Реферат: Гидравлика, гидропневмопривод
Министерство образования и наукиУкраины
Севастопольский национальныйтехнический университет
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по дисциплине
«ГИДРАВЛИКА, ГИДРО-, ПНЕВМОПРИВОД»
для выполнения расчетно-графическогозадания №1
и самостоятельной работы студентовдневной
формы обучения
и контрольных работ студентов заочнойформы обучения
специальности 7.090258
«Автомобили и автомобильное хозяйство»
Севастополь
2001
УДК 629.114.6
Методические указанияпо дисциплине «Гидравлика, гидро- и пневмопривод» по выполнениюрасчетно-графического задания №1 для студентов дневной формы обучения иконтрольных работ для студентов заочной формы обучения специальности 7.090258«Автомобили и автомобильное хозяйство»/ Сост. Ю.Л. Рапацкий.- Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2001.-16с.
Целью методическихуказаний является оказание помощи студентам специальности «Автомобили иавтомобильное хозяйство» при изучении дисциплины «Гидравлика, гидро- ипневмопривод» и самостоятельном выполнении расчетно-графического задания №1студентами 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 и утверждены на заседании кафедры АТИП (протокол №4 от 29.12.2001г.)
Допущеноучебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.
Рецензент: Харченко А.О.канд. техн. наук, доцент кафедры Машиностроения и транспорта. Заслуженныйизобритатель Украины.
Выбор вариантов нарасчетно-графические задания для студентов дневной формы обучения и наконтрольные работы для заочников
Студенты дневной формыобучения выполняют в течении семестра два расчетно-графических задания (РГЗ).Выбор вариантов – по последней цифре зачетной книжки. РГЗ оформляются всоответствии с действующими стандартами Украины для текстовых документов настандартных листах формата А4. Допускается оформление РГЗ на листах в клетку, асхем и чертежей на миллиметровой бумаге. Рекомендуется использовать ПЭВМ дляоформления РГЗ, в том числе целесообразно выполнять расчеты с применениемодного из доступных математических пакетов типа Maple или Mathcad.
Защита студентамивыполненных РГЗ производится индивидуально на консультациях, после проверкипреподавателем правильности расчетов и оформления РГЗ.
РГЗ №1 должно бытьзащищено на 10-11 неделе семестра.
РГЗ №1 включает в себяпять задач в соотвествии с таблицей 1.
Таблица 1
Номера вариантов задачдля первого РГЗ
Последняя цифра номера зачетной книжки 1 2 3 4 5 6 7 8 9
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 задачнеобходимо изобразить графически схемы и рисунки,поясняющие работу гидравлических устройств.
Студенты заочнойформы обучения выполняют одну контрольную работу, в которую входят все задачи,которые включены в РГЗ №1 и РГЗ №2 ( выполняются по соотвествующим методическимуказаниям). Выбор вариантов осуществляется аналогично приведенному выше.
1. ГИДРОСТАТИКА
Давление в неподвижнойжидкости называется гидростатическим и обладает следующими двумя свойствами:
– на внешней поверхностижидкости оно всегда направленно по нормали внутрь объема жидкости;
– в любой точке внутрижидкости оно по всем направлениям одинаково, т.е. не зависит от угла наклонаплощадки, по которой действует.
Уравнение, выражающеегидростатическое давление P влюбой точке неподвижной жидкости в том случае, когда из числа массовых сил нанеё действует лишь одна сила тяжести, называется основным уравнениемгидростатики:
P = Pa +hρg = Pa + γh, (1.1)
Где Pa<sub/>– давление на какой либо поверхностиуровня жидкости; h – глубинарассматриваемой точки, отсчитанная от поверхности с давлением Pa<sub/>.
В тех случаях, когдарассматриваемая 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 свободнойповерхности, отсчитываемые от горизонтальной поверхности; P/(ρg) – пьезометрическая высота.
Сила давления жидкости наплоскую стенку равна произведению гидростатического давления P на плоащдь стенки S
F=PS
Указания по решениюзадач.
При решении задач погидростатике прежде всего нужно хорошо усвоить и не смешивать такие понятия какдавление P и сила F. При решении задач на определение давления в той или инойточке неподвиджной жидкости следует пользоваться основным уравнением гидростатики.Применяя это уравнение, нужно иметь ввиду его второй член в правой части этогоуравнения может быть как положительным так и отрицательным.
Необходимо твердоразличать давления абсолютное, избыточное и вакуум, и обязательно знать связьмежду давлением, удельным весом и высотой, соответствующей этому давлению (пьезометрической высотой).
При решении задач, вкоторых даны поршни или системы поршней, следует писать уравнение равновесия,т.е. равенство нулю всех сил, действующих на поршень.
Задача 1.1
Определиль силу давленияжидкости (воды) на крышку люка диаметром D = 1м при показаниях манометра Pм = 0,08 Мпа, H0= 1.5 м,
ρ = 1000 кг/м3.
Задача 1.2
Определить давление вгидросистеме 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<sub/>жидкости, которую необходимо подвестик 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 ρ =1000 кг/ м3.
Задача 1.4
Определить показаниеманометра Pм, если к штоку поршня приложена сила F = 0,1кН, его диаметр d = 0,1 м, высота H = 1.5 м. плотность жидкости ρ = 800 кг/ м3.
Задача 1.5
Определить силу F на штоке золотника, если показаниевакуметра Pвак = 60 кПа, избыточное давление P1 = 1 Мпа, высота H = 3 м, диаметр поршней D = 0,02 м, d = 0,015 м; ρ = 1000 кг/ м3.
Задача 1.6
Определить давление P1, необходимое<sub/>для удержания штокомтрехпозиционного 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 цилиндромнагрузки F = 70 кН. Противодавление в полости 2равно P2 = 0,3 МПа, давление полости 3 равноатмосферному. Размеры D4= 0,08 м; Dш = 0,07 м, d1 = 0,05 м.
Задача 1.8
Определить минимальноезначение силы F, приложеной к штоку, под действиемкоторой 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 гидроцилиндраP1 = 1 МПа.
Задача 1.8
Определить величинупредварительного поджатия пружины дифференциального предохранительного клапана(мм), обеспечивающую начало открытия клапана при P1 = 0,8 МПа. Диаметр клапана D<sub/>= 0,024 м, d = 0,018 м; жесткость пружины С = 6 н/мм. Давление справа от большого ислева от малого поршней – атмосферное.
2. ПРИМЕНЕНИЕ УРАВНЕНИЯБЕРНУЛЛИ
Основными уравнениями,позволяющими решать простейшие задачи о движении идеальной жидкости, являетьсяуравнение расхода и уравнение Бернулли.
Уравнение расходаосновано на условии неразрывности потока жидкости и представляет собойравенство объемных расходов во всех сечениях потока
Q1 =<sub/>Q2 или V1 S1 = V2 S2 (2.1)
где Q1 и Q2 – расходы в сечении потока площадью S1, S2; V1, V2 -<sub/>скорости потока жидкости в этих сечениях.
Уравнение Бернулли дляпотока идеальной жидкости выражает собой закон сохранения удельной энергиижидкости вдоль потока. Уравнение Бернулли, отнесенное к еденице веса изаписанное для сечения 1, 2, имеет вид:
/>
где Z – вертикальные координаты центровтяжести сечений; P/ρg — пневмотическая высота (напор); V2/2g — скоростнаявысота (напор); H – полный напор.
Задача 2.1
Из напорного бака водатечет 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<sub/>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 расходкеросина, вытекающего из бака по трубопроводу диаметром d = 0,05 м, если избыточное давление воздуха в баке P0= 16<sub/>кПа;высота уровня H0 = 1 м; высота подъема керосина в пьезометре, открытом в атмосферу, H<sub/>= 1,75 м. Потерями энергии принебречь. Плотность керосина ρ = 800 кг/ м3.
Задача 2.3
Жидкость вытекает изоткрытого резервуара в атмосферу через трубу, имеющую главное сужение додиаетра d1. Истечение происходит под действиемнапора H<sub/>= 3 м. Пренебрегая потерями энергии, определить абсолютное давление в узком сечении трубы 1-1, если соотношениесоответсвует h0 = 750 мм рт. ст., плотность жидкости ρ = 1000 кг/ м3. Найти напор Hкр, при котором абсолютное давление всечении 1-1 будет равно нулю.
Указание: 1 мм рт. ст. – 133,3 Па. Уравнение Бернулли следует записать два раза, например, для сечения 0-0 и2-2, а затем для сечения 1-1 и 2-2.
Задача 2.4
По длинной трубедиаметром d = 0,05 м протекает жидкость (ν = 2*10-4 м2/с; ρ = 900 кг/ м3 ).Определить расход жидкости и давление в сечении, где установлен пьезометр (h<sub/>=0,6 м) и трубка П то (H<sub/>= 0,8 м).
Задача 2.5
Вода течет по трубедиаметром 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, ρ = 1000 кг/ м3.
Указание: считать, чтодавление перед отводом расходится на создание скоростного напора в отводе иподъем жидкости на высоту.
3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕПОТЕРИ.
/>Различают два вида гидравлических потерь: местныепотери и потери на трение по длине. Местные потери напора происходят в такназываемых гидравлических сопротивлениях, т.е. в местных изменениях формы иразмеров русла. Местны потери выражаются формулой Вейсбаха
/>hм = ξм. (3.1)
/>
где V – средняя скорость потока в сеченииперед местным сопротивлением или за ним; ξМ = безразмерныйкоэффициент местного сопративления.
Числовое значениекоэффициента ξМ в основном определяется формой метсногосопративления, но иногда влияет число Рейнольдса, которое для труб диаметром d выражается формулой
/>/>Re = = (3.2)
где ν — кинематическая вязкость жидкости (м2/с).
При Re < Rе кр, где Rекр ≈ 2300 –режим движения ламинарный.
При Re > Rе кр – режим течения турбулентный.
Потери наопра на трениепо длине l определяется ощей формулой Дарси
/>hпр = λ. V2/2g (3.3)
где λ – безразмерныйкоэффициент на трение по длине и определяется в зависимости от режима течения:
/>при ламинарном режиме λл однозначноопределяется число Рейнольдса, т.е.
λл = (3.4)
Потери давления отместных сопротивлений определяются выражением
ΔP=ρg hм
/>(3.5)
ΔP= ξм ρ (3.6)
/>Если режим течения ламинарный, то потери давления подлине трубопровода считают по формуле Пуваейлля
ΔP= ν ρ Q (3.6)
где ν –кинематическая вязкость жидкости; ρ – плотность жидкости; Q – расход жидкости через сечениетрубопровода диаметром d.
Если режим течениятурбулентный, то потери давления по дилне трубопроода считают по формулеДарон-Вейсбаха
/> /> /> /> /> /> <td/> />/>ΔP= λ ρ
Для гидравлическихгладких труб
λ=0,315.Re-0,2
Задача 3.1
Определить потеридавления в трубопроводе, если известно, что давление на его входе P = 0,4 МПа и коэффициент местныхпотерь ξ1 = 0,5;
ξ2 =4,24; ξ3 = 0,2; ξ4 = 1,5. Плотность жидкостиρ = 900 кг/ м3. Средняя скорость жидкости во всех сеченияхтрубопровода принять равной V = 2м/с. Потерями на трение по длине пренебречь.
/>Задача 3.2
Определить потеридавления на участке трубопровода, представленного на рис. 3.2, если известнаскорость движения потока жидкости V = 3 м/с и плотность жидкости ρ = 1000 кг/ м3.Коэффициенты местных поетрь ξ1 = 6; ξ2 = 1,2;ξ3 = 1,7; ξ4 = 0,8. ξ5 = 6.Потерями на трение по длине пренебречь.
Задача 3.3
Определить давление навыходе трубопровода длиной l = 3ми диаметром d = 0,03 м, если расход трубопровода Q = 1,5 *10 -3 м3/с,коэффициент кинематической вязкости жидкости ν= 3* 10-5 м2/с.Давление на входе трубопровода P =0,4 МПа, ρ = 1000 кг/ м3 .
Задача 3.4
Рпеделить потери давленияв трубопроводе длиной l = 5ми диаметром d = 0,01 м, если расход трубопровода Q = 4 *10 -3 м3/с,коэффициент кинематической вязкости жидкости ν= 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
ν= 3* 10-5 м2/с.Давление на входе трубопровода P =0,5 МПа. В конце участка трубопровода установлен патрубок с местнымисопративлениями. Коэффициенты местных потерь ξ1 = 0,5; ξ2= 0,8; ξ3 = 1,2; ρ = 800 кг/ м3.Определить потери давления.
4. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ, НАСАДКИ, ДРОССЕЛИ
В процессе истеченияжидкости происходит преобразование потенциальной энергии жидкости вкинетическую.
/>Из уравнения Бернулли легко выводится выражение дляскорости истечения:
/>
V=φ.
/>где H –расчетный напор, который в общем уравнении равен сумме геометрического ипьезометрического напоров, т.е
H=ΔZ +
/>φ – коэффициент скорости, определенный так
φ=
Здесь α –коэффициент Керполиса; ξ – коэффициент местного сопративления.
/>Расход жидкости при истечении через отверстия,насадки, дроссели определяется произведением скорости течения на площадьсечения струи:
Q = μ. S0.
Указания к решению задач:
Отверстие в тонкой стенкедля приближенных расчетов обычно принимают: φ = 0,97; α = 1; ξ =0,065; μ = 0,62.
При внешнемцилиндрическом насадке μ = φ = 0,82; ξ = 0,5; α = 1.
Задача 4.1
Определить расходжидкости (ρ = 800 кг/ м3), вытекающей из бака через отверстиеплащадью S0 = 1 см2. Показаниетрутного прибора, измеряющего давление воздуха, h = 268 мм, высота H0= 2 м, коэфициент расхода отверстия μ = 0,6 (1 мм рт. ст. = 133,3 Па).
Задача 4.2
Определить скоростьперемещения 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 расходаμ = 0,82; ρ = 900 кг/ м3.
Задача 4.3
Определить скоростьистечения жидкости через насадок диаметром d = 10 мм, если высота жидкости h = 1 м и плотность ρ = 900 кг/ м3,
Избыточное давление вбаке P = 0,03 МПа.
Задача 4.4
Определить расходжидкости через насадок диаметром
d = 0,02 м, если высота жидкости h = 10 м и плотность ρ = 900 кг/ м3, μ = 0,8. Считать объем бака неограниченым ипадением высоты h пренебречь.
5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ
В основе расчетатрубопроводов лежат формула Дарси (3.3) для определения потерь напора на трениепо длине и формула Вейсбаха (3.1) для местных потерь.
При ламинарном режиметечения вместо формулы (3.3) обычно бывает удобно пользоваться зависимостью,называемой законом Празеля
Формулу Дарси обычновыражают через расход и получают
Коэффициент Дарси притурбулентных режимах можно определить
Задача 5.1
Жидкость с плотностьюρ = 800 кг/ м3 и вязкостью ν= 2.10-4 м2/сподается на расстояние l = 20 м по горизонтальной трубе d = 0,02 м в количестве Q = 0,00157 м3/с.Определить давление и мощность, которые требуются для указанной подачи. Местныегидравлические сопротивления отсутствуют.
Задача 5.2
Керосин перекачивается погоризонтальной трубе длиной l = 50 м и диаметром d = 0,03 м в количестве Q = 0,0098 м3/с. Определитьпотребноедавление и необходимую мощность, если свойства керосина: ν= 0,025.10-4м2/с; ρ = 800 кг/ м3. Местнымигидравлическими сопротивлениями пренебрегаем.
Задача 5.3
По трубопроводу диаметромd = 0,01 м и длиной l = 10 м подается жидкость с взякостью ν= 1.10-4 м2/с под действиемперепада давления ΔP = 4МПа; ρ = 1000 кг/ м3. Определить режим движения жидкости втрубопроводе.
Задача 5.4
Определить режим теченияжидкости при температуре 10 °С (ν= 0,4*10-4 м2/с) потрубопроводу длиной l = 3 м, который при перепаде давления ΔP = 2 МПа долженобеспечить расход Q = 0,001 м3/с.Плотность ρ = 850 кг/ м3; d = 0,02 м.
Задача 5.5
При каком Диаметретрубопровода подача насоса составит Q =1. 10-8 м3/с, если на выходе из негонапор распыляется на 9,6 м; длина трубопровода l = 10 м; давление в баке P0 = 30 кПа; высота H0 = 4 м; вязкость жидкости ν= 1,5.10-6 м2/с и её плотность ρ =1000 кг/ м3. Метсными гидравлическими сопротивлениями пренебречь.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федорец В.А.,Подченко М.Н. и др. Гидроприводы и гидропневмоавтоматика станков. – К.: Вишашк. Головное изд-во1987. – 365с.
2. Некрасов Б.Б.Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу. – М.: Высш. шк., 1989. –192с.