7 вариант. Методические указания к выполнению самостоятельной работы для бакалавров направления (15. 03. 05.) Направленность Технология машиностроения
 Скачать 209.96 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курганский государственный университет» Кафедра «Энергетика и технология металлов» Гидравлика Методические указания к выполнению самостоятельной работы для бакалавров направления (15.03.05.) Направленность: Технология машиностроения Курган 2020 Кафедра : « Энергетика и технология металлов» Дисциплина: «Гидравлика» направление (15.03.05). Составил: канд. техн. наук, доц. В.А. Савельев. Утверждены на заседании кафедры « 4 »декабря 2019г. Рекомендованы методическим советом университета « 20 » декабря 2018 г. Введение Дисциплина «Гидравлика» относится к базовой части профессионального цикла и является общетехнической дисциплиной, которая занимает одно из важных мест в инженерной подготовке специалистов. Это связано с тем , что гидравлические и пневматические приводы используются во многих технических устройствах и технологических процессах современной техники. Гидравлические машины, гидравлические и пневматические приводы широко используются, как основное средство механизации и управления в металлообрабатывающей отрасли машиностроения. Специалист по технологии металлообработки должен уметь правильно формулировать и решать разнообразные прикладные задачи с использованием основных законов гидравлики. Общие положения дисциплина «Гидравлика» состоит из следующих основных разделов: Гидравлики – раздел, в котором изучаются общие законы равновесия и движения жидкостей и газов. Она является основой теории гидравлических машин и гидропневмоприводов. Гидромашины и гидроприводы – в этом разделе изучаются законы передачи и обмена энергии жидкости и газа и механической энергии, а также машины, устройства и аппараты, в которых осуществляется такое преобразование энергии. Студенту предлагается самостоятельно проработать материал, указанный в предлагаемом перечне разделов и тем изучаемой дисциплины, а затем решить задачи по следующим темам курса: расчёт простейшей гидравлической машины, расчёт равновесия жидкости в движущихся сосудах и расчёт гидропривода. Разделы и темы курса «Гидравлика»
Содержание изучаемых разделов и тем Раздел 1. Введение. Предмет «Механика жидкости и газа», роль и место дисциплины в системе подготовки специалистов по конструированию и эксплуатации мобильных машин. Краткий очерк развития гидравлики как науки. Роль русских ученых и инженеров в развитии механики жидкости и газа. Раздел 2. Основные законы гидроаэромеханики Тема 1.Физические свойства жидкостей и газов Плотность, сжимаемость, температурное расширение, вязкость. Тема 2. Силы действующие в жидкости. Давление, единицы измерения давления. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля. Сила давления на плоскую и криволинейную тела. Простейшие гидромашины: гидропресс, гидромультипликаторы. Тема 3.Законы кинематики и динамики жидкости. Основные понятия и определения: установившиеся и неустановившиеся движения жидкости; напорное и безнапорное течение; линия тока, трубка тока, элементарная струйка. Расход жидкости. Уравнение неразрывности потока жидкости. Уравнение Бернулли. Тема 4.Режимы течения жидкости. Два режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. Основы теории подобия. Критерии Рейнольдса, Эйлера, Фруда. Тема 5.Гидравлические потери напора в трубах. Местные и линейные гидравлические потери напора в трубах. Формула Вейсбаха. Потери напора при ламинарном течении. Формула Пуазейля. Потери напора при турбулентном течении жидкости. Коэффициент линейного сопротивления - Дарси. Гладкие и шероховатые трубы. Формулы Дарси-Вейсбаха, Блазиуса, Альтшуля. Номограмма Кольбрука-Уайта. Тема6. Истечение жидкости из отверстий и насадок. Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке. Сжатие струи. Коэффициенты сжатия, скорости течения и расхода жидкости. Понятие насадка. Типы насадок и их использование. Раздел 3. Расчет гидравлических и газовых систем. Тема 1. Расчеты трубопроводов. Понятие простого и сложного трубопроводов. Гидравлический расчет трубопровода с использованием уравнения Бернулли. Три задачи расчета простого трубопровода: определение напора, расхода и подбор диаметра. Параллельное и последовательное соединение трубопроводов. Разветвленный трубопровод. Тема 2. Гидравлический удар. Сущность явления гидравлического удара. Определение величины повышения давления при гидравлическом ударе. Формула Жуковского. Меры борьбы с гидравлическим ударом. Раздел 4. Динамические гидравлические машины Гидравлические машины. Классификация гидромашин. Насосы и гидродвигатели. Лопастные центробежные и осевые насосы и турбины. Параметры насосов: напор, подача, мощность, КПД. Гидропередачи. Устройство и работа гидромуфты. Рабочие характеристики. Гидротрансформаторы: устройство и работа, рабочие характеристики, области применения. Раздел 5. Объемные гидравлические машины. Классификация объемных гидромашин. Устройство и работа, рабочие характеристики поршневых, плунжерных насосов. Роторные гидромашины: шестеренные, винтовые, пластинчатые, аксиальные и радиальные. Особенности работы, рабочие характеристики. Способы регулирования и области при-менения. Раздел 6. Гидравлические и пневматические приводы. Тема 1. Гидравлические приводы Общая характеристика гидроприводов. Устройство, работа и области применения. Гидравлические аппараты. Распределители: золотниковые, крановые и клапанные. Назначение и области применения. Клапаны: предохранительные, редукционные и обратные. Устройство, назначение и работа Характеристики. Дроссели: назначение, устройство и работа. Вспомогательная и обслуживающая аппаратура и устройства. Аппараты для поддерживания работоспособности приводов: фильтры, аккумуляторы, ресиверы, маслобаки, огнетушители, кондиционеры, соединительная аппаратура. Тема 2. Пневматические приводы. Компрессоры. Назначение, устройство и работа. Классификация. Пневмодвигатели. Пневматические приводы транспортно-технологических машин, средства пневмоавтоматики. Тема 3. Основы расчета гидравлических и пневматических приводов. Схемы приводов с замкнутой и разомкнутой циркуляцией, способы регулирования их работы. Комбинированные приводы. Методики расчета, подбора оборудования. Составление гидро и пневмосхем. Раздел 7. Аппаратура управления и автоматики гидравлических и пневматических приводов. Аппаратура стабилизации и синхронизации движения выходных звеньев, следящие приводы. Примеры расчетов для самостоятельной работы студента Расчёт простейшей гидравлической машины К простейшим гидромашинам относятся устройства, работающие на основе закона Паскаля. Согласно закона Паскаля внешнее давление в жидкости передаётся по всем направлениям одинаково. Схема такого устройства приведена на рисунке 1. Внешнее давление создаётся рычагом, давящем на поршень с усилием F1 и под поршнем в сосуде, эаполненном жидкостью, образуется давление p.  Это давление передаётся под правый поршень, который развивает силу F2. F2=𝑝·s2 Тогда сила F2 во столько раз превысит силу F1 во сколько площадь поршня диаметром D равная S2 больше площади поршня диаметром d равная S1. F2= F1×   Рисунок 1. Схема простейшего объемного гидропривода Пример расчёта. Давление в цилиндре гидравлического пресса повышается в результате нагнетания в него жидкости ручным насосом и сжатия её в цилиндре. Определить число двойных ходов n поршня ручного насоса, необходимое для увеличения силы прессования детали А от 0 до 0,8МН, если диаметры поршней: D =500мм, d = 10мм; ход поршня ручного насоса l = 30мм; объёмный модуль упругости жидкости K = 1300мПа; объём жидкости в прессе V=60 л. Чему равно максимальное усилие F на рукоятке насоса при ходе нагнетания, если b/a =10.  Рисунок 2 Схема гидропресса Дано: D = 500мм.; d =10мм.; сила А=0.8 МН ; l = 30 мм. K = 1300мПа ; V=60 л. ; b/a =10. Решение: Усилие прессования определяется по формуле:  где P - давление жидкости;  - площадь большого поршня;F = A – усилие прессования. P  Определим давление под поршнем D. P  = 4,076 МПа.Определим уменьшение объёма при упругом сжатии жидкости.  , где – уменьшение объёма при сжатии; - начальный объём; - объёмный коэффициент сжатия равный 1/K; - увеличение давления. 60 ) Определим на сколько уменьшился объём жидкости в прессе после упругого сжатия.  60 Определим объём жидкости в малом цилиндре за один ход поршня ручного насоса.  Определим число двойных ходов n поршня ручного насоса  Определим силу давления на поршень ручного насоса  Определим усилие F на рукоятку ручного насоса пресса  Расчёт равновесия жидкости в движущихся сосудах. При движении сосуда в горизонтальном направлении с постоянным ускорением (замедлением) на жидкость, находящуюся в нём, действует сила тяжести и сила инерции. Свободная поверхность представляет собой наклонную плоскость, уравнение которой имеет вид  где C – постоянная величина; a – ускорение сосуда. Гидростатическое давление в любой точке жидкости  где h– расстояние по вертикали от точки до свободной поверхности. Сила давления на плоскую стенку в этом случае  ) ,где  и  - расстояния по вертикали от центра тяжести стенки до свободной поверхности жидкости и до пьезометрической плоскости соответственно.Пример расчёта. В кузов автомобиля – самосвала до уровня  налит цементный раствор, плотностью 𝜌=2200 кг/м3 . Определить наименьший допустимый путь торможения самосвала от скорости υ =36 км/ч до остановки исходя из условия, чтобы раствор не выплеснулся из кузова. Определить силу давления раствора на передний борт при торможении. Для упрощения принять, что кузов самосвала имеет форму прямоугольной коробки размерами ℓ=2,5 м; h=0,8 м; ширина кузова b =1,8 м, а движение автомобиля прямолинейное , равнозамедленное.  Рисунок 3 Схема смещения груза при торможении. Дано: υ =36 км/ч; ℓ=2,5 м; h=0,8 м; : b =1,8 м ; ; 𝜌=2200 кг/м3. Решение: На раствор в кузове действуют две силы: тяжести G, направленная вниз и инерции F = m·𝛼, направленная вправо при торможении автомобиля. Решая дифференциальное уравнение поверхности уровня получаем, при X= 𝛼, Y=0, Z= - g.  ,Где  =  –тангенс угла наклона свободной поверхности жидкости к горизонту, значение которого в условиях данной задачи равно = 0.31Следовательно замедление автомобиля 𝛼 = ∙g𝛼 = 9.81·0.31=3.02м/с2 . Длину торможения автомобиля найдём из уравнений равнозамедленного движения  , где  .   Определим силу давления раствора на передний борт автомобиля  S;F =  ∙1.8∙0.8 =1.24∙ Н. Расчёт расхода воды в водопроводе. Расчет производим путем составления уравнения Бернулли для начального и конечного уровня жидкости в баках с учетом избыточного давления Ри . Затем определяем потери напора в трубе, учитывая местные и линейные потери. Получаем уравнение:  Где λ - коэффициент гидравлического трения, ξвх , ξзадв , ξвых - коэффициенты местных сопротивлений ,  -скорость течения воды в трубе, ℓ - длина трубы , d - диаметр трубы. . Напор  , создаваемый в трубопроводепод избыточным давлением Ри и перепадом  определим по формуле: , Где h - разность уровней в баках,  – избыточное давление в баке, 𝜌 – плотность воды, g –ускорение свободного падения. Пример расчёта. Вода по трубопроводу подается из верхнего бака А в нижний бак Б под воды избыточным давлением Ри = 0,2 МПа. Разность уровней в баках h. Определить расход воды, если коэффициент гидравлического трения λ = 0,03, коэффициент местных сопротивлений ξвх = 0,5; ξзадв = 2; ξвых = 1 диаметр трубы d = 75 мм, длина трубы ℓ.  Дано: ℓ=20 м; h=6; 𝜌=1000 кг/м3. Решение: Потери напора между верхним уровнем воды в баке А и уровнем воды в нижнем баке Б определим по уравнению:  Потери напора на трение в трубе и сумму местных потерь определяем по формуле: Вычисляем выражение в скобках  мНаходим среднюю скорость течения воды в трубе   Определяем сечение трубопровода  Расход трубопровода  |