7 вариант. Методические указания к выполнению самостоятельной работы для бакалавров направления (15. 03. 05.) Направленность Технология машиностроения
 Скачать 209.96 Kb.
|
|
Расчёт гидропривода. Совокупность гидромашин, гидроаппаратов и вспомогательных устройств , предназначенная для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости, называется гидроприводом. Гидромашинами называют машины, предназначенные для передачи энергии жидкости , они называются насосами, а машины, преобразующие энергию жидкости в другие виды энергии , называются гидродвигателями или турбинами. Гидроаппаратами называются устройства , управляющие потоками жидкости в гидроприводе. К ним относятся: гидродроссели и гидроклапаны, предназначенные для управления расходом и давлением в потоке жидкости; гидрораспределители, используемые для изменения направления потока жидкости. Вспомогательные устройства поддерживают работоспособность гидропривода в процессе эксплуатации (фильтры, теплообменные аппараты , сапуны) или показывают параметры работы привода (контрольно – измерительные приборы: манометры, расходомеры, термометры, датчики). К вспомогательным устройствам относятся также шланги, трубопроводы, соеденительная арматура. Гидроприводы делят на два типа: гидродинамические (лопастные), их называют гидропередачи и объёмные гидроприводы. В транспортно – технологическом комплексе используют, главным образом, объёмные гидроприводы. По характеру движения выходного звена гидроприводы делят на поступательные, вращательные и поворотные. В зависимости от этого для движения используют гидроцилиндры, гидромоторы и гидроповоротники. Гидроприводом можно управлять в процессе работы: изменять скорость движения выходного звена . Такие приводы называются регулируемыми. Если параметры работы не меняются, то привод будет нерегулируемый. Различают два способа регулирования гидропривода: дроссельное и объёмное. Дроссельное регулирование заключается в том, что часть подачи насоса отводится через дроссель или клапан на слив минуя гидродвигатель. При этом возможно два варианта включениия дросселя: последовательно с гидродвигателем и параллельно ему. При последовательном вкючении дросселя для привода поступательного движения скорость выходного звена определится по уравнению  ,где  – коэффициент расхода через дроссель; Sдр – площадь проходного сечения дросселя; Sп – площадь поршня со стороны нагнетания; F – нагрузка на выходном звене; Рн – давление на выходе из насоса. При параллельном включении дросселя скорость выходного звена определяется по уравнению ,где Qн – подача насоса. Объёмное или машинное регулирование осуществляется за счёт изменения рабочего объёма насоса или гидродвигателя либо того и другого вместе. Такое регулирование возможно только в гидропрводах вращения. Частота вращения вала гидромотора определяется уравнением  ,где nн – частота вращения насоса; Vн и Vм – соответственно максимальный рабочий объём насоса и гидромотора; eн и eм – безразмерный параметр регулирования насоса и гидромотора, равный отношению текущего значения рабочего объёма к максимального (изменяется от 0 до 1);  объёмный к.п.д. гидропривода , равный произведению объёмных к.п.д. насоса и гидромотора.Коэффициент полезного действия гидропривода  равен отношеню мощности на выходном звене к мощности, потребляемой насосом . Для поступательного гидропривода  .Для вращательного гидропривода  ,здесь Mн и Mм соответственно момент на валу насоса и гидродвигателя ; F – усилие на штоке гидроцилиндра;  и − угловая скорость вращения вала насоса гидромотора. К.п.д. гидропривода с машинным управлением учитывает объёмные, механические потери в гидромашинах и гидравлические потери давления в гидролиниях (трубопроводах, фильтрах, распределителях)  ,где  – механический к.п.д. гидропривода, равный произведению механических к.п.д. насоса и гидродвигателя ;  – гидравлический к.п.д., равный отношению потерь давления в гидролиниях к давлению на выходе из насоса.  − объёмный к.п.д. гидропривода.К.п.д. гидропривода с дроссельным управлением помимо перечисленных потерь учитывает и к.п.д. системы управления , который равен отношению мощности потока жидкости , подведённого к гидродвигателю, к мощности потока жидкости на выходе из насоса без учёта потерь в гидролиниях. При последовательном включении дросселя  ,при параллельном включении дросселя  ,здесь Sдр и Sдр max − соответственно текущая и максимальная величина площади проходного сечения дросселя; Qдр − расход через дроссель. Гидроприводы при расчётах можно рассматривать как сложные трубопроводы с насосной подачей,, а гидродвигатели − как особые местные сопротивления , вызывающие потерю давления  . Эта величина считается независящей от расхода жидкости (скорости перемещения выходного звена поршня) . Для гидроцилиндров величина приближённо определяется как частное от деления нагрузки вдоль штока на площадь поршня со стороны нагнетания При расчёте указанных схем следует учитывать то, что расход жидкости на входе в гидроцилиндр с односторонним штоком отличен от расхода на выходе, так как площади поршня различны.В основе расчёта трубопроводов лежат формула Дарси ,для определения потерь напора на трение по длине потока и формула Вейсбаха для расчёта местных потерь. При ламинарном режиме ( Re < 2300) удобнее пользоваться формулой Пуазейля  ,где pтр – потеря давления на трение в трубопроводе;  – кинематическая вязкость жидкости; ℓ − длина трубопровода; Q− расход жидкости в трубопроводе; d – внутренний диаметр трубопровода.При турбулентном режиме ( Re >2300 ) используют формулу Дарси Скорость течения жидкости обычно выражают через расход  ,где  − коэффициент сопротивления трения; Q – расход жидкости; d – диаметр трубопровода; 𝜌 − плотность жидкости.Коэффициент сопротивления трения λт , при турбулентном режиме, в общем случае эависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости ∆ / d . Если для так называемых гидравлически гладких труб шероховатость на сопротивление не влияет, то коэффициент λт, одноэначно определяется числом Re . Наиболее употребительной для этого случая является формула Блазиуса  .Универсальной формулой, учитывающей одновременно оба фактора, является формула Альтшуля  .При малых значениях Re и ∆ / d вторым слагаемым в этой формуле можно принебречь. Наоборот, при больших Re и ∆ / d первое слагаемое становится ничтожно малым и она принимает вид формулы Шифринсона  .Суммарная потеря давления Σ∆𝑝 в трубопроводе гидропривода складывается из потерь на трение по длине и местных потерь:  .Пример расчёта. В гидротормозной системе автомобиля передача усилия Fот ножной педали к тормозам колёс производится посредством жидкости, вытесняемой поршнем 1 из главного тормозного цилиндра 2 по трубопроводам в рабочие тормозные цилиндры передних 3 и задних 4 колёс. На первом этапе торможения за счёт хода поршней рабочих цилиндров выбирается зазор между тормозными колодками и барабанами. На втором этапе торможения происходит сжатие всего объёма жидкости V в системе, выравнивание давления и прижатие колодок к барабанам. Диаметры всех цилиндров одинаковы. Определить : 1) скорости перемещения поршней колёсных тормозных цилиндров для передних (υп) и эадних (υз); 2) ход педали, необходимый для упругого сжатия тормозной жидкости в системе. Плотность жидкости 𝜌 , модуль объёмной упругости 1/𝛽р, жидкость – минеральное масло, вязкостью 𝜈.  Рисунок 4. Схема тормозной системы автомобиля Дано: F =500 H; dц=22 мм; α/b=5; ℓ 1 =2 м; ℓ 2 =3м; ℓ 3 = 1м; d1 =4мм; d2 =5мм; d3 =4мм; V=0,5л; 𝜌 = 1000кг/м3; 𝜈 = 0,1∙10-3м2/с; 1/𝛽р =103МПа. Решение: Для решения используем формулу сжимаемости жидкости  ,где V – конечный объём жидкости, V0 – начальный объём жидкости, ∆𝑝 – увеличение давления, 𝛽р – коэффициент объёмного сжатия. Задаёмся режимом течения, основываясь на роде жидкости – значении вязкости (вода, бензин, керосин – режим обычно турбулентный; масла – ламинарный). Потери напора в гидролиниях при ламинарном режиме определяют по закону Пуазейля  .Определим силу давления F2 на шток поршня главного тормозного цилиндра. Составим уравнение момента относительно оси поворота педали.  .Определим давление в главном тормозном цилиндре по формуле  Па.Это давление передаётся во все гидролинии. Определим расход в гидролинях передних колёс, используя формулу Пуазейля  м3/сОпределим расход в тормозном цилиндре передних колёс разделив общий расход пополам  м3/с.Определим скорость перемещения поршня в тормозном цилиндре передних колёс  м/с.Определим расход Q2 в общей линии задних колёс , используя формулу Пуазейля    м3/сОпределим расход  в линии задних колёс м3/с.Определим расход Q4 в тормозном цилиндре задних колёс Q4 =  м3/с.Определим скорость движения поршня в тормозном цилиндре задних колёс   м/сОпределить суммарный расход масла в главном тормозном цилиндре  + м3/с.Определим изменение объёма масла в системе при упругом сжатии по формуле  ,Где ∆V – изменение объёма = V0 – V. ∆V =  =0,033 м3Определим ход педали  см.  Задания и методические указанияк выполнению самостоятельной работы Самостоятельное задание должно выполняется студентом после проработки изложенного выше материала дисциплины. Студенту предлагается самостоятельно решить четыри задачи. В каждой задаче исходные данные выбираются из соответствующих таблиц по шифру зачётной книжки студента. При выполнении задания необходимо соблюдать следующие требования: На первой странице тетради привести в табличной форме исходные данные для решения каждой задачи согласно шифру - номеру зачетной книжки студента. Обязательно перед решением записать условие задачи и содержание контрольного вопроса в тетрадь. Решение сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором должно быть указано: какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу (из условия задачи, из учебника, задачника, определена ранее и т.д.). Вычисления представлять в развернутом виде. Обязательно проставлять размерности всех заданных и рассчитанных величин в международной системе СИ. Графический материал должен быть выполнен четко, в масштабе и на миллиметровой бумаге, как исключение можно использовать бумагу в клеточку. При использовании таблиц, формул и других справочных материалов, необходимо непосредственно при решении задачи указывать ссылку на литературный источник в квадратных скобках, например - [6]. После решения задачи должен быть произведен краткий анализ полученных результатов и сделаны соответствующие выводы Таблица выбора данных к задаче №1 (исходные данные выбираются из таблицы по последней цифре зачётной книжки студента).
|