Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика (Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика), страница 3

Единицы физических величин. Расчетные формулы в учебнике, как правило, приведены в такой форме, что их можно использовать в условиях применения конкретных единиц международной системы (СИ) и системы МКС, систем МКГСС и СГС, в связи с чем в расшифровке обозначений величин не приводятся единицы физических величин. В тех отдельных случаях, когда в формулах применяются внесистемные единицы, как лошадиная сила, калория и др., или единицы из различных систем, в расшифровке обозначений величин приводятся единицы, применяемые в этих расчетных формулах.

В приложении приведены значения единиц, отличных от единиц СИ и применяемых в учебнике, в единицах СИ, кратных и дольных от них. В соответствии с тем, в каких единицах будут рассматриваться читателем физические величины (СИ, МКС, МКГСС или СГС) при анализе формул или решении задач, приведенных в учебнике, следует применять размерности, наименования и обозначения, предусмотренные тем или иным ГОСТом, а именно: Проектом ГОСТ на СИ изд. 1970 г., ГОСТ 9867 — 61 или ГОСТ 7664 — 61 основы ПРИКЛАДНОЙ ГИДРАВЛИКИ ГЛАВА 1 РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ И ИХ СВОЙСТВА Плотность жидкостей Плотность жидкости — физическая величина, представляющая отношение массы жидкости к ее объему. При равномерном распределении массы плотность т р=— уЭ где ш — масса рассматриваемого объема У жидкости.

Различают также удельный объем (объем, занимаемый единицей массы) о, представляющий собой величину, обратную плотности р 1 и —— Р Удельный вес можно выразить через плотность и ускорение свободного падения д: 7 = РЯ. Плотность минеральных масел колеблется для различных их марок в пределах р = 830 —:940 игам'. Для практических расчетов можно принять р = 900 кг/м'. 11 Рабочим телом (средой) в гидросистемах являются в основном различные сорта минеральных жидкостей, представляющих собой дистиллятные масла, загущенные твердыми углеводородами(парафином, церезином и пр.), и реже— жидкости на основе органических и кремнийорганических соединений. Особенно широко применяются смеси минеральных масел, состоящие из маловязких нефтепродуктов с высоковязкими компонентами (загустителями).

Рабочая жидкость является элементом гидромеханизма и одновременно смазывающей и антикоррозионной средой, поэтому при выборе рабочей жидкости для гидросистем следует учитывать ее физические и химические свойства. Основными критериями оценки качества рабочей жидкости являются плотность, вязкостно-температурные свойства, химическая и физическая стабильность, агрессивность по отношению к резиновым уплотннтельным деталям и смазочная способность. В отдельных случаях предъявляются требования огнестойкости и пригодности работы в широком температурном диапазоне.

Плотность имеет большое значение при расчетах режимов течения жидкости через местные сопротивления, потеря давления в которых обусловлена в основном ускорением жидкости, а следовательно, перепад давления Ьр, как это следует из известного соотношения и= ~/ зависит от плотности жидкости Лр=-и . Р о 2 ВК/Ро ох Ж вЂ” — относительное изменение рассматриваемого начального ЗР о'о объема $'о жидкости; А/ = / — /о — изменение температуры; здесь /о и / — начальная и конечная температуры жидкости; Л)/ = У вЂ” Ро — изменение объема при повышении температуры с до /; здесь У н У вЂ” объем жидкости соответственно при температурах 1, и /.

В соответствии с этим изменение ЛУ объема и новый объем )/ при температуре / (2) (3) где Ь'г' = аА/Уо; У = Уо+ Ь)/= 1',(1+аЛ/). Плотность жидкости при заданной температуре 1 = /о + Ы Ро 1 + ооаг" где Р— плотность жидкости при температуре /. Среднее значение температурного коэффициента объемного расширения для распространенного в гидросистемах масла АМГ-10 можно принять в диапазоне давлений 0 — 200 кГ/гмо равным 8.10 ' 1/град, или, иначе, температурное расширение этого масла составляет приблизительно 0,08% при нагревании на 1' С. Лля минеральных масел более высоких вязкостей, распространенных в гидросистемах прочих машин, этот коэффициент равен примерно 7 10 о 1/град.

12 От плотности жидкости зависят ударное давление при гидравлическом ударе, а также сопротивление трубопроводов в переходных процессах. , К примеру, для создания в трубопроводе некоторого практически реального ускорения жидкости с р = 13 600 кг/м' потребное давление может превышать в 17 раз давление, необходимое в случае применения минерального масла с р = 800 кг/м'. При применении жидкости с р = 13600 кг/лд сила инерции при движении ее в трубопроводах будет настолько большой, что на создание требуемого ускорения будет расходоваться значительная часть давления; соответственно будут замедляться быстродействие системы и реакция последней на командные сигналы.

Плотность жидкости зависит от температуры, ввиду чего с изменением последней изменяется также и удельный объем жидкости. Указанная зависимость характеризуется температурным коэффициентом со (в 1 /град) объемного расширения жидкости, представляющим собой физическую величину, выражаю1цую относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на 1' С: Для этого случая выражения (2) и (3) примут вид ЛУ = 7 10 'ЛЛ~о' = Уо (1 + 7'10 ~ЛГ). Максимальное значение температурного коэффициента объемного расширения имеют синтетические жидкости. Так, например, средний температурный коэффициент объемного расширения жидкости на основе алкиловых полисилоксатов при изменении температуры от 0 до 200' С равен 9,52.10 4 1(град.

Поскольку плотность капельных жидкостей изменяется с изменением температуры в распространенном температурном диапазоне незначительно, при гидравлических расчетах во многих случаях достаточно принимать постоянные значения этих параметров. Однако возможны условия, в которых такое допущение может привести в результате объемного расширения жидкости при изменении ее температуры к серьезным нарушениям работы гидро- системы. Последнее обусловлено тем, что в результате нагревания жидкости может произойти переполнение ею резервуаров. В том же случае, когда жидкость заключена в жесткой замкнутой емкости (резервуаре, силовом цилиндре и пр.), вероятно разрушение последней.

Возможность подобного разрушения обусловлена разницей в значении температурного коэффициента объемного расширения жидкости и металлов, вследствие чего в замкнутых объемах жидкости при ее нагревании могут возникнуть недопустимо высокие давления. Повышение давления Лр при нагревании силового цилиндра (или иной емкости) с замкнутой в нем жидкостью при изменении температуры от 1, до (о составит Лр = Е (а — а„)((о — (,), где Š— объемный модуль упругости жидкости; а и а — температурные коэффициенты объемного расширения жидкости и металла, из которого изготовлен цилиндр. Плотность жидкости зависит также вследствие ее сжимаемости от величины давления. Однако поскольку для распространенных рабочих жидкостей с объемным модулем сжатия Е = 15 000 †: 20 000 кГ)смо плотность р при давлениях порядка 200 кГ!смо незначительно отличается от плотности р, при нулевом давлении (практически р = 1,01р,), при расчете гидросистем обычно полагают, что плотность не зависит от давления. Вязкость жидкостей где 13 Вязкость рабочей жидкости, под которой понимается свойство сопро- тивляться деформации сдвига или скольжению ее слоев, является одним из наиболее важных для расчета и проектирования объемного гидравлического оборудования параметров жидкости.

Механизм возникновения вязкости обусловлен тем, что при течении жид- кости вдоль твердой стенки скорость ее слоев в результате торможения потока различна, вследствие чего между слоями возникает сила трения. Эта сила трения (касательное напряжение) определяется из уравнения, вы- ражающего закон жидкостного трения Ньютона [19[: ни т Т=рр —; ц=-.—, лу ' р йи/иу' (4) [о — коэффициент пропорциональности (динамическая вязкость жидкости); Š— площадь рассматриваемой поверхности жидкости или стенки, соприкасающейся с жидкостью; би!ду — градиент скорости; здесь у — расстояние между слоями жидкости, измеренное перпендикулярно направлению движения жидкости; и — скорость движения жидкости.

Из формулы (4) следует, что динамическая вязкость численно равна силе трения, развивающейся на единичной поверхности при градиенте скорости, равном единице. Кроме того, из этой же формулы следует, что вязкость (за исключением аномальных жидкостей, к которым относятся суспензии, коллоиды и пр.) проявляется лишь при течении жидкости, тогда как в покоящейся жидкости касательные напряжения равны нулю.

Единицы динамической вязкости в системе МКС и СИ вЂ” паскаль-секунда (Па сек); в системе МКГСС вЂ” килограмм-сила-секунда на квадратный метр (кГ сек/м'); в системе СГС вЂ” пуоз (пз), равный дине-секунде на квадратный сантиметр (дин сек/сме).

1 кГ сек/м' = 98,0665 пз = 9,80 655 Па.сек, 1 пз = 0,1 Па сек 0,0102 кГ сек/мз. Динамическую вязкость для маловязких жидкостей обычно выражают в сантипуазах (спз), причем 1 спз = 0,01 пз. Для наглядного сравнения можно указать, что вязкость воды при 20' С равна примерно 1 спз. Кинематическая вязкость. В гидравлических расчетах применяется отношение динамической вязкости р к плотности р жидкости, которое называется кинематической вязкостью и обозначается кч Единицы кинематнческой вязкости м'/сек в системах МКС, СИ и МКГСС, сме/сек в системе СГС.

Вязкость, равная 1 см2/сек, называется стоксом (ст). В технике получили распространение сантистоксы (ест), причем 1 ест = 0,01 ст = 1 мм'/сек = 10 ' м'/сек, 1 м'/сек = 10 000 ст = 1 000 000 сст. По стандарту СССР вязкость масла дается при температуре 50' С, в соответствии с чем в технических характеристиках указывается (если отсутствуют специальные оговорки) кинематическая вязкость, выраженная в сантнстоксах при температуре 50' С. Условные единицы вязкости. В практике применяют также единицы условной вязкости, измеряемой вискозиметром, работа которого основана на истечении жидкости через калиброванное отверстие определенного диаметра. В частности, в отечественной промышленности применяется вискозиметр Энглера, с помощью которого определяется время / истечения под собственным весом 200 см' испытываемой жидкости из цилиндрического сосуда через.