- 1 -

“ГИДРАВЛИКА, ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ, ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДЫ”

Введение

Всостав курса входят следующие разделы: гидравлика, гидравлические машины, гидропривод и пневмопривод.

Вразделе гидравлика изучаются законы равновесия и движения жидкостей.

Вразделах гидравлические машины, гидроприводы и пневмоприводы изучаются устройство, принцип действия, расчет, область применения

иэксплуатация различных гидравлических машин (гидронасосов, гидродвигателей и др.), гидравлических и пневматических приводов и передач.

Вкачестве носителя механической энергии в гидроприводах служат жидкости, а в пневмоприводах – газы.

Рекомендуемая литература

1.Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод. / Учебное пособие. Ч. 1. Основы механики жидкости и газа. М.: МГИУ, 2003. - 192 с.

2.Лепешкин А.В., Михайлин А.А., Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод. / Учебник. Ч. 2. Гидравлические машины и гидропневмопривод. / Под ред. А.А. Шейпака. М.: МГИУ, 2003. - 352 с.

3.Лебедев Н.И. Гидравлика, гидравлические машины и объемный гидропривод. Учебное пособие. – М.: МГУЛ, 2000. - 232 с.

4.Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М., Машиностроение, 1982. - 423 с.

5.Лебедев Н.И. Гидравлика, гидравлические машины и объемный гидропривод. Учебное пособие. – М.: МГУЛ, 2000. - 232 с.

6.Осипов П.Е. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. М., Лесная промышленность, 1981. - 424 с.

7.Лебедев Н.И. Объемный гидропривод лесных машин: учебник / Под ред. А.А. Камусина. М. МГУЛ, 2007. - 314 с.

8.Задачник по гидравлике и гидропневмоприводу / Ю.А. Беленков, А.В. Лепешкин, А.А. Михалин, В.Е. Суздальцев, А.А. Шейпак / под. ред. Ю.А. Беленкова. – М.: Издательство «Экзамен», 2009. – 286 с.

- 2 -

ГИДРАВЛИКА

Гидравлика или техническая механика жидкостей, – это прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей, а также их взаимодействия с твердыми телами, и способы применения этих законов при решении практических задач.

Гидравлика делится на два раздела, тесно связанных между собой:

гидростатику и гидродинамику.

Гидростатика - раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкости и ее взаимодействия с твердыми телами. В гидростатике рассматриваются законы распределения давления внутри покоящейся жидкости, действие жидкости на ограждающие ее поверхности и на погруженные в нее тела, а также законы относительного покоя жидкости.

Гидродинамика – раздел гидравлики, в котором изучаются законы движения жидкости в трубопроводах и открытых потоках.

Вгидравлике под жидкостью понимают сплошную однородную сре-

ду с непрерывным распределением в ней основных физических величин, обладающую большой подвижностью и всегда принимающую форму сосуда,

вкотором она находится.

Всвязи с таким определением жидкости можно разделить на: капельные (собственно жидкости, которые в малых количествах обычно образуют капли, а в больших – свободную поверхность) и газообразные (газы – воздух и др. газы, которые капель и свободной поверхности не создают и занимают весь объем, в котором находятся).

Общим свойством обеих жидкостей является наличие малых внутренних сил сцепления и непрерывное распределение в них основных физических величин.

Важнейшей особенностью капельных жидкостей является ничтожно малое изменение их объема при изменении давления и температуры.

Поэтому при гидравлических расчетах капельные жидкости обычно считают несжимаемыми.

Газы, наоборот, обладают большой сжимаемостью, т.е. значительно уменьшают свой объем под действием давления и неограниченно расширяются при его отсутствии.

Вгидравлике изучают главным образом поведение капельных жидкостей. Законы гидравлики распространяют и на газы, но с учетом их сжимаемости, описываемой физическими уравнениями состояния (уравнение Клайперона-Менделеева), если скорость их движения значительно меньше скорости распространения звука в них.

Вдальнейшем изложении под “жидкостью” мы будем подразумевать капельную жидкость и газ, но с учетом его сжимаемости.

- 3 -

Основные физические свойства жидкостей

Жидкости, существующие в природе, называют реальными (или вязкими).

Для облегчения решения многих задач гидромеханики введено поня-

тие идеальной жидкости – жидкости абсолютно несжимаемой и не расширяющейся, в которой отсутствуют силы внутреннего трения.

Замена реальной жидкости идеальной допускается в тех случаях, когда это не приводит к большим погрешностям при расчетах.

Переход от идеальных к реальным жидкостям осуществляется путем введения дополнительных коэффициентов, эмпирических зависимостей, учитывающих влияние тех или иных факторов на основе опытных данных, либо путем учета напряжений и деформаций, возникающих в жидкостях.

Рассмотрим основные физические свойства жидкости, с которыми мы будем сталкиваться в дальнейшем.

Плотностью жидкости ρ [кг/м3] называют массу жидкости m [кг], заключенную в единице объема V [м3]

В некоторых случаях удобно применять удельный объем жидкости Vуд [м3/кг], величину обратную плотности ρ [кг/м3]

V уд = 1ρ.

Вязкостью называют свойство реальной жидкости, благодаря которому при ее движении проявляются силы внутреннего трения.

Силы внутреннего трения в жидкости возникают в результате воздействия межмолекулярных сил соседних слоев жидкости, движущиеся с различной скоростью.

Разделив левую и правую части выражения ( 1.5 ) на площадь трущихся поверхностей слоев жидкости S получим удельную силу трения (силу внутреннего трения на единицу площади трущихся поверхностей),

или касательные напряжения, τ [Н/м2]

Коэффициент пропорциональности η между удельной силой трения τ, действующей между соседними слоями жидкости, и поперечным градиентом скорости в этих слоях ∂ v/ ∂y называют динамическим коэффициентом вязкости.

Физический смысл и размерность динамического коэффициента вязкости η легко получить из выражения ( 1.6 ).

Динамический коэффициент вязкости η - это сила внутреннего трения, приходящаяся на единицу площади соприкасающихся слоев жидкости при поперечном градиенте скорости, равном единице.

Единицами измерения динамического коэффициента вязкости η являются:

всистеме СИ - 1 Па с =1 Н с/м2 = 1 кг/(м с);

всистеме СГСЕ - 1 П (Пуаз) = 1 дин с/см2 = 1 г/(см с).

Связь между этими единицами измерения: 1 П = 0,1 Па с; 1 Па с = 10 П. Динамический коэффициент вязкости не зависит от давления и ха-

рактера движения, а определяется лишь физическими свойствами самой жидкости и ее температурой.

Кинематический коэффициент вязкости ν - это отношение коэф-

фициента динамической вязкости η к плотности жидкости ρ

Единицами измерения кинематического коэффициента вязкости ν являются:

- 5 -

в системе СИ - 1 м2/с; в системе СГСЕ - 1 Ст (Стокс) = 1 см2/с.

Связь между этими единицами измерения: 1 Ст = 1 10-4 м2/с; 1 м2/с= 104 Ст. С повышением температуры вязкость жидкостей уменьшается, а га-

зов – увеличивается.

При повышении давления вязкость жидкостей несколько увеличива-

ется.

В покоящейся жидкости вязкость не проявляется.

Сжимаемостью - называют свойство жидкости изменять свой объем под действием внешних сил.

Изменение объема жидкости под действием внешних сил давления

характеризуется коэффициентом объемного сжатия βv [1/Па], показы-

вающего отношение относительного изменения объема жидкости к единице давления

В гидравлических расчетах часто используют величину обратную

коэффициенту объемного сжатия βv, называемую модулем объемной уп-

ругости жидкости Е [Па]

При обычных гидравлических расчетах сжимаемостью при изменении давления можно пренебречь, т.к. жидкости изменяет свой объем незначительно. Однако при больших давлениях, например, при гидравлическом ударе в трубопроводах, сжимаемость жидкости необходимо учитывать.

Температурным расширением - называют свойство жидкости изменять свой объем под действием температуры.

Изменение объема жидкости под действием температуры характери-

зуется коэффициентом температурного расширения αt [1/К], показы-

вающего отношение относительного изменения объема жидкости к единице температуры

Откуда Vt = V0 [1 + αt (t − t 0 )].