Конспект лекции по гидравлике.. Гидравлика, гидро и пневмоприводы

• Название: Гидравлика, гидро и пневмоприводы
• Анкор: Конспект лекции по гидравлике..doc
• Дата: 19.04.2018
• Размер: 5.96 Mb.
• Имя файла: Конспект лекции по гидравлике..doc
• Тип: Документы; #18246
• страница: 2 из 10

динамической – паскаль-секунда, Пас (система СИ) и пуаз, П (сист. СГС),

1 Пас = 1 Нс/м² = 10 П = 10 динас/см²  (= 0,102 кгсс/м² – сист. МКГСС);

кинематической – квадратный метр на секунду, м²/с (системы СИ и МКГСС),

стокс, Ст и сантистокс, сСт (сист. СГС),

1 Ст = 1 см²/с, 1 сСт = 1 мм²/с, 1 Ст = 100 сСт = 110^–4 м²/с.

Соотношение коэффициентов: , сСт, где , Пас; , кг/м³.

Измерение вязкости производят вискозиметрами в градусах вязкости условной (ВУ) или в градусах Энглера (Е):

Е = t / t_вод ,

где t и t_вод – соответственно время истечения 200 см³ испытуемой жидкости и дистиллированной воды через короткую трубку 2,8 мм при 20 С; t_вод= 51,6 с.

Для минерального масла = 7,3 Е – 6,3/Е, сСт.

С повышением температуры вязкость жидкостей значительно понижается, а с ростом давления – увеличивается.

При выборе марки масла для гидропривода следует принимать к сведению, что с уменьшением вязкости возрастают утечки, ухудшаются условия смазки, а с увеличением вязкости – увеличивается гидравлическое сопротивление трубопроводов.

Масло должно быть однородно по своему химическому составу, не должно содержать влаги, водорастворимых кислот и щелочей, которые вызывают коррозию и появление веществ, образующих пену. Пена – причина неравномерности движения силового органа.

однородность масла контролируют по температуре вспышки: чем выше эта температура, тем масло однороднее. Температура вспышки – это минимальная температура, при которой над поверхностью жидкости образуется количество пара, достаточное для возникновения кратковременной вспышки (при поднесении пламени). Температура вспышки для масел станочных гидроприводов не должна быть ниже 150 С.

Присутствие влаги в масле способствует образованию слизистых клейких веществ и окислению масла. При нагреве в масле образуются окислы и масло разлагается. Поэтому нагрев масла больше 60 С не должен допускаться. Содержание в масле влаги характеризуется температурой застывания: чем ниже эта температура, тем меньше влаги в масле. Температура застывания – это такая наиболее высокая температура, при которой поверхность уровня масла, залитого в стандартную пробирку, не перемещается в течение 1 минуты при наклоне пробирки на 45. Температура застывания масла не должна быть выше –10 С.

Кислотность масла определяется т.н. кислотным числом, которое равно количеству миллиграммов едкого калия (КОН), необходимому для нейтрализации свободных кислот в 1 г масла. Масло считается нейтральным, если кислотное число меньше 0,01 мг.

Масла должны обладать хорошей смазывающей способностью и не содержать механических примесей.

Содержание механических примесей приводит к засорению системы и способствует повышенному износу деталей. Содержание механических примесей по весу не должно быть более 0,005 %.

Примеры некоторых марок минеральных масел и их кинематическая вязкость в сСт (мм²/с) при 50С:

масло индустриальное: И-5А (4-5 сСт), И-12А (10-14 сСт), (старое название – веретенное, например, И-12А – это веретенное 2 с вязкостью 1,86-2,26 Е), ИГП-18 (16,5-20,5 сСт), ИГП-30 (28-31 сСт), ИГП-38 (35-40 сСт), ИГП-49 (47-51сСт), ИГП-100 (90-118 сСт),

масло турбинное: ТП-22 (20-24 сСт), ТП-30 (28-32 сСт), ТП-46 (44-48 сСт) и т.д.

Указанные масла не предназначены для использования в системах смазки. Если же в станке предусматривается использование масла гидросистемы и для смазывания направляющих, то следует использовать масла серии ИГНС_п.

Для улучшения эксплуатационных характеристик масел в них вводятся специальные присадки. К примеру, масла серии ИГП содержат антиокислительную, противоизносную, антикоррозионную и противопенную присадки.

Срок службы масла – обычно от 6 месяцев до 2-3 лет.

В приводах поступательного движения, работающих при давлениях до 3 МПа, обычно используют масла с вязкостью до 20-25 сСт. В приводах вращательного движения используют масла с вязкостью 20-50 сСт.

Масла с большей вязкостью рекомендуется применять при более высоких давлениях с целью уменьшения объёмных потерь и поддержания нормальной вязкости при повышенных температурах. К примеру, при давлениях до 7 МПа рекомендуется применять масла с вязкостью 35-65 сСт, и т.д.

Проектируя гидроприводы, следует учитывать, что при течении жидкости через узкие каналы и капиллярные щели возникает облитерация – сложное физико-химическое явление, при котором на стенках капиллярного канала образуются структуры твёрдого пограничного слоя, вызывающие "заращивание" щелей и в ряде случаев – заклинивание подвижных элементов аппаратов. Исключить облитерацию можно путём вибрации стенок щели.
1.4 Режимы течения жидкости в трубах
Возможны два режима течения жидкостей в трубах: ламинарный и турбулентный.

Ламинарным называют слоистое течение жидкости без перемешивания её частиц и без пульсаций скоростей и давлений. Частицы жидкости при таком режиме движутся параллельно стенкам трубопровода.

Турбулентным называют течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости и пульсациями скоростей и давлений. Движение частиц жидкости при таком режиме приобретает беспорядочный характер.

Режим течения данной жидкости в данной трубе изменяется при определенной скорости течения v_кр, которую называют критической:

, м/с,

где d – внутренний диаметр трубы, мм;

Re_кр – критическое число Рейнольдса;

– коэффициент кинематической вязкости, сСт.

Для гладких металлических труб круглого сечения Rе_кр=2200-2300; для резиновых рукавов Re_кр=1600.

Чтобы определить режим течения жидкости в трубе, рассчитывают среднюю скорость движения жидкости v и число Рейнольдса Re. Так, для трубы круглого сечения:



где Q – расход жидкости, л/мин; d, мм; , сСт.

При Reкр течение является ламинарным, при Re>Re_кр - турбулентным. (При Re=Re_кр, например для труб, в интервале 2200-2300 возможны неустойчивость режима течения и возникновение колебательного процесса).
В гидросистемах станков, предназначенных для обеспечения малых скоростей движения рабочих органов, режим течения жидкостей в трубах преимущественно ламинарный. При больших скоростях движения масла (6-7 м/с) в трубопроводах возможен турбулентный режим.

Распределение скоростей в поперечном сечении турбулентного и ламинарного потоков существенно различается. Распределение скоростей при турбулентном течении более равномерное, а нарастание скорости у стенки более крутое, чем при ламинарном течении, для которого характерен параболический закон распределения скоростей (рис. А3).

Рис. А3

Рекомендуется обеспечивать следующие скорости движения масла в трубопроводах гидросистем станков:

- всасывающих – до 1,6 м/с,

- напорных – до 2-5 м/с (при больших давлениях – до 10 м/с),

- сливных – 2 м/с.
1.5 Гидравлические потери
Разность давлений масла в двух сечениях одного и того же трубопровода при условии, что первое расположено выше по течению, а второе – ниже, определяется уравнением Бернулли:

,

где h₂ – h₁ – разность высот центров тяжести сечений от произвольно выбранного горизонтального уровня;

v₁, v₂ – cредние скорости масла в сечениях;

g – ускорение силы тяжести;

– сумма гидравлических потерь при движении масла из первого сечения во второе.

Уравнение Бернулли в полном виде используется для расчета всасывающих линий насосов; в остальных случаях первым слагаемым, как правило, пренебрегают и считают:



Гидравлические потери обычно разделяют на местные потери и потери на трение по длине трубопровода (линейные).
1.5.1 Местные потери энергии обусловлены местными гидравлическими сопротивлениями, вызывающими деформацию потока. Местными сопротивлениями являются: сужения, расширения, закругления трубопроводов, фильтры, аппаратура управления и регулирования и пр. При протекании жидкости через местные сопротивления изменяется её скорость и обычно возникают крупные вихри.

Потери давления от местных сопротивлений определяют по формуле Вейсбаха:

МПа (или Па),

где   (кси) – коэффициент сопротивления или потерь,

v – средняя по сечению скорость потока в трубе за местным сопротивлением, м/с; , Н/м³; g=9,81 м/с².

Каждое местное сопротивление характеризуется своим значением коэффициента . При турбулентном течении значения определяются, в основном, формой местных сопротивлений и очень мало изменяются с изменением размеров сечения, скорости потока и вязкости жидкости. Поэтому принимают, что они не зависят от числа Рейнольдса Re.

Значения , например, для тройников с одинаковыми диаметрами каналов, принимают равными, если:

потоки складываются, расходятся; поток проходящий;

=0,5-0,6 =1,5-2  =0,3  =1-1,5  =0,1  =0,05



=0,7 =0,9-1,2 =2

при повороте трубопровода = 1,5-2 и т.д. [с. 390-391]

Значения для конкретных сопротивлений, встречающихся в гидросистемах оборудования, берут из справочной литературы.

При ламинарном режиме (Re<2200) потери давления зависят, в основном, от гидравлического трения в местных сопротивлениях, а значит, при их определении надо учитывать величину Re.

Потери давления от местных сопротивлений при ламинарном режиме определяются по формуле:

МПа,

где _л = а и поправочный коэффициент ламинарности

Величины потерь давления в стандартных гидравлических устройствах для номинального расхода жидкости обычно приводятся в их технических характеристиках.
1.5.2 Потери на трение по длине - это потери энергии, которые возникают в прямых трубах постоянного сечения, т.е. при равномерном течении жидкости, и возрастают пропорционально длине трубы. Эти потери обусловлены внутренним трением в жидкости, а поэтому имеют место и в шероховатых, и в гладких трубах.

Потери давления на трение в трубопроводе определяется по формуле Дарси:

МПа,

где – коэффициент трения в трубопроводе;

l и d – длина и внутренний диаметр трубопровода, мм.

Эта формула применима как при ламинарном, так и при турбулентном течении; различие заключается лишь в значениях коэффициента .

При ламинарном режиме (Re<2200) коэффициент трения является функцией основного критерия напорных потоков - числа Рейнольдса и рассчитывается по формуле:



При турбулентном течении коэффициент трения является не только функцией числа Re, но зависит и от шероховатости внутренней поверхности трубы. Для гидравлически гладкой трубы, т.е. с такой шероховатостью, которая практически не влияет на ее сопротивление, коэффициент трения при турбулентном режиме можно определить по формуле П.К. Конакова:



Трубу считают гидравлически гладкой, если (d/k)>(Re/20), где k – эквивалентная шероховатость, мм. Например, для новых бесшовных стальных труб k≈0,03 мм, а после нескольких лет эксплуатации k≈0,2 мм, для новых цельнотянутых труб из цветных металлов k≈0,005 мм. Такие трубы часто используются в гидросистемах металлорежущих станков.

Коэффициент трения при турбулентном режиме можно определить по формуле Альтшуля, являющейся универсальной (т.е. применимой в любых случаях):


1.6 Расход жидкости через отверстия
1.6.1 Расход масла через отверстие или щель любой формы малой длины вычисляется по формуле:

, л/мин,

где – коэффициент расхода; в диапазоне Re=40-40000 =0,6-0,65 для отверстий с острыми кромками и =0,8-0,9 для отверстий с притуплёнными или закруглёнными кромками;

f – площадь отверстия, мм²; g = 9,81 м/с²; , Н/м³; , кг/м³;

– расчётная разность давлений, под действием которой происходит истечение, МПа.

Коэффициент расхода есть отношение действительного расхода к тому расходу, который имел бы место при отсутствии сжатия струи и сопротивления. Вследствие влияния этих двух факторов коэффициент расхода всегда меньше единицы.
Для масел, применяемых в станочных гидроприводах, расход через отверстие в тонкой стенке (диафрагме) можно принять равным:

, л/мин (f, мм²; р, МПа).
1.6.2 Расход масла через капилляры – длинные каналы малого диаметра (l / d >20) – при ламинарном потоке

л/мин,

где d – диаметр канала, мм;

– перепад давлений, МПа;

– коэффициент динамической вязкости, Пас;

– коэффициент кинематической вязкости, сСт; , кг/м³;

l – длина канала, мм.