Объемные гидропередачи и гидроприводы

 

Под гидроприводом понимается гидромеханическая система, предназначенная для передачи энергии от двигателя к рабочему органу машины и управления режимами его работы посредством жидкости. Гидропривод, в котором применяются объемные гидромашины (насос и гидродвигатель), называется объемным. Гидросистема – совокупность гидроприводов, объединенных некоторыми общими элементами.

Ознакомиться с общим устройством, достоинствами и недостатками объемного гидропривода (ОГП). Изучить назначение, виды, принцип действия элементов ОГП: гидроаппаратов (клапанов, распределителей, регуляторов потока, синхронизаторов, аккумуляторов), кондиционеров рабочей жидкости (баков, фильтров, теплообменников), трубопроводов. Выяснить, какие рабочие жидкости применяются в ОГП.

Изучить типовые принципиальные схемы ОГП, применяемые в сельскохозяйственной технике, способы регулирования скоростей гидродвигателей. Уяснить силовые и кинематические зависимости параметров полнопоточной объемной гидропередачи вращательного действия (кинематическое передаточное отношение, коэффициент трансформации момента, КПД). Изучить устройство, принцип действия и применение объемной гидромеханической (двухпоточной) передачи.

Ознакомиться с назначением, общим устройством, принципом действия, типовыми схемами импульсных и следящих гидроприводов (гидроусилителей), применяемых в сельскохозяйственной технике.

Уметь выполнить общий расчет ОГП (обоснование схемы, подбор гидродвигателя, насоса, гидроаппаратов, кондиционеров, трубопроводов, расчет потерь давления, определение режимов работы и КПД).

Ознакомиться с особенностями эксплуатации ОГП в условиях сельского хозяйства.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Из каких элементов состоит ОГП?

2. Назовите достоинства и недостатки ОГП.

3. Объясните конструкции гидроаппаратов, применяемых в ОГП, изобразите их обозначения в принципиальных схемах.

4. Какие рабочие жидкости пригодны к использованию в ОГП и почему?

5. Изобразите и объясните принципиальную схему регулируемого ОГП с замкнутой циркуляцией жидкости.

6. В чем заключаются особенности устройства и работы импульсного и следящего гидроприводов?

7. Как определить общий КПД ОГП?

8. Каковы особенности эксплуатации ОГП в условиях сельского хозяйства?

 

Л и т е р а т у р а: [ 1, с. 190…242]; [ 2, с. 356…417]; [ 3,с. 203…237]; [ 5, с. 256…326].

ЗАДАНИЯ И УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

 

По изучаемой дисциплине студент-заочник должен выполнить одну контрольную работу. Номера задач контрольной работы устанавливаются по двум последним цифрам номера зачетной книжки (шифра) студента с помощью табл. 1 на пересечении соответствующих этим цифрам строк по горизонтали и колонок по вертикали.

Условие каждой задачи должно быть записано полностью. Решения задач нужно кратко пояснять. Рисунки и схемы выполняются четко и аккуратно, чертежи и графики – в удобных для чтения масштабах. Эмпирические формулы, величины коэффициентов и другие справочные данные, используемые в расчетах, должны сопровождаться ссылками (однократно) на литературные источники. Числовые значения величин располагаются в порядке написания их обозначений в формуле. Все измерения и вычисления необходимо выполнять в Международной системе единиц (СИ). При подстановке величин в формулы нужно следить за соблюдением размерностей. Единицы измерения употребляемых и получаемых в расчетах физических величин должны быть обязательно указаны.

При необходимости многократного выполнения однотипных расчетов показывается в полном объеме только один пример расчета, а результаты остальных сводятся в таблицы. При этом в тексте нужно дать пояснения к составлению таблицы и выводы по полученным результатам.

 

Сила гидростатического давления на плоскую

Поверхность

 

1. Наклонный плоский щит АВ (рис. 1.1) удерживает слой воды Н=3м при угле наклона щита a=60° и ширине щита b=2 м. Требуется разделить щит по высоте на две части так, чтобы сила давления F₁ на верхнюю часть его была равна силе давления F₂ на нижнюю часть. Определить точки приложения сил F₁ и F₂. Построить эпюры давления.

 

2. Квадратное отверстие со стороной h=1 м в вертикальной стенке резервуара закрыто плоским щитом. Щит закрывается грузом массой m на плече х=1,3 м (рис. 1.2). Определить величину массы груза, необходимую для удержания глубины воды в резервуаре Н=2,5 м, если величина a =0,5 м. Построить эпюру гидростатического давления на щит.

3. Поворотный клапан закрывает выход из бензохранилища в трубу квадратного сечения (рис. 1.3). Определить, какую силу Т нужно приложить к тросу для открытия клапана при следующих данных: h=0,4 м; Н= 1,0 м; a=30°; плотность бензина r_б =700 кг/м³; манометрическое давление паров бензина в резервуаре р_м =10 кПа.

4. В вертикальной стенке закрытого резервуара с нефтью (рис. 1.4) имеется квадратное отверстие со стороной b=0,5 м. Определить величину и точку приложения силы давления жидкости на крышку, перекрывающую это отверстие, если Н=1 м, показание ртутного U-образного манометра, подключенного к резервуару, h=300 мм.

5. Прямоугольный поворотный затвор размерами b´ a = 1´2 м перекрывает выход из резервуара (рис. 1.5). На каком расстоянии необходимо расположить ось затвора 0, чтобы при открывании его в начальный момент необходимо было преодолеть только трение в шарнирах, если глубина воды в резервуаре Н=3 м.

6. Труба прямоугольного сечения a ´b = 0,5´0,2 м для выпуска нефти из открытого нефтехранилища закрывается откидным плоским клапаном (рис. 1.6), расположенным под углом a=60° к горизонту. Определить начальное подъемное усилие Т троса, чтобы открыть клапан при глубине нефти h₁= 2,8 м. Построить эпюру гидростатического давления на клапан.

7. Для регулирования уровня воды в напорном резервуаре установлен поворачивающийся прямоугольный затвор АВ (рис. 1.7), который открывает отверстие в вертикальной стенке. Определить начальное натяжение троса Т, если размеры клапана a ´b = 0,6´1,2 м, глубина h₁=2,4 м и манометрическое давление на поверхности воды р_м= 12 кПа. Трением в шарнирах пренебречь.

8. Автоматическое регулирование уровня нефти в напорном резервуаре осуществляется поворачивающимся щитом АВ (рис. 1.8). Найти глубину h погружения оси поворота щита и силу гидростатического давления нефти на него, если размеры щита a ´b = 1´2 м, глубина h₁=2,9 м и манометрическое давление на поверхности нефти р_м=87кПа. Трением в шарнире пренебречь. Построить эпюру гидростатического давления на щит.

 

 

 

 

Рис. 1. Расчетные схемы к определению сил гидростатического давления на плоские поверхности.

9. В наклонной стенке резервуара для отработанного моторного масла (r_м=870 кг/м³) имеется прямоугольное отверстие с размерами a ´b = 0,8´1,6 м (рис. 1.9). Определить силу гидростатического давления, которую воспринимают болты крепления крышки, координаты центра давления, построить эпюру гидростатического давления на крышку. Глубина до верхней кромки отверстия Н=3,0 м, угол наклона стенки a=60°.

10. Для опорожнения резервуара с нефтью в дне его имеется плоский круглый клапан диаметром d=100 мм (рис. 1.10). Определить, какую силу Т нужно приложить к тросу для открытия клапана при глубине нефти в резервуаре Н=4,2 м. Манометрическое давление паров нефти в резервуаре р_м=10 кПа. Как изменится усилие Т, если перед открытием клапана изменить давление на поверхности нефти до нормального атмосферного.

 

Давление в любой точке однородной жидкости определяется по основному уравнению гидростатики:

р = р₀ + rgh,                                             (1)

где р₀ – давление на свободной поверхности жидкости;

r – плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения;

h – глубина расположения точки под свободной поверхностью жидкости.

Сила гидростатического давления на плоскую поверхность определяется по формуле:

F = p_c S,                                                   (2)

где р_с = р₀ + rgh_с – давление в центре тяжести этой поверхности;

S – площадь поверхности;

h_с – заглубление центра тяжести площади S под свободной поверхностью жидкости.

Если давление р₀ равно атмосферному, то сила избыточного давления рассчитывается по формуле

F_и = rgh_с S.                                             (3)

Как определить в этом случае точку ее приложения (центр давления)? Для этого нужно правильно расположить оси координат. Ось ОХ необходимо направить по линии пересечения рассматриваемой плоской стенки со свободной поверхностью жидкости, а ось ОУ – перпендикулярно к этой линии в плоскости стенки. Тогда ордината центра давления находится из уравнения:

,                                              (4)

где у_с – ордината центра тяжести площади S;

I₀ – момент инерции площади S относительно центральной оси, параллельной ОХ.

Формулы для определения центров тяжести и центральных моментов инерции различных плоских фигур приведены в литературе [5, 6] и другой.

Если на свободной поверхности жидкости действует не атмосферное, а манометрическое давление р_м, то центр давления в этом случае определяется по уравнению, аналогичному уравнению (4), с учетом того, что ординаты у_д и у_с отсчитываются от условной плоскости атмосферного давления, расположенной над свободной поверхностью жидкости на высоте р_м /(rg).