Тема 3.3. Конструкции, схемы комбинированных приводов

 

Виды комбинированных приводов. Электропневматические, гидропневматические, пневмогидравлические приводы, их достоинства и недостатки, структура, область применения, схемы.

Литература: конспект установочной лекции.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

К числу наиболее распространенных комбинированных приводов относится пневмогидравлический. Он проще гидравлического и обладает несколько большим усилием, чем пневматический. Применяется в основном в зажимных станочных приспособлениях, когда усилия, развиваемые пневматическим приводом, недостаточны. Основным узлом его является преобразователь давления (мультипликатор), который состоит из двух камер: гидравлической и пневматической (см.рис.8).

 

 

Рис. 8. Схема преобразователя давления (мультипликатора)

пневмогидравлического привода

 

Сжатый воздух из сети подается в камеру 1 и давит на поршень 2 с усилием R=Рв-DS1, где DS1 - площадь поршня 2. Это усилие передается штоком 3 на жидкость, находящуюся в камере 7. Так как давление есть сила, действующая на единицу площади, то жидкость получит давление, равное:

 

 

 

где DS2 - площадь штока 3. Подставив значение силы R, получим:

 

 

Таким образом, жидкость получит давление больше, чем давление воздуха во столько раз, во сколько площадь поршня 1 больше площади штока 2.

 

 

Полученное давление жидкость (по закону Паскаля) передает, во все стороны равномерно, в том числе и по трубопроводам 6 в исполнительные органы гидропривода. Подставив значение площадей, получим

 

Для восполнения утечек жидкости имеется дополнительная емкость 4 с обратным клапаном 5.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы преимущества применения электропневматического привода?

2. Преимущества и недостатки пневмогидравлического привода.

3. Устройство и принцип действия пневмогидравлического привода с преобразователем прямого действия.

4. Работа пневмогидравлического привода с преобразователем последовательного действия.

 

Тема 3.4. Основы расчет пневматических и комбинированных приводов

 

Исходные данные и порядок расчетов при выборе исполнительных двигателей, трубопроводов и аппаратуры. Общие требования к выполнению принципиальных схем. Автоматизация проектирования.

 

Практическое занятие 2

 

Составление схемы и расчет пневматического, пневмогидравлического или гидропневматического привода.

В результате изучения раздела учащиеся должны уметь:

– читать пневматические и комбинированные схемы приводов;

– составлять простые схемы приводов технологической оснастки и выполнять необходимые расчеты;

– снимать основные характеристики пневмодвигателей, регулировать пневмопривод.

Литература: [2, с.243]; [13, с.230-232].

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

По методике расчета пневмопривода имеется недостаточно литературы для учащихся техникумов. Поэтому ниже приводится методика расчета пневмопривода.

Цель расчета. Определить основные параметры пневмодвигателей и условный проход трубопровода для обеспечения заданного усилия и скорости штока.

Для осуществления расчета пневмопривода необходимы общие и частные исходные данные.

Общие исходные данные :

1. Рв = 0,4 МПа - расчетное значение давления сжатого воздуха.

Давление сжатого воздуха в сети настраивается и поддерживается редукционным клапаном в пределах от 0,6 до 0,8 МПа.

Практически невозможно рассчитать линейные и местные потери давления при турбулентном движении сжатого воздуха, но на основании опытных данных принято Рв=0,4МПа.

2. V = 20 м/с - скорость сжатого воздуха по трубопроводу.

Частные исходные данные:

R - усилие на штоке пневмодвигателя;

L, - длина рабочего хода штока пневмодвигателя;

n - количество рабочих циклов данного пневмодвигателя в час;

i - количество одинаковых пневмодвигателей.

 

РАСЧЕТ :

 

1. Определение внутреннего диаметра пневмоцилиндра.

1.1. При бесштоковой рабочей полости двухстороннего пневмоцилиндра

 

, м

 

 

При бесштоковой рабочей полости одностороннего пневмоцилиндра с возвратной пружиной

 

 

 

где R1 - усилие возвратной пружины.

 

1.3. При штоковой рабочей полости двухстороннего пневмоцилиндра

 

 

где d - диаметр штока.

 

1.4. При диафрагменном пневмоцилиндре (пневмокамере) из формулы определения усилия на штоке.

 

 

 

где d - диаметр опорной шайбы.

 

Рассчитанный диаметр округляют до ближайшего большего значения по ГОСТ 6540-68 (Приложение I).

 

2. Определение теоретического расхода сжатого воздуха.

2.1 При бесштоковой рабочей полости двухстороннего пневмоцилиндра

 

 

2.2. При штоковой рабочей полости двухстороннего пневмоцилиндра

 

 

3. Определение действительного расхода сжатого воздуха.

 

Так как вязкость воздуха сравнительно низка, то обеспечить абсолютную герметичность невозможно. Поэтому действительный расход сжатого воздуха, исходя из опытных данных, увеличивается на 25% и определяется по формуле:

 

Qg=1,25∙QT∙i, м3/час

 

4. Определение внутреннего диаметра (условного прохода) трубопровода для обеспечения заданного цикла работы пневмодвигателей

 

 

 

 

где Qg - выражается в м3/час.

 

Полученный диаметр округляют до ближайшего большего значения по ГОСТ 16516-80 и обозначают dу в мм (Приложение 2).

 

Вопросы для самоконтроля

 

В качестве самоконтроля предлагается самостоятельно произвести расчет пневмопривода по следующим данным:

1. R = 2500 Н - усилие на штоке при его выдвижении в двухстороннем пневмоприводе;

2. L = 0,4 м - длина хода штока;

3. n = 850 цикл/час;

4. i = 3 шт. - количество одинаковых пневмоцилиндров.

 

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

1. Этапы развития гидравлики и гидропривода. Роль русских и советских ученых в их развитии. Роль гидро- и пневмоприводов в автоматизации производства.

2. Определение и классификация жидких тел. Сжимаемость, расширение и кавитация жидкости.

3. Плотность и удельный вес жидкости, связь между ними, формулы перехода от удельного веса к плотности. Единицы измерения в системе СИ.

4. Вязкость жидкости: динамическая, кинематическая и условная (относительная). Приборы для измерения вязкости.

5. Определение, классификация и основные свойства рабочих жидкостей, технические требования, предъявляемые к ним.

6. Минеральные масла, их типы и область применения.

7. Задача. Определить условную (относительную) вязкость масла в °Ву и коэффициент кинематической вязкости. Установить тип масла и рассчитать динамический коэффициент вязкости. Исходные данные помещены в табл. 5.

Таблица 5

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Время течения масла Т1 с 175 250 110 90 335 350 235 105 95 355
Водное число вискозиметра Т2 с 52 51 52 51 52 51 52 51 52 52
Ускорение свободного падения g м/с2 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81 9,81
Погрешности прибора a - 0,96 0,98 0,96 0,98 0,96 0,98 0,96 0,96 0,96 0,96

 

8. Гидростатическое давление. Определение, основные свойства, единицы измерения и типы гидростатического давления.

9. Основное уравнение гидростатики. Назначение и вывод формулы.

10. Сила давления жидкости на наклонную стенку и на дно сосуда. Гидравлический парадокс.

11. Задача. Плоский прямоугольный щит шириной В, расположенный под углом к горизонту, поддерживает уровень воды в прямоугольном канале глубиной Н. Определить силу гидростатического давления на щит и ординату центра давления (точки Д).

Сделать вывод относительно взаимного расположения центра давления и центра тяжести смоченной стенки. Исходные данные приведены в табл. 6.

Таблица 6

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
В м 1,7 2,3 1,5 1,2 1,3 0,8 1,8 1,6 2,5 1,4
a град 32 48 68 88 75 45 50 20 35 80
Н м 3,4 4,6 3,0 2,4 2,6 1,6 3,6 3,2 5 2,8

 

12. Силы гидростатического давления на цилиндрическую поверхность.

13. Установившееся и неустановившееся движение. Траектория движения жидкостной частицы, линии тока. Понятия об элементарной струйке, живом сечении и идеальной жидкости.

 

рис. 9 к задаче 11
14. Весовой и объемный расход жидкости. Средняя скорость и уравнение неразрывности потока.

15. Уравнение Даниила Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости (без вывода). Физический (энергетический) смысл уравнения.

16. Уравнения Даниила Бернулли для реальной жидкости.

17. 3адача. Определить расход и воды в горизонтальном трубопроводе переменного сечения, скорость V на каждом из участков и построить пьезометрическую линию, если заданы H, d1, d2, d3. Исходные данные приведены в табл.7. Плотность воды r=1000 кг/м3.

 

Таблица 7

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Н м 5 6 7 8 9 3 4 5 5 7
d1 м 0,016 0,015 0,013 0,015 0,018 0,017 0,015 0,016 0,014 0,016
d2 м 0,021 0,018 0,020 0,023 0,025 0,028 0,026 0,027 0,020 0,022
d3 м 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

 

18. Режимы движения жидкости: ламинарный и турбулентный. Число Рейнольдса.

19. Потери по длине и местные потери при движении жидкости по трубопроводу.

20. 3адача. По горизонтальному стальному трубопроводу длинной L подается масло от насоса в количестве Q. Показание манометра на выходе насоса Рmах. Рассчитать маслопровод, если на нем установлен обратный клапан (ч1, = 0,8), задвижка (ч12= 0,15) и имеется колено под углом 90° (ч13= 1,2). Коэффициент кинематической вязкости масла n. Плотность масла р. Исходные данные для решения задачи приведены в табл.8.

 

Таблица 8

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
L м 8 9 10 11 12 8 9 10 11 12
Q м3 0,6∙103 0,5∙103 0,6∙103 0,4∙103 0,6∙103 0,5∙103 0,4∙103 0,5∙103 0,6∙103 0,4∙103
P МПа 3,0 2,5 3,2 2,8 3,4 2,7 2,6 3,1 2,9 3,3
n м/с 0,25∙10-4 0,22∙10-4 0,23∙10-4 0,24∙10-4 0,21∙10-4 0,26∙10-4 0,20∙10-4 0,23∙10-4 0,22∙10-4 0,24∙10-4

 

21. Определение и классификация приводов. Гидродинамический и гидростатический (объемный) приводы. Классификация и основные части объемного гидропривода.

22. Определение и классификация насосов. Объемные насосы, их определение и классификация.

23. Техническая характеристика и цикл действия объемного насоса.

24. Роторные радиально-поршневые насосы и гидромоторы. Устройство, принцип действия и способ регулировки производительности. Типы радиально-поршневых насосов. Определение производительности и мощности насосов.

25. Роторные аксиально-поршневые насосы и гидромоторы. Устройство, принцип действия и классификация.

26. Классификация, устройство, принцип действия, преимущества и недостатки пластинчатых насосов одинарного и двойного действия.

27. 3 адача. Вычислить подачу Q радиально-поршневого роторного насоса, если эксцентриситет е, диаметр поршней d, число поршней z, частота вращения h, объемный КПД h=0,9. Исходные данные для решения задачи приведены в табл. 9. Решить задачу для двух значений е1, и е2 и сделать вывод о влиянии величины эксцентриситета ротора на подачу насоса. Объяснить другие факторы, влияющие на подачу насоса. Исходные данные приведены в табл. 9.

 

Таблица 9

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
d м 0,040 0,030 0,012 0,018 0,025 0,030 0,040 0,050 0,060 0,030
z шт 7 5 11 9 9 7 5 7 5 7
e1 м 0,030 0,019 0,008 0,011 0,016 0,020 0,026 0,032 0,039 0,018
e2 м 0,019 0,03 0,020 0,026 0,02 0,032 0,032 0,039 0,019 0,008
n с-1 40 20 24,16 24,16 23,66 23,66 16 24,16 16 16

 

 

28. Преимущества, недостатки и классификация шестеренных насосов. Устройство, принцип действия и область применения. Выполнить схему насоса.

29. Классификация устройство и принцип действия пневмогидравлических приводов.

30. 3 адача. Определить усилие R на штоке гидроцилиндра диаметром D1 пневмогидравлического привода с преобразователем прямого действия, имеющего диаметр пневмоцилиндра D2 и диаметр штока d. Рабочее давление сжатого воздуха Рв и механический КПД hм. Исходные данные приведены в табл.10.

Таблица 10

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
D1 м 0,2 0,25 0,15 0,18 0,225 0,21 0,19 0,24 0,26 0,28
D2 м 0,15 0,2 0,225 0,25 0,18 0,21 0,26 0,19 0,28 0,27
d м 0,05 0,06 0,07 0,06 0,03 0,07 0,08 0,04 0,08 0,05
PB МПа 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
hM - 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95

31. Предохранительная гидроаппаратура: предохранительный, редукционный, переливной и др. клапаны. Назначение, усройство и принцип действия.

32. Крановые гидрораспределители; назначение, область применения, устройство и принцип действия.

33. Золотниковые распределители. Назначение, устройство, принцип действия и условное обозначение на схемах по ГОСТ 2.781-68.

34. Типы и схемы исполнения золотниковых распределителей.

35. Определение и классификация гидродвигателей. Гидроцилиндры, их устройство, классификация, принцип действия и область применения. Определение усилия на штоке гидроцилиндров.

36. Задача. Определить усилие R и скорость V штока поршневого гидроцилиндра, если жидкость подается в бесштоковую полость под рабочим давлением Рраб и производительностью Q. Исходные данные приведены в табл. 11.

 

Таблица 11

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Рраб МПа 6,3 10 2,5 20 30 50 2,5 6,3 10 20
Q л/мин 50 60 35 100 18 12,5 25 70 25 300
D м 200 180 150 250 125 80 60 120 100 140
hм - 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95

 

37. 3адача. Определить диаметр D поршневого гидроцилинд­ра, количество требуемой жидкости для выдвижения штока со скорос­тью V и по каталогу подобрать необходимый насос. Исходные дан­ные приведены в табл. 12.

 

Таблица 12

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
R H 15000 250000 750000 600000 170000 4000 94000 30000 200000 22000
V м/мин 0,572 3,1 0,545 1,57 1,1 3,84 1,5 3,6 1,2 3,6
hм - 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,93
Рраб МПа 1,2 10 30 20 6,5 2,5 6,3 2,5 10 2,5

 

 

38. Сущность и область применения объемного и дроссельного способов регулировки скорости исполнительных органов гидропривода. За счет чего осуществляется это регулирование?

39. Назначение, классификация и устройство дросселей. Методы постановки дросселя в гидроприводе.

40. Методика расчета трубопророда и типы трубопроводов, применяемых в гидроприводе.

41. 3 адача. Произвести гидравлический расчет трубопровода для насоса производительностью Q, работающего на масле индустриальном, имеющем вязкость n. Исходные данные помещены в табл.13.

 

Таблица 13

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Q л/мин 8 18 50 35 70 12 25 10 16 60
n Ст. 0,2 0,2 0,3 0,3 0,45 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3

 

42. 3адача. В гидроприводе с односторонним штоком рассчитать усилие R на штоке при его втягивании, если диаметр поршня D, диаметр - штока d, давление рабочей жидкости на поршень равно Рраб. Механический КПД силового цилиндра hм = 0,95. Исходные данные для решения задачи приведены в табл.14. Величину R определить для D1 и D2 и сделать вывод о влиянии размеров гидроцилиндра на величину выходного усилии. Объяснить эту зависимость.

 

Таблица 14

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
D1 м 0,040 0,050 0,060 0,080 0,100 0,125 0,045 0,055 0,070 0,09
D2 м 0,06 0,09 0,04 0,05 0,04 0,05 0,1 0,125 0,05 0,04
d м 0,020 0,025 0,032 0,040 0,03 0,02 0,028 0,036 0,02 0,02
Рраб МПа 10 10 10 8 6 6 10 10 8 6

 

43. Приборы для измерения давления: жидкостные и механические (пьезометры, миниметры, вакуумомеры). Выполнить схемы приборов.

44. Классификация и основные части гидропривода станков с ЧПУ. Работа насосной станции Г48-44.

45. Задача. Составить принципиальную гидросхему и по ней изложить процесс проектирования принципиальной гидросхемы. Исходные данные для составления гидросхомы занесены в табл.15.

Таблица 15

Гидродвигатели Кол-во Рраб, МПа Q л/мин
1 Гидроцилиндр двухстороннего действия 1 6,5 68
2 Гидроцилиндр одностороннего действия 1 50 8
3 Гидромотор 2 6,5 60

 

Примечание. Могут работать одновременно гидродвигатели № 1 и № 2. Необходима регулировка скорости у гидродвигателя № 1

 

46. Автоматическое регулирование скорости исполнительных органов гидропривода (гидродвигателей). Начертить одну из схем с автоматическим регулированием и объяснить принцип ее работы.

47. Устройство, назначение и принцип действия гидроусилителей крутящих моментов, применяемых в станках с ЧПУ.

48. Модульная гидроаппаратура. Комплект модульной аппаратуры, Преимущества, недостатки и область применения.

49. Определения, преимущества, недостатки и область применения пневматического привода.

50. Особенности и основные элементы пневмопривода.

51. Чем вызвано наличие аппаратуры для улучшения качества воздуха? Что входит в эту аппаратуру? Устройство и принцип действия пылевлагоотделителей.

52. Устройство, принцип действия, назначение и методика настройка редукционного пневмоклапана. Нарисовать схему клапана.

53. Назначение, устройство и принцип действия маслораспылителя. Регулировка количества масла, распыляемого в сжатый воздух. Нарисовать схему маслораспылителя.

54. Распределительная пневмоаппаратура. Классификация, конструкционные и принципиальные ее отличия от гидравлической.

55. Методы регулировки скорости исполнительных органов пневмопривода. Пнемодроссели, их устройство и постановка в пневмоприводе.

56. Исполнительные органы пневмопривода, определение, классификация, устройство и область применения пневмоцилиндров.

57. Определение, классификация и область применения пневмомоторов.

58. Задача. Определить усилие на штоке R диафрагменного пневмоцилиндра (рис.10),если диаметр цилиндра D, диаметр опорной шайбы d, усилие возвратной пружины R1, расчетное давление сжатого воздуха Рв. Исходные данные приведены в табл.16.

 

 

Рис. 10 к задаче 58

 

Таблица 16

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
D м 0,3 0,4 0,25 0,15 0,35 0,45 0,32 0,125 0,16 0,20
d м 0,6 0,8 0,4 0,03 0,05 0,06 0,05 0,032 0,036 0,05
R1 Н 50 60 55 40 80 70 60 45 65 44
PB МПа 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

 

59. Методика расчета пневмопривода. Цель расчета, общие и частные исходные данные для расчета. Порядок расчета.

60. Произвести расчет пневмопривода, имеющего кол-во i шт. одинаковых поршневых пневмоцилиндров, усилие R на штоке, с длиною хода L и частотою рабочих циклов n, принимая расчетное давление воздуха Рв и скорость сжатого воздуха в трубопроводе V. Исходные данные помещены в табл. 17.

 

 

Таблица 17

Величина

Единица измерения

Последняя цифра шифра учащегося

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
R Н 2500 3000 2000 3500 4500 4000 1750 2750 1250 5045
i шт 3 2 2 2 2 1 3 2 1 1
L м 0,4 0,4 0,5 0,32 0,3 0,35 0,42 0,5 0,3 0,8

n

цикл

850

800

825

750

800

700

725

780

600

900

час
PB МПа 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
V м/с 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕШЕНИЮ

ЗАДАЧ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача 7

200 см3 индустриального масла при температуре +500С вытекает на вискозиметра Энгелера за время Т1=175с. водное число прибора Т2=52с, погрешность прибора a=0,96, ускорение свободного падения g=9,81м/с2. определить условную вязкость, установить тип масла и рассчитать динамический коэффициент вязкости.

 

РАСЧЕТ

1. Определение условной (относительной) вязкости производится по формуле:

 

 

 

2. Коэффициент кинематической вязкости определяется по формуле Убеллоида:

 

 

3. Тип минерального масла устанавливаем по табл. 1: индустриальное 20, т.е. ИС-20, плотность которого r=890 кг/м3

4. Динамический коэффициент рассчитывается по формуле:

 

 

До введения системы СИ единицей кинематической вязкости является стокс (Ст), размеренность которого 1 Ст = см2/с, или сантистокс (сСт) 1 Ст = 100 сСт. В системе СИ единицей кинематической вязкости является м2/с, т.е. 1 м2/с = 10-4Ст.

 

Задача 11

Плоский вертикальный шит шириной В=2м, расположенный углом a=600 к горизонту, поддерживает уровень воды в прямоугольном канале глубиной Н=4м. Определить силу R гидростатического давления ни щит и ординату центра давления (точки Д). Плотность воды принять равной 1000 кг/м3.

Дано: В=2м; a=600; Н=4м; r=1000кг/м3.

Определить: R, УB

 

РАСЧЕТ

 

Сила гидростатического давления определяется по формуле:

 

 

В нашем случае глубина погружения центра тяжести смоченной поверхности щита:

 

 

Площадь смоченной поверхности щита:

 

 

 

Тогда R=1000∙9,81∙2∙9,237=181247Н=0,18МН

Положение центра давления (т.е. ординату точки Д) определяем из выражения:

 

 

 

где ордината тяжести смоченной поверхности щита:

 

 

Момент инерции смоченной площади относительно ее центра тяжести [5, с.38]:

 

 

 

следовательно:

 

 

 

Вывод: действительно, центр давления Д расположен ниже центра тяжести, т.к. УДЦТ

 

Задача 17

Определить расходы Q воды в горизонтальном трубопроводе переменного сечения при скорости V на каждом из участков и построить пьезометрическую линию, если Н=5м, d1=0,015м, d2=0,020м, d3=0,01м.

Дано: Н=5м; d1=0,015м, d2=0,020м, d3=0,01м.

Определить Q, V1, V2. V3 построить пьезометрическую линию.

 

РАСЧЕТ

 

УРАВНЕНИЕ Бернулли для сечения 0-0 и 3-3 при совмещении плоскости сравнения с осью трубы будет иметь вид:

 

Принимаем a=1.

В данном случае z0=H; z3=0, В связи с тем, что в сечениях 0-0 и 3-3 давление равно атмосферному,

 

 

 

Учитывая, что Н=const, а скорость в сечении 0-0 V0=0, скорость в выходном сечении 3-3 определяют из зависимости:

         

 

откуда

 

Расход воды в трубопроводе:

 

 

 

Скорость в сечении 1-1

 

 

Скорость в сечении 2-2

 

Пьезометрическую линию строят, исходя из следующих положений. Поскольку задача решается без учета потерь энергии, то напорная линия (линия полной энергии) будет представлять собой горизонтальную прямую, являющуюся продолжением свободной и поверхности воды в сечении 0-0. пьезометрическая линия расположится ниже напорной

 

линии на величину в каждом сечении.

 

Таким образом, отложив вниз от напорной линии величины в сечениях, соответствующих изменению диаметра трубопровода, получим ряд точек, соединив которые, построим пьезометрическую линию (рис. 11).

При этом

 

 

       
 
 

 

 

Рис. 11
Задача 20.

По трубопроводу диаметром d=0,02м и длиной l=20м движется масло со скоростью u=1,2м/с. Определить полную потерю напора (h потерь) в трубопроводе, если на нем установлены обратный клапан (x=0,8), задвижка (x=0,615) и имеется поворот на 900 (x=1,2). Коэффициент кинематической вязкости масла n=0,15×10-4м2/с.

Дано: d=0,02м; l=20м; u=1,2м/с; x1=0,8; x2=0,15; x3=1,2; n=0,15×10-4 м2

 

Определить h потерь.

РАСЧЕТ

 

Определяем число Рейнольдса по формуле:

 

 

 

 

Полученное число Re=1600<Reкр=2000, следовательно, режим – ламинарный. Тогда коэффициент гидравлического трения определится из выражения:

 

 

 

Потери напора по длине:

     
 

 

 

Потери напора на местных сопротивлениях:

 

 

 

 

Полная потеря напора

 

 

Задача 27

Вычислить подачу Q радиально-поршневого роторного насоса, если эксцентриситет е=0,0095м; диаметр поршней d=0,030м; число поршней z=5; частота вращения n=20с-1. объемный КПД насоса hоб=0,9.

 

Дано: е=0,0095м; d=0,030м; z=5; n=20c-1; hоб=0,9

 

Определить Q.

РАСЧЕТ

 

Подача радиально-поршневого роторного насоса определяется из выражения:

     
 

 

Задача 30

Определить усилие R на штоке гидроцилиндра диаметром D1=0,2м пневмогидравлического привода с преобразователем прямого действия, имеющего диаметр пневмоцилиндра D2=0,15м и диаметр штока d=0,05м. рабочее давление сжатого воздуха Рв=0,4МПа и механический КПД h=0,95.

Дано: D1=0,2м; D2=0,15м; d=0,05м; Рв=0,4МПа; hм=0,95.

 

РАСЧЕТ

1. Давление жидкости в гидросистеме с учетом механического КПД определяется по формуле:

 

2. Усилие на штоке гидроцилиндра:

 

 

 

Задача 36

Определить усилие R и скорость V штока поршневого гидроцилиндра диаметром D=0,2м, если жидкость подается в бесштоковую полость под рабочим давлением Рраб=6,3МПа и производительностью

 

РАСЧЕТ

1. Определение усилия на штоке при его выдвижении у поршневого цилиндра производится по формуле (см. табл. 3)

 

 

 

2. Скорость штока (см. табл. 4)

 

 

 

Так как 1м3 = 1000 литров, то в формуле введена величина

 

Задача 37

Определить диаметр D поршневого гидроцилиндра и количество необходимой жидкости Q для выдвижения штока со скоростью V = 0,572 м/мин и усилием R = 1500Н. рабочее давление жидкости Рраб = 1,2 МПа.

По каталогу (приложение 5) выбрать необходимый насос.

 

РАСЧЕТ

 

1. Диаметр цилиндра определяется по формуле:

 

 

Рассчитанный диаметр цилиндра округляют до ближайшего большего значения, как из основного, так и вспомогательного рядов по ГОСТ 6540-68 (Приложение 1).

В данном случае диаметр гидроцилиндра принимается D=130мм.

 

2. Количество жидкости, необходимой для обеспечения заданной скорости штока:

 

 

 

или Q = 7,588 л/мин.

По каталогу насосов (приложение 5) принимаем насос шестеренный Г11-21. Его Рраб=1,2МПа и производительность Q = 8 л/мин.

 

Задача 41

Произвести гидравлический расчет трубопровода для насоса производительностью Q=8 л/мин, работающего на масле индустриальном ИС-20, которое имеет вязкость n=20сСт=0,2×10-4 м2/с.

 

РАСЧЕТ

Определение внутреннего диаметра производится по формуле:

 

 

 

где Q – производительность насоса, л/мин;

V – средняя скорость движения жидкости в л/мин, которую можно принять из табл.18

Таблица 18

Q л/мин До 12 11-30 31-50 Свыше 50
V м/с 6 5 4 3

Приняв V = 6 м/с, получаем

 

Принимаем dy=6мм по ГОСТ 16516-80 (приложение 2).

 

2. Определение действительной скорости жидкости в принятом диаметре dy трубопровода:

 

3. Проверка трубопровода на режим течения жидкости:

 

 

 

Тае как полученное Re=1415,425<Reкр=2000, то режим течения – ламинарный. Внутренний диаметр трубопровода (условный проход) рассчитан правильно.

Задача 42

Рассчитать усилие на штоке в гидроцилиндре с односторонним штоком при его втягивании, если диаметр поршня D=0,05м, диаметр штока d=0,03м. давление рабочей жидкости на поршень Р = 6МПа. Механический КПД силового цилиндра hм=0,95.

Дано: D1=0,05м; d=0,03м; P=6МПа=6×106Па; hм=0,95.

Определить: R

 

РАСЧЕТ

 

Усилие на штоке поршня при его втягивании определяется по формуле:

     
 

 

Задача 45

При решении данной задачи использовать методические указания, изложенные в разделе 2 (тема 2.8).

 

Задача 58

Определить усилие на штоке диафрагменного пневмоцилиндра (рис.6), если диаметр цилиндра D=0,2м, диаметр опорной шайбы d = 0,05м, усилие возвратной пружины R1 = 44Н, расчетное давление воздуха Рв=0,4МПа.

 

РАСЧЕТ

 

Усилие на штоке диафрагменного прневмоцилиндра с учетом усилия R1 возвратной пружины определяется, как у любого цилиндра, по формуле:

 

 

Площадь диафрагмы DS, на которую действует сжатый воздух, в сечении представляет трапецию, поэтому DS определяется по среднему диаметру трапеции.

     
 

 

 

Подставив значение , получим

 

 

 

 

 

Движение штока осуществляется за счет деформации диафрагмы, на которую затрачивается определенное усилие. Так как величина хода штока в стандартных диафрагменных цилиндрах относительно мала (обычно меньше 0,22D), то и усилие на диафрагменную деформацию незначительно и им в практике пренебрегают.

 

 

 

Задача 60

Произвести расчет пневмопривода, имеющего количество одинаковых поршневых цилиндров i = 3 шт., усилием на штоке R = 2500 Н, с длинною хода штока L = 0,4 м и n=850циклов/час.

 

РАСЧЕТ

1. Определение внутреннего диаметра поршневого пневмоцилиндра производится по формуле:

 

 

Принимаем D = 90 мм по ГОСТ 6540-68 (Приложение 1)

 

2. Определение теоретического расхода сжатого воздуха:

 

 

 

3. Определение действительного расхода сжатого воздуха:

 

 

4. Определение внутреннего диаметра трубопровода (условного прохода) трубопровода:

 

 

Принимаем dy = 13мм по ГОСТ 16516-80

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1

Ряд диаметров цилиндров и штоков по ГОСТ 6540-68 в мм.

 

Основной ряд 16 20 25 32 50 60 80 100 125 140 160 180 210 250 280
Вспомогательный ряд                              

 

Приложение 2

Условные проходы dy в мм (ГОСТ 16516-80)

 

1,0 10 100
- 12 125
1,6 16 160
2,0 205 200
2,5 25 250
3,0 32 -
4,0 40 -
5,0 50 -
6,0 63 -
8,0 80 -

 

Приложение 3

 

Ряд рабочих давлений по ГОСТ 12445-80 в МПа

 

Ряд Р 25 1,0 1,2* - 1,6 2,5 - 4 5 6,3 8
Ряд Р 10 10 12,5 14* 16 25 28* 40 50 63 80

 

Примечание. Значения давления, отмеченные *, по возможности не применять.

 

Приложение 4

Значение коэффициента местных потерь

 

Вид (тип) местного сопротивления Значение коэффициента
1. Присоединительные штуцеры 0,15
2. Золотниковые распределители 4
3. Обратные клапаны 3
4. Предохранительные клапаны (места присоединения) 0,2
5. Гидрозамок 0,3…0,4
6. Фильтр на нагнетающем трубопроводе 0,5
7. Дроссель регулируемый 0,4
8. Вход масла в полость гидроцилиндра 1,2
9. Выход масла из полости гидроцилиндра 0,5
10. Разветвление потока на два направления 1-1,5
11. Соединение 2-х потоков в один 2-2,5

 

Приложение 5

НАСОСЫ

 

Шестеренные насосы типа Г11-2. обозначение по ГОСТ 2.782-68

 

 


характеристика

Г11-21А

Г11-21

Г11-22А

Г11-22

Г11-23А

Г11-23

Г11-24А

Г11-24

Г11-25А

Г11-25

типоразмеры
Производительность, л/мин 5 8 12 18 25 35 50 70 100 140
Рабочее давление, МПа 1,2 1,2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
Общий КПД 0,7 0,7 0,6 0,6 0,7 0,72 0,73 0,75 0,8 0,8
Масса, кг 2 2,25 2,25 6,2 6,2 6,2 8,7 15 21 25

 

Шестеренные насосы типа НШ

 

Характеристика

НШ-10Д

НШ-16

НШ-32Д

НШ-40В

НШ-46Д

типоразмеры
Производительность, л/мин 16 25 50 60 75
Рабочее давление, МПа 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0
Общий КПД 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
Масса, кг - - - - -

 

Пластинчатые насосы типа Г12-2

 

Обозначение по ГОСТ 2.782-68

     
 

 

Одинарного действия Двойного действия

 

Характеристика

Г12-21

Г12-22А

Г12-22

Г12-23А

Г12-23

Г12-24А

Г12-24

Г12-25А

Г12-25

Г12-26А

типоразмеры
Производительность, л/мин 8 12 18 25 35 50 70 100 150 200
Рабочее давление 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5
Общий КПД 0,5 0,67 0,67 0,73 0,79 0,71 0,76 0,81 0,85 -
Масса, кг 9,2 9,2 9,2 9,2 9,2 26,2 26,2 26,2 138 138

 

ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

 

Обозначение по ГОСТ 2.782-68

 

 

Радиально-поршневые

Типа НПР, НПМ,

НПС, НПД

 

Характеристика

НПР 717

НПР 705М

НПР 713

НПР 715

НПР 50М

НПР 100

НПР 200

НПР 300

НПР 400

типоразмеры
Производительность, л/мин 800 100 200 400 50 100 200 300 400
Рабочее давление 10,0 10,0 10,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0
Общий КПД 0,77 0,77 0,77 0,77 0,77 0,67 0,67 0,72 0,77
Масса, кг 2000 350 630 800 350 630 1500 1500 2000

 

 

Аксиально-поршневые

Типа П-Д; П-Р

 

Характеристика

ПД

№ 0,5

ПД № 1,5

ПД

№ 2,5

ПД № 5

ПД № 10

ПД № 20

ПД № 30

типоразмеры
Производительность, л/мин 9 26 47 102 204 360 490
Рабочее давление, МПа 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0
Общий КПД 0,72 0,72 0,77 0,77 0,8 0,8 0,8
Масса, кг 20 45 95 160 240 400 600

 

Аксиально-поршневые

Типа НАР; НАС; НАМ; НАД

 

Тип насоса

Рабочее давление МПа

Производительность, л/мин

Масса, кг

Вспомогательный насос

л/мин МПа
НАР-16/200 20,0 25 31 3 2,5
НАР-40/200 20,0 55 60 8 2,5
НАР-63/200 20,0 85 80 8 2,5
НАР-125/200 20,0 200 163 12 2,5
НАР-400/200 20,0 400 230 32 2,5
НАР-16/320 32,0 25 30 3 2,5
НАР-40/320 32,0 55 54 8 2,8
НАР-63/320 32,0 85 75 8 2,5
НАР-125/320 32,0 172 111 12 2,5
НАР-400/320 32,0 400 250 32 2,5

 

 

Клапанные (эксцентриковые)

 

Обозначение по ГОСТ 2.782-68

 

Типа Н-400

 

Характеристика

Н-400

Н-401

Н-403

Н-450

Н-451А

Н-451

типоразмеры
Производительность, л/мин 5 18 35 3 5 8
Рабочее давление, МПа 30,0 30,0 30,0 50,0 50,0 50,0
Общий КПД 0,75 0,77 0,8 0,72 0,77 0,77
Масса, кг 13,5 42,6 45,6 20 54 55,7

 

Клапанные (эксцентриковые)

Типа НР

 

Тип насоса Рабочее давление, МПа Производительность, л/мин Объемный КПД Общий КПД Масса, кг Применение
НР-1,6 50,0 1,8 0,75 0,72 20  
НР-2,5 50,0 3,2 0,78 0,75 23,6  
НР-4 50,0 5 0,80 0,75 43  
НР-6 50,0 8 0,80 0,75 51  
НР-10 50,0 12,5 0,85 0,75 79  
НР-16 50,0 20 0,85 0,75 92  
НР-25 50,0 32 0,86 0,77 130  
НР-40 50,0 50 0,86 0,77 212  
НР-50 50,0 75 0,86 0,77 300  

 

Приложение 6

Таблица 6.1

Основные единицы СИ

 

Величина Наименование Обозначение
Длина метр М
Масса килограмм кг
Время секунда с
Сила электрического тока ампер А
Термодинамическая температура кельвин К
Количество вещества моль моль
Сила света кандела кд

 

Таблица 6.2

Произведение единицы СИ

 

Величина Наименование Обозначение Выражение через единицы СИ
Частота герц Гц с-1
Сила, вес ньютон Н м,кг,с-2
Давление, механическое напряжение паскаль Па м-1, кг, с-2
Энергия, работа, количество теплоты джоуль Дж м2 кг с-2
Мощность ватт Вт м2 кг с-2
Момент силы Ньютон-метр Н м м2 кг с-2
Удельная теплоемкость, удельная энтропия Джоуль на килограмм-кельвин Дж/кг К м2 с-2 К-1
Удельный термодинамический потенциал (энтальпия) Джоуль на килограмм Дж/кг м2 с

 

 

Таблица 6.3

Произвольные единицы СИ, применяемые в гидравлике и гидроприводе

 

Наименование величины Обозначение Единицы измерения Формула
  1. Плотность   r кг/м3
2. Ускорение свободного падения тела g м/с2 9,81
  3. Сжимаемость   bV Па-1
4.Вязкость динамическая m Па×с m=n×r
  5. Вязкость кинематическая   n м2
6. Вязкость относительная 0Е+ Градусы Энглера Опытным путем
  7. Давление   Рраб Па
8. Сила, вес R H R=m×g
9. Объемный расход Q м3 Q=S×V

 

Приложение 7

Условные обозначения элементов гидропривода

 

 

 

  Бак открытый ГОСТ 2.780-68 Рб0
      Бак закрытый Рб0
      Клапан обратный ГОСТ 2.781-68
      Клапан предохранительный прямого действия ГОСТ 2.781-68
      Фильтр для жидкости или воздуха ГОСТ 2.780-68
    Клапан редукционный гидравлический
      Делитель потока гидравлический на два потока
    Клапан предохранительный двойного действия ГОСТ 2.781-68    
      Дроссель регулируемый
      Клапан поддерживающий (тормозной)  
    Гидроцилиндр плунжерный    
    Насос без обозначения типа     Гидромотор реверрсивный    
    Гидромотор не реверсивный    
    Моментный гидроцилиндр (гидромотр неполноповоротный)    
    Распределитель трехпозиционный с электрическим управлением    

 

 

Распределитель трехпозиционный с электрогидравлическим управлением

(развернутое обозначение)

 

    Распределитель трехпозиционный с электро-гидравлическим управлением. Допускается упрощенное обозначение    
    Цилиндр двухстороннего действия - поршневой  
      Гидрозамок односторонний    


Таблица вариантов заданий на контрольную работу

Предпоследняя цифра шифра

Последняя цифра шифра учащегося

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1 21 2 22 3 23 4 24 5 25 6 26 8 28 9 29 10 31 12 32

27

30

36

37

41

42

45

20

17

7

50 19 51 18 52 16 53 15 54 14 55 13 56 14 57 49 59 48 50 47

1

13 33 14 34 15 35 16 38 18 39 19 40 1 43 2 44 3 46 4 47

60

58

45

42

7

11

17

20

41

37

51 49 52 47 53 8 53 48 55 49 56 48 57 47 59 42 50 21 51 22

2

5 48 6 49 8 21 9 22 10 23 12 24 13 25 14 26 15 28 18 29

11

58

60

7

11

17

20

27

30

36

52 21 53 22 54 49 55 48 56 47 57 46 59 43 50 11 51 4 52 3

3

19 31 1 32 2 33 3 34 4 35 5 38 6 39 8 40 9 43 10 44

37

41

42

45

17

20

60

58

27

30

53 8 54 9 55 12 56 13 57 28 59 23 50 24 51 26 52 18 53 3

4

12 46 13 47 14 48 15 49 16 21 18 22 19 23 1 24 2 25 3 26

36

41

42

7

11

17

27

30

36

37

54 25 55 4 56 6 57 33 59 34 50 35 51 8 52 19 53 18 54 16

5

4 28 5 29 6 31 8 32 9 33 10 34 12 35 13 38 14 36 15 40

41

42

45

20

17

60

58

7

27

30

55 15 56 48 57 19 59 47 50 24 51 5 52 25 53 26 54 4 55 13

6

16 43 18 44 19 46 1 47 2 31 3 48 4 49 5 21 6 22 8 29

36

37

41

42

58

60

7

11

17

20

56 3 57 4 59 5 50 19 51 40 52 43 53 26 54 43 55 44 56 40

Последняя цифра шифра

Последняя цифра шифра учащегося

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

7

9 24 10 25 12 26 13 28 14 29 15 31 16 32 18 33 19 34 1 35

36

37

41

42

45

58

60

7

11

17

57 4 59 5 55 6 50 8 51 9 52 26 53 25 54 24 55 23 56 22

8

2 36 3 38 4 39 5 40 6 43 8 44 9 21 10 22 12 23 13 24

20

27

30

36

37

20

17

41

42

7

57 23 59 10 50 12 51 13 52 14 53 46 54 47 52 12 56 19 57 35

9

14 25 15 26 16 28 18 29 19 31 1 32 2 33 3 34 4 35 5 39

41

42

45

45

41

42

37

45

42

11

59 5 50 4 51 3 52 6 53 8 54 9 55 10 56 13 57 12 59 43