МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Севастопольский национальный технический университет
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для лабораторных работ по дисциплине
«ГИДРАВЛИКА И ГИДРОПНЕВМОПРИВОД»
для студентов дневной и заочной формы обучения специальностей:
7.090258 «Автомобили и автомобильное хозяйство»
7.090203 «Металлорежущие станки и системы»
7.090202 «Технология машиностроения»
(направление 6.090202 – «Инженерная механика»)
Лабораторные работы №№1-5
Севастополь 2007 г.
УДК 629.114.6
Методические указания для лабораторных работ по дисциплине «Гидравлика и гидропневмопривод» для студентов дневной и заочной формы обучения специальностей 7.090258 «Автомобили и автомобильное хозяйство» 7.090203 «Металлорежущие станки и системы» 7.090202 «Технология машиностроения» (направление 6.090202 – «Инженерная механика») Часть 1. Лабораторные работы №№1-5
Составил: Поливцев В.П., Рапацкий Ю.Л., -Севастополь: издательство СевНТУ, 2007-27с.
Целью методических указаний является оказание помощи студентам при подготовке к лабораторным работам, выполнении экспериментальных исследований, обработке их результатов и оформлении отчета. Методические указания предназначены для студентов дневной и заочной формы обучения специальностей 7.090258 «Автомобили и автомобильное хозяйство» 7.090203 «Металлорежущие станки и системы» 7.090202 «Технология машиностроения» (направление 6.090202 – «Инженерная механика»). Могут использоваться также студентами дневной и заочной формы обучения других специальностей 6.0902, 6.0925.
Методический указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры АТПП, протокол №7 от 14.04.2001г.
Рецензент: Харченко А.О., к.т.н., доцент кафедры машиностроения и транспорта, Заслуженный изобретатель Украины
Лабораторная работа №1
«Определение статической характеристики усилителя типа сопло-заслонка»
Цель работы:
Ознакомиться с конструкцией, принципом действия усилителя типа сопло-заслонка и установить его статическую характеристику
Содержание работы:
1. Ознакомиться с конструкцией усилителя, составить его схему,
определить назначение всех входящих в него элементов;
2. Снять и исследовать его статическую характеристику;
3. Определить чувствительность (передаточное отношение) системы;
4. Экспериментальные зависимости представить графически.
Общие сведения
1. Среди пневматических и гидравлических усилителей широко распространены усилители типа сопло-заслонка. Такие усилители включают дроссель 1 с постоянным проходным сечением, междроссельную камеру А, сопло 2 и заслонку 3 (Рис. 1). Сопло и заслонка составляют вместе дроссель с переменным проходным сечением. Рабочее тело (воздух, жидкость) подается в усилитель под постоянным давлением P0
, затем протекает через дроссель 1, междроссельную камеру А, сопло 2 и истекает в атмосферу (или бак) через зазор между торцом сопла и заслонкой.
Величина зазора S=S0
±h
,
Где S0
– начальный зазор между соплом и заслонкой;
h
- перемещение (ход) заслонки, считающееся положительным при удалении заслонки от сопла.
Заслонка перемещается управляющим элементом. Междроссельная камера А соединяется с рабочей полостью исполнительного механизма.
Усилители типа сопло-заслонка носят еще название механопневма-тических преобразователей, поскольку в них происходит преобразование механического перемещения в пневматический (гидравлический) сигнал.
Они используются также в датчиках давления, расхода, уровня, температуры, числа оборотов, эксцентриситета, линейных размеров, шероховатости поверхности, и т.д. Кроме того, они применяются в различных вычислительных устройствах.
Усилитель (преобразователь) работает следующим образом: при зазоре δ0
Давление воздуха (жидкости) в камере А равняется начальному, т.о. уравновешивающему нагрузку на исполнительном механизме, и воздух не поступает. Перемещение заслонки вызывает изменение сопротивления дросселя с переменным проходным сечением, а следовательно, и расхода воздуха через сопло-заслонку. Диаметр РА
в междроссельной камере и выходной линии усилителя при этом так же меняется, и исполнительный механизм приходит в движение.
Затрачивая небольшую мощность на управление усилителем (перемещение заслонки), можно управлять значительной мощностью потока рабочего тела на выходе усилителя, что следует из формулы:
N=PA
∙Q ,
где N
-
мощность усилителя; Q-
расход рабочего тела через проходное сечение.
В установившихся режимах работы каждому зазору δ между соплом и заслонкой соответствует определенное давление РА
в междроссельной камере при постоянном расходе жидкости выходной линии. Таким образом, статическая характеристика усилителя представляет собой зависимость давления в камере А от зазора δ между зазором и торцом сопла. При этом имеется ввиду что давление рабочего тела Р0
(воздуха, жидкости) на входе в усилитель давление РС
среды , в которую воздух вытекает, остается неизменным.
В статических режимах расход рабочего тела через дроссель 1 равен его расходу через сопло с заслонкой. Предполагая, что истечение происходит в атмосферу (Р0
= 0 атм.), эти расходу могут быть найдены по выражениям:
где μ1
и μ – коэффициенты расхода через дроссель 1 и сопло с заслонкой соответственно ;
f1
и f
– площади их проходных сечений;
g
– ускорение силы тяжести;
γ
– удельный вес рабочего тела.
В установившемся режиме Q1
= Q2 .
Поэтом у из уравнения (1) после преобразований получаем, что
где σn
– проводимость дросселя; a
- коэффициент пропорциональности Из формулы (2) видно, что при δ=0
давление РА
=Р0
, а при δ>0
– давление в междроссельной камере уменьшается, поскольку оно зависит от δ2
.
Чувствительность усилителя определяется как
Она может быть определена геометрически как тангенс угла наклона касательной, проведенной к кривой РА
=f(δ) .
Поскольку эта зависимость не линейная, то чувствительность К также изменяется при изменении δ.
Указания к проведению работы
1. Ознакомиться с стендом и всеми входящими в него элементами Составить полную схему усилителя;
2. Подключить усилитель к пневмосети , предварительно обратив с помощью обратного клапана давление на входе в усилитель порядка 0.04 МПа (0.4 атм.);
3. Снять статическую характеристику РА
=f(δ) . Измерения начинать с δ=0, для чего подвернуть винт микрометра (заслонку) до упора в сопло. Установить, регулируя винтом стабилизатора, давление Р0.
Максимально давление определяется по V-образному манометру так, чтобы размах уровней воды в трубках был максимальный. Необходимо следить за тем чтобы вода в манометре не выходила за красную черту.
4. после графического построения статической характеристики
5. определить чувствительность системы усилителя, использовав для этого любой способ графического или числового дифференцирования функции РА
=f(δ) .
Полученные экспериментальные данные снести в таблицу 1. , сделав при этом 20-25 измерений.
Таблица 1
№
Пп
.
|
δ |
РА
|
К
|
| 1 |
0.02 |
| 2 |
0.04 |
| .... |
.... |
| 25 |
1.00 |
5. Отчет заканчивается развернутыми выводами, сделанными на основе проведенного исследования.
Литература
1. И.М. Красов. Гидравлические элементы в системах управления, изд. 2.-М.: Машиностроение, 1967, -с. 32-35; 48-52.
2. И.А.Ибрагимов и др. Элементы и системы пневмоавтоматики.- М.:Высшая школа, 1985, - с. 66-72
Лабораторная работа №2
«Исследование автоматизированного гидравлического привода»
Цель работы:
Ознакомиться с конструкцией и принципом действия автоматизированного гидравлического привода и определить его характеристики.
Содержание работы:
1. Ознакомиться и конструкцией привода и составить его принципиальную схему.
2. Определить назначение и работу отдельных элементов и привода в целом.
3. Определить характеристики привода.
4. Определить усилие и мощность привода.
Общие сведения
:
Гдропривод представляет собой автоматизированный агрегат для выполнения технологического воздействия на управляемый объект, например, стол станка или деталь.
По принципу действия гидроприводы делятся на объемные (статические) и динамические. В настоящей работе применяется объемный гидропривод Под объемным гидроприводом понимается в общем случае гидросистема, предназначенная для приведение в движение механизмов и машин, в состав которых входит объемный гидродвигатель.
Понятие «гидропривод» обычно отождествляется с понятием «гидросистема», под которой понимается совокупность средств , передающих энергию посредством использования жидкости под давлением.
Всякий гидропривод состоит из источника гидравлической энергии (расход жидкости), которым в большинстве случаев служит насос гидродвигателя (в нашем случае возвратно-поступательного движения гидроцилиндра) и прочих гидроаппаратов.
Гидроаппаратурой называют устройства, предназначенные для изменения параметров потока рабочей жидкости или для поддержания их на определенном уровне. Под параметром потока понимают давление, расход и направление давления.
Насосом называется машина, преобразующая механическую энергию, приложенную к его валу (поршню), в энергию жидкости, а гидродвигателем - машина, преобразующая энергию жидкости в механическую энергию на его валу (штоке).
Благодаря таким важным преимуществам, как малая масса и объем, приходящиеся на единицу передаваемой мощности, высокий КПД, надежность действия, а так же простота автоматизации управления, гидроприводы нашли широкое применение в самых разных отраслях машиностроения.
Приемуществом гидросистем является так же возможность бесступенчатого регулирования выходной скорости в широком диапазоне.
Различают:
- напорную гидролинию – часть основной гидролинии, на которой рабочая жидкость поступает от насоса к распределителю или непосредственно к гидродвигателю;
- исполнительную гидролинию – часть основной гидролинии, по которой рабочая жидкость движется от распределителя к гидродвигателю и обратно;
- сливную гидролинию – часть основной гидролинии, по которой рабочая жидкость движется в бак от распределителя или непосредственно от гидродвигателя.
Применительно к рассматриваемым объемным гидроприводам основным видом энергии является энергия давления, которая легко может быть преобразована в механическую работу с помощью гидродвигателей.
В лабораторной работе используется работа гидропривода, исполнительным органом которого служит гидроцилиндр. Такой гидроцилиндр может быть использован как привод перемещений стола станка, ползуна пресса, в качестве толкателя, зажима, и т.д.
Характерной особенностью гидроприводов является равномерное движение рабочего органа (штока гидроцилиндра) , легкость регулировки и большое усилие, развиваемое на штоке.
Гидропривод смонтирован на стенде, на котором установлены бак с маслом, шестеренчатый насос, развивающий давление Р=0.5 МПа.
Скорость вращения ротора насоса h=2000 об/мин. Исполнительный орган- несимметричный цилиндр двухстороннего действия, диаметр поршня которого D=50мм, диаметр штока d=15мм.
Управление работой гидропривода осуществляется от четырехходового двухпозиционного золотника с электромагнитным управлением.
На напорной магистрали установлен манометр для измерения давления масла и предохранительный клапан, регулирующий это давление.
На штоке установлены кулачки, воздействующие на контакты, управляющие подачей тока в обмотки магнитов золотника. Положения кулачков на штоке регулируются. У штока размещена линейка, по которой определяется величина хода штока. Для определения времени хода штока из одного крайнего положения в другое используют секундомер.
Указания по проведению работы
1. Ознакомиться с гидроприводом, смонтированным на стенде.
2. Составить его полную схему.
3. Для пяти различных положений винта предохранительного клапана замерить время прямого и обратного ходов. Для каждого случая замеров фиксировать давление Р в магистрали.
4. Определить средние скорости прямого и обратного ходов.
5. Рассчитать F усилие на штоке цилиндра для прямого и обратного ходов для всех пяти случаев.
6. Определить объемный расход Q масла в цилиндре. Объемный расход находить по формуле Q=S∙V ;
где S – площадь поперечного сечения цилиндра;
V – скорость движения поршня;
определить мощность привода по формуле N=Q∙P,
где Р – давление в напорной магистрали.
Все полученный данные свести в таблицу 1.
Таблица 1.
| l(м) |
Р.
∙105
Па |
t1
(c) |
t2
(c) |
V (м/с) |
V2
(м/с) |
F (H) |
Q (м3
/с) |
N (Вт) |
| … |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
где: l – ход штока;
Р – давление в напорной магистрали;
t1
- время прямого хода;
t2
– время обратного хода;
V – скорость прямого хода;
V2
– скорость обратного хода;
F – усилия на штоке при прямом ходу;
Q – объемный расход;
N – мощность на штоке.
7. Зависимости скорости, усилия, расхода и мощности от давления Р представить в виде графиков.
8. На основании исследования сделать соответствующие выводы.
Обозначение элементов пневмоавтоматики
 
Литература
1. Башта Т.М. Гидропривод и гидроавтоматика. –М.: Машиностроение, 1979, - с. 3-6; 50-54; 67-74; 95-100.
Лабораторная работа №3
«Исследование основных характеристик гидравлического насоса»
Цель работы:
Ознакомиться с конструкцией и основными характеристиками гидравлического насоса
Содержание работы:
1.Ознакомиться с конструкцией насоса.
2.Ознакомиться со схемой регулирования насоса.
3.Составить гидравлическую схему установки.
4.Снять характеристики насоса.
Общие сведения
:
Насосами называются машины для создания потока жидкой среды.
По характеру силового воздействия различают насосы динамические и объектные.
Агрегат, состоящий из насоса и приводящего двигателя, соединенные друг с другом называют насосным агрегатом. Различают объемную подачу насоса Qv (м³/с). Подача насоса зависит от геометрических размеров насоса и скорости его рабочих органов, а так же от гидравлического сопротивления трубопровода, связанного с насосом.
Давление насоса P определяется зависимостью
Где: PH
и Pв – соответственно давление на входе и на выходе в насосе; Vм , Vв – средние скорости жидкости на входе и выходе в насос; Zн , Zв – высоты центров тяжести сечений на входе и выходе.
Принципиальная схема шестеренчатого насоса показана на рис. 1.
При вращении шестерен 2 и 4 по направлению стрелок зубья выходят из зацепления и впадины зубьев (вследствие образовавшегося вакуума), заполняются жидкостью из полости 1 всасывания. Рабочие камеры ограничены профилями впадин зубьев, поверхностями статора и боковых дисков. В полости 3 нагнетания зубья входят в зацепление и жидкость из впадин выдавливается в нагнетательную магистраль. Геометрическая подача такого насоса определяется из выражения
Где: b - ширина шестерен; w – угловая скорость вращения шестерен; h – высота головок зубьев шестерен; R – радиус делительной окружности шестерен; f – расстояние между полюсом и точкой зацепления.
Рис. 1
На рис 1.б показан график геометрической подачи шестеренчатого насоса. Для практических расчетов минутную подачу можно рассчитывать по формуле
 ,
Где: - объемный кпд насоса (= 0.7+0.9); m –модуль зацепления; z – число зубьев шестерен; b – ширина шестерен; n –частота вращения шестерен об/мин.
В предлагаемой работе расход и мощность насоса будем определять косвенным путем через расходную характеристику дросселя, установленного на напорной магистрали гидравлического насоса. Рабочий расход жидкости, протекающей через дроссель, рассчитаем по формуле [3]:
 ,
Где S – площадь проходного сечения дросселя;  - коэффициент расхода
(  - плотность жидкости (=900 кг/м );  P – перепад давления на входе и выходе дросселя.
Принимая, что расход через дроссель равен подаче, развиваемой насосом, определим мощность насоса по формуле:
 
На рисунке 2 представлены обозначения элементов гидропривода.
Из представленных элементов составить схему лабораторной установки.
Указания по проведению лабораторной работы:
1. Ознакомиться с элементами, входящими в состав лабораторной установки.
2. Составить гидравлическую схему установки.
3. Подготовить установку к работе, подключив ее к распределительному электрощиту.
4. Подать на электродвигатель напряжение постоянного тока.
ВНИМАНИЕ!!! Подаваемое напряжение постоянного тока не больше 24В. А ток не более 10А.
Рис. 2
5. Установить дроссель в положение 1. Это положение определяется при 16В напряжения на двигателе, при этом насос должен развивать давление на манометре до дросселя 1.5атм.
6. Меняя напряжение на электродвигателе, а следовательно его скорость, с 16В до 24В через 2В, снять с манометров давление до и после дросселя (24В соответствует 1450 об/мин., 2В – 120 об/мин.).
7. Установить дроссель в положение 2 и 3 и повторить п.6 Положению 2 и 3 соответствует напряжение на двигателе 16В, а давление, развиваемое насосом на манометре до дросселя 2.0 и 2.25 атм.
8. Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1
9. Результаты исследований и расчетов представить в виде графических зависимостей Q=f(n), N=f(n).
10. Сделать вывод по работе.
Литература:
1. Некрасов В.В Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам, - 2-е изд. – Мн.: Высш. шк., 1985.-382 с., пл.
2.
Башта и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. –М.: Машиностроение, 1982. – 424 с.
3.
Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем –М.: Машиностроение, 1974. – 606 с.
Лабораторная работа № 6
"Исследование центробежного вентилятора"
Цель работы:
Ознакомиться о конструкцией, принципом действия центробежного вентилятора и определить его характеристики.
1. Ознакомиться с конструкцией вентилятора и дать его схему.
2. Ознакомиться со схемой включения и регулирования вентилятора. Описать его работу.
3. Снять характеристики вентилятора.
Работа вентилятора
Вентиляторные установки используются для вентиляции, пневмотранспорта, пневмоуборки, воздушного отопления, для проветривания, для тяги и дутья в котельных установках и многих технологических процессах. Вентиляторами называют воздуходувные Машины, предназначенные для подачи вoздуха или другого газа при потерях давления в воздухопроводах, не превышающих 0,015 МПа.
Наиболее распространены вентиляторы центробежные (радиальные) и осевые. В тех и других давление создается в результате закручивания и сжатия воздуха вращающимся колесом. Центробежный вентилятор (рис.1) представляет собой расположенное в спиральном кожухе колесо с лопатками, при вращении которого воздух, поступающий через входные отверстия* попадает в каналы между лопатками колеса и под действием центробежных сил перемещается по этим каналам, собирается спиральным кожухом и направляется в его выпускное отверстие.
В центробежном вентиляторе три основные элемента: лопаточное колесо (рабочее колесо, ротор), спиральный кожух (корпус)" и станина с валом и подшипниками. Центробежные колеса состоят из лопаток, перед него и заднего дисков и ступицы. Если колесо вращается по часовой стрелке (при наблюдении со стороны, противоположной всасыванию), то вентилятор называется правым, если против часовой стрелки - то левым. Правильным вращением колеса является вращение по ходу разворота спирального кожуха. При обратном вращении производительность резко падает, но реверсирования, т.е. изменения направления подачи, не происходит.
Поток воздуха, сбегающий с лопаточного колеса; собирается вкожух, который также используется обычно для понижения скорости потока и соответственно преобразования динамического давления в статическое.
У центробежных вентиляторов кожух имеет спиральную форму (улитку)
Профиль улитки обычно соответствует архимедовой спирали.
В вентиляторных установках воздушный поток, как правило, имеет постоянную плотность, скорость движения его в каждой точке с течением времени не изменяете ни по величине, ни по направлению.
В этом случае для двух сечений потока (рис.2) можно написать уравнение расхода
где  и  площади поперечных сечений потока в  ;  и  - средние скорости в м/с;  - объемный расход(производительность)
в  , т.е. количество перекаченного воздуха (по общему). Связь между значениями давлений в сечениях выражаются уравнением
где  и  - статические давления в сечениях и ;
 и  - динамические давления;  - плотность воздуха
( ).
При давлениях, развиваемых вентилятором, плотность воздуха является постоянной величиной.
- потери давления (статического и динамического) между сечениями и на трение и местные потери.
При вращении колеса воздуху передается часть подводимой к двигателю энергии, и идет процесс образования давления.
При движении воздуха (рис.З.) вдоль лопаток колеса абсолютная скорость  движения может быть разложена на переносную 
где  - угловая скорость колеса в рад/с;  - радиус на котором находится частица воздуха, и относительную скорость 
Мощность вентилятора в ваттах
Здесь в  и  в  , причем  - динамическое давление развиваемое вентилятором ;  - к.п.д. вентилятора равный 0,85. Для выполнения лабораторной работы используется вентилятор, установленный консольно на валу электродвигателя постоянного тока, номинальная скорость вращения которого при напряжении 32 В равна
10000 об/мин. Электродвигатель питается от двухполупериодного выпря-
мителя В, напряжение на который подается через регулируемый автотрансформатор ЛАТР-1 (рис.4).
Изменение скорости вращения ротора двигателя Д (колеса вентилятора ведется о помощью строботоскопа. Деление воздуха измеряют с помощью пневмометрической трубки.
Указания по проведению работы
1. Ознакомиться о конструкцией установки и зарисовать ее схему. Изобразить схему привода вентилятора. Описать работу вентилятора и его регулировку.
2. Экспериментально установить зависимость скорости V воздуха в вентиляторе в зависимости от скорости вращения  колеса, а также зависимость мощности  вентилятора от величины . Для этого пневмометрическая трубка вводится внутрь воздухопровода. При помощи трубок измеряется статическое и полное давление. Поскольку
 ,
то
 .
Здесь в  ; - 
3.Изменяя скорость вращения ротора, определяем  ,  для разных (шести-семи) скоростей вращения ротора ( брать равным 8000 об/мин).
Для измерения скорости в работе используется строботоскоп:
а) включить тумблер «Сеть» и через 2-3 мин тумблер «лампа»;
б) переключателем установить диапазон измерения частоты. Строботоскоп имеет три шкалы (красную, синюю и зеленую), что соответственно цветом показано как на шкале, так и на переключателе диапазоны. Красной шкале х10 соответствуют три положения переключателя: ½, 1, 2. Синей х100 соответствуют два положения переключателя: 1, 2. Зеленой х1000 соответствуют два положения переключателя: 1, 2;
в) например, вы поставили переключатель на красную 2, частота мигания лампы будет соответствовать  об/мин;
г) направляете лампу на вращающуюся часть вентилятора. Вращая круглый тумблер до тех пор, пока четко не увидите одну метку, которая как бы «остановится»;
д) сделайте проверку, для этого переключите тумблер на один диапазон в большую сторону – вы увидите два изображения метки. Вернитесь на диапазон с одной меткой. Частота вращения подсчитывается по п. в). Если при переключении вы видите одно изображение, то диапазон выбран неправильно. Переключение в большую сторону делается до появления двух изображений метки с последующим возвратом на предыдущий диапазон.
4. Подсчитываем скорости  воздушного потока, расход (производительность) вентилятора и мощность для тех же скоростей вращения ротора.
Данные сводим в таблицу
Таблица 1
В расчетах учитывать, что давление, уравновешиваемое высотой водяного столба в  1 мм (1 мм вод. ст.), соответствует
P=9.81 .
5. Проводя расчеты, следует следить за тем, чтобы размерности величин соответствовали друг другу.
Определяя сечение  трубопровода (воздухопровода), принимать его как прямоугольник и измерить с помощью линейки.
6. Все зависимости представить в виде графиков.
7. По работе сделать необходимые выводы.
Литература
1. Калинушин Н.П. Вентиляторные установки. – изд.6 –М.:Высшая школа, 1967, -с. 136.
2. Вильмер Я.М. и др. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам, 2-е изд. –М: Высшая школа, 1985. –с. 381.
|
м
м
