146975 (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

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, необходимое для 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 = 0,2 МПа; 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 = 16 кПа; 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.

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ.

Р азличают 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)