трубопровода 7, 8, 9. К потерям по длине относятся потери навертикальном участке трубопровода диаметром Dy, длину L которого упрощённоможно принять равной H.

Потери по длине зависятот режима течения жидкости: ламинарного или турбулентного. Движение, какизвестно, носит ламинарный характер, если выполняется условие Re =< 2300, свыше этого значенияносит турбулентный характер. Критерий Рейнолдса равен:

Re = />(22)

где Vi – скорость жидкости в i-том сечении;d – диаметр i-того сечения; ν – нинокатическая вязкость жидкости.

Если режим теченияламинарный, то потери давления по длине трубопровода считаются по формуле Пуазейля:

Pa = />   /> Q (23)

Если режим течениятурбулентный, то потери давления по длине трубопровода считаются по формулеДарси-Вейсбаха:

Pa =  /> />(24)

Для гидравлически гладкихтруб:

 = 0.315 Re -0.25 (26)

Потери давления в местныхсопротивлениях подсчитываются по соотношению:

Pí = i/> (27)

где ξi – коэффициент местных потерь(выбирается по приложению 1).

Скорость жидкости в i-томместном сопротивлении подсчитываются согласно условию неразрывности движенияжидкости в гидравлическом тракте, т.е.:

Vi.Si = V.S (28)

Диаметр гидроцилиндравыбирается из соотношения:

WДВ.Х… z/60 = Q (29)

Где WДВ.Х. –объём жидкости, вытесняемой плунжером насоса за один двойной ход.

Для гидронасоса спневмоприводом справедливо соотношение:

D2ПН. РВ = РН. Dr2 (30)

Гидравлический к.п.д.насоса, т.е. к.п.д. без учета трения и объёмных потерь равен:

r = />(31)

Задача 4

Определить конструктивныепараметры всасывающего тракта плунжерного насоса (внутренний диаметр гибкоготрубопровода DШП, внутренний диаметр гидроцилиндра DГ,высоту подъёма плунжера Нп (рис. 3), если известно, что насос совершает zдвойных ходов в минуту, перекачивая жидкость из приёмника глубиной hM. Принцип работы насоса изложен взадаче №3. Скорость жидкости по гибкому рукаву – 1,5 м/с. Считать, что потеридавления происходят в приёмном фильтре, в шланге по его длине и на его выходе вприемном клапане. Коэффициент Дарси принять равным λ = 0,017.Перекачиваемый материал – масло индустриальное плотностью ρ = 0,88. 103кг/м3 и вязкостью ν = 29.10-6 м2/с.Коэффициенты сопротивления ξ – согласно приложению 1. Длина гибкого рукаваLШП – 3 м. Производительность насоса должна быть равной Q м3/с.При исполнении конструктивно Dr принять равным 5DШП. Давлениенасыщающих паров жидкости принять равным 0,02.105 Н/м2;

Примечание: Ход поршня и плунжера HП= 5Dy (рис. 3) относится к задаче №3. В задаче №4 эта величина искомая.

Исходные данные:

№ вар 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Z 60 60 60 60 60 50 50 50 50 50 h 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,5 1,2 1,2 1,0

Q .10-3

0,3 0,4 0,2 0,4 0,4 0,3 0,2 0,1 0,1 0,3

Указания

Во всасывающем трактенасоса подъём жидкости осуществляется за счет разности атмосферного давления идавления разряжения в полости А гидронасоса. Справедливо равенство:

Pатм = gh + /> +P + P2 (32)

где Р2 –статическое давление в полости А гидронасоса; Vr – скорость жидкости в полостиА; ΣΔР – суммарные потери давления во всасывающем тракте насоса; РАТМ– атмосферное давление – 1,0.105 Н/м2. Высотаподъёма плунжера рассчитывается из условия обеспечения насосом заданнойпроизводительности при заданном числе двойных ходов:

Wдв.х./> = Q (33)

где Wдв.х. = /> Hn (34)

WДВ.Х – объём жидкости при двойном ходе.

Полученное значение НПдолжно быть проверено. Поскольку расширение полости А происходит без изменениявоздушной массы и температуры газа, то справедливо соотношение:

PАТМ. W1 = P2. W2 (35)

Учитывая, что площадьполости А не изменяется в результате расширения

PАТМ. Н1 = P2. HП (36)

где W1 – первоначальный объём полости А до момента подъёмапоршня; Н1 – высота полости h, соответствующая W1(рекомендуется принять Н1 = 0,01 м.)

Найденное с учетом (32)значение НП сравнивается с рассчитанным ранее значением НП.

Условие правильностирасчета таково:

HП’ =< HП (37)

В случае невыполненияусловия (37) за высоту подъёма поршня (плунжера) следует принять НП',соответственно пересчитать Dr. Однако следует иметь в виду, что рассчитанное повыражению (32) Р2 не должно быть меньше давления насыщающих паровжидкости, т.е. должно выполняться условие:

Р2 < PН.П.

В противном случаепроизойдет газовыделение из жидкости, нарушится сплошность течения и насос несможет перекачивать жидкость. Это значит, что гидравлический всасывающий трактвыбран неверно. Здесь следует проанализировать уравнение (32) на предметуменьшения составляющих его слагаемых, влияющих на PA. Привести рассуждения относительновосстановления работоспособности насоса. Обосновать расчеты. Входящее вуравнение (32) ΣΔР рассчитывается аналогично описанному в задаче №3.

Приложение1

Коэффициенты местныхсопротивлений гидравлических трактов

Вид местного сопротивления Коэффициент сопротивления Вход в трубу без закругления водных кромок 0,5 То же, но при хорошо закругленных кромках 0,1

/>Выход из трубы в сосуд больших размеров

1,0

/>/>Резкий поворот трубы без переходного закругления при угле поворота примерно 90о

1,25. 1,5

Колено (плавное закругление) на трубе с углом δ=90о при R3 λ 2d

0,5

То же, при R3<sup/>≈ (3:1) d

0,3 Кран 5-7 Вход во всасывающую коробку с обратным клапаном 5-10

Внезапное расширениеξ = (F1/F2)