Министерство образования и науки Украины
Севастопольский национальный технический университет
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по дисциплине
“ГИДРАВЛИКА, ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДЫ”
По выполнению расчётно-графических заданий №2
для студентов дневной формы обучения
и контрольных работ
для студентов заочной формы обучения
специальности 7.090258
“Автомобили и автомобильное хозяйство”
Севастополь
2007
УДК 629.114.6
Методические указания по дисциплине ”Гидравлика, гидро- и пневмоприводы” по выполнению расчетно-графических заданий для студентов дневной формы обучения и контрольных работ для студентов заочной формы обучения специальности 7.090258 ”Ав-томобили и автомобильное хозяйство”
/ Сост. Ю.Л. Рапацкий.- Севастополь: Издательство СевНТУ, 2001.-19с.
Целью методических указаний является оказание помощи студентам специальности ”Автомобили и автомобильное хозяйство” при изучении дисциплины “Гидравлика, гидно- и пневмоприводы” и самостоятельном выполнении расчетно-графических заданий 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 на заседании кафедры АТПП (протокол №4 от 29.12.2001 г)
Допущено учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.
Забиваем Сайты В ТОП КУВАЛДОЙ - Уникальные возможности от SeoHammer
Каждая ссылка анализируется по трем пакетам оценки: SEO, Трафик и SMM.
SeoHammer делает продвижение сайта прозрачным и простым занятием.
Ссылки, вечные ссылки, статьи, упоминания, пресс-релизы - используйте по максимуму потенциал SeoHammer для продвижения вашего сайта.
Что умеет делать SeoHammer
— Продвижение в один клик, интеллектуальный подбор запросов, покупка самых лучших ссылок с высокой степенью качества у лучших бирж ссылок.
— Регулярная проверка качества ссылок по более чем 100 показателям и ежедневный пересчет показателей качества проекта.
— Все известные форматы ссылок: арендные ссылки, вечные ссылки, публикации (упоминания, мнения, отзывы, статьи, пресс-релизы).
— SeoHammer покажет, где рост или падение, а также запросы, на которые нужно обратить внимание.
SeoHammer еще предоставляет технологию Буст, она ускоряет продвижение в десятки раз,
а первые результаты появляются уже в течение первых 7 дней.
Зарегистрироваться и Начать продвижение
Рецензент: Харченко А.О. канд. техн. наук, доцент кафедры Машиностроения и транспорта, Заслуженный изобретатель Украины.
Выбор вариантов на расчетно-графические задания для студентов дневной формы обучения и на контрольные работы для заочников.
Студенты дневной формы обучения выполняют в течение семестра два расчетно-графических задания (РГЗ). Выбор вариантов – по последней цифре номера зачетной книжки. РГЗ оформляются в соответствии с действующими стандартами Украины для текстовых документов на стандартных листах 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 Maple и Mathcad.
Защита студентами выполненных РГЗ приводится индивидуально, на консультациях, после проверки преподавателем правильности расчетов и оформления РГЗ.
РГЗ №1 должно быть выполнено на 10-11-й неделе семестра, а РГЗ №2 на 12-13-й неделе.
РГЗ №2 включает в себя задачу №1 (каждый студент решает два варианта задачи №1
в соответствии с таблицей Б1, а также задач №2.
Таблица Б1
Номера вариантов задачи №1 для второго РГЗ
Последняя цифра номера зачетной книжки
|
0
|
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 решения задачи №1 предложить конструкцию дросселя и изобразить её графически.
При решении задач №3 и 4 конструкцию насоса необходимо изобразить графически.
Сервис онлайн-записи на собственном Telegram-боте
Попробуйте сервис онлайн-записи VisitTime на основе вашего собственного Telegram-бота:
— Разгрузит мастера, специалиста или компанию;
— Позволит гибко управлять расписанием и загрузкой;
— Разошлет оповещения о новых услугах или акциях;
— Позволит принять оплату на карту/кошелек/счет;
— Позволит записываться на групповые и персональные посещения;
— Поможет получить от клиента отзывы о визите к вам;
— Включает в себя сервис чаевых.
Для новых пользователей первый месяц бесплатно.
Зарегистрироваться в сервисе
Студенты заочной формы обучения выполняют одну контрольную работу, в которую входят все задачи, которые включены в РГЗ №1 и РГЗ №2. Выбор вариантов осуществляется аналогично приведённому выше.
Задача I
К штоку поршня I гидроцилиндра 2 приложена постоянная нагрузка Р.
Перемещение поршня гидроцилиндра осуществляется напором рабочей жидкости плотностью ρ = 0,88.
103 кг/м3 под давлением Рн ? развиваемым насосом. Поршень I и его шток уплотнены резиновыми манжетами шевронной 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 перемещения поршня 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 установки лросселя последовательно, но должен быть меньше 0.6. Коэффициент расхода дросселя принять постоянным и равным μ = 0,4. Сопротивление гидромагистрали кроме сопротивления дросселя пренебречь.
Исходные данные:
№ вар
|
0
|
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=Vmax определён следующим образом:
(1)
где Q-расход на насосе.
Полезная мощность гидронасоса:
NH
= PH
Q (2)
С другой стороны расход при известном к.п.д. (выражение I) определяется как:
Qmax = Vmax S1 (3)
Qmin = Vmin S1 (4)
где S1 – площадь цилиндра, рассчитанная при Vn = Vmax. Этот же расход поступает в рабочую полость гидроцилиндра.
В случае установки дросселя последовательно, в гидроцилиндр, расход пропорционален сечению дроссельного отверстия, т.е.
Qдр = Q = μ Sдр (5)
где Sдр – одно из двух значений сечения дросселя; sp – перепад давлений на дросселе.
Если дроссель установлен последовательно на входе, то ΔP = PH
– P1,
где P1 – давление в бесштоковой полости гидроцилиндра, которое может быть найдено из уравнения силового баланса:
P1
S1
= P2
S2
+ + T (6)
где Т – сила трения в манжетах, которая для манжет шевронного типа равна:
T = π D h τ (7)
где D – диаметр уплотнения; 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. второй член суммы равен 0.
В случае установки дросселя последовательно на выходе
Δ ρ = ρ2
, т.к. мы пренебрегаем сопротивлением магистрали за дросселем.
Уравнение же силового баланса для этого случая запишется следующим образом:
PH
S1
= P2
S2
+ + T (8)
В случае установки дросселя параллельно
уравнение силового баланса принимает следующий вид:
PH
S1
= + T (9)
Часть жидкости от насоса попадает в цилиндр. Расход этой жидкости равен:
QЦ
= Vmax S1
(10)
Часть жидкости сливается через дроссель. Расход равен:
QДР
= μ SДР
(11)
Причем Δ P = PH
Насос следует выбирать из условия обеспечения максимальной скорости движения поршня, имея ввиду, что
QH
= QЦ
+ QУР
(12)
Максимальная скорость будет очевидно при SДР
= 0, а минимальной соответствует соотношение:
S1
Vmax = S1
Vmin + μ SДР
max (13)
Задача 2
Скорость ротационного гидромотора регулируется установкой дросселя регулятора на выходе гидромотора (Рис. 2)

Рис. 2
Гидромотор удельной производительностью g развивает на выходном валу максимальный момент M [Нм]. В качестве привода гидромотора используется гидравлический насос. Давление рабочей жидкости, в качестве которой используется масло индустриальное плотностью ρ = 0,88.
103
кг/м3
, равно 3,9 МПа = 3,9.
106
Н/м2
.
Спроектировать гидропередачу, обеспечивающую скорость ротационного гидромотора в пределах от nmax
до nmin
. Вычертить схему гидропередачи. Определить полезную мощность гидронасоса NH
и максимальный к.п.д. ηmax
гидропередачи. Определить эффективные площади сечения дросселя регулятора SДР
min при nmin
и SДР
max при nmax
. Коэффициент расхода дросселя принять постоянным и равным μ = 0,4. Сопротивлением гидромагистрали кроме сопротивления дросселя пренебречь. Указать возможность повышения к.п.д. гидропередачи.
Исходные данные
№ вар
|
0
|
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 гидромотора справедливо 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 по следующему выражению
max = = (16)
Где Nвых
max – максимальная мощность на выходе гидропередачи (максимальная мощность гидромотора); Nвх
max – максимальная мощность на выходе гидропередачи, равная полезной мощности гидронасоса; QH
max – максимальный расход гидронасоса.
Из условия работы гидропередачи с максимальным к.п.д. при заданных параметрах двигателя и привода следует, что весь расход рабочей жидкости, подаваемой насосом в систему, должен полностью потребляться гидромотором без слива жидкости через перепускной клапан. Поэтому максимальный расход гидронасоса должен выбираться из условия:
QH
max = QДВ
max = nmax
g (17)
Этот же расход протекает через дроссель. Площади сечения дросселя регулятора определяются из соотношения
QДР
= μДР
SДР
(18)
где QДР
– расход жидкости через дроссель; ΔpДР
– перепад давлений на дросселе;
Поскольку мы пренебрегаем сопротивлением гидромагистрали, кроме сопротивления дросселя, которое учитывается коэффициентом расхода ΔpДР
= p.
Задача №3
Работает плунжерный перекачивающий насос, обеспечивая подачу материала на высоту Н и его фильтрацию (см. рис. 3). Плунжер гидронасоса совершает возвратно-поступательные перемещения от пневмоцилиндра работающего от сети с воздушным давлением PB
= 0,5 МПа, обеспечивая частоту перемещения Z двойных ходов в минуту. За один двойной ход по нагнетательному тракту нагнетается объём жидкости, равный объёму полости А. Скорость перемещения материала плотностью ρ и вязкостью υ по нагнетательному трубопроводу принять равной V = 5 м/с.
Насос работает следующим образом. При движении поршня пневмопривода вверх, жидкость через привычный патрубок, гибкий шланг, приёмный клапан поступает в полость А, в которой давление меньше атмосферного. При следующем движении поршня вниз приёмный клапан закрывается, открывается промежуточный клапан и жидкость вытесняется из полости А в плунжерную полость, затем по трубопроводу – наружу. При последующем движении поршня вверх оставшаяся жидкость также вытесняется наружу.
Определить основные конструктивные параметры гидронасоса и пневмоцилиндра: внутренние диаметры гидроцилиндра и пневмоцилиндра Dr, DnH
, условный проход нагревательного трубопровода Dy, полезную мощность насоса NH
, пренебрегая потерями во всасывающем тракте, полагая, что полость А при всасывании заполняется на 100%, а потери давления по нагнетательному тракту происходят в 9-ти местных сопротивлениях (обозначены цифрами) по длине трубопровода. Насос должен обеспечивать производительность Q при давлении слива – Pсл. Подсчитать гидравлический к.п.д. насоса. Оценить гидропривод с точки зрения к.п.д. Указать возможность повышения к.п.д.
Условные обозначения:
Н – высота подъёма материала при положении насоса внизу, м;
PB
– давление воздуха в воздушной магистрали, МПа;
Z – число двойных ходов в минуту поршня пневмоцилиндра и совмещённого с ним плунжера гидронасоса;
V – скорость жидкости в нагнетательном трубопроводе, 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
– давление слива (на выходе нагнетательного трубопровода), МПа;
Величину хода поршня принять Hn = 5Dy.
Исходные данные
№ вар
|
0
|
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 РСЛ
равна:
NH
= PH
.
Q (19)
где PH
– давление, развиваемое насосом.
Давление РН
создает давление подъёма жидкости Рn
= ρgh, обеспечивая необходимое давление слива РСЛ
, а также расходуется при преодолении жидкостью местных сопротивлений, т.е.
PH
= ρgh + PСЛ
+ ΣΔP (20)
где ΣΔP – суммарная потеря давления;
Скорость движения жидкости по трубопроводу определяется из соотношения:
Q = V.
S (21)
где S – площадь сечения трубопровода диаметром Dy.
Потери давления в нагнетательном тракте складываются из потери давлений по длине и потерь в местных сопротивлениях. К местным сопротивлениям относятся сопротивления внутренней конструкции плунжерного насоса, т.е. 1, 2, 3, 4, 5, 6, а также сопротивления трубопровода 7, 8, 9. К потерям по длине относятся потери на вертикальном участке трубопровода диаметром Dy, длину L которого упрощённо можно принять равной H.
Потери по длине зависят от режима течения жидкости: ламинарного или турбулентного. Движение, как известно, носит ламинарный характер, если выполняется условие Re =< 2300, свыше этого значения носит 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 течения ламинарный, то потери давления по длине трубопровода считаются по формуле Пуазейля:
Pa = Q (23)
Если режим течения турбулентный, то потери давления по длине трубопровода считаются по формуле Дарси-Вейсбаха:
Pa = (24)
Для гидравлически гладких труб:
= 0.315 Re -0.25 (26)
Потери давления в местных сопротивлениях подсчитываются по соотношению:
Pн = i (27)
где ξi
– коэффициент местных потерь (выбирается по приложению 1).
Скорость жидкости в i-том местном сопротивлении подсчитываются согласно условию неразрывности движения жидкости в гидравлическом тракте, т.е.:
Vi.
Si = V.
S (28)
Диаметр гидроцилиндра выбирается из соотношения:
WДВ.Х.
.
z/60 = Q (29)
Где WДВ.Х.
– объём жидкости, вытесняемой плунжером насоса за один двойной ход.
Для гидронасоса с пневмоприводом справедливо соотношение:
D2
ПН
.
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 конструктивные параметры всасывающего тракта плунжерного насоса (внутренний диаметр гибкого трубопровода DШП
, внутренний диаметр гидроцилиндра DГ
, высоту подъёма плунжера Нп (рис. 3), если известно, что насос совершает z двойных ходов в минуту, перекачивая жидкость из приёмника глубиной hM
. Принцип работы насоса изложен в задаче №3. Скорость жидкости по гибкому рукаву – 1,5 м/с. Считать, что потери давления происходят в приёмном фильтре, в шланге по его длине и на его выходе в приемном клапане. Коэффициент Дарси принять равным λ = 0,017. Перекачиваемый материал – масло индустриальное плотностью ρ = 0,88.
103
кг/м3
и вязкостью ν = 29.
10-6
м2
/с. Коэффициенты сопротивления ξ – согласно приложению 1. Длина гибкого рукава LШП
– 3 м. Производительность насоса должна быть равной Q м3
/с. При исполнении конструктивно Dr принять равным 5DШП
. Давление насыщающих 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
|
0
|
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 тракте насоса подъём жидкости осуществляется за счет разности атмосферного давления и давления разряжения в полости А гидронасоса. Справедливо равенство:
Pатм = gh + + P + P2 (32)
где Р2
– статическое давление в полости А гидронасоса; Vr – скорость жидкости в полости А; ΣΔР – суммарные потери давления во всасывающем тракте насоса; РАТМ
– атмосферное давление – 1,0.
105
Н/м2
. Высота подъёма плунжера рассчитывается из условия обеспечения насосом заданной производительности при заданном числе двойных ходов:
Wдв.х. = Q (33)
где Wдв.х. = Hn (34)
WДВ.Х
– объём жидкости при двойном ходе.
Полученное значение НП
должно быть проверено. Поскольку расширение полости А происходит без изменения воздушной массы и температуры газа, то справедливо соотношение:
PАТМ
.
W1
= P2
.
W2
(35)
Учитывая, что площадь полости А не изменяется в результате расширения
PАТМ
.
Н1
= P2
.
HП
(36)
где W1
– первоначальный объём полости А до момента подъёма поршня; 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 правильности расчета таково:
HП
’
=< HП
(37)
В случае невыполнения условия (37) за высоту подъёма поршня (плунжера) следует принять НП
'
, соответственно пересчитать Dr. Однако следует иметь в виду, что рассчитанное по выражению (32) Р2
не должно быть меньше давления насыщающих паров жидкости, т.е. должно выполняться условие:
Р2
< PН.П.
В противном случае произойдет газовыделение из жидкости, нарушится сплошность течения и насос не сможет перекачивать жидкость. Это значит, что гидравлический всасывающий тракт выбран неверно. Здесь следует проанализировать уравнение (32) на предмет уменьшения составляющих его слагаемых, влияющих на PA
. Привести рассуждения относительно восстановления работоспособности насоса. Обосновать расчеты. Входящее в уравнение (32) ΣΔР рассчитывается аналогично описанному в задаче №3.
Приложение 1
Коэффициенты местных сопротивлений 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
≈ (3:1) d
|
0,3
|
Кран
|
5-7
|
Вход во всасывающую коробку с обратным клапаном
|
5-10
|
Внезапное расширение ξ = (F1
/F2
)
Внезапное сужение ↓
При F2
/F1
<0,01ξ принять = 0,45
F2
/ F1
|
0,01
|
0,1
|
0,2
|
0,4
|
0,6
|
0,8
|
1,0
|
ξ
|
0,45
|
0,39
|
0,35
|
0,28
|
0,2
|
0,09
|
0
|
При расчете скорость V берётся в сечении F2
Постепенное расширение (см. таблицу)
D/d
|
α = 5o
– 30o
|
α = 30o
– 60o
|
1,2 - 2
|
ξ = 0,8 – 0,22
|
ξ = 0,22 – 0,3
|
2 - 3
|
ξ = 0,1 – 0,51
|
ξ = 0,32 – 0,75
|
3 - 4
|
ξ = 0,12 - 0,55
|
ξ = 0,38 – 0,8
|
Постепенное сужение
1 = (1 - ) - )
- сопротивление
входа в трубу
Проход через сетку
= 1,3 (1 - ) + ( - 1)2
где Σfo
– сумма площадей отверстий; F – вся площадь сетки.
В задаче №4 принять равным 0,7 м/с.
Клапан шаровой
h/d
|
0,1
|
0,12
|
0,14
|
0,16
|
0,18
|
0,22
|
0,25
|
ξ
|
8,7
|
5,77
|
4,24
|
3,16
|
2,58
|
1,97
|
1,74
|
Примечание:
В задаче №4 h/d принять равным 0,25
|