Гидропривод

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Кафедра “Підйомно-транспортні , дорожні , будівельні машини та обладнання”

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З ДИСЦИПЛІНИ

“ГІДРОТА ПНЕВМОПРИВОДИ”

(для спеціальностей: “Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні машини та обладнання”, “Автомобілі та автомобільне господарство”)

№ кода 2906

Склав: КОРОЛЬКОВ Б. О.

Затверджено на засіданні кафедри: “Підйомно-транспортні , дорожні , будівельні машини та обладнання” ПРОТОКОЛ № від 2003р. Зав. кафедрою Пенчук В.О.

Макіївка, 2003 р.

Вступ. ………………………………………………………………….……3

Тема І. Основи гідростатики і гідродинаміки. …………………………..4

1.1.Загальні зведення про рідини і їх основних фізичних властивостях. ………….4

1.2.Рівновага рідини. …………………………………………………………………..9

1.3.Прилади для виміру тиску. ………………………………………………………13

1.4.Основи кінематики і динаміки рідини. ………………………………………….17

1.4.1.Види тиску рідини. …………………………………………………….17

1.4.2.Живий перетин. Витрата. Середня швидкість. ………………………17

1.4.3.Рівняння Бернуллі. …………………………………………………….21

1.4.4.Несталий рух у трубопроводах. ………………………………………27

1.5.Особливості гідравлічного розрахунку напірних трубопроводів. …………….28

1.6.Витікання рідини через отвори і насадки. ………………………………………32

Тема ІІ. Загальні зведення про гідроприводи.

2.1.Види гідроприводів. …………………………………………………………….35

2.2.Робочі рідини мобільних машин. ………………………………………………38

Тема Ш. Об'ємні гідромашини.

3.1.Конструктивні особливості гідромашин. ………………………………………48

3.2.Основні технічні показники і характеристики насоса. ……………………….50

3.3Роторні і поршневі насоси. ………………………………………………………52

Список використаної літератури. ……………………………………………………57

ВСТУП

2

Механізація й автоматизації виробничого процесу в області транспорту і будівельномонтажних робіт полягає в першу чергу в механізації й автоматизації самої машини, тобто у використанні її двигуна для різних робіт, наприклад, вантажно-розвантажувальних, земляних і т.д., а також в автоматизації керування самою машиною. Ця задача зважується за допомогою різних типів приводів /передач/ від двигуна на робочу машину, у тому числі і на двигун самої машини. Цей привод повинний бути безупинно регульованим і автоматичної чи, принаймні, повинний легко автоматизуватися.

Гідропривід відповідає цим вимогам. Він є безупинно регульованим і хоча не автоматичний за принципом дії, але легко автоматизується допоміжними пристроями. Роль гідроприводів і гідроавтоматики в автоматизації виробничих процесів дуже велика і перспективна.

Пропонована робота містить необхідні зведення для вивчення конструкцій, розрахунку і проектування елементів об'ємного гідроприводу і гідродинамічних передай, мається інформація довідкового характеру.

У практичній інженерній механіці практичні задачі зважуються за допомогою гідростатичного /об'ємного/ чи гідродинамічного привода, а в ряді випадків комплексно. Гідростатичні /об'ємні/ передачі засновані на чи витисненні заміщенні невеликі обсягів рідини. При великих тисках сягаючих 32 МПа і більш. Тому що швидкості руху рідин у цих передачах не перевищує 10 м/с те величина статичного напору значно більше, ніж величина динамічного. Звідси і назва гідростатичної передачі.

Об'ємний гідропривід відрізняється високою компактністю /мала маса і габарити/, можливістю реалізації великих передатних відносин /до 2000/, високими динамічними властивостями /мала інерція і високий ступінь демпфірування/, його елементи можна раціонально розмістити на машині.

Принцип дії гідродинамічного привода заснований на використанні в них кінетичної енергії рідини, тобто передача здійснюється за рахунок динамічного напору. Гідродинамічні передачі здійснюють безступінчасте регулювання швидкості, забезпечують нормальну роботу двигунів при будь-якім зовнішнім навантаженні, демфують крутильні коливання, забезпечують плавність пуску і гальмування.

Об'ємним привод знайшов саме широке застосування в будівельно-дорожній техніці, гідродинамічні передачі - автомобілебудуванні, а. вантажні автомобілі і підйомнотранспортні машини на пневмоколесном ходу мають, як правило, комбінований привод. Тому для розрахунку і проектування цих машин, грамотної експлуатації, ремонту В налагодження необхідно мати відповідну підготовку в області гідроприводу.

Лекції написані ДЛЯ студентів спеціальності "Під’емнотранспортні, будівельні, дорожні машини й устаткування" і "Автомобілі й автомобільне господарство". Їхньою метою є оволодіння необхідним обсягом знань для успішного вивчення спеціальних курсів, а також використання їх надалі практичне інженерне діяльності.

3

ТЕМА 1 ОСНОВИ ГІДРОСТАТИКИ І ГІДРОДИНАМІКИ

1.1. Загальні зведення про рідини і їх основних фізичних властивостях

Рідина - це матеріальне середовище, що володіє властивістю плинності, тобто здатністю необмежено деформуватися під дією прикладених сил. Вона не має власної форми і приймає форму тієї судини, у якому вона знаходитися.

Розрізняють рідини краплинні /вода, ртуть, олії й ін./ і газоподібні /повітря, гази/. Перші практично нестисливі. Стискальність газоподібних рідин порозумівається великими відстанями між молекулами і меншими, чим у краплинних, міжмолекулярними силами.

При розгляді фізичних явищ і висновку формул використовується гіпотеза помилкової, середовища, відповідно до кори рідина розглядається, як безупинне суцільне середовище /континуум/, що цілком займає весь простір. Таке допущення в більшості випадків правомірно, оскільки розміри займаного рідиною простору невимірно більше розмірів міжмолекулярних відстаней і самих молекул. Однак гіпотеза помилкового середовища непридатна для сильноразріженних газів, а також при порушенні сплошності середовища/кавітації/.

Розглянемо основні властивості рідин.

Щільність - найважливіша характеристика рідини, що представляє собою. масу одиниця об'єму:

m V

де розмірність щільності [ ]= Lм3, m - маса в укладеному обсязі V (кг/м3). Відносна щільність - безрозмірна величина, що представляє собою відношення

щільності розглянутої рідини до густини стандартної речовини ст у визначених фізичних умовах:

ст

Як стандартну речовину: приймають для твердих тіл і рідин - дистильовану воду щільністю 1000 кг/м3 температурі 4°С /277 ДО/ і тиску 111,3кПа /760 мм рт. ст./; для газів - атмосферне повітря щільністю 1,2 кг/м3 при 20°С /293° ДО/, тиску 101,3 кПа і відносної вологості 50% /стандартні умови/.

Для безпосереднього виміру щільності в техніку використовують прилади, називані ареометрами.

Стискальність - здатність рідин змінювати свіжий обсяг при зміні тиску і температури.

Щільність краплинних рідин при температурі і тиску, відмінних від початкових,

виражається залежністю

де об - щільність рідини при початкових температурі і тиску, t. і p - збільшення температури і тиску t p- коефіцієнти температурного розширення й об'ємного стиску.

4

Коефіцієнти t p являють собою відносна зміна обсягу рідини при зміні відповідно чи температури тиски на одну одиницю Числові значення цих коефіцієнтів дуже малі і, наприклад, в інтервалі тисків Р = (0,1...20) МПа при 20°С для мінеральних олій,

застосовуваних у гідроприводах [1] t= 7 10-4°С, p = 6 10-10 Па. Тому стискальністю рідини при рішенні інженерних задач зневажають, за винятком задач про гідро удар, стійкість і коливання гідросистем і деяких інших випадків, у яких приходиться враховувати стискальність рідин.

В'язкість - властивість рідини, що характеризує опір відносному переміщенню /зрушенню/ її шарів, що є наслідком внутрішнього тертя між шарами.

Якщо припустити, що потік рідини складається з окремих шарів нескінченно малої, товщини dy /мал. 1.1/, то швидкості цих шарів будуть змінюватися за деяким законом від нульового значення /у стінки/ до максимального /у центрі потоку/. Нехай швидкості сусідніх шарів рівні u і u+du

Сила внутрішнього тертя Т, що виникає між шарами рідини згідно гіпотези Ньютона, дорівнює:

де - динамічна в'язкість, що залежить від роду рідини і температури, F - площа

поверхні зіткнення шарів, du градієнт швидкості dy

Формула /1.4/ експериментально і теоретично обґрунтована в 1883 році професором Н.П.Петров.

5

температуру дослідження. У довідковій:. літературі найбільше часто приводиться значення умовної в'язкості при температурі 50°С и позначається ВУ50.

Для переходу від умовної в'язкості до кінематичного. користаються емпіричною формулою

0,0731ВУ 0,0631

ВУ

Для мінеральних олій в'язкістю до 6 В.У^. при температурах від 30 до 15°С залежність в'язкості від температури визначається по формулі

50 nt 50 t

де t, 50 - відповідно кінематичний коефіцієнт в'язкості при температурі T 0С и 50 0С; n - показник ступеня, що залежить: від в'язкості рідини /таблиця 1.1/.

Таблиця 1.1

Розчинність – усі рідини у визначеній мері поглинають і розчиняють гази. Обсяг газу, що розчиняються в краплинній рідині до її повного насичення, залежить від тиску, температури і властивостей газу і рідини.

Розчинність газів характеризується коефіцієнтом розчинності ДО, що визначається відношенням обсягу розчиненого газу Vг, приведеного до нормального умовам /00С и 760

Розчинність газів в оліях малої в'язкості вище, ніж в оліях високої в'язкості [2]. При підвищенні температури розчинність незначно знижується, при підвищенні тиску розчинність зростає по лінійному законі.

Обсяг газу, що розчиняється в краплинній рідині до її повного насичення визначається вираженням

де Р1 і Р2 – відповідно початковий і кінцевий тиск газу.

Зниження тиск у який або крапці гідросистеми спричиняє виділення в цьому місці газу у виді дрібних пухирців і утворення піни. Остання може з'являтися також при засмоктуванні повітря в гідросистему через чи нещільності при скиданні рідини в резервуар з деякої висоти. Наявність пухирців порушує сплошность потоку і нормальну роботу гідросистеми.

8

Паротворення, кипіння, і кавітація При зміні тиску і температури кожної рідини до визначених значень, при яких тиск

стає рівним тиску насиченої пари Рнп цієї рідини при даній температурі, відбувається зміна кількісних характеристик утворяться пухирці і навіть цілі порожнини, заповнені пором і розчиненими в ній газами. Досягаючи вільної поверхні краплинної рідини, пухирці лопаються і пара улетучивается - відбувається кипіння рідини.

Якщо рідина знаходитися в замкнутому просторі, то пухирці залишаються в ній, порушуючи сплошность краплинної рідини. Коли тиск пари перевищить тиск насичення, знову відбувається стрибкоподібний перехід у нову якість - пар миттєво конденсується, а гази розчиняються в краплинній рідині. Тоді в порожнечі, що утворилися, з великою швидкістю спрямовуються частки краплинної рідини, що приводить до миттєвого їхнього змикання.

Це викликає значний ріст тиску в місцях змикання пухирців, що супроводжується характерним шумом, а також місцевим підвищенням температури. Розглянутий процес називається кавітацією.

Кавітація в трубопроводах і гідравлічних машинах - украй шкідливе явище, тому що вона викликає їхню ерозію. Ерозія підсилюється хімічним і електрохімічним впливом повітря, що виділяє з рідини, багатого киснем, що прискорює руйнування активних елементів.

1.2. Рівновага рідини

Спочиваюча рідина піддається дії зовнішніх масових і поверхневих сил. Масовими є сили, пропорційні масі рідини. До них відносяться сили ваги і сили інерції. В однорідній рідині масові сили пропорційні об'ємними, тому вони називаються також об'ємними.

Поверхневими називаються сили, що діють на вільну поверхню рідини. До цих сил відносяться, наприклад, сила атмосферного тиску. У результаті дії зовнішніх сил усередині рідини виникають стискаючі напруги, називані гідростатичним тиском.

Для різних крапок у рідині величина гідростатичного тиску може бути різної, тобто гідростатичний тиск є функцією координат простору.

Розглянемо рівновагу рідини, що знаходиться під дією об'ємних сил і сил гідростатичного тиску. Виділимо усередині спочиваючої рідини нескінченно малий елемент /мал. 1.3/, маса якого дорівнює

dm= d= dx dy dz /1.10/

Тому що гідростатичний тиск є функцією координат крапки, то в напрямку кожної осі тиск буде змінюватися. Так, наприклад, по довжині dx буде змінюватися тільки координата x

і збільшення тиску складе величину P dx, а тиск наприкінці грані буде

X

P P P dx

X

9