Характеристики робочих рідин

Зміст

 

Вступ 3

 

1. Практична робота № 1

Визначення абсолютного та надмірного тиску 4

 

2. Практична робота № 2

Розрахунок об’ємного гідроприводу 11

Вступ

 

При вивченні курсу «Гідро-та пневмопривод|» студенти повинні знати пристрій|устрій| і принцип роботи насосів, гідродвигунів|, гідроапаратів| і інших гідроприборів|, що входять до складу гідроприводів; принцип роботи гідроприводів в цілому|загалом|; загальна|спільна| вимога безпеки до конструкції і експлуатації гідроприводів і об'ємних гідропередач|, а також повинні уміти читати і складати прості схеми гідроприводів і об'ємних гідропередач|, проводити|виробляти,справляти| гідравлічні розрахунки.

Застосування|вживання| гідроприводів дозволяє створювати прогресивні конструкції машин, розширювати можливості|спроможності| автоматизації промислового виробництва. Гідроприводи широко застосовуються в дорожніх машинах, промислових роботах, в авіаційних і інших системах управління. Масштаби їх розповсюдження|поширення| безперервно ростуть|зростають|. У зв'язку з цим першорядного|первинного| значення набуває професійна підготовка висококваліфікованих техніків, що володіють глибокими різносторонніми знаннями по гідравліці.

В результаті|унаслідок,внаслідок| вивчення даного предмету студенти повинні знати пристрій|устрій| і принцип роботи насосів, гідродвигунів|, гідроапаратів| і інших гідроприборів |, що входять до складу гідроприводів; принцип роботи гідроприводів в цілому|загалом|; загальні|спільні| вимоги безпеки до конструкції і експлуатації гідроприводів і об'ємних гідроподач|, а також повинні уміти читати і складати прості схеми гідроприводів і об'ємних гідроподач|, проводити|виробляти,справляти| гідравлічні розрахунки.

 

Практична робота 1

Тема: Визначення абсолютного та надмірного тиску

Мета: розв’язання задач з використанням основного рівня гідростатики

Теоретичний матеріал

4) При виконанні розрахунків, тиск виражати у системі СИ, тобто у Н/м².

5) Якщо тиск виражен не у Н/м², а у висотах стовба рідини, то перевід одиниці тиску здійснюється по формулі

де h - висота стовба рідини, м. Для визначення висоти стовба рідини по відомому тиску служить формула:

Приклади рішення задач

 

Приклад 1.

Визначити густину рідини, налитої в праве коліно сполучених посудин, якщо в лівому коліні - вода. Рівні рідин дорівнюють Н ₁ = 240 мм і Н ₂ = 300 мм.

Рішення. Проведемо по границі розділу рідин (рис. 2.9) горизонтальну площину 0-0. Так як в однорідній рідині в стані спокою будь-яка горизонтальна площина є площиною рівного тиску, то абсолютний тиск в точках 1 і 2 дорівнює:

 

.

 

 

Рисунок 2.9 – Схема розрахункова до прикладу 1

 

Відповідно до основного рівняння гідростатики:

;

.

 

Отже:

,

Звідкіля

кг/м ³.

 

Приклад 2.

Визначити показання манометра р_м (у паскалях), встановленого у верхній точці резервуара (рис. 2.10), якщо висота масла в U-образній трубці дорівнює Н = 1,2 м, густина масла

r_м = 880 кг/м ³, висота h = 200 мм.

Рішення. Проведемо поверхню рівного тиску 0-0 через межу розділу масла й води.

На вільну поверхню масла діє атмосферний тиск р_атм.

Абсолютний тиск в точках 1 і 2 однаковий, тому що вони належать одній поверхні рівного тиску, тобто

.

 

Рисунок 2.10 – Схема розрахункова до прикладу 2

 

Застосуємо основне рівняння гідростатики. Абсолютний тиск у точці 1:

.

Абсолютний тиск у точці 2:

,

 

де р_м - показання манометра.

Отже

.

 

Звідкіля =

Па.

 

Приклад 3.

Визначити показання вакуумметра h_вак (у мм.рт.ст.), встановленого на маслобаку (рис. 2.11), якщо густина масла r_м = 850 кг/м ³, висоти Н = 1,5 м і h = 200 мм.

Рішення. Позначимо на рисунку характерні точки. У цьому випадку, це точки 1, 2, 3, 4 й 5.

Точки 1 і 2 лежать на горизонтальній поверхні 0'-0', що є поверхнею рівного тиску, тому тиски в них будуть однаковими, при цьому тиск у точці 1 дорівнює атмосферному тиску, тому що нижній резервуар відкритий в атмосферу. Тому

.

Точка 3 лежить на межі розділу двох середовищ: масла й ртуті.

Відповідно до основного рівняння гідростатики:

.

Точки 4 і 5 лежать у горизонтальній поверхні 0''-0'', проведеній через місце установки вакуумметра. Вона також є поверхнею рівного тиску, тому .

З урахуванням тиску в точці 3, визначимо абсолютний тиск у точці 5, - місці, у якому встановлено вакуумметр:

.

 

Рисунок 2.11 – Схема розрахункова до прикладу 3

 

Вакуумметричний тиск у точці 5:

 

Па.

Показання вакуумметра, виражене в міліметрах ртутного стовпа, одержимо, використовуючи формулу:

м. рт. ст. = 281 мм.рт.ст.

 

Приклад 4.

Визначити надлишковий тиск води (r = 1000 кг/м³) у закритому резервуарі, якщо показання батарейного двохрідинного манометра (вода – ртуть) дорівнюють h₁ = 800 мм, h₂ = 100 мм, h₃ = 600 мм, h₄ = 200 мм, h₅ = 1400 мм (рис. 2.12).

Рішення. Знаходимо послідовно надлишковий тиск в точках В, С, D, Е, F, G і К, беручи до уваги той факт, що у всіх точках горизонтальної поверхні, проведеної в однорідній рідині, гідростатичний тиск однаковий:

;

;

.

 

 

Рисунок 2.12 – Схема розрахункова до прикладу 4

 

Надлишковий тиск у резервуарі

 

 

Па.

 

 

Завдання 1

Визначити густину рідини, налитої в праве коліно сполучених посудин, якщо в лівому коліні - рідина, таблиця. Рівні рідин дорівнюють Н ₁ і Н ₂

 

 

Рисунок 1 – Схема розрахункова до завдання 1

 

Завдання 2

рідина

Визначити показання манометра р_м (у Па), встановленого у верхній точці резервуара (рис. 2), якщо висота рідини в U-образній трубці дорівнює Н, м, густина рідини r_м, кг/м ³, висота h, мм.

 

Рисунок 2 – Схема розрахункова до завдання 2

 

Завдання 3

Визначити показання вакуумметра h_вак (у мм.рт.ст.), встановленого на баку (рис. 3), якщо густина рідини r, кг/м ³, висоти Н, м і h, м.

рідина

 

Рисунок 3 – Схема розрахункова до завдання 3

 

Завдання 4

рідина

Визначити надлишковий тиск рідини ( r, кг/м³) у закритому резервуарі, якщо показання батарейного двохрідинного манометра (рідина-ртуть) дорівнюють h₁ мм, h₂ мм, h₃ мм, h₄ мм, h₅ мм, (рис. 4).

 

 

Рисунок 4 – Схема розрахункова до завдання4

 

Таблиця варіантів до практичної роботи №1

Завдання1

№ в-та

Рідина

Вода

Ртуть

Гліцерин

Бензин

Гас

Спирт

Мазут

Нафта

ІГП-18

ІГП-30

ІГП-38

ІГП-49

АМГ-10

турбінне-57

веретенне АУ

трансформаторне

турбінне 30

Вода

Ртуть

Гліцерин

Бензин

Гас

Спирт

Мазут

Нафта

Н1

Н2

Завдання 2,3

Рідина

Спирт

турбінне 30

Гліцерин

Бензин

Гас

Спирт

Мазут

Нафта

ІГП-18

ІГП-30

ІГП-38

ІГП-49

АМГ-10

турбінне-57

веретенне АУ

трансформаторне

турбінне 30

Спирт

Гас

Гліцерин

Бензин

Гас

Спирт

Мазут

Нафта

Н,м

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

2,4

2,5

2,6

2,7

2,8

2,9

3,0

3,1

3,2

3,3

3,4

3,5

2,3

h,м

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

1,3

Завдання 4

Рідина

Вода

Спирт

Гліцерин

Бензин

Гас

Спирт

Мазут

Нафта

ІГП-18

ІГП-30

ІГП-38

ІГП-49

АМГ-10

турбінне-57

веретенне АУ

трансформаторне

турбінне 30

Вода

Спирт

Гліцерин

Бензин

Гас

Спирт

Мазут

Нафта

h1,мм

h2,мм

h3,мм

h 4,мм

h 5,мм

 

 

Рідина	Густина r, кг/м3	Коефіцієнт об'ємного	Кінематична в'язкість, мм2/с, при температурі, 0С
стиснення bр × 109, Па-1	розширення bt × 103, °C-1
Вода		0,49	0,20	1,14	1,01	0,55
Ртуть		0,039	0,18	-	0,114	-
Гліцерин		0,25	0,49	-		-
Бензин	680-780	0,92	1,255	0,93	-	0,54
Гас	790-820	0,77	0,96	2,7	2,5	1,50
Спирт етиловий		0,78	1,10	-	1,52	0,50
Мазут	890-940	-	-	-		-
Нафта легка		0,78	0,60	-		-
Нафта важка		0,78	0,60	-		-
Масла:
індустріальні
ІГП-18		0,72	0,73	-
ІГП-30		-	-	-
ІГП-38		-	-	-	-
ІГП-49		0,68	-	-
АМГ-10		0,74	0,83	-
турбінне-57		0,56	0,65	-	-	55-59
веретенне АУ		-	-	-		12-14
трансформаторне		-	-	-		9,6
турбінне 30 й 34		-	-	-	-	28-32
Повітря	1,20	-	-	-		-
Співвідношення між одиницями виміру тиску
Одиниці виміру	Н/м2 (Па)	кгс/см2	мм вод. ст.	мм рт. ст.	бар	psi
1 Н/м2 (Па)		1,02×10-5	0,102	7,5×10-3	10-5	0,0069
1 кгс/см2	98,1×103		104	735,6	0,981	676,6
1 мм вод. ст.	9,81	10-4		73,56×10-3	98,1×10-6	0,0676
1 мм рт. ст.	133,3	1,36×10-3	13,6		1,333×10-3	0,92
1 бар	105	1,02	1,02×103			689,7
1 psi		1,48×10-3	14,8	1,0875	1,45×10-3

Характеристики робочих рідин

Практична робота 2

Тема: Розрахунок об’ємного гідроциліндру

Мета: навчитися розраховувати параметри гідроциліндру

Теоретичний матеріал

Зусилля F, що розвивається поршневим ГЦ і швидкість V переміщення поршня з|із| штоком визначаються з|із| наступних|слідуючих| виразів:

- при з'єднанні|сполученні,сполуці| джерела гідравлічної енергії з|із| поршневою порожниною ГЦ, а штокової - із|із| зливом

(1)

де: S_n= D²/4, S_ш = ∙(D² - d²) /4 - площі|майдани| поршня із сторони поршневий н штокової порожнин, м^2;

Р_n>Р_ш - тиск|тиснення| в поршневій і штоковій порожнинах, МПа;

- загальний|спільний| КПД|, практично рівний його механічному КПД|, що характеризує втрати на тертя при русі в ущільненнях поршня і штока, звичайно приймається рівним 0,9.

Рис.1. Поршневий гідроциліндр

1,4 - поршнева і штокова порожнина; 2 - поршень; 3 - підводи;

5 - корпус ГЦ; 6 -шток.

 

V_n=Q_B/S_n (м/с)_, (2)

де Q - витрата рідини, що подається в поршневу порожнину, м/с;

- об'ємний КПД| гідроциліндра, характеризує витоки в гідроциліндрі з|із| однієї порожнини в іншу, а також з|із| штокової - назовні, що для придатного до експлуатації гідроциліндра неприпустимо|недопустимо| і тому приймає = 1;

- при з'єднанні|сполученні,сполуці| джерела гідравлічної енергії з|із| штоковою порожниною ГЦ, а поршневий із|із| зливом:

F_ш = (Р_ш S_ш -P_n S_n) (MH); (3)

V_ш =Q_ш/S_ш (м/с); (4)

При постійній витраті рідини Q, що подається в поршневу і штокову порожнині ГЦ, відношення|ставлення| швидкостей рівне:

V_n/V_ш= (D²-d²)/D², (5)

Тобто обернено пропорційно до відношення|ставлення| площ|майданів| в поршневій і штоковій порожнинах.

У разі, коли Q вимірюється в л/хв, а S в мм, вирази (2) і (4) приймають вигляд|вид|:

V_n 0,017*Q_n/S_n , (м/с) (6)

V_ш 0,017*Q_ш/S_ш , (м/с)

Потужність споживана ГЦ рівна:

N_потр = pQ*10³ (кВт) (7)

де р - тиск|тиснення| в напірній (сполученої|з'єднаної| з|із| джерелом гідравлічної енергії) порожнині, МПа

Q - витрата рідини, що подається туди.

Потужність, що віддається ГЦ (ефективна):

N_э=FV, (8)

де F - зусилля, що розвивається штоком ГЦ;

V - швидкість що розвивається штоком.

Матеріал ГЦ можна вибрати залежно від величини номінального тиску|тиснення| в ГЦ, користуючись рекомендаціями:

- кована сталь - при Рн > 20 МПа;

- сталеві безшовні гарячекатані

холоднотягнуті, холоднокатані труби - при Рн < 20 МПа;

- високосортні чавуни - при Рн < 15 МПа;

- сірий чавун і алюміній - при Рн < 10 МПа.

Для штоків і поршнів гідроциліндрів використовують сталеві поковки|.
Товщину сталі ГЦ визначають по формулі:

(9)

де Р_пр - пробний тиск|тиснення|, яким випробовують|відчувають| ГЦ (звичайно Р_пр=1,2 Р);

σ - межа міцності матеріалу.

σ_р=σ_в= 180 - 270 МПа для сірих чавунів;

σ_р| = σ_в| = 360 - 430 МПа для легованих;

σ_р| =σ_в = 200 - 900 МПа для вуглецевих і низьколегованих сталей|;

n - коефіцієнт запасу міцності (від 3 до 6; при Р_н< 30 МПа n = 3)

2,3|із| - величина враховує, мінусовий допуск|допущення| на товщину стінки і корозію зовнішньої поверхні.

Товщину денця ГЦ визначають по формулі:

- плоского (мм) (10)

- сферичного (мм) (11)

де - допустима напруга|напруження| на розрив (розтягування).

 

Методичні рекомендації для розв'язування завдань|задач|

Приклад|зразок|: Вибір параметрів ГЦ при початкових|вихідних| даних: номінальний тиск|тиснення| в гідросистемі Р_н=18 МПа; максимальне зусилля, що розвивається гідроциліндром при з'єднанні|сполученні,сполуці| джерела гідравлічної енергії з|із| поршневою порожниною ГЦ і рух поршня із|із| сталою швидкістю, F_n = 0,28 МН|; з|із| штоковою F_ш = 0,16 МН|; хід поршня S - 300 мм час переміщення поршня з|із| штоком на повний|цілковитий| хід при з'єднанні|сполученні,сполуці| джерела гідравлічної енергії з|із| поршневою порожниною ГЦ t = 3,0 с; загальний|спільний| КПД| ГЦ = 0,9.

По номінальному тиску|тисненню| в гідросистемі призначаємо матеріал Ст20. Діаметр поршня ГЦ розраховуємо по заданому максимальному зусиллю F, використовуючи вираз|вираження| (1):

(12)

У цьому виразі невідомими є|з'являються,являються| шуканий діаметр поршня D, а також Р_n, Р_ш, d.

Діаметр штока d визначаємо з|із| умови збереження|зберігання| стійкості повністю висунутого штока під дією зусилля, що розвивається ГЦ. Для цього використовуємо формулу Ейлера:

F_n=k EI/L², (13)

Де: к-| коефіцієнт, що враховує характер|вдачу| закріплення ГЦ і з'єднання|сполучення,сполуки| штока з|із| приводним механізмом (до 1 - обидва шарнір але|та|; до 2 один шарнірно, інший жорстко; до 4 обидва жорстко);

Е - модуль пружності матеріалу штока (сталь - 2∙10⁵ МПа);

L - довжина стислої ділянки при повністю висунутому штоку (практично хід поршня, м);

I = р∙d²/68 - момент інерції перетину штока м⁴.

З|із| виразу|вираження| (13) знаходимо|находимо| d:

, (мм) (14)

Одержаний|отриманий| d округляємо|округлюємо| до найближчого з|із| нормального ряду|лави,низки| по ГОСТ 12447 - 80, откуда d = 28,0 мм.

Тиск|тиснення| Р_ш в силовій порожнині ГЦ пропорційно силам опору руху рідини, що витісняється з|із| штокової частини|частки| ГЦ в зливний бак. Рекомендується, щоб його величина не перевищувала 5% номінального тиску|тиснення|, тобто орієнтовно можна прийняти Р_ш = 0,05∙Р_н. Номінальний тиск|тиснення| в поршневій порожнині ГЦ при русі поршня відрізняється від номінального тиску|тиснення| джерела гідравлічної енергії на величину втрат тиску|тиснення| на тертя в напірному трубопроводі, яку також рекомендується обмежити 5% номінального тиску|тиснення|, тобто орієнтовно можна прийняти Р_n = 0,95 Рн.

Підставляючи в (12) одержані|отримані| по виразу|вираженню| (14) значення d і прийняті значення для Р_n і Р_ш, одержимо|отримаємо|:

(15)

Звідки:

Одержаний|отриманий| D також округляється до найближчого з|із| нормального ряду|лави,низки| по ГОСТ 1244 - 80, звідки D = 160 мм.

Діаметр визначається не тільки|не лише| з|із| умови збереження|зберігання| стійкості (див. (13) і (14)), але також по заданому зусиллю F_ш що розвивається при з'єднанні|сполученні,сполуці| джерела гідравлічної енергії з|із| штоковою порожниною. Тиск|тиснення| в порожнинах ГЦ можна прийняти аналогічно виразам, прийнятим (12), тобто Р_ш=0,95∙Р_н, а Р_п= 0,05∙Р_н. Підставляючи їх у вираз|вираження| (3), одержимо|отримаємо|:

(17)

Звідки:

Одержаний|отриманий| d округляємо|округлюємо| до найближчого з|із| нормального ряду|лави,низки| н приймаємо d=100мм.

Одержаний|отриманий| по виразу|вираженню| (18) діаметр штока d більше первинного, визначеного по виразу|вираженню| (14), і тому остаточно приймаємо більше значення діаметру штока, тобто d=100 мм.

З урахуванням|з врахуванням| вибраного діаметру штока можна одержати|отримати| розрахований по виразу|вираженню| (16) діаметр поршня. Діаметр штока входить в чисельник виразу|вираження| (16). Збільшення його навіть в 3,6 разу (з 28 до 100 мм) приводить|призводить,наводить| до збільшення діаметру поршня D всього на 1,2% (з 155 до 156,8 мм), тобто не змінює|зраджує| прийнятого нормалізованого значення D = 160 мм. Таким чином, в даному випадку збільшення діаметру штока в порівнянні з вибраним з|із| умови збереження|зберігання| стійкості не вимагає коректування вибраного діаметру поршня.

Якщо одержаний|отриманий| по виразу|вираженню| (13) діаметр штока менший, ніж по виразу|вираженню| (14), то остаточно приймають його розрахованим по виразу|вираженню| (14).

Рекомендоване співвідношення між D і d:

d=(0,45÷0,7)·D_. (19)

Середня швидкість переміщення поршня з|із| штоком при з'єднанні|сполученні,сполуці| джерела гідравлічної енергії з|із| поршневою порожниною ГЦ для забезпечення заданого часу переміщення t рівна:

V_n = L/t = 0,3/3 = 0,1 (м/с) (20)

Тоді по виразу|вираженню| (4) знаходимо|находимо| витрату рідини Q, яку необхідно подавати в поршневу порожнину:

Q = V_n D²/4 =0,1*3,14*0,16²/4= 0,002 (м³/с) = 120 (л/хв) (21)

При подачі такої ж витрати рідини в штокову порожнину циліндра стала швидкість переміщення поршня з|із| штоком рівна:

V_ш = Q/ (D²- d²)/4 =0,002* 4/3,14 (0,162 – 0,12) =0,163 (м/с) (22)

При цьому середній час переміщення поршня на повний|цілковитий| хід рівний:

t=L/V_ш =0,3/0,103 = 1,84 (с) (23)

приведений вище вибір параметрів ГЦ дає оцінні (початкові) результати, оскільки на роботу ГЦ у складі гідроприводу робить помітний вплив податливість рідини в порожнинах циліндра і сполучних трубопроводах, маси рухомих|жвавих,рухливих| частин|часток|, режим роботи елементів, що управляють і регулюючих.

За заданими умовами (згідно варіанту) розрахувати параметри гідроциліндра: зусилля F, що розвивається поршневим ГЦ, V - швидкість переміщення поршня з|із| штоком, витрата рідини Q, потужність ГЦ, товщину стінки н денця ГЦ, діаметр поршня і штока ГЦ.

 

ва ри ант	Fп	Fш	F	L	t	D	d	Материал корпуса	Материал штока	Соединение ГЦ и штока с приводным механизмом
Марка стали	σ,	Марка стали	σ,
	МН	МН	МН	мм	с	мм	мм		МПа		МПа
		0,28	0,16		8,1					ЗОХМ		Оба шарнирно
					5,0					20Х		Оба шарнирно
		0,26	0,20		7,0			15Г		35ХГСА		Один шарнирно другой жестко
		0,7	0,6		8,0			45Г		20Х		Оба жестко
					10,0			6СГ		ЗОХМЛ		Оба жестко
б		0,40	0,32		7,0			70Г		ЗОХМ		Оба жестко
		0,30	0,24		4,0					20Х		Оба шарнирно
					5,0					ЗОХМЛ		Оба шарнирно
		0,38	0,30		9,0					35ХГСА		Один шарнирно другой жестко
					6,0					20Х		Один шарнирно другой жестко
		0,52	0,46		3,0					ЗОХМ		Один шарнирно другой жестко
					5,0					20Х		Одни шарнирно другой жестко
					10,0					35ХГСА		Один шарнирно другой жестко
					8,0				278-259	30ХМ		Один шарнирно другой жестко
					5,0			40ГЛ		30ХМЛ		Один шарнирно другой жестко
		0,26	0,20		5,0					20Х		Один шарнирно другой жестко
	6,3	0,7	0,6		7,0			1ST		ЗОХМЛ		Один шарнирно другой жестко
		0,4	0,32		4,0			60Г		ЗОХМ		Одни шарнирно другой жестко
		0,38	0,30		3,0			40ГЛ		35ХГСА		Один шарнирно другой жестко
		0,52	0,46		10,0					20Х		Один шарнирно другой жестко
		0,28	0,16		8,0					ЗОХМ		Один шарнирно другой жестко
		0,30	0,20		5,0			45Г		ЗОХМЛ		Один шарнирно другой жестко

 

Питання для самоперевірки

1. Що називається гідроциліндром?

2. Як класифікуються гідродвигуни| по характеру|вдачі| рухи вихідної ланки?

3. Як класифікуються гідроциліндри| по напряму|направленню| дії робочої рідини?

4. Як підрозділяються гідроциліндри| по конструкції робочого органу?

5. Що є телескопічним гідроциліндром?

6. Який гідроциліндр називається поршневим?

7. Перерахуйте основні параметри і розміри гідроциліндра.

8. При якому русі штока циліндра сила інерції рівна нулю?

9. По якій формулі визначають робочу площу|майдан| поршня циліндра?

10. Зобразіть|змалюйте| схему гідроциліндра подвійної дії.

 

Список літератури

1. Цыбин А.А., Шанаев И.Ф. – Гидравлика и насосы. М. Высшая школа, 1976, 256с.

2. Холин К.М., Никитин О.Ф. М.: Машиностроение, 1989, 264 с.

3. Еврушкин В.Е., Цеплович Б.И. Основы гидравлики и теплотехники, - М.: Машиностроение, 1981, 270 с.