Методические указания и варианты к самостоятель�

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Министерство образования Российской Федерации

Российский государственный профессионально-педагогический университет

Инженерно-педагогический институт

Кафедра сварочного производства


5374


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ


и варианты к самостоятельным и контрольным работам

по дисциплине "Гидравлика и гидропривод"


Для студентов всех форм обучения специальности (ГОС 2000)

специальности 05050165 Профессиональное обучение (030500.15)

специализации «Эксплуатация и ремонт автомобильного транспорта» (030501.15)


Екатеринбург 2008


Методические указания и варианты заданий к самостоятельным и контроль­ным работам по дисциплине "Гидравлика и гидропривод". – Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.- пед. ун-т». 2008. –15 с.


Составители: канд. техн. наук, доц. Скачкова С. С.,

ст. препод. Михайлова Т.Г.


Методические указания одобрены на заседании кафедры сварочного производства. Протокол № от 08 г.


Зав. кафедрой СП А.М. Полетаев


Рекомендованы к изданию методической комиссией машиностроительного факультета ИПИ РГППУ. Протокол № от .08 г.


Председатель методической комиссии

МСФ ИПИ РГППУ А.Б.Чуркин


©Российский государственный

профессионально-педагогический университет, 2008


Содержание


1. Введение 3

2. Условия задач и методические указания к их решению 4

2.1. Задача №1 4

2.2. Задача №2 4

2.3. Задача № 3 6

3. Исходные данные для решения задач контрольной работы 8

3.1. Исходные данные по задаче № 1, а 8

3.2. Исходные данные по задаче № 1, б 9

3.3. Исходные данные по задаче № 2, а 10

3.4. Исходные данные по задаче № 2, б 11

3.5. Исходные данные по задаче № 3 12

4. Литература 13




Введение


В соответствии с Учебным планом и графиком изучения дисциплины "Гидравлика и гидропривод предусмотрены резервы времени для самостоятельного изучения некоторых разделов дисциплины, а также для выполнения контрольной работы.

Самостоятельная работа является эффективным средством углубления и обобщения полученных знаний. Студенты приобретают навыки инженерного решения практических задач с использованием учебной и справочной литературы.

Теоретический материал дисциплины прорабатывается студентами последовательно в соответствии с содержанием рабочей программы. Внимательно изучаются выводы формул. Сознательно изучаются допущения, принятые при выводе формул, так как они ограничивают практическую применимость полученных закономерностей. Особое внимание при изучении дисциплины следует обратить темам:

– предмет гидравлика, краткая историческая справка;

– основные свойства жидкостей.

– гидростатика;

– кинематика и динамика жидкости;

– режимы движения жидкостей;

– местные гидравлические сопротивления;

– истечение жидкостей через отверстия и насадки;

– гидравлический расчет трубопроводов;

– классификация гидравлических насосов и гидродвигателей;

– лопастные, вихревые и струйные насосы, водоподъемники,

– объемные насосы и гидроприводы;

– следящий гидропривод.

Студенты заочной формы обучения выполняют обязательную контрольную работу, состоящую и трех задач:

задача №1 (гидростатика);

задача №2 (кинематика и динамика жидкостей);

задача №3 (объемные двигатели, насосы).

Варианты контрольных работ определяются номером студента по списку группы, или указываются преподавателем индивидуально.

Студенты очной формы обучения получают задания для решения задач от преподавателя индивидуально на практических занятиях.


2. Условия задач и методические указания к их решению

2.1. Задача №1

Условие:

а) Определить высоту поднятия воды H поршневым насосом, если давление управляющею пара (газа) равно Рн. Насос содержит два поршня на одном штоке, причем газовый поршень и цилиндр имеют диаметр D , а водяной – d. Коэффициент полезного действия насоса равен .

Исходные данные для решения приведены по вариантам в таблице 3.1.

б) Вычислить полезную мощность насоса для грузового аккумулятора, если груз весом G имеет ход поршня h при к.п.д. . Время заполнения аккумулятора – t.

Исходные данные для решения приведены по вариантам в таблице 3.2.

Методические указания:

При решении задачи №1, давление нагнетания необходимо выразить через высоту подъема Н.

Задача № 1,б решается с учетом равенства потенциальной энергии аккумулятора и кинетической энергии насоса.

2.2. Задача №2

Условие:

а) Бак квадратного сечения со стороной D установлен на железнодорожной платформе и заполнен на высоту Н водой. Определить силу давления воды на торцовые стенки при движении цистерны с ускорением a и при a = 0.

D – сторона квадрата торцевых стенок бака, м;

L – длина бака, м; – плотность воды, кг/м3;

а – ускорение платформы, м/с2.

Исходные данные для решения приведены по вариантам в таблице 3.3.

После вычислений ответить на вопросы:

1. Какая из стенок цистерны нагружена больше?

2. Чему равна разница давлений на стенки цистерны. При а – положительном, а – отрицательном и а = 0?

3. Как повлияет на результаты расчетов замена жидкости более плотной или менее плотной, чем вода?

б) Найти соотношение между массовыми расходами воздуха Gв и бензина Gб карбюратора поршневого двигателя внутреннего сгорания (см. рисунок 1) при заданных размерах диаметра диффузора D и распылителя d и коэффициентах сопротивления воздушного канала (до сечения 2-2) в и жиклера ж (сопротивлением бензо-трубки пренебрегаем).

б = 730 кг/м3, в = 1,2 кг/м3.


Рисунок 1 – Схема карбюратора

Исходные данные для решения приведены по вариантам в таблице 3.4.

Методические указания

а) При движении платформы с положительным ускорением зеркало воды наклоняется на угол за счет перемещения массы воды в противоположном к ходу платформы направлению. При отрицательном ускорении (платформа замедляется – торможение) угол наклона зеркала воды меняется на обратный.

Расчетная формула: tg = а/g,

где g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.

Силу давления на смоченную часть торцевых стенок цистерны можно вычислить по формуле: F = рцS ,

где рц – гидростатическое давление в центре тяжести площади смоченной части торцевой стенки, Па; S – смоченная площадь торцевой стенки, м2. Величину рц определим но формуле: рц = р0 + gh , где р0 – атмосферное давление, принять равным 105 Па – плотность воды, принять равной 998 кг/м3 ; h – расстояние от верхней поверхности воды до центра тяжести смоченной части поверхности торца, м.

б) Для потока вязкой несжимаемой жидкости в поле силы тяжести при установившемся движении уравнение Бернулли имеет вид:

.

Для решения задачи следует записать уравнения Бернулли для потока воздуха (сечения 0 – 0 и 2 – 2) и для потока бензина (сечения 1 – 1 и 2 – 2). При этом скорость потока воздуха на входе в диффузор считать бесконечно малой (v0 = 0), уровень бензина в камере постоянным (v1 = 0), перепадом высот положения сечений 0 – 0 и 2 – 2 пренебречь, и принять z1 = z2, 1 = 2 = 1. Сопротивления воздушного канала и жиклера определить по формуле h1-2 = v 2/2g.

Массовые расходы воздуха и бензина, соответственно равны:

Qmв = (D2/4) v2вв и Qmб = (d2/4) v2бб.

2.3. Задача № 3

Условие:

Гидравлический роторный двигатель с рабочим объемом v0, имеет на валу крутящий момент Мк. Двигатель работает от потока жидкости с расходом Q. К.п.д. объемный равен 0 = 0,96, гидромеханический – гм = 0,96.

Определить частоту вращения вала гидродвигателя и давление рабочей жидкости на входе Р, если потери давления в обратном клапане Ркл = 15,0 кПа. Длина сливной линии равна L, диаметр d. Шероховатость стенок трубы ср = 0,05 мм.

Исходные данные для решения по вариантам приведены в таблице 3.5.

Методические указания

При решении задачи требуется определить разницу давлений во входной и сливной части двигателя Р с учетом потерь в сливной части, включая потери на обратном клапане и в трубе. Для этого требуется вычислить скорость потока и по известному расходу Q и сечению трубы на сливе S = d2/4.

Перепад давления на гидродвигателе определяется по уравнению:

Рдв = (d2Мк)/( v 0гм).

Давление перед двигателем должно включать помимо DРдв и DРкл еще и величину потерь в сливном трубопроводе DРтр.

При вычислении потерь в сливном трубопроводе следует использовать формулу Дарси:

,

где – плотность жидкости, кг/м3; u – скорость движения жидкости, м/с, d и L – диаметр и длина сливного трубопровода, м; – коэффициент гидравлического трения.

Коэффициент гидравлического трения определяется в зависимости от режима течения, характеризуемого числом Рейнольса

Re = ud/,

где u – скорость, м/с; d – диаметр канала, м; – коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с.

При ламинарном режиме течения (в практических расчетах для круглых труб при Re 2300) коэффициент гидравлического трения определяется по формуле: = 64/Re.

Для турбулентных режимов (при Re > 2300) для расчета трубопроводов с естественной шероховатости наиболее применимой является универсальная формула А.Д. Альтшуля:

= 0,11(/d + 68/Re)0,25.

Данная формула является универсальной и может быть использована во всем диапазоне турбулентных течений. Для гидравлически гладких труб (Re d) расчет коэффициента гидравлического трения можно рассчитать по более простой формуле Блазиуса:

= 0,316/Re0,25,

а для вполне шероховатых труб (Re > 500/d) – по формуле Б.Л. Шифринсона:

= 0,11(/d)0,25.

Частота вращения двигателя определяется по формуле = Q0/v0.

1. 
   Исходные данные для решения задач контрольной работы