КОНТРОЛЬНАЯРАБОТА
По предмету«ГИДРАВЛИКА И ГИДРОПРИВОД»
Вариант №8
1.Уравнение Бернуллидля струйки идеальной жидкости
Рассмотрим элементарнуюструйку идеальной жидкости при установившемся движении, в которой выделим двасечения 1-1 и2-2.Площади живых сечений потока обозначим d1и d2. Положение центров тяжести этих сечений относительно произвольнорасположенной линии сравнения (нулевой линии) 0- характеризуетсявеличинами z1и z2. Давления и скорости жидкости в этих сеченияхимеют значения P1, P2и u1, u2 соответственно.
Будем считать, чтодвижение струйки жидкости происходит только под действием силы давления(внутреннее трение в жидкости отсутствует), а давление обладает свойствамистатического и действует по нормали внутрь рассматриваемого объёма.
/>
За малый промежутоквремени dt частицы жидкости из 1-1 переместятся в 1'-1' нарасстояние, равноеu1dt, а частицы из 2-2 в 2' — 2' нарасстояние u2dt.
Согласно теоремекинетической энергии приращение энергии тела (в данном случае выделенногообъёма жидкости) равно сумме работ всех действующих на него сил.
Работу в данном случаепроизводят силы давления, действующие в рассматриваемых живых сечениях струйки 1-1и 2-2, а также силы тяжести. Тогда работа сил давления в сечении 1-1будет положительна, т.к. направление силы совпадает с направлением скоростиструйки. Она будет равна произведению силы P1d1на путь u1dt:
/>.
Работа сил давления всечении 2-2 будет отрицательной, т.к. направление силы противоположнонаправлению скорости. Её значение
/>.
Полная работа,выполненная силами давления, примет вид:
/>.
Работа сил тяжестиравна изменению потенциальной энергии положения выделенного объёма жидкости приперемещении из сечения 1-1 в сечение 2-2. С учётом условиянеразрывности потока и несжимаемости жидкости, выделенные элементарные объёмыбудут равны и, следовательно, будут равны их веса dG:
/>.
При перетекании отсечения 1-1 в сечение 2-2 центр тяжести выделенного объёмапереместится на разность высот (z1 – z2) и работа,произведённая силами тяжести, составит:
/>.
Проанализируем теперьизменение кинетической энергии рассматриваемого объёма элементарной струйкижидкости.
Приращение кинетическойэнергии выделенного объёма за dt равно разности его кинетических энергийв сечениях 1-1 и 2-2. Это приращение составит
/>.
Приравнивая приращениекинетической энергии сумме работ сил тяжести и сил давления, придём к виду:
/>.
Разделив обе части навес dG, т.е. приведя уравнение к единичному весу, получим
/>.
После сокращения ипреобразований придём к искомому виду
/>
Если учесть, чтосечения 1-1 и 2-2 выбраны произвольно, можно прийти к выводу, чтосумма приведённых выше величин /> описывающихдвижение жидкости под действием сил давления и сил тяжести есть величинапостоянная для элементарной струйки, т.е.
/>
2.Типы объёмныхгидроприводов по виду движения и их определение
Объемный гидроприводсостоит из гидропередачи, устройств управления, вспомогательных устройств игидролиний (рис.1.1).
/>
Рис.1.1. Схемаобъемного гидропривода
Объемнаягидропередача,являющаяся силовой частью гидропривода, состоит из объемного насоса(преобразователя механической энергии приводящего двигателя в энергию потокарабочей жидкости) и объемного гидродвигателя (преобразователя энергиипотока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена).
В составнекоторых объемных гидропередач входит гидроаккумулятор (гидроемкости,предназначенные для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся поддавлением, с целью последующего ее использования для приведения в работугидродвигателя). Кроме того, в состав гидропередач могут входить также гидропреобразователи — объемные гидромашины для преобразования энергии потока рабочей жидкости содними значениями давления P и расхода Q в энергию другого потокас другими значениями P и Q.
Устройствауправленияпредназначены для управления потоком или другими устройствами гидропривода. Приэтом под управлением потоком понимается изменение или поддержание наопределенном уровне давления и расхода в гидросистеме, а также изменениенаправления движения потока рабочей жидкости. К устройствам управленияотносятся:
гидрораспределители, служащие для изменения направлениядвижения потока рабочей жидкости, обеспечения требуемой последовательностивключения в работу гидродвигателей, реверсирования движения их выходных звеньеви т.д.;
регуляторыдавления(предохранительный, редукционный, переливной и другие клапаны), предназначенныедля регулирования давления рабочей жидкости в гидросистеме;
регуляторырасхода (делители исумматоры потоков, дроссели и регуляторы потока, направляющие клапаны), спомощью которых управляют потоком рабочей жидкости;
гидравлическиеусилители,необходимые для управления работой насосов, гидродвигателей или другихустройств управления посредством рабочей жидкости с одновременным усилениеммощности сигнала управления.
Вспомогательныеустройстваобеспечивают надежную работу всех элементов гидропривода. К ним относятся: кондиционерырабочей жидкости (фильтры, теплообменные аппараты и др.); уплотнители,обеспечивающие герметизацию гидросистемы; гидравлические реле давления;гидроемкости (гидробаки и гидроаккумуляторы рабочей жидкости) и др.
Составвспомогательных устройств устанавливают исходя из назначения гидропривода иусловий, в которых он эксплуатируется.
Гидролинии (трубы, рукава высокого давления,каналы и соединения) предназначены для прохождения рабочей жидкости по ним впроцессе работы объемного гидропривода. В зависимости от своего назначениягидролинии, входящие в общую гидросистему, подразделяются на всасывающие,напорные, сливные, дренажные и гидролинии управления.
В зависимостиот конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объемныегидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам.
1. Похарактеру движения выходного звена гидродвигателя:
гидроприводвращательного движения (рис.1.2, а), когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, укоторого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательноедвижение.Гидропривод поступательного движения (рис.1.2, б, в), укоторого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр — двигатель свозвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера иликорпуса);
гидроприводповоротного движения(рис.1.2, г), когда в качестве гидродвигателя применен поворотный гидроцилиндр,у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотноедвижение на угол, меньший 360 .
2. Повозможности регулирования:
регулируемыйгидропривод, вкотором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателяможно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может бытьдроссельным (рис.1.2, б, г), объемным (рис.1.2, а), объемно-дроссельным илиизменением скорости двигателя, приводящего в работу насос. Регулирование можетбыть ручным или автоматическим. В зависимости от задач регулированиягидропривод может быть стабилизированным, программным или следящим.Регулированию гидропривода будет посвящена отдельная лекция;
нерегулируемыйгидропривод, укоторого нельзя изменять скорость движения выходного звена гидропередачи впроцессе эксплуатации.
3. Посхеме циркуляции рабочей жидкости:
гидроприводс замкнутой схемой циркуляции (рис.1.2, а), в котором рабочая жидкость от гидродвигателявозвращается во всасывающую гидролинию насоса. Гидропривод с замкнутойциркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускаетбольшую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации,поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышаетатмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждениярабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочуюжидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры;
гидроприводс разомкнутой системой циркуляции (рис.1.2, б, в, г), в котором рабочая жидкость постоянносообщается с гидробаком или атмосферой. Достоинства такой схемы — хорошиеусловия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводыгромоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насосаограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса)скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.
4. Поисточнику подачи рабочей жидкости: насосные гидроприводы, в которых рабочая жидкостьподается в гидродвигатели насосами, входящих в состав этих гидроприводов;
аккумуляторныегидроприводы, вкоторых рабочая жидкость подается в гидродвигатели из гидроаккумуляторов,предварительно заряженных от внешних источников, не входящих в состав данныхгидроприводов;
магистральныегидроприводы, вкоторых рабочая жидкость подается к гидродвигателям от специальной магистрали,не входящей в состав этих приводов.
5. Потипу приводящего двигателя гидроприводы могут быть с электроприводом, приводомот ДВС, турбин и т.д.
Принципработы объемного гидропривода основан на законе Паскаля, по которому всякоеизменение давления в какой-либо точке покоящейся жидкости, не нарушающее ееравновесия, передается в остальные ее точки без изменения (рис.1.2).
Насосом 1рабочая жидкость подается в напорную гидролинию 3 и далее через распределитель5 к гидродвигателю 2. При одном положении гидрораспределителя совершаетсярабочий ход гидродвигателя, а при другом положении — холостой. Изгидродвигателя жидкость через распределитель поступает в сливную гидролинию идалее или в гидробак 9, или во всасывающую гидролинию насоса (в гидроприводах сзамкнутой схемой циркуляции рабочей жидкости, см. рис.1.2, а). В резервуарежидкость охлаждается и снова поступает в гидросистему. Надежная работа гидроприводавозможна только при соответствующей очистке рабочей жидкости фильтрами 8.
Регулированиескорости движения выходного звена гидродвигателя может быть дроссельным илиобъемным. При дроссельном регулировании в гидросистеме устанавливаютсянерегулируемые насосы, а изменение скорости движения выходного звенадостигается изменением расхода рабочей жидкости через дроссель 6. При объемномрегулировании скорость движения выходного звена гидродвигателя изменяетсяподачей регулируемого насоса либо за счет применения регулируемого гидромотора.
Защитагидросистемы от чрезмерного повышения давления обеспечивается предохранительным4а или переливным 4б клапанами, которые настраиваются на максимально допустимоедавление. Если нагрузка на гидродвигатель возрастает сверх установленной, товесь поток рабочей жидкости будет идти через предохранительный или переливнойклапаны, минуя гидродвигатель. Контроль за давлением на отдельных участкахгидросистемы осуществляется по манометрам 11.
Работагидроагрегатов сопровождается утечками рабочей жидкости. В гидросистемах сзамкнутой циркуляцией утечки компенсируются специальным подпитывающим насосом1а (рис.1.2, а).
/>
/>
Ри.1.2. Вариантыпринципиальных схем гидроприводов:
а — с объемнымрегулированием; б — с дроссельным регулированием;
в — нерегулируемый; г — с дроссельным регулированием рабочего и холостого ходов
3.Основные характеристикигидроаппаратов:
— условный проход Dу
— номинальное давление Pном.
— номинальный расход Qном.
Гидроаппаратами называются устройства, предназначенные для изменения илиподдержания заданных параметров потока рабочей жидкости (давления, расхода,направления движения).
По характеру выполнения своих функций все гидроаппараты делятся нарегулирующие и направляющие.
Направляющий — это гидроаппарат, который изменяет направление потокарабочей жидкости путем полного открытия или полного перекрытия проходногосечения в нем.
Под проходным сечением гидроаппарата понимается сечение потока, площадькоторого определяет расход рабочей жидкости, проходящей через гидроаппарат.
Основным элементом гидроаппаратов является запорно-регулирующий элемент —деталь (или группа деталей), при перемещении которой частично или полностьюперекрывается проходное сечение гидроаппарата.
По конструкции запорно-регулирующего элемента гидроаппараты делятся на:золотниковые, в которых запорно-регулирующим элементом является цилиндрическийзолотник.
Гидроаппараты бывают регулируемые и настраиваемые.
Регулируемый — это гидроаппарат, характеристики которого проходноесечение, поджатие пружины и др.
Настраиваемый — это гидроаппарат, характеристики которого могут бытьизменены только в условиях неработающей гидросистемы.
На принципиальных и полуконструктивных схемах гидроаппаратов (ГОСТ 24242— 80) их присоединительные отверстия обозначают буквами латинского алфавита: Р— отверстие для подвода рабочей жидкости под давлением; А и В — отверстия дляприсоединения к другим гидравлическим устройствам; Т — отверстие для отводарабочей жидкости в бак; Хи Y— отверстия для потоков управления; L — отверстиедля дренажного отвода жидкости.
К основным параметрам гидроаппаратов относятся: условный проход Dy — этодиаметр такого условного отверстия, площадь которого равна максимальномузначению площади проходного сечения гидроаппарата; номинальное давление Pном — это наибольшее давление рабочейжидкости в подводимом потоке, при котором гидроаппарат должен работать втечение установленного ресурса (срока службы) с сохранением своих параметров впределах установленных норм; номинальный расход QHOM — это расход жидкости сопределенной вязкостью, проходящей через гидроаппарат, при котором он выполняетсвое назначение с сохранением параметров в пределах установленных норм;характеристика гидроаппарата — это зависимость (обычно графическая),определяющая работу гидроаппарата.
Выбор конкретного гидроаппарата для гидросистемы делают по размеруусловного прохода Dy, проверяя при этом соответствие расчетных значениймаксимального рабочего расхода жидкости через гидроаппарат и максимальногорабочего давления паспортным данным гидроаппарата.
Все гидроаппараты, использующиеся в объемных гидроприводах, можноразделить на три основных класса: гидравлические дроссели (гидродроссели),гидравлические клапаны (гидроклапаны) и гидравлические распределители(гидрораспределители).
Гидродроссель представляет собой регулирующий гидроаппарат.
Гидроклапан — это гидроаппарат, в котором проходное сечение (положениезапорно-регулирующего элемента) изменяется от воздействия потока рабочейжидкости.
Гидрораспределитель — это гидроаппарат, обеспечивающий изменениенаправления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях при наличиивнешнего управляющего воздействия.