Реферат: Гидравлика, гидропневмопривод

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 7.090258

«Автомобили и автомобильное хозяйство»

Севастополь

2001

УДК 629.114.6

Методические указания по дисциплине «Гидравлика, гидро- и пневмопривод» по выполнению расчетно-графического задания №1 для студентов дневной формы обучения и контрольных работ для студентов заочной формы обучения специальности 7.090258 «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, гидро- и пневмопривод» и самостоятельном выполнении расчетно-графического задания №1 студентами дневной формы обучения и контрольных работ заочниками.

Методические указания предназначены для студентов специальности 7.090258 «Автомобили и автомобильное хозяйство» дневной и заочной форм обучения. Могут также использоваться студентами дневной и заочной форм обучения специальностей 7.090202 «Технология машиностроения» и 7.090203 «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 = P_a + hρg = P_a + γh, (1.1)

Где P_a – давление на какой либо поверхности уровня жидкости; h – глубина рассматриваемой точки, отсчитанная от поверхности с давлением P_a .

В тех случаях, когда рассматриваемая точка расположена выше поверхности с давлением P_a _, 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/(ρg) – 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 = 1м при показаниях манометра P_м = 0,08 Мпа, H₀ = 1.5 м,

ρ = 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 P_x 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 ρ = 1000 кг/ м³ .

Задача 1.4

Определить показание манометра P_м, 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 показание вакуметра P_вак = 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 , необходимоедля 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 P_1, 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; D_ш = 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 F_а = 100 Н, а давление жидкости P_{2 = 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 S_{1 ,} S₂ ; V_{1 ,} 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/ρg - 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 = 0,2МПа; высота H = 1,6 м. Пренебрегая потерями энергии определить скорость течения жидкости (воды) в трубопроводе V₁ и на выходе из насадки V_2.

Задача 2.2

Определить расход керосина, вытекающего из бака по трубопроводу диаметром d = 0,05 м, если избыточное давление воздуха в баке P₀ = 16кПа; высота уровня H₀ = 1 м; высота подъема керосина в пьезометре, открытом в атмосферу, H= 1,75 м. Потерями энергии принебречь. Плотность керосина ρ = 800 кг/ м³ .

Задача 2.3

Жидкость вытекает из открытого резервуара в атмосферу через трубу, имеющую главное сужение до диаетра d_1. 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 ρ = 1000 кг/ м³ . Найти напор H_кр, 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 (ν = 2*10^-4 м² /с; ρ = 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, ρ = 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

h_м = ξ_м ^. (3.1)

где V – средняя скорость потока в сечении перед местным сопротивлением или за ним; ξ_М = безразмерный коэффициент местного сопративления.

Числовое значение коэффициента ξ_М в основном определяется формой метсного сопративления, но иногда влияет число Рейнольдса, которое для труб диаметром d выражается формулой

R_e = = (3.2)

где ν- кинематическая вязкость жидкости (м² /с).

При R_e < R_{е кр,} где R_{е кр} ≈ 2300 – режим движения ламинарный.

При R_e > R_{е кр} – режим течения турбулентный.

Потери наопра на трение по длине l определяется ощей формулой Дарси

h_пр = λ ^. V² /2g(3.3)

где λ – безразмерный коэффициент на трение по длине и определяется в зависимости от режима течения:

при ламинарном режиме λ_л однозначно определяется число Рейнольдса, т.е.

λ_л = (3.4)

Потери давления от местных сопротивлений определяются выражением

ΔP=ρgh_м

(3.5)

ΔP= ξ_м ρ(3.6)

Если режим течения ламинарный, то потери давления по длине трубопровода считают по формуле Пуваейлля

ΔP= ν ρ Q(3.6)

где ν – кинематическая вязкость жидкости; ρ – 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

ΔP= λ ρ

Для гидравлических гладких труб

λ=0,315^. R_e ^-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 ξ₁ = 0,5;

ξ₂ = 4,24; ξ₃ = 0,2; ξ₄ = 1,5. Плотность жидкости ρ = 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 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 на выходе трубопровода длиной l = 3м и 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 давления в трубопроводе длиной l = 5м и 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 местными сопративлениями. Коэффициенты местных потерь ξ₁ = 0,5; ξ₂ = 0,8; ξ₃ = 1,2; ρ = 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=φ^.

где H – расчетный напор, который в общем уравнении равен сумме геометрического и пьезометрического 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 площадь сечения струи:

Q = μ^. S₀ ^.

Указания к решению задач:

Отверстие в тонкой стенке для приближенных расчетов обычно принимают: φ = 0,97; α = 1; ξ = 0,065; μ = 0,62.

При внешнем цилиндрическом насадке μ = φ = 0,82; ξ = 0,5; α = 1.

Задача 4.1

Определить расход жидкости (ρ = 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 μ = 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 μ = 0,82; ρ = 900 кг/ м³ .

Задача 4.3

Определить скорость истечения жидкости через насадок диаметром d = 10 мм, если высота жидкости h = 1 м и плотность ρ = 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 ρ = 900 кг/ м³ , μ = 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 ρ = 800 кг/ м³ и вязкостью ν= 2^. 10^-4 м² /с подается 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. 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: ν= 0,025^. 10^-4 м² /с; ρ = 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 ν= 1^. 10^-4 м² /с под действием перепада давления ΔP = 4 МПа; ρ = 1000 кг/ м³ . Определить режим движения жидкости в трубопроводе.

Задача 5.4

Определить режим течения жидкости при температуре 10 °С (ν= 0,4*10^-4 м² /с) по трубопроводу длиной l = 3 м, который при перепаде давления ΔP = 2 МПа должен обеспечить расход Q = 0,001 м³ /с. Плотность ρ = 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 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. : Виша шк. Головное изд-во1987. – 365с.

2. Некрасов Б.Б. Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу. – М. : Высш. шк. , 1989. – 192с.

Реферат: Гидравлика, гидропневмопривод

Похожие рефераты: