151846 (Расчет гидравлической системы)

Министерство образования и науки Украины

Национальный аэрокосмический университет

им. Н.Е. Жуковского

"Харьковский авиационный институт"

Кафедра аэрогидродинамики

Расчет гидравлической системы

(расчётная работа по дисциплине "Гидравлика")

Харьков 2010

Цель работы - расчёт гидравлических параметров элементов и системы в целом.

Метод расчёта - используется сетевой метод расчета. В основе метода лежит способ постепенного упрощения структуры системы путем суммирования влияния отдельных элементов. С этой целью выделяются структуры, содержащие последовательно и параллельно соединённые элементы (агрегаты, трубопроводы, рабочие цилиндры). Для каждой структуры выполняется расчёт характеристики, позволяющий заменить её эквивалентным участком простого трубопровода. После замены выделенной структуры её суммарной зависимостью переходят к следующему внутреннему параллельному контуру и таким образом выходят на простой трубопровод. Данный расчёт выполнен в первом приближении, так как для определения путевых потерь принят ламинарный режим течения. Учтены заданные местные сопротивления. В расчёте давлений влияние изменения геометрического и скоростного напоров не учитывалось.

Результаты расчёта ─ в качестве расчетной характеристики получена зависимость изменения перепада давления на насосе от подачи. Определены величины хода штоков рабочих гидроцилиндров, при которых обеспечивается их одновременное срабатывание за заданный промежуток времени, а также соответствующие расчётные значения расхода и давления жидкости, гидравлического коэффициента полезного действия системы.

Содержание

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов

Введение

1. Исходные данные

2. Гидравлический расчёт системы

2.1 Определение характеристик простых трубопроводов

2.2 Рабочие площади поршней силовых цилиндров

2.3 Коэффициенты К линий "Ш" и "Н" в контуре ABCD

2.4 Распределение подачи Q между линиями "Ш" и "Н"

2.5 Определение длины хода штоков цилиндров

2.6 Рабочая (расчётная) подача насоса

2.7 Характеристика гидросистемы

3. Построение характеристики насоса

4. Параметры рабочих циклов гидросистемы

Выводы

Список источников

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов

─ диаметр поршней силовых цилиндров основной и носовой стойки, м;

─ диаметр штоков силовых цилиндров основной и носовой стойки, м;

─ диаметр всех трубопроводов, м;

– ход штоков силовых цилиндров основной и носовой стоек, м;

– расчётная длина i – того трубопровода, м;

– полезная и затраченная мощность гидропередачи, Вт;

– усилие на штоке силового цилиндра уборки (вьшуска) основной стойки шасси, Н;

– усилие на штоке силового цилиндра уборки (выпуска) носовой стойки шасси, Н;

– давление в жидкости, Па;

– число Рейнольдса;

– расход в линии нагнетания гидросистемы, м³/с;

– расход в линиях нагнетания основных и носового цилиндров, м3/с;

– расход в линии слива гидросистемы, м3/с;

– расход в линиях слива основных и носового цилиндров, м3/с;

– площадь поршней силовых цилиндров основной и носовой стойки, м2;

– время срабатывания системы, с;

– скорость перемещения поршней силовых цилиндров, м/с;

– перепад (падение) давления, Па;

– коэффициент полезного действия системы (КПД);

– кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с;

– плотность жидкости, кг/м3;

ГС – гидравлическая система;

КПД – коэффициент полезного действия;

Линия "Н" – участок трубопроводов в контуре ABCD, обслуживающих носовую стойку;

Линия "Ш" – участок трубопроводов в контуре ABCD, обслуживающих основные стойки.

Введение

Гидравлические системы получили широкое применение в машиностроении, на транспорте, в технологических процессах и в других случаях.

Современные самолеты и вертолеты снабжены гидравлическими системами, выполняющими многие важные функции:

1) управление летательным аппаратом по всем направлениям (рулями высоты, направления, элеронами и др.);

2) управление взлётно–посадочными устройствами (шасси, механизацией крыла и др.);

3) послепосадочное торможение и управление на взлетно–посадочной полосе, управление реверсом тяги двигателей;

4) управление грузовыми люками, входной дверью и др.;

5) управление лопастями винтов самолетов и вертолетов и др.

Гидравлические системы – самые распространенные силовые системы ЛА. Это объясняется существенными преимуществами гидравлических систем по сравнению с электрическими, механическими, пневматическими и другими. Наиболее важные из них:

а) простота транспортировки энергии;

6) неограниченные кинематические возможности;

в) малый вес гидродвигателей на единицу мощности;

г) простота предохранения гидросистемы от перегрузок;

д) высокая эксплуатационная надежность.

Гидравлическая передача – комбинированная система, в которой одним из звеньев, обеспечивающих геометрические и кинематические связи, является жидкость. Принцип действия гидравлической передачи основан на текучести и практической несжимаемости жидкости. Скорость передачи гидравлического импульса составляет 1000 ... 1200 м/с. Этот параметр важен для управления быстротекущими процессами.

Типовая гидравлическая система состоит из агрегатов трех групп:

1. Энергетическая группа:

а) гидробаки;

б) насосы, насосные станции;

в) гидроаккумуляторы;

г) фильтры;

д) контрольные приборы.

2. Распределительная группа:

а) краны управления, согласования, регулирования;

б) обратные клапаны;

в) делители потока (синхронизаторы);

г) ограничители расхода (дозаторы);

д) дроссели;

е) мультипликаторы (преобразователи давления).

3. Исполнительная группа:

а) гидромоторы;

б) силовые цилиндры (поступательного и поворотного типа);

в) рулевые приводы;

г) гидроусилители;

д) тормозные устройства.

При проектировании гидравлической системы определяются:

1) гидравлические параметры элементов и систем в целом;

2) функциональные возможности системы в различных условиях;

3) параметры быстродействия, надежности и др.;

4) жесткостно–прочностные характеристики элементов;

5) акустические характеристики.

В данной работе определяются только гидравлические параметры элементов и системы в целом.

1. Исходные данные

В расчётной работе необходимо выполнить гидравлический расчёт упрощённой гидросистемы уборки (выпуска) трёхстоечного шасси самолёта в соответствии с заданным типом схемы 1 – I I (вариант 1, положение крана ГП – I I, рис.1 ).

Рис. 1. Схема 1 – I I (вариант 1, положение крана ГП – I I )

Насос роторного типа (Н) работает в постоянном режиме. Двухпозиционная гидропанель (ГП) направляет поток жидкости в верхнюю часть цилиндров (II положение золотника). Соответственно, жидкость из противоположных частей цилиндров через эту же панель вытесняется в гидробак (Б). Золотником можно управлять электрическим или механическим способом.

Для обеспечения нормальной работы насоса и всей системы в линии всасывания (трубопровод 1) установлен фильтр (Ф), назначение которого – очистка жидкости от механических примесей.

В случае аварийного засорения фильтра жидкость идет через параллельный трубопровод, т.к. противоперегрузочный клапан (ПК1) открывается при определенном перепаде давления на фильтре. В этом случае жидкость не фильтруется, но система работает.

Предохранительный клапан (ПК2) переключает часть подачи насоса на слив, если давление в линии нагнетания превысит предельную величину. Таким образом, клапан ПК2 предохраняет насос и трубопроводы от разрушения. В нормальном режиме работы системы клапаны ПК1 и ПК2 закрыты. Этот случай и подлежит расчету.

Жидкость по напорным трубопроводам поступает в рабочие цилиндры. При этом поршни со штоками под действием перепада давления перемещаются, преодолевая внешнее усилие. Движущиеся поршни вытесняют рабочую жидкость из противоположных частей цилиндров, при этом жидкость попадает в трубопроводы сливной магистрали, а затем через гидропанель (ГП) и трубопровод 9 – в бак.

Обратный клапан (ОК) на трубопроводе 9 открыт только при движении жидкости в бак, что препятствует попаданию воздуха в систему и непредусмотренному движению жидкости в обратном направлении.

Расход жидкости в линии нагнетания ( ) и в линии слива ( ) различен из-за влияния штоков. Рабочим процессом гидросистемы предусмотрена параллельная работа двух штоков цилиндров основного шасси с заданным перепадом давления на поршнях и работа одного штока цилиндра носовой стойки шасси с перепадом давления , причём по условию задачи . На каждом штоке цилиндров основного шасси возникает усилие и на штоке цилиндра носовой стойки усилие , которые подлежат определению.

Длины хода штоков и определяются по условию одновременного срабатывания всех силовых (рабочих) гидроцилиндров. Для обеспечения одинаковой скорости перемещения штоков в параллельных силовых цилиндрах линии "Ш" при возможном рассогласовании нагрузок на штоки установлены синхронизаторы (С).

Реальная гидравлическая система уборки (выпуска) шасси самолета значительно сложнее рассматриваемой, т.к. имеет дублирующие линии, элементы, повышающие надёжность, системы тонкого регулирования и управления и др.

Для подобных и более сложных гидравлических систем используется сетевой метод расчета. В основе этого метода лежит способ постепенного упрощения структуры системы путем учета взаимного влияния элементов. С этой целью производят вначале учет влияния последовательных и параллельных элементов (агрегатов, трубопроводов, рабочих цилиндров) самой внутренней структуры системы, после замены ее суммарной зависимостью переходят к следующему внутреннему контуру и таким образом выходят на простой трубопровод. В качестве характеристики системы может быть зависимость перепада давления на насосе от подачи .

Заданы следующие параметры гидросистемы:

- кинематический коэффициент вязкости жидкости;

ρ=895 кг/м³- плотность жидкости;

0,50 МПа - перепад давления на поршнях силовых цилиндров;

t=65 с - время рабочего цикла;

Диаметры силовых цилиндров:

Dш=90мм, Dн=82мм