расчёт трубопроводов. контргидравлика 5вар. Контрольная работа Расчет магистралей гидравлических и пневматических приводов машин и механизмов РостовнаДону 2019 Исходные данные
 Скачать 216.3 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Донской государственный технический университет Контрольная работа Расчет магистралей гидравлических и пневматических приводов машин и механизмов Ростов-на-Дону 2019 Исходные данные Дано: Q1= 74*10-5 м3/с Q2= 5,6*10-4 м3/с l1 = 0,66 м l2 = 6,6 м l3 = 7,1 м l4 = 7,6 м l5 = 8,1 м l6 = 8,6 м l7 = 9,6 м kм=1,46 рц =8,4*106 Па ргм =8,52*106 Па Задача расчета состоит в определении диаметров гидролиний и потерь, возникающих в них при движении жидкости. Расчет производится по участкам, на которые разбивают гидравлическую (пневматическую) систему, при этом под участком понимается часть трубопровода между разветвлениями, пропускающая одинаковый расход и имеющая одинаковый внутренний диаметр. Участок может включать линейные сопротивления (участки трубы) и различные местные сопротивления (повороты, сужения, расширения, гидроаппараты и т.п.). 1.Расчет диаметров гидролиний  Внутренний диаметр гидролиний определяется:  , (1)где Q – расход жидкости на рассматриваемом участке гидролинии; Vmax – допустимая средняя скорость жидкости. Значения допустимых средних скоростей выбираются по табл. 1. Таблица 1. Значения допустимых средних скоростей течения жидкости в гидролиниях
С учетом величины давления жидкости в трубопроводе по полученным значениям D выбираем трубы в соответствии с ГОСТ по наружному диаметру и толщине стенки, чтобы внутренний диаметр d превышал расчетный не более чем на 0,3 мм. Рекомендуемые толщины стенок труб для всасывающих и сливных магистралей до 1,0 мм, напорных – 1,0÷4,0 мм. По внутренним диаметрам выбранных труб определяются истинные скорости на участках гидролиний:  .Значения расходов, диаметров и скоростей, являющихся исходными данными для расчета гидравлических потерь, заносятся в табл.2. Таблица 2. Исходные данные для расчета гидравлических потерь
Толщина стенки нагнетательной гидролинии проверяется по формуле:  , (2)где k=2-коэффициент запаса; p- давление на данном участке трубы, принять: для всасывающей гидролинии рвс=0,05 МПа, для сливной гидролинии рсл=0, 5 МПа, для нагнетательной гидролинии принять давление на входе в гидроцилиндр или в гидромотор рн = рц или рн = ргм d - стандартное значение внутреннего диаметра гидролиний (см.табл.2); [σ] - допускаемые напряжения материала гидролиний. Принять с учетом коэффициента запаса, для стальных труб [σ] = 50 МПа, для труб из цветных металлов [σ] = 25 МПа. Если расчетное значение толщины меньше выбранного, то трубопровод выбран правильно. 2. Расчет гидравлических потерь давления в гидролиниях Гидравлические потери давления в гидролиниях складываются из суммы потерь в линейных сопротивлениях Δp1 (на прямых участках гидролиний) и потерь в местных сопротивлениях. 2.1. Потери давления в линейном сопротивлении:  , (3)где γ- удельный вес рабочей жидкости; λ- коэффициент гидравлического трения; d и l - диаметр и длина участка гидролинии; V - средняя скорость жидкости на участке гидролинии. Для вычисления коэффициента гидравлического сопротивления λ необходимо определить режим движения жидкости по числу Рейнольдса  , (4)где ν - коэффициент кинематической вязкости рабочей жидкости. Если  , то режим движения рабочей жидкости на данном участке гидролинии - ламинарный и . (5)Если  , то режим движения рабочей жидкости на данном участке -турбулентный и для гидравлически гладких труб λ определяется по формуле Блазиуса . (6)Критическое значение числа Рейнольдса для гидролиний круглого поперечного сечения принять 2320. Результаты расчета внести в табл.3. Таблица 3. Результаты расчета потерь давления в линейных сопротивлениях
2.2. Потери давления в местном сопротивлении:  , (7)где ζ- коэффициент данного местного сопротивления ( см. Приложение В ). Результаты расчета внести в табл.4. Таблица 4. Результаты расчета потерь давления в местных сопротивлениях
2.3. Общие потери давления в гидроприводе. Если участки гидролиний соединены последовательно, то общая потеря давления в гидроприводе представляет собой сумму потерь давления в линейных и местных сопротивлениях на всех участках:  . (8)Потери во всех гидролиниях, соединенных параллельно, рассчитываются раздельно для каждой из них и при определении рабочего давления насоса учитываются наибольшие из этих потерь. Например, при расчете потерь в гидросистеме, изображенной на рис.1, суммарные потери в гидролиниях гидроцилиндра (участки 2-3-4-7) равны:  , (9)где цифровые индексы соответствуют номерам участков гидролиний; потеря давления в распределителе соответствует местным сопротивлениям с индексами м3 и м4 ; Км-коэффициент мультипликации гидроцилиндра. Аналогично определяются суммарные потери в гидролиниях гидромотора М (участки 2-5-6-7). 2.4. Давление насоса Необходимое для обеспечения функционирования гидроцилиндра и гидромотора, при условии их независимой работы.  ;  , (10) Рисунок 1 - Структурная схема гидропривода 2.5. Поскольку гидроцилиндр и гидромотор должны работать вместе, то необходимо повысить давление в менее нагруженной ветви до большего, установив в гидролиниях 4 или 6 дополнительный дроссель ДР. Потери давления на дросселе определяется из выражений:  ,если  (11) , если  (12)По полученной потере давления и расходу на участке установки дросселя, полагая , что дроссель представляет собой отверстие круглого поперечного сечения, определяется диаметр условного прохода дросселя и его коэффициент местного сопротивления. Дроссели на участках 4 и 6 не показаны. 3. Построение характеристики гидролинии Характеристикой гидролинии называется график зависимости суммарной потери напора (давления) в гидролинии от расхода, т.е.  или  . При ламинарном режиме течения характеристику трубопровода без местных сопротивлений обычно считают линейной и строят в виде прямой по двум точкам (см. рис.2,а). Если в трубопроводе имеются местные сопротивления (например, вентиль или другие гидроаппараты со значительным сопротивлением), то линейность характеристики нарушается. При турбулентном режиме характеристика гидролинии нелинейна (см. рис. 2,б). При построении характеристики гидролинии задаются 5-6 значениями расхода, не превышающего значения Q  и Q (см. разд.7, «Исходные данные для расчета»), и для них определяют потери напора  или потери давления  . Рисунок 2 - Характеристики гидролиний Крутизна характеристики определяется диаметром и длиной гидролинии, местными гидравлическими сопротивлениями и вязкостью жидкости (наибольшее влияние вязкость оказывает при ламинарном режиме). Суммарную потерю напора в общем случае удобно выразить формулой:  , (13)где А и m – коэффициент пропорциональности и показатель степени, учитывающие сопротивление гидролинии. 4. Построение пьезометрической и напорной линии энергии Для двух сечений потока, соответствующих началу и концу гидролинии, уравнение Д.Бернулли имеет вид:  (14)Сумма трех членов:  (15)есть полный напор H , т.е. полный запас удельной энергии жидкости в данном сечении потока, равный сумме удельных энергий потока – потенциальных энергий положения - z , давления – p/  и кинетической энергии -  .С учетом соотношения (15) уравнение Бернулли (14) можно записать в виде:  , (16)г де - суммарные потери напора по длине потока hl и в местных сопротивлениях – hм,т.е. удельная механическая энергия, затрачиваемая на преодоление сопротивлений движению жидкости между рассматриваемыми сечениями потока.Статический напор Hp отличается от полного напора на величину скоростного напора и равен: , (17)График полного напора H-H строится по значениям полных напоров в начале и в конце каждого участка гидролинии. Полный напор в сечении 1-1 равен напору насоса Н , см. рис.3Полный напор в конце участка трубопровода находится из выражения (16), соответствующему схеме гидропривода на рис.1 при Q =0:для сечения 2: -  ,для сечения 3: -  и т.д. (18)для участка n: -  .Так как общий запас удельной энергии вдоль потока непрерывно уменьшается, то линия полного напора понижается, а в местах установки гидравлических аппаратов (Р, Ф ) она снижается скачком. График статического напора р-р расположен ниже графика полного напора на величину скоростного напора  .                                          3 2 1       Ф Р1 Ц Р1 Н Б Б      3 2 1 Рисунок 3 - Пример построения графиков удельной энергии Результаты расчетов потерь удельной энергии, полного, скоростного и статического напоров, по которым строятся линии удельных энергий, заносятся в табл.5. Таблица 5 Расчет удельных энергий
5.Расчёт инерционного напора Для неустановившегося движения несжимаемой жидкости в жёстких трубах уравнение Д. Бернулли имеет вид:  , (16)где  инерционный напор; для нагнетательной гидролинии при срабатывании распределителя Р1, см. рис.1, - ускорение движения жидкости на участке гидролинии между сечениями 1 и 2 (см. рис.3); V – скорость движения жидкости в гидролинии;  - время изменения скорости V; принять =0,001с.;g - ускорение свободного падения; l - длина участка гидролинии постоянного диаметра от насоса Н до распределителя Р1. Инерционное изменение давления определяется по формуле:  ,где плотность минерального масла  =900 кг/м .Если гидролиния состоит из нескольких участков с сечением разных диаметров di и разных длин li , то инерционный напор для всего трубопровода:  , (20)где i - номер участка трубопровода постоянного диаметра di ;  - ускорение движения жидкости на i-ом участке гидролинии;Знак инерционного напора соответствует знаку ускорения. При разгоне потока ускорение положительно. При торможении потока ускорение отрицательно. Значение инерционного напора сравнить с напором насоса  на рис.3.6.Расчет повышения давления при гидроударе В рассматриваемой гидросистеме, см. рис.1, гидроудар возникает при срабатывании гидрораспределителей Р1 и Р2 . Гидроударом называется резкое изменение давления, вызванное торможением или разгоном потока жидкости. Теория гидроудара, разработанная Н.Е. Жуковским, рассматривает модель сжимаемой жидкости с распределёнными параметрами. Повышение давления при гидроударе, возникающее при срабатывании распределителей Р1 и Р2 определяется зависимостями:  ,когда  ; (21)  ,когда , (22) где  - повышение давления при прямом гидроударе; - повышение давления при непрямом гидроударе; - плотность жидкости, принять для минерального масла 900 кг/м3; - скорость движения жидкости в гидролинии до срабатывания распределителя; - длина гидролинии от насоса до распределителя; -время изменения скорости V, принять =0,001 сек; - фаза гидроудара; - скорость распространения ударной волны;Е-объёмный модуль упругости жидкости; принять для минерального масла гидросистемы Е=1500 МПа; d- внутренний диаметр гидролинии перед распределителем;  - толщина стенки трубопровода; -модуль упругости материала гидролинии; принятьдля стальной гидролинии 200000 МПа. Полученные значения ударного повышения давления сравнить с рабочим давлением насоса. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
