Файл: Методические указания к выполнению самостоятельной работы для бакалавров 15. 03. 04 Автоматизация технологических процессов и производств.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 526
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Курганский государственный университет»Кафедра «Цифровая энергетика»Гидравлика и гидропневмоприводМетодические указания к выполнению самостоятельной работыдля бакалавров 15.03.04 – Автоматизация технологических процессов и производствНаправленность:Автоматизация технологических процессов и производств(в машиностроении)27.03.04 – Управление в технических системахНаправленность:Системы и технические средства автоматизации и управленияКурган 2022Кафедра : « Цифровая энергетика»Дисциплина: «Гидравлика и гидропневмопривод» направление (15.03.04) Автоматизация технологических процессов и производств.направление (27.03.04) Управление в технических системахСоставил: канд. техн. наук, доц. В.А. Савельев.Утверждены на заседании кафедры « 4 »декабря 2022г.Рекомендованы методическим советом университета « 20 » декабря 2018 г.ВведениеДисциплина «Гидравлика и гидропневмопривод» относится к базовой части профессионального цикла и является общетехнической дисциплиной, которая занимает одно из важных мест в инженерной подготовке специалистов. Это связано с тем , что гидравлические и пневматические приводы используются во многих технических устройствах и технологических процессах современной техники. Гидравлические машины, гидравлические и пневматические приводы широко используются, как основное средство механизации и управления в металлообрабатывающей отрасли машиностроения. Специалист по технологии металлообработки должен уметь правильно формулировать и решать разнообразные прикладные задачи с использованием основных законов гидравлики.Общие положениядисциплина «Гидравлика и гидропневмопривод» состоит из следующих основных разделов: Гидравлики – раздел, в котором изучаются общие законы равновесия и движения жидкостей и газов. Она является основой теории гидравлических машин и гидропневмоприводов. Гидромашины и гидроприводы – в этом разделе изучаются законы передачи и обмена энергии жидкости и газа и механической энергии, а также машины, устройства и аппараты, в которых осуществляется такое преобразование энергии.
Студенту предлагается самостоятельно проработать материал, указанный в предлагаемом перечне разделов и тем изучаемой дисциплины, а затем решить задачи по следующим темам курса: расчёт простейшей гидравлической машины, расчёт равновесия жидкости в движущихся сосудах и расчёт гидропривода.Разделы и темы курса «Гидравлика»
Содержаниеизучаемых разделов и тем Раздел 1. Введение.Предмет «Механика жидкости и газа», роль и место дисциплины в системе подготовки специалистов по конструированию и эксплуатации мобильных машин. Краткий очерк развития гидравлики как науки. Роль русских ученых и инженеров в развитии механики жидкости и газа.
Раздел 2. Основные законы гидроаэромеханикиТема 1.Физические свойства жидкостей и газовПлотность, сжимаемость, температурное расширение, вязкость. Тема 2. Силы действующие в жидкости.Давление, единицы измерения давления. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля. Сила давления на плоскую и криволинейную тела. Простейшие гидромашины: гидропресс, гидромультипликаторы.Тема 3.Законы кинематики и динамики жидкости.Основные понятия и определения: установившиеся и неустановившиеся движения жидкости; напорное и безнапорное течение; линия тока, трубка тока, элементарная струйка. Расход жидкости. Уравнение неразрывности потока жидкости. Уравнение Бернулли.Тема 4.Режимы течения жидкости.Два режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. Основы теории подобия. Критерии Рейнольдса, Эйлера, Фруда.Тема 5.Гидравлические потери напора в трубах.Местные и линейные гидравлические потери напора в трубах. Формула Вейсбаха. Потери напора при ламинарном течении. Формула Пуазейля. Потери напора при турбулентном течении жидкости. Коэффициент линейного сопротивления - Дарси. Гладкие и шероховатые трубы. Формулы Дарси-Вейсбаха, Блазиуса, Альтшуля. Номограмма Кольбрука-Уайта.Тема6. Истечение жидкости из отверстий и насадок.Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке. Сжатие струи. Коэффициенты сжатия, скорости течения и расхода жидкости. Понятие насадка. Типы насадок и их использование.Раздел 3. Расчет гидравлических и газовых систем.Тема 1. Расчеты трубопроводов.Понятие простого и сложного трубопроводов. Гидравлический расчет трубопровода с использованием уравнения Бернулли. Три задачи расчета простого трубопровода: определение напора, расхода и подбор диаметра. Параллельное и последовательное соединение трубопроводов. Разветвленный трубопровод.Тема 2. Гидравлический удар.Сущность явления гидравлического удара. Определение величины повышения давления при гидравлическом ударе. Формула Жуковского. Меры борьбы с гидравлическим ударом.Раздел 4. Динамические гидравлические машиныГидравлические машины. Классификация гидромашин. Насосы и гидродвигатели. Лопастные центробежные и осевые насосы и турбины. Параметры насосов: напор, подача, мощность, КПД. Гидропередачи. Устройство и работа гидромуфты. Рабочие характеристики. Гидротрансформаторы: устройство и работа, рабочие характеристики, области применения.
Раздел 5. Объемные гидравлические машины.Классификация объемных гидромашин. Устройство и работа, рабочие характеристики поршневых, плунжерных насосов. Роторные гидромашины: шестеренные, винтовые, пластинчатые, аксиальные и радиальные. Особенности работы, рабочие характеристики. Способы регулирования и области при-менения.Раздел 6. Гидравлические и пневматические приводы.Тема 1. Гидравлические приводыОбщая характеристика гидроприводов. Устройство, работа и области применения. Гидравлические аппараты. Распределители: золотниковые, крановые и клапанные. Назначение и области применения. Клапаны: предохранительные, редукционные и обратные. Устройство, назначение и работа Характеристики. Дроссели: назначение, устройство и работа. Вспомогательная и обслуживающая аппаратура и устройства. Аппараты для поддерживания работоспособности приводов: фильтры, аккумуляторы, ресиверы, маслобаки, огнетушители, кондиционеры, соединительная аппаратура.Тема 2. Пневматические приводы.Компрессоры. Назначение, устройство и работа. Классификация. Пневмодвигатели. Пневматические приводы транспортно-технологических машин, средства пневмоавтоматики.Тема 3. Основы расчета гидравлических и пневматических приводов.Схемы приводов с замкнутой и разомкнутой циркуляцией, способы регулирования их работы. Комбинированные приводы. Методики расчета, подбора оборудования. Составление гидро и пневмосхем.Раздел 7. Аппаратура управления и автоматики гидравлических и пневматических приводов.Аппаратура стабилизации и синхронизации движения выходных звеньев, следящие приводы.Примеры расчетов для самостоятельной работы студентаРасчёт простейшей гидравлической машиныК простейшим гидромашинам относятся устройства, работающие на основе закона Паскаля. Согласно закона Паскаля внешнее давление в жидкости передаётся по всем направлениям одинаково. Схема такого устройства приведена на рисунке 1. Внешнее давление создаётся рычагом, давящем на поршень с усилием F1 и под поршнем в сосуде, эаполненном жидкостью, образуется давление p.Это давление передаётся под правый поршень, который развивает силу F2.F2=????·s2
Тогда сила F2 во столько раз превысит силу F1 во сколько площадь поршня диаметром D равная S2 больше площади поршня диаметром d равная S1. F2= F1×Рисунок 1. Схема простейшего объемного гидроприводаПример расчёта.Давление в цилиндре гидравлического пресса повышается в результате нагнетания в него жидкости ручным насосом и сжатия её в цилиндре. Определить число двойных ходов n поршня ручного насоса, необходимое для увеличения силы прессования детали А от 0 до 0,8МН, если диаметры поршней: D =500мм, d = 10мм; ход поршня ручного насоса l = 30мм; объёмный модуль упругости жидкости K = 1300мПа; объём жидкости в прессе V=60 л. Чему равно максимальное усилие F на рукоятке насоса при ходе нагнетания, если b/a =10.Рисунок 2 Схема гидропрессаДано: D = 500мм.; d =10мм.; сила А=0.8 МН ; l = 30 мм.K = 1300мПа ; V=60 л. ; b/a =10. Решение:Усилие прессования определяется по формуле:где P - давление жидкости; - площадь большого поршня;F = A – усилие прессования.P
Определим давление под поршнем D.P
= 4,076 МПа.Определим уменьшение объёма при упругом сжатии жидкости. , где – уменьшение объёма при сжатии; - начальный объём; - объёмный коэффициент сжатия равный 1/K; - увеличение давления. 60
Студенту предлагается самостоятельно проработать материал, указанный в предлагаемом перечне разделов и тем изучаемой дисциплины, а затем решить задачи по следующим темам курса: расчёт простейшей гидравлической машины, расчёт равновесия жидкости в движущихся сосудах и расчёт гидропривода.Разделы и темы курса «Гидравлика»
| Шифр раздела, темы | Наименование раздела, темы дисциплины |
| 1 | Предмет гидравлики. Основные понятия и методы исследования. Силы, действующие в жидкости; свойства жидкостей и газов. |
| 2 | Законы гидростатики.Свойства гидростатического давления; способы измерения давления. Силы давления жидкости на плоские и криволинейные стенки. Плавание тел, относительный покой жидкости. |
| 3 | Законы кинематики и динамики жидкости. Основные понятия и определения. Расход жидкости, уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкости. |
| 4 | Основы гидродинамического подобия и режимы течения жидкости, кавитация. |
| 5 | Потери напора в гидравлических сопротивления. Потери напора при ламинарном и турбулентном течении жидкости в трубах; местные гидравлические сопротивления. |
| 6 | Истечение жидкости из отверстий и насадков; через проходные гидротехнические устройства. |
| 7 | Гидравлический расчёт трубопроводов: расчёт простого трубопровода, соединений простых трубопроводов, трубопроводов с насосной подачей. Гидравлический удар в трубах. |
| 8 | Гидро и пневмоприводы механизмов и машин, области применения. Общая классификация , состав и схемы работы, машины и аппараты гидро и пневмоприводов. |
Раздел 2. Основные законы гидроаэромеханикиТема 1.Физические свойства жидкостей и газовПлотность, сжимаемость, температурное расширение, вязкость. Тема 2. Силы действующие в жидкости.Давление, единицы измерения давления. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля. Сила давления на плоскую и криволинейную тела. Простейшие гидромашины: гидропресс, гидромультипликаторы.Тема 3.Законы кинематики и динамики жидкости.Основные понятия и определения: установившиеся и неустановившиеся движения жидкости; напорное и безнапорное течение; линия тока, трубка тока, элементарная струйка. Расход жидкости. Уравнение неразрывности потока жидкости. Уравнение Бернулли.Тема 4.Режимы течения жидкости.Два режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. Основы теории подобия. Критерии Рейнольдса, Эйлера, Фруда.Тема 5.Гидравлические потери напора в трубах.Местные и линейные гидравлические потери напора в трубах. Формула Вейсбаха. Потери напора при ламинарном течении. Формула Пуазейля. Потери напора при турбулентном течении жидкости. Коэффициент линейного сопротивления - Дарси. Гладкие и шероховатые трубы. Формулы Дарси-Вейсбаха, Блазиуса, Альтшуля. Номограмма Кольбрука-Уайта.Тема6. Истечение жидкости из отверстий и насадок.Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке. Сжатие струи. Коэффициенты сжатия, скорости течения и расхода жидкости. Понятие насадка. Типы насадок и их использование.Раздел 3. Расчет гидравлических и газовых систем.Тема 1. Расчеты трубопроводов.Понятие простого и сложного трубопроводов. Гидравлический расчет трубопровода с использованием уравнения Бернулли. Три задачи расчета простого трубопровода: определение напора, расхода и подбор диаметра. Параллельное и последовательное соединение трубопроводов. Разветвленный трубопровод.Тема 2. Гидравлический удар.Сущность явления гидравлического удара. Определение величины повышения давления при гидравлическом ударе. Формула Жуковского. Меры борьбы с гидравлическим ударом.Раздел 4. Динамические гидравлические машиныГидравлические машины. Классификация гидромашин. Насосы и гидродвигатели. Лопастные центробежные и осевые насосы и турбины. Параметры насосов: напор, подача, мощность, КПД. Гидропередачи. Устройство и работа гидромуфты. Рабочие характеристики. Гидротрансформаторы: устройство и работа, рабочие характеристики, области применения.
Раздел 5. Объемные гидравлические машины.Классификация объемных гидромашин. Устройство и работа, рабочие характеристики поршневых, плунжерных насосов. Роторные гидромашины: шестеренные, винтовые, пластинчатые, аксиальные и радиальные. Особенности работы, рабочие характеристики. Способы регулирования и области при-менения.Раздел 6. Гидравлические и пневматические приводы.Тема 1. Гидравлические приводыОбщая характеристика гидроприводов. Устройство, работа и области применения. Гидравлические аппараты. Распределители: золотниковые, крановые и клапанные. Назначение и области применения. Клапаны: предохранительные, редукционные и обратные. Устройство, назначение и работа Характеристики. Дроссели: назначение, устройство и работа. Вспомогательная и обслуживающая аппаратура и устройства. Аппараты для поддерживания работоспособности приводов: фильтры, аккумуляторы, ресиверы, маслобаки, огнетушители, кондиционеры, соединительная аппаратура.Тема 2. Пневматические приводы.Компрессоры. Назначение, устройство и работа. Классификация. Пневмодвигатели. Пневматические приводы транспортно-технологических машин, средства пневмоавтоматики.Тема 3. Основы расчета гидравлических и пневматических приводов.Схемы приводов с замкнутой и разомкнутой циркуляцией, способы регулирования их работы. Комбинированные приводы. Методики расчета, подбора оборудования. Составление гидро и пневмосхем.Раздел 7. Аппаратура управления и автоматики гидравлических и пневматических приводов.Аппаратура стабилизации и синхронизации движения выходных звеньев, следящие приводы.Примеры расчетов для самостоятельной работы студентаРасчёт простейшей гидравлической машиныК простейшим гидромашинам относятся устройства, работающие на основе закона Паскаля. Согласно закона Паскаля внешнее давление в жидкости передаётся по всем направлениям одинаково. Схема такого устройства приведена на рисунке 1. Внешнее давление создаётся рычагом, давящем на поршень с усилием F1 и под поршнем в сосуде, эаполненном жидкостью, образуется давление p.Это давление передаётся под правый поршень, который развивает силу F2.F2=????·s2
Тогда сила F2 во столько раз превысит силу F1 во сколько площадь поршня диаметром D равная S2 больше площади поршня диаметром d равная S1. F2= F1×Рисунок 1. Схема простейшего объемного гидроприводаПример расчёта.Давление в цилиндре гидравлического пресса повышается в результате нагнетания в него жидкости ручным насосом и сжатия её в цилиндре. Определить число двойных ходов n поршня ручного насоса, необходимое для увеличения силы прессования детали А от 0 до 0,8МН, если диаметры поршней: D =500мм, d = 10мм; ход поршня ручного насоса l = 30мм; объёмный модуль упругости жидкости K = 1300мПа; объём жидкости в прессе V=60 л. Чему равно максимальное усилие F на рукоятке насоса при ходе нагнетания, если b/a =10.Рисунок 2 Схема гидропрессаДано: D = 500мм.; d =10мм.; сила А=0.8 МН ; l = 30 мм.K = 1300мПа ; V=60 л. ; b/a =10. Решение:Усилие прессования определяется по формуле:где P - давление жидкости; - площадь большого поршня;F = A – усилие прессования.P
Определим давление под поршнем D.P = 4,076 МПа.Определим уменьшение объёма при упругом сжатии жидкости. , где – уменьшение объёма при сжатии; - начальный объём; - объёмный коэффициент сжатия равный 1/K; - увеличение давления. 60