ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.05.2024
Просмотров: 40
Скачиваний: 0
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра горных машин и комплексов
ГИДРАВЛИКА
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения по специальностям 120100 «Технология машиностроения»,
120200 «Металлорежущие станки и инструменты»
Составители Н.М. Скорняков В.В. Кузнецов
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 2 от 18.10.02
Рекомендованы к печати учебно - методической комиссией специальности Протокол № 12 от 16.12.02
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
Кемерово 2003
1
Целью изучения дисциплины является приобретение студентами знаний и навыков применения основных законов поведения жидкого и газообразного состояния вещества; современных физических и математических моделей, описывающих жидкость в состоянии покоя и движения, а также основ проектирования гидропривода станков.
В задачи курса входит: обучить студентов основам гидравлики, необходимой для изучения гидроприводов и гидроавтоматики; ознакомить с законами движения и равновесия жидкости, описывающими гидравлические явления; получить навыки математического аппарата применения численных методов расчета с обработкой данных на ЭВМ.
1. ПРОГРАММА КУРСА
Рабочая программа составлена на основании требований Государственного стандарта высшего профессионального образования к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки специалистов по направлению 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» специальностей 120100 «Технология машиностроения», 120200 «Металлорежущие станки и инструменты».
Предмет гидравлики. Краткая историческая справка. Применение гидромашин, гидроприводов и гидроавтоматики в современном машиностроении и в комплексной механизации и автоматизации производства.
Основные свойства жидкостей. Силы, действующие на жидкость. Давление в жидкости. Сжимаемость.
Закон Ньютона для жидкостного трения. Вязкость. Особенности жидкостей, применяемых в гидросистемах, соответствующих специальности. Модель идеальной жидкости.
Гидростатика. Свойства давления в неподвижной жидкости. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля. Приборы для измерения давления. Силы давления жидкости на плоские и криволинейные стенки. Примеры применения гидростатики в гидросистемах, соответствующих специальности.
Кинематика и динамика жидкости. Виды движения жидкости. Основные понятия кинематики жидкости: линия тока, трубка тока, струйка, живое сечение, расход. Поток жидкости. Средняя скорость. Уравнение расхода. Движение жидкой частицы. Понятие о вихревом и потенциальном движении. Ускорение жидкой частицы.
2
Реологические уравнения ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Уравнение Бингама - Шведова. Дилатантные, реопектичные, тиксотропные, псевдопластичные жидкости. Уравнение Бернулли для установившегося движения идеальной жидкости. Геометрическое и энергетическое толкование уравнения Бернулли. Уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости. Коэффициент Кориолиса. Общие сведения о гидравлических потерях. Виды гидравлических потерь. Трубка Пито. Расходомер Вентури.
Режим движения жидкости и основы гидродинамического подобия. Метод размерностей в гидромеханике. Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Пульсация скоростей и давлений. Распределение осредненных скоростей по сечению.
Местные гидравлические сопротивления. Основные виды местных сопротивлений. Коэффициент местных потерь. Местные потери напора при больших числах Рейнольдса. Потери напора в трубах. Внезапное расширение трубы. Диффузоры. Сужение трубы. Колена. Местные потери напора при малых числах Рейнольдса. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях. Практическое использование кавитации.
Истечение жидкости через отверстия и насадки. Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре. Коэффициенты сжатия, скорости, расхода.
Гидравлический расчет трубопроводов. Основное расчетное уравнение простого трубопровода. Последовательное и параллельное соединения простых трубопроводов. Основные расчетные задачи. Трубопровод с насосной подачей. Явление гидравлического удара. Способы ослабления гидравлического удара. Практическое использование гидравлического удара в технике.
Численные методы. Общая схема применения численных методов. Применение ЭВМ для их реализации.
Гидропривод. Гидропередачи. Основные расчетные зависимости и принцип действия гидроприводов. Основы проектирования и расчета гидропривода.
2.СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Альтшуль А.Д. Гидравлика и аэродинамика: Учеб. для вузов / А.Д. Альтшуль, Л.С. Животовский, Л.П. Иванов. – М.: Стройиздат, 1987.
3
2.Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. – М.: Строй-
издат, 1973.
3.Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учеб. для машиностроительных вузов. – 2-е изд / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – М.: Машиностроение, 1982.
4.Войткунский Я.И. Гидромеханика: Учеб. / Я.И. Войткунский, Ю.И. Фадеев, К.К. Федяевский. – Л.: Судостроение, 1982.
5.Гейер В.Г. Гидравлика и гидропривод: Учеб. для вузов. – 3-е изд./ В.Г. Гейер, В.С. Дулин, А.Н. Заря. – М.: Недра, 1991.
6.Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика. – М.: Машинострое-
ние, 1987.
7.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975.
8.Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учеб. для вузов.
–6-е изд. – М.: Наука, 1987.
9.Патрашев А.Н. Прикладная гидромеханика / А.Н. Патрашев, Л.А. Кивако, С.И. Гожий. – М.: Воениздат, 1970.
10.Повх И.Л. Техническая гидромеханика: Учеб. пособие. – М.: Машиностроение, 1976.
11.Самойлович Г.С. Гидроаэромеханика. – М.: Машиностроение,
1980.
12.Седов И.И. Методы теории размерности и подобия в механи-
ке. – М.: Наука, 1970.
13.Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учеб. для вузов: В 2 кн. – М.: Энергоатомиздат,1991.
14.Скорняков Н.М. Техническая гидромеханика, гидромашины и гидропривод: Конспект лекций для техн. вузов: В 2 кн. / Н.М. Скорняков, В.Н. Вернер. – Кемерово: КузГТУ, 1998.
15.Стесин С.П. Лопастные машины и гидродинамические передачи: Учеб. для вузов / С.П. Стесин, Е.А. Яковенко. – М.: Машиностроение,1980.
16.Трифонов О.Н. Приводы автоматизированного оборудования: Учеб. для машиностроительных техникумов / О.Н. Трифонов, В.И. Иванов, Г.О. Трифонов. – М.: Машиностроение, 1991.
17.Нагорный В.С. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем: Учеб. пособие для техн. вузов / В.С. Нагорный, А.А. Денисов. –
М.: Высш. шк., 1991.
4
18.Коновалов В.М. Очистка рабочих жидкостей в гидроприводах станков / В.М. Коновалов, В.Я. Скрицкий, В.А. Рокшевский. – М.: Машиностроение, 1976.
19.Сердечный В.Н. Нормы расхода топливно-смазочных материалов в лесной промышленности: Справочник / В.Н. Сердечный, Н.А. Бызов, А.К. Хаймусов. – М.: Лесная промышленность, 1990.
20.Герц Е.В. Пневматические приводы. Теория и расчет. – М.: Машиностроение, 1969.
21.Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник / Е.В. Герц, А.И. Кудрявцев, О.В. Ложкин и др. – М.: Машиностроение, 1981.
22.Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горных машин: Учеб. для вузов. – М.: Машиностроение, 1979.
23.Рехтен А.В. Струйная техника: Основы, Элементы, схемы / Пер. с нем. А.А. Левина. – М.: Машиностроение, 1980.
24.Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. – М.: Машиностроение, 1983.
25.Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник.-2-е изд., перераб. и доп / В.К. Свешников, А.А. Усов. – М.: Машинострое-
ние, 1988.
3. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ
При решении задач по изучаемому курсу перед студентом ставится цель ознакомиться с основными законами гидравлики и научиться выполнять несложные экспериментальные расчеты перекачивающих систем.
Задачи 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 посвящены расчету перекачивающей системы, показанной на рис. 1.
5
Рис. 1. Схема перекачивающей системы: 1 – нижний резервуар; 2 – приемный клапан; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – насосная установка; 5 – вентиль; 6 – нагнетающий трубопровод; 7 – верхний резервуар; 8 – тарельчатый клапан; 9 – поплавок с тягой; 10 – люк
Насосная установка 4 перекачивает жидкость из нижнего резервуара 1 большой площади в верхний резервуар 7 с заданным объемом. Всасывающий трубопровод 3 снабжен приемным клапаном 2 с сеткойфильтром, а нагнетающий трубопровод 6 имеет регулирующий подачу
6
вентиль 5. Верхний резервуар 7 защищен от переполнения устройством, состоящим из тарельчатого клапана 8 с поплавком 9, соединенных тягой. На стенке резервуара имеется круглый люк, закрытый крышкой 10. Для четных вариантов задания (если последняя цифра зачетной книжки четная или 0) принимается резервуар прямоугольной формы площадью l×b и высотой h, а для нечетных вариантов резервуар имеет цилиндрическую форму диаметром D и высотой h.
Исходные данные для расчетов принимаются по таблицам 1 и 2 в соответствии с последней и предпоследней цифрой шифра зачетной книжки студента. В начале контрольной работы следует начертить схему рассчитываемой системы с указанием исходных данных. Задачи выполняются последовательно с использованием в необходимых случаях результатов решения предыдущих задач. Если при решении используются сведения из справочной и учебной литературы, то обязательна ссылка на использованный источник. Решение каждой задачи следует иллюстрировать расчетной схемой.
Исходные данные для решения задач
Таблица 1
Предпоследняя цифра |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
шифра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота резервуара, |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
6,0 |
7,0 |
8,0 |
|
h, м |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Высота нагнетания, |
70 |
60 |
50 |
40 |
35 |
30 |
25 |
20 |
15 |
10 |
|
Нн, м |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Высота всасывания, |
5 |
4,5 |
4 |
3,5 |
3 |
2,5 |
2 |
1,5 |
1 |
0,5 |
|
Нв, м |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Скорость жидкости в |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
2,4 |
2,6 |
2,8 |
3,0 |
|
нагнетающем трубо- |
|||||||||||
проводе, Vн, м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр клапана, |
140 |
130 |
120 |
110 |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
|
dкл, мм |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Радиус цапфы, r, мм |
22 |
24 |
25 |
28 |
30 |
32 |
36 |
40 |
45 |
50 |
|
Ширина опоры, L, мм |
55 |
60 |
65 |
70 |
80 |
85 |
95 |
100 |
105 |
115 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Последняя цифра |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
шифра |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Длина резервуара, |
1 |
|
3 |
|
5 |
|
7 |
|
9 |
|
|
L, м |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ширина резервуара, |
1 |
|
2 |
|
1,5 |
|
0,6 |
|
1 |
|
|
В, м |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр резервуара, |
|
1,2 |
|
1,6 |
|
2 |
|
2,4 |
|
3 |
|
D,м |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
керо- |
дизель- |
масло |
Масло |
масло |
нефть |
вода |
глице- |
|
Тип жидкости |
бензин |
спирт |
ное то- |
транс- |
вере- |
инду- |
тяже- |
|
|||
син |
форма- |
стри- |
пресная |
рин |
|
||||||
|
|
|
|
пливо |
торное |
тенное |
альное |
лая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плотность жидкости, |
700 |
790 |
800 |
846 |
884 |
896 |
905 |
924 |
998 |
1260 |
|
ρ, кг/м3 при t = 20 0C |
|
7 |
|||||||||
Кинематическая вяз- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кость, сCт (см2/c) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при t = 20 0C |
0,0083 |
0,015 |
0,022 |
0,28 |
0,28 |
0,48 |
1,80 |
1,40 |
0,01 |
6,60 |
|
при t = 60 0C |
0,0055 |
0,006 |
0,004 |
0,09 |
0,0076 |
0,098 |
0,21 |
0,35 |
0,0047 |
0,88 |
|
Коэффициент темпе- |
1,24 |
1,1 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
0,5 |
0,4 |
0,2 |
0,53 |
|
ратурного расшире- |
|
||||||||||
ния α, 1/ 0C x 10-3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
Задача 1. Определить максимальный объем жидкости W, который можно залить в резервуар 7, при условии, что она не выльется из него при нагревании от начальной температуры tн=200 до конечной температуры tк=1200С. Вычислить высоту столба жидкости hж при tн=200.
Задача 2. Определить усилие на днище сосуда и разрывное усилие в сечении I – I при наполнении на высоту hж. Построить эпюры давлений на днище и боковые стенки.
Задача 3. Определить отрывное усилие, действующее на крышку люка диаметром dл, расположенного на боковой стенке резервуара. Во сколько раз увеличится отрывное усилие при создании в резервуаре избыточного давления Ризб.=100 кПа (~ 1 атм.)?
Задача 4. На рис. 2 приведена схема подшипника скольжения, состоящего из цапфы радиусом r и опоры шириной L. Зазор между цапфой и опорой постоянен и равен δ = 0,2 мм.
Цапфа вращается с частотой n = 500 мин-1 .
Считать, что скорость жидкости в зазоре изменяется по линейному закону от 0 у стенки опоры до V=πrn/30 у
Рис. 2. Схема подшипника скольжения поверхности цапфы. Определить мощность, теряе-
мую на преодоление трения в подшипнике, если зазор заполнен жидкостью, заданной в исходных данных (табл. 2). Каким должен быть кинематический коэффициент вязкости υ, чтобы снизить момент силы трения вдвое?
Задача 5. Определить высоту цилиндрического поплавка hп, обеспечивающего открытие тарельчатого клапана с диаметром седла dкл в днище резервуара при погружении в жидкость на 2/3 объема. Вес клапана с тягой и поплавком принять равным G=20 Н, а диаметр поплавка
dп=3dкл.
Задача 6 (четный вариант). Определить минимальное время разгона τ резервуара на подвижной платформе в направлении, параллельном размеру l, до скорости 60 км/ч при наполнении на высоту hж, чтобы жидкость не вылилась из резервуара.
9
Задача 6 (нечетный вариант). Определить максимально допустимую скорость вращения n цилиндрического резервуара вокруг вертикальной оси при наполнении на высоту hж, чтобы жидкость не выливалась из него.
Задача 7. Определить расход жидкости Q через отверстие полностью открытого клапана в днище резервуара при его наполнении на высоту hж. Диаметр отверстия принять равным диаметру клапана. Определить время истечения всей жидкости и половины жидкости из резервуара. Отверстие считать малым, с коэффициентом расхода µ=0,6. Во сколько раз увеличится время истечения всей жидкости при уменьшении диаметра отверстия вдвое? Во сколько раз уменьшится время истечения при создании в резервуаре постоянного избыточного давления Ризб=100 кПа ( 1атм.)?
4.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ 1 - 7
Взадаче 1 для определения максимально допустимого объема жидкости в резервуаре необходимо учесть ее температурное расширение при нагревании. Конечный объем жидкости после нагревания на-
ходится по формуле
Wк = Wн(1 + α∆t) , м3,
где Wн – начальный объем жидкости, м3; α – температурный коэффи-
циент расширения, 1/с0; ∆t – разность конечной и начальной температур, 0С.
Для решения задач 2 и 3 используется основное уравнение гидростатики, по которому определяется гидростатическое давление р в точке, находящейся на глубине h:
p = pо +ρgh, Па (Н/м2),
где ро – избыточное давление на свободной поверхности жидкости, Па; ρ – плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Сила давления жидкости на плоские стенки (поверхности) рассчитывается по формуле
R = pcF , Н,
где F – площадь смоченной поверхности стенки, м2; рс – гидростатическое давление в центре тяжести этой площади, Па.