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: 158
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
,
где
– механический к.п.д. гидропривода, равный произведению механических к.п.д. насоса и гидродвигателя ; 
– гидравлический к.п.д., равный отношению потерь давления в гидролиниях к давлению на выходе из насоса. 
− объёмный к.п.д. гидропривода.
К.п.д. гидропривода с дроссельным управлением помимо перечисленных потерь учитывает и к.п.д. системы управления , который равен отношению мощности потока жидкости , подведённого к гидродвигателю, к мощности потока жидкости на выходе из насоса без учёта потерь в гидролиниях.
При последовательном включении дросселя
,
при параллельном включении дросселя
,
здесь Sдр и Sдр max − соответственно текущая и максимальная величина площади проходного сечения дросселя; Qдр − расход через дроссель.
Гидроприводы при расчётах можно рассматривать как сложные трубопроводы с насосной подачей,, а гидродвигатели − как особые местные сопротивления , вызывающие потерю давления
. Эта величина считается независящей от расхода жидкости (скорости перемещения выходного звена поршня) . Для гидроцилиндров величина приближённо определяется как частное от деления нагрузки вдоль штока на площадь поршня со стороны нагнетания При расчёте указанных схем следует учитывать то, что расход жидкости на входе в гидроцилиндр с односторонним штоком отличен от расхода на выходе, так как площади поршня различны.
В основе расчёта трубопроводов лежат формула Дарси ,для определения потерь напора на трение по длине потока и формула Вейсбаха для расчёта местных потерь.
При ламинарном режиме ( Re < 2300) удобнее пользоваться формулой Пуазейля
,
где pтр – потеря давления на трение в трубопроводе;
– кинематическая вязкость жидкости; ℓ − длина трубопровода; Q− расход жидкости в трубопроводе; d – внутренний диаметр трубопровода.
При турбулентном режиме ( Re >2300 ) используют формулу Дарси Скорость течения жидкости обычно выражают через расход
,
где
− коэффициент сопротивления трения; Q – расход жидкости; d – диаметр трубопровода; ???? − плотность жидкости.
Коэффициент сопротивления трения λт , при турбулентном режиме, в общем случае эависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости ∆ / d . Если для так называемых гидравлически гладких труб шероховатость на сопротивление не влияет, то коэффициент λт, одноэначно определяется числом Re . Наиболее употребительной для этого случая является формула Блазиуса
.
Универсальной формулой, учитывающей одновременно оба фактора, является формула Альтшуля
.
При малых значениях Re и ∆ / d вторым слагаемым в этой формуле можно принебречь. Наоборот, при больших Re и ∆ / d первое слагаемое становится ничтожно малым и она принимает вид формулы Шифринсона
.
Суммарная потеря давления Σ∆???? в трубопроводе гидропривода складывается из потерь на трение по длине и местных потерь:
.
Пример расчёта.
В гидротормозной системе автомобиля передача усилия Fот ножной педали к тормозам колёс производится посредством жидкости, вытесняемой поршнем 1 из главного тормозного цилиндра 2 по трубопроводам в рабочие тормозные цилиндры передних 3 и задних 4 колёс. На первом этапе торможения за счёт хода поршней рабочих цилиндров выбирается зазор между тормозными колодками и барабанами. На втором этапе торможения происходит сжатие всего объёма жидкости V в системе, выравнивание давления и прижатие колодок к барабанам. Диаметры всех цилиндров одинаковы. Определить : 1) скорости перемещения поршней колёсных тормозных цилиндров для передних (υ
п) и эадних (υз); 2) ход педали, необходимый для упругого сжатия тормозной жидкости в системе. Плотность жидкости ???? , модуль объёмной упругости 1/????р, жидкость – минеральное масло, вязкостью ????.
Рисунок 4. Схема тормозной системы автомобиля
Дано: F =500 H; dц=22 мм; α/b=5; ℓ 1 =2 м; ℓ 2 =3м; ℓ 3 = 1м;
d1 =4мм; d2 =5мм; d3 =4мм; V=0,5л; ???? = 1000кг/м3; ???? = 0,1∙10-3м2/с;
1/????р =103МПа.
Решение:
Для решения используем формулу сжимаемости жидкости
,
где V – конечный объём жидкости, V0 – начальный объём жидкости,
∆???? – увеличение давления, ????р – коэффициент объёмного сжатия.
Задаёмся режимом течения, основываясь на роде жидкости – значении вязкости (вода, бензин, керосин – режим обычно турбулентный; масла – ламинарный). Потери напора в гидролиниях при ламинарном режиме определяют по закону Пуазейля
.
.
Па.
Это давление передаётся во все гидролинии.
м3/с
м3/с.
м/с.
м3/с
м3/с.
Q4 =
м3/с.
м/с
+
м3/с.
,
Где ∆V – изменение объёма = V0 – V.
∆V =
=0,033
м3
см.
Задания и методические указания
к выполнению самостоятельной работы
Самостоятельное задание должно выполняется студентом после проработки изложенного выше материала дисциплины. Студенту предлагается самостоятельно решить четыри задачи. В каждой задаче исходные данные выбираются из соответствующих таблиц по шифру зачётной книжки студента. При выполнении задания необходимо соблюдать следующие требования:
На первой странице тетради привести в табличной форме исходные данные для решения каждой задачи согласно шифру - номеру зачетной книжки студента.
Обязательно перед решением записать условие задачи и содержание контрольного вопроса в тетрадь. Решение сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором должно быть указано: какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу (из условия задачи, из учебника, задачника, определена ранее и т.д.). Вычисления представлять в развернутом виде.
Обязательно проставлять размерности всех заданных и рассчитанных величин в международной системе СИ.
Графический материал должен быть выполнен четко, в масштабе и на миллиметровой бумаге, как исключение можно использовать бумагу в клеточку.
При использовании таблиц, формул и других справочных материалов, необходимо непосредственно при решении задачи указывать ссылку на литературный источник в квадратных скобках, например - [6].
После решения задачи должен быть произведен краткий анализ полученных результатов и сделаны соответствующие выводы
Таблица выбора данных к задаче №1
(исходные данные выбираются из таблицы по последней цифре зачётной книжки студента).
где
– механический к.п.д. гидропривода, равный произведению механических к.п.д. насоса и гидродвигателя ; – гидравлический к.п.д., равный отношению потерь давления в гидролиниях к давлению на выходе из насоса. − объёмный к.п.д. гидропривода.К.п.д. гидропривода с дроссельным управлением помимо перечисленных потерь учитывает и к.п.д. системы управления , который равен отношению мощности потока жидкости , подведённого к гидродвигателю, к мощности потока жидкости на выходе из насоса без учёта потерь в гидролиниях.
При последовательном включении дросселя
,при параллельном включении дросселя
,здесь Sдр и Sдр max − соответственно текущая и максимальная величина площади проходного сечения дросселя; Qдр − расход через дроссель.
Гидроприводы при расчётах можно рассматривать как сложные трубопроводы с насосной подачей,, а гидродвигатели − как особые местные сопротивления , вызывающие потерю давления
. Эта величина считается независящей от расхода жидкости (скорости перемещения выходного звена поршня) . Для гидроцилиндров величина приближённо определяется как частное от деления нагрузки вдоль штока на площадь поршня со стороны нагнетания При расчёте указанных схем следует учитывать то, что расход жидкости на входе в гидроцилиндр с односторонним штоком отличен от расхода на выходе, так как площади поршня различны.В основе расчёта трубопроводов лежат формула Дарси ,для определения потерь напора на трение по длине потока и формула Вейсбаха для расчёта местных потерь.
При ламинарном режиме ( Re < 2300) удобнее пользоваться формулой Пуазейля
,где pтр – потеря давления на трение в трубопроводе;
– кинематическая вязкость жидкости; ℓ − длина трубопровода; Q− расход жидкости в трубопроводе; d – внутренний диаметр трубопровода.
При турбулентном режиме ( Re >2300 ) используют формулу Дарси Скорость течения жидкости обычно выражают через расход
,где
− коэффициент сопротивления трения; Q – расход жидкости; d – диаметр трубопровода; ???? − плотность жидкости.Коэффициент сопротивления трения λт , при турбулентном режиме, в общем случае эависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости ∆ / d . Если для так называемых гидравлически гладких труб шероховатость на сопротивление не влияет, то коэффициент λт, одноэначно определяется числом Re . Наиболее употребительной для этого случая является формула Блазиуса
.Универсальной формулой, учитывающей одновременно оба фактора, является формула Альтшуля
.При малых значениях Re и ∆ / d вторым слагаемым в этой формуле можно принебречь. Наоборот, при больших Re и ∆ / d первое слагаемое становится ничтожно малым и она принимает вид формулы Шифринсона
.Суммарная потеря давления Σ∆???? в трубопроводе гидропривода складывается из потерь на трение по длине и местных потерь:
.Пример расчёта.
В гидротормозной системе автомобиля передача усилия Fот ножной педали к тормозам колёс производится посредством жидкости, вытесняемой поршнем 1 из главного тормозного цилиндра 2 по трубопроводам в рабочие тормозные цилиндры передних 3 и задних 4 колёс. На первом этапе торможения за счёт хода поршней рабочих цилиндров выбирается зазор между тормозными колодками и барабанами. На втором этапе торможения происходит сжатие всего объёма жидкости V в системе, выравнивание давления и прижатие колодок к барабанам. Диаметры всех цилиндров одинаковы. Определить : 1) скорости перемещения поршней колёсных тормозных цилиндров для передних (υ
п) и эадних (υз); 2) ход педали, необходимый для упругого сжатия тормозной жидкости в системе. Плотность жидкости ???? , модуль объёмной упругости 1/????р, жидкость – минеральное масло, вязкостью ????.
Рисунок 4. Схема тормозной системы автомобиля
Дано: F =500 H; dц=22 мм; α/b=5; ℓ 1 =2 м; ℓ 2 =3м; ℓ 3 = 1м;
d1 =4мм; d2 =5мм; d3 =4мм; V=0,5л; ???? = 1000кг/м3; ???? = 0,1∙10-3м2/с;
1/????р =103МПа.
Решение:
Для решения используем формулу сжимаемости жидкости
,где V – конечный объём жидкости, V0 – начальный объём жидкости,
∆???? – увеличение давления, ????р – коэффициент объёмного сжатия.
Задаёмся режимом течения, основываясь на роде жидкости – значении вязкости (вода, бензин, керосин – режим обычно турбулентный; масла – ламинарный). Потери напора в гидролиниях при ламинарном режиме определяют по закону Пуазейля
.-
Определим силу давления F2 на шток поршня главного тормозного цилиндра. Составим уравнение момента относительно оси поворота педали.
.-
Определим давление в главном тормозном цилиндре по формуле
Па.Это давление передаётся во все гидролинии.
-
Определим расход в гидролинях передних колёс, используя формулу Пуазейля
м3/с-
Определим расход в тормозном цилиндре передних колёс разделив общий расход пополам
м3/с.-
Определим скорость перемещения поршня в тормозном цилиндре передних колёс
м/с.-
Определим расход Q2 в общей линии задних колёс , используя формулу Пуазейля
м3/с
-
Определим расход
в линии задних колёс
м3/с.-
Определим расход Q4 в тормозном цилиндре задних колёс
Q4 =
м3/с.-
Определим скорость движения поршня в тормозном цилиндре задних колёс
м/с-
Определить суммарный расход масла в главном тормозном цилиндре
+ м3/с.-
Определим изменение объёма масла в системе при упругом сжатии по формуле
,Где ∆V – изменение объёма = V0 – V.
∆V =
=0,033 м3-
Определим ход педали
см. Задания и методические указанияк выполнению самостоятельной работы
Самостоятельное задание должно выполняется студентом после проработки изложенного выше материала дисциплины. Студенту предлагается самостоятельно решить четыри задачи. В каждой задаче исходные данные выбираются из соответствующих таблиц по шифру зачётной книжки студента. При выполнении задания необходимо соблюдать следующие требования:
На первой странице тетради привести в табличной форме исходные данные для решения каждой задачи согласно шифру - номеру зачетной книжки студента.
Обязательно перед решением записать условие задачи и содержание контрольного вопроса в тетрадь. Решение сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором должно быть указано: какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу (из условия задачи, из учебника, задачника, определена ранее и т.д.). Вычисления представлять в развернутом виде.
Обязательно проставлять размерности всех заданных и рассчитанных величин в международной системе СИ.
Графический материал должен быть выполнен четко, в масштабе и на миллиметровой бумаге, как исключение можно использовать бумагу в клеточку.
При использовании таблиц, формул и других справочных материалов, необходимо непосредственно при решении задачи указывать ссылку на литературный источник в квадратных скобках, например - [6].
После решения задачи должен быть произведен краткий анализ полученных результатов и сделаны соответствующие выводы
Таблица выбора данных к задаче №1
(исходные данные выбираются из таблицы по последней цифре зачётной книжки студента).
| Вариант | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| А, МПа | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 |
| D, мм | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | 650 | 700 |
| d,мм | 5 | 5 | 10 | 10 | 10 | 15 | 15 | 20 | 20 | 25 |
| ℓ,мм | 15 | 15 | 20 | 20 | 25 | 25 | 30 | 30 | 35 | 35 |
| a/b | 5 | 5 | 6 | 6 | 7 | 7 | 8 | 8 | 9 | 9 |