Костенко 799. Контрольная работа по дисциплине "Гидравлические и пневматические системы в автомобилестроении" Костенко

• Название: Контрольная работа по дисциплине "Гидравлические и пневматические системы в автомобилестроении" Костенко
• Дата: 17.04.2022
• Размер: 293.75 Kb.
• Имя файла: Костенко 799.docx
• Тип: Контрольная работа; #480324

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Сервис и техническая эксплуатация

автотранспортных средств»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине:

"Гидравлические и пневматические системы в автомобилестроении"

Выполнил: Костенко

Группа _______________

Шифр________________

Проверил:

ХХХ.

«____»_____________2021г


Ростов-на-Дону, 2022
Содержание

1.Гидростатическое давление на плоские стенки (6) 3

2.Истечение жидкости из насадков (23) 5

3.Первый и второй законы термодинамики (40) 7

4.Принцип действия одностороннего гидроцилиндра (55) 10

Плунжерный гидроцилиндр 10

Рисунок 5 - Плунжерный гидроцилиндр 11

Гидравлический цилиндр с пружинным возвратом 11

Рисунок 6 - Гидравлический цилиндр с пружинным возвратом 11

5.Задача 63 11

6.Задача 83 12

Список использованных источников 13

1. Гидростатическое давление на плоские стенки (6)

Давление жидкости в любой точке всегда направлено по внутренней нормали к действующей площадке и определяется по основному уравнению гидростатики. Согласно определению ГСД (гидростатическое давление), сила его определяется произведением давления на площадь.

Сила давления на любую плоскую поверхность будет складываться из двух сил давления: суммарного внешнего давления и суммарного весового давления , т.е.



где h_c - глубина погружения центра тяжести смоченной поверхности.

- выражает величину ГСД в центре тяжести площади ω.
Величина суммарного гидростатического давления, действующего на плоскую фигуру, равна произведению ГСД в центре ее тяжести смоченной площади на всю площадь.

Сооружения, находящиеся в воздушной среде, испытывают атмосферное давление каждой своей точкой одинаково. Поэтому эти сооружения следует рассчитывать только на действие избыточного давления:



На основании закона Паскаля давление будет приложена в центре тяжести площади.

Сила избыточного давления приложена в точке D (рисунок 1), где h_D - глубина погружения центра давления.



Рисунок 1 - Точка приложения суммарного гидростатического давления

Обозначив расстояние от поверхности жидкости до центра тяжести l_c и до центра давления l_d вдоль стенки, запишем:

1. 
   для наклонной стенки:
   

или

2. 
   для вертикальной стенки:
   

3) для горизонтальной стенки , т.е. центр тяжести и давления совпадают.

Момент инерции I₀ основных фигур, относительно оси проходящей через их центр тяжести, и глубина погружения их центра тяжести определяются по следующим формулам:

1. 
   для прямоугольника:
   

b) для треугольника:

3. 
   для трапеции:
   

2. Истечение жидкости из насадков (23)

Внешним цилиндрическим насадком называется короткая трубка длиной, равной нескольким диаметрам без закругления входной кромки (рисунок 2). На практике такой насадок часто получается в тех случаях, когда выполняют сверление в толстой стенке и не обрабатывают входную кромку. Истечение через такой насадок в газовую среду может происходить в двух режимах.

Первый режим - безотрывный режим. При истечении струя, после входа в насадок сжимается примерно так же, как и при истечении через отверстие в тонкой стенке. Затем струя постепенно расширяется до размеров отверстия из насадка выходит полным сечением (рисунок 2).



Рисунок 2 - Истечение через насадок

Коэффициент расхода μ, зависящий от относительной длины насадка l / d и числа Рейнольдса, определяется по эмпирической формуле:



Так как на выходе из насадка диаметр струи равен диаметру отверстия, то коэффициент сжатия ε = 1 и, следовательно, μ = φ, а коэффициент сопротивления ζ = 0,5.

Если составить уравнение Бернулли для сжатого сечения 1-1 и сечения за насадком 2-2 и преобразовать его, то можно получить падение давления внутри насадка

P₂ - P₁   0,75Hgρ

При некотором критическом напоре Н_кр абсолютное давление внутри насадка (сечение 1-1) становится равным нулю (P₁ = 0), и поэтому


Следовательно, при Н>Н_кр давление P₁ должно было бы стать отрицательным, но так как в жидкостях отрицательных давлений не бывает, то первый режим движения становится невозможным. Поэтому при Н   Нкр происходит изменение режима истечения, переход от первого режима ко второму (рисунок 3).


Рисунок 3 - Второй режим истечения через насадок

Второй режим характеризуется тем, что струя после сжатия уже не расширяется, а сохраняет цилиндрическую форму и перемещается внутри насадка, не соприкасаясь с его стенками. Истечение становится точно таким же, как и из отверстия в тонкой стенке, с теми же значениями коэффициентов. Следовательно, при переходе от первого режима ко второму скорость возрастает, а расход уменьшается благодаря сжатию струи.

При истечении через цилиндрический насадок под уровень первый режим истечения не будет отличаться от описанного выше. Но при Н > Н_кр перехода ко второму режиму не происходит, а начинается кавитационный режим.

Таким образом, внешний цилиндрический насадок имеет существенные недостатки: на первом режиме - большое сопротивление и недостаточно высокий коэффициент расхода, а на втором - очень низкий коэффициент расхода. Недостатком также является возможность кавитации при истечении под уровень.

Внешний цилиндрический насадок может быть значительно улучшен путем закругления входной кромки или устройства конического входа. На рисунке 4 даны различные типы насадков и указаны значения соответствующих коэффициентов.



Рисунок 4 - Истечение жидкости через насадки а - расширяющиеся конические; б - сужающиеся конические; в - коноидальные; г - внутренние цилиндрические

Конически сходящиеся и коноидальные насадки применяют там, где необходимо получить хорошую компактную струю сравнительно большой длины при малых потерях энергии (в напорных брандспойтах, гидромониторах и т.д.). Конически сходящиеся насадки используют для увеличения расхода истечения при малых выходных скоростях.

3. Первый и второй законы термодинамики (40)

Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения и превращения энергии. Этот закон утверждает, что энергия не исчезает и не возникает вновь, а лишь переходит из одного вида в другой в различных процессах. Значит, если телу сообщить количество теплоты Q, то оно израсходуется на изменение внутренней энергии тела U и на совершение внешней работы L:



Это соотношение представляет собой аналитическое выражение первого закона термодинамики для неподвижных тел.

В дифференциальной форме этот закон можно записать:

dq=du+dl или dq=du+pdv или du=dq-pdv (1)

Если в уравнение (1) подставить pdv=d(pv)-vdp (связь между механической и технической работой), то получим:

dq=du+d(pv)-vdp=d(u+pv)-vdp

Выражение (u+pv) является калориметрическим параметром состояния тела. В технической термодинамике этот параметр называют энтальпией и обозначают буквой Н и измеряют в Дж, удельную энтальпию обозначают h и измеряют в Дж/кг, то есть

I=u+pv

Энтальпия – это сумма внутренней энергии и упругостной энергии газа (потенциальной энергии давления).

Следовательно, первый закон термодинамики может быть записан так:

dq=di-vdp.

В изобарном процессе (р = const) vdp = 0, следовательно dq=di.

Для идеальных газов справедливы соотношения:

u=c_vT и pv=RT

Тогда dh=c_vdT+RdT=(c_v+R)dT=c_pdT

Второй закон термодинамики связан с необратимостью всех естественных процессов и является опытным законом, основывающимся на многовековых наблюдениях ученых, однако установлен он был только в середине XIX века. Являясь статическим законом, второй закон термодинамики отражает поведение большого числа частиц, входящих в состав изолированной системы. В системах, состоящих из малого количества частиц, могут иметься отклонения от второго закона термодинамики.

Самым вероятным состоянием изолированной термодинамической системы является состояние ее внутреннего равновесия, которому соответствует достижение максимального значения энтропии. Поэтому второй закон называют законом возрастания энтропии. В этой связи его можно сформулировать в виде следующего принципа: энтропия изолированной системы не может убывать.

Энтропия – это параметр состояния рабочего тела, устанавливающий связь между количеством теплоты и температурой. Для ее определения запишем уравнение первого закона термодинамики в таком виде

dq=c_vdT+pdv

Разделим данное выражение на Т, а р заменим на p=RT/v

или

Выражение говорит о том, что dq/T является полным дифференциалом некоторой функции s, являющейся параметром состояния, поскольку она зависит только от двух параметров состояния газа и не зависит от того, каким путем газ перешел из одного состояния в другое. Энтропию обозначают буквой S и измеряют в Дж/К. Энтропию, отнесенную к 1 кг газа, называют удельной энтропией и обозначают буквой s и измеряют в Дж/(моль*К).

Таким образом, ds=dq/T.

Второй закон термодинамики представляет собой обобщение изложенных положений и постулатов, применительных к тепловым двигателям и заключается в следующем:

1. Самопроизвольное протекание естественных процессов возникает и развивается при отсутствии равновесия между участвующей в процессе термодинамической системой и окружающей средой.

2. Самопроизвольно происходящие в природе естественные процессы, работа которых может быть использована человеком, всегда протекает лишь в одном направлении от более высокого потенциала к более низкому.

3. Ход самопроизвольно протекающих процессов происходит в направлении, приводящем к установлению равновесия термодинамической системы с окружающей средой, и по достижении этого равновесия процессы прекращаются.

4. Процесс может протекать в направлении, обратном самопроизвольному процессу, если энергия для этого заимствуется из внешней среды.

Все эти формулировки, различающиеся по форме, эквивалентны друг другу, по существу, так как они напрямую связаны с принципом невозможности убывания энтропии:

4. Принцип действия одностороннего гидроцилиндра (55)

Гидроцилиндры одностороннего действия способны развивать усилие лишь в одном направлении. Обратный ход таких цилиндров осуществляется под действием пружины, силы тяжести, или внешнего воздействия на шток.

Плунжерный гидроцилиндр

В гидроцилиндрах этого типа жидкость воздействует на плунжер, расположенный в рабочей камере. Обратный ход осуществляется за счет внешних сил или силы тяжести.

Рисунок 5 - Плунжерный гидроцилиндр

Плунжер способен передавать только усилие сжатия, величину усилия можно вычислить, используя зависимость:

Скорость перемещения плунжера будет зависеть от диаметра плунжера и расхода рабочей жидкости.

Гидравлический цилиндр с пружинным возвратом

Гидроцилиндр с пружинным возвратом показан на рисунке.

Рисунок 6 - Гидравлический цилиндр с пружинным возвратом

При поступлении рабочей жидкости в поршневую полость осуществляется рабочий ход, пружина, расположенная в штоковой полости сжимается - шток выдвигается.

Обратный ход осуществляется за счет усилия пружины, поршневая полость при этом соединяется со сливом. Пружина может устанавливаться как в поршневой, так и в штоковой полости.

5. Задача 63

Чугунный трубопровод длиной l = 1 км и диаметром d = 200 мм имеет разность давлений в начале и в конце Δр = 98 кН/м² = 1 кгс/см². Определить какой транзитный расход Q_тр возможен в трубопроводе при непрерывной раздаче, если удельный путевой расход q₀ = 0.01 л/с/м.

Расчет расхода воды по диаметру трубы и давлению и СНИПу 2.04.01-85







434,32 л/сек

Ответ: 434,32 л/сек

6. Задача 83

Определить допустимую высоту всасывания поршневого насоса, если диаметр поршня D=250 мм, ход поршня S=150 мм, число двойных ходов в минуту n=60. Диаметр всасывающей трубы d=100 мм, ее длина l=6 м, вода с температурой 20⁰ С перекачивается из открытого резервуара.

Дано:

D=250 мм=0,25 м

S=150 мм=0,15 м

n=60

d=100 мм=0,1 м

l=6 м

t=20⁰ С


Найти: H-?

Решение:



где P₀ – атмосферное давление, P₀ = 10⁵ Па

- длина кривошипа

- приведенная длина всасывающей линии

- площадь поршня

- площадь живого сечения всасывающей трубы



Ответ:

Список использованных источников

1 Каныгин, В. А. К199 Гидравлика [Электронный ресурс] : учебно-практическое пособие / В. А. Каныгин, Е. В. Цветкова ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Волгогр. гос. архит.-строит. ун-т. — Электронные текстовые и графические данные (4,7 Мбайт). — Волгоград : ВолгГАСУ, 2014.

2 Осипов П.Е. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. М.: Лесная промышленность, 1981, 424 с.

3 Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1975, 559 с.

4 Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1982, 423 с.