Распределительные устройства предназначены для направления и распределения потока рабочей жидкости от насоса к гидромоторам и отвода от них отработавшей жидкости на слив

Различают пробковые, золотниковые и клапанные распределитель­ные устройства. Наиболее распространены золотниковые распредели­тельные устройства, так как они сравнительно просты в изготовлении, компактны, надежны в работе, позволяют распределять большие по­токи жидкости. По функциональным признакам клапаны делятся на предохранительные, обратные, редукционные.

Для регулирования объемного гидропривода применяются дроссе­ли, представляющие собой регулируемое сопротивление, площадь про­ходного отверстия которого можно изменять в процессе работы гидро­привода. В зависимости от вида проходного отверстия дроссели де­лятся на игольчатые, щелевые, канавочные и пластинчатые.

Следует знать принцип действия и конструктивные особенности механизмов, а также их место и условия работы в общей схеме гидропривода. Следует изучить условные обозначения всех элементов объемного гидропривода.

Литература: [1, с. 418-458, 472-499]; [2, с. 317-334]; [3, с. 184-211];

[4, с. 309-318]; [7, с. 329-454]; [8, с. 194-248].

Вопросы для самопроверки

1 Приведите конструктивную схему золотникового распределителя и его условное изображение по ГОСТу и поясните, как осуществляется подача рабочей жидкости к гидромотору. 2 Поясните принцип дей­ствия и конструкцию клапанов различного назначения. Приведите фор­мулы для их расчета. 3 По какой формуле определяется расход ра­бочей жидкости через дроссель? При помощи каких устройств обеспе­чивается постоянство перепада давления на дросселе? 4 Для каких целей в системах гидропривода применяются фильтры и гидроаккуму­ляторы?

7 Схема гидропривода и способы регулирования скорости

Дроссельное и объемное регулирование скорости. Гидропривод с дроссельным регулированием. Основные схемы. Характеристики. Пре­имущества и недостатки. Групповой гидропривод с дроссельным регу­лированием. Гидропривод с объемным регулированием. Основные схе­мы. Характеристики. Преимущества и недостатки.

Методические указания

Для изменения частоты вращения вала роторного гидромотора или скорости перемещения поршня силового гидроцилиндра применяют дроссельное или объемное регулирование.

Дроссельное регулирование осуществляется регулируемым сопро­тивлением (дросселем), которое устанавливается на входе, на выходе или параллельно гидромотору. В первом и втором случаях часть жидкости от насоса идет на слив через переливной клапан, давление за насосом определяется настройкой клапана, а насос всегда работает с максимальной подачей. В третьем случае давление за насосом оп­ределяется нагрузкой на гидромотор, клапан работает как предохра­нительный, и только тогда, когда давление превысит допустимый пре­дел, потребляемая мощность будет пропорциональна нагрузке. Таким образом, третий случай более экономичен.

Все три схемы расположения дросселя не обеспечивают постоян­ства скорости при изменении нагрузки, так как при этом перепад давления на дросселе не остается постоянным. Для создания «жест­кой» характеристики, когда требуется, чтобы скорость не зависела от нагрузки, вместе с дросселем применяются регуляторы перепада давления на дросселе (регуляторы скорости).

Объемное регулирование осуществляется изменением рабочего объ­ема насоса или гидромотора или обоих вместе. Регулирование высоко­качественное происходит практически без потерь, но для его осуществ­ления необходимы сложные по конструкции и дорогие в изготовлении регулируемые гидромашины.

Следует рассмотреть основные схемы с дроссельным и объемным регулированием, разобраться в их работе и взаимодействии узлов и ме­ханизмов, уяснить преимущества и недостатки и область применения.

Литература: [1, с. 412-417]; [2, с. 302-309]; [3, с. 211-230];[4, с. 297-306,

333-357]; [6, с. 360-379]; [8, с. 249-282].

Вопросы для самопроверки

I Какими способами осуществляется бесступенчатое регулирова­ние частоты вращения или перемещения рабочего органа гидропри­вода? 2 Каковы особенности дроссельного регулирования при различ­ном расположении дросселя в схеме гидропривода? 3 Укажите отно­сительные преимущества и недостатки дроссельного и объемного ре­гулирования. В каких случаях они применяются? 4 По конкретным схемам гидропривода с объемным и дроссельным регулированием рас­скажите о взаимодействии всех элементов системы в процессе регу­лирования.

8 Следящий гидропривод

Назначение, принцип действия, схема и область применения сле­дящего гидропривода.

Методические указания

Следящим гидроприводом, или гидроусилителем, называется устройство, в котором исполнительный двигатель (выход) автомати­чески и непрерывно воспроизводит движение задающего устройства (входа) при требуемом усилении выходной мощности двигателя за счет использования энергии подаваемой жидкости. Принцип действия гидроусилителя основан на том, что изменение положения задающего устройства (ручки управления или элемента автоматики) приводит к рассогласованию системы, а вызванное им действие исполнительного двигателя устраняет рассогласование, приводя выходное звено к поло­жению задающего устройства. Различают следящий привод без об­ратной связи (разомкнутый) и с обратной связью (замкнутый), пре­рывистого (импульсного) и непрерывного (пропорционального) дейст­вия.

Следует рассмотреть конкретные схемы следящих гидроприводов различного типа, конструктивные схемы механизмов и устройств, со­ставляющих гидропривод, область применения, преимущества и недостатки по сравнению, например, с электрическими следящими систе­мами.

Литература: [1, с. 459-471];[2, с. 309-318]; [7, с. 455-512].

Вопросы для самопроверки

1 Для каких целей применяется следящий гидропривод? 2 Из каких механизмов и устройств состоит следящий гидропривод? 3 По конкретной схеме следящего гидропривода расскажите о принципе его работы, устройстве отдельных элементов, его характеристике.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

В зависимости от специальности и учебного плана контрольное задание может состоять из одной, двух или трех контрольных работ, в каждую из которых входит определенное количество контрольных задач (табл. 1).

Данные контрольные работы выполняются студентами заочниками следующих специальностей - Автомобили и автомобильное хозяйство, Промышленное и гражданское строительство, Сервис транспортных и технологических машин и оборудования.

Номера контрольных задач выбираются согласно последней цифре шифра зачетной книжки студента (табл. 1), числовые значения указанных в задаче величин — по предпоследней цифре шифра зачет­ной книжки студента (табл. 2).

ЗАДАЧИ

1 Определить величину и направление силы F, приложенной к штоку поршня для удержания его на месте. Справа от поршня нахо­дится воздух, слева от поршня и в резервуаре, куда опущен открытый конец трубы, - жидкость Ж (рис. 1). Показание пружинного мано­метра - .

2 Паровой прямодействующий насос подает жидкость Ж на вы­соту (рис. 2). Каково абсолютное давление пара, если диаметр парового цилиндра D, а насосного цилиндра d? Потерями на трение пренебречь.

3 Определить силу прессования F, развиваемую гидравлическим

прессом, у которого диаметр большего плунжера D, диаметр меньшего плунжера d. Больший плунжер расположен выше меньшего на величи­ну , рабочая жидкость Ж, усилие, приложенное к рукоятке, R (рис. 3).

4 Замкнутый резервуар разделен на две части плоской перего-­
родкой, имеющей квадратное отверстие со стороной а, закрытое крыш­
кой (рис. 4). Давление над жидкостью Ж в левой части резервуара
определяется показаниями манометра , давление воздуха в правой
части — показаниями мановакуумметра . Определить величину и точку
приложения результирующей силы давления на крышку.

Указание. Эксцентриситет е центра давления для результирую­щей силы может быть определен по выражению

где .

5 Шар диаметром D наполнен жидкостью Ж. Уровень жидкости
в пьезометре, присоединенном к шару, установился на высоте от оси
шара. Определить силу давления на боковую половину внутренней поверхности шара (рис. 5). Показать на чертеже вертикальную и го­ризонтальную составляющие, а также полную силу давления.

Рис. 5 Рис. 6

6 Определить силу давления на коническую крышку горизонталь­ного цилиндрического сосуда диаметром D, заполненного жидкостью Ж (рис. 6). Показание манометра в точке его присоединения . Показать на чертеже вертикальную и горизонтальную составляющие, а также полную силу давления.

7 При истечении жидкости из резервуара в атмосферу по гори­-
зонтальной трубе диаметра d и длиной уровень в пьезометре, уста­-
новленном посередине длины трубы, равен h (рис. 7). Определить рас­
ход Q и коэффициент гидравлического трения трубы , если статиче­-
ский напор в баке постоянен и равен . Построить пьезометрическую
и напорную линии. Сопротивлением входа в трубу пренебречь.

8 Жидкость Ж подается в открытый верхний бак по вертикальной
трубе длиной и диаметром d за счет давления воздуха в нижнем
замкнутом резервуаре (рис. 8). Определить давление р воздуха, при
котором расход будет равен Q. Принять коэффициенты сопротивления:
вентиля ; входа в трубу ; выхода в бак . Экви­-
валентная шероховатость стенок трубы .

9 Поршень диаметром D движется равномерно вниз в цилиндре,

Рис 8

Рис 7

Рис 9

подавая жидкость Ж в открытый резервуар с постоянным уровнем (рис. 9). Диаметр трубопровода d, его длина . Когда поршень нахо­дится ниже уровня жидкости в резервуаре на , потребная для его перемещения сила равна F. Определить скорость поршня и расход жидкости в трубопроводе. Построить напорную и пьезометри­ческую линии для трубопровода. Коэффициент гидравлического трения трубы принять . Коэффициент сопротивления входа в трубу . Коэффициент сопротивления выхода в резервуар .

10 Определить диаметр трубопровода, по которому подается жид­кость Ж с расходом Q, из условия получения в нем максимально возможной скорости при сохранении ламинарного режима. Темпера­тура жидкости .

11 При ламинарном режиме движения жидкости по горизонталь­
ному трубопроводу диаметром d = 30 см расход равнялся Q, а паде­ние пьезометрической высоты на участке длиной составило h. Опре­делить кинематический и динамический коэффициенты вязкости пере­качиваемой жидкости.

12 По трубопроводу диаметром d и длиной движется жид­-
кость Ж (рис. 10). Чему равен напор , при котором происходит смена
ламинарного режима турбулентным? Местные потери напора не учиты­вать. Температура жидкости .

Указание. Воспользоваться формулой для потерь на трение при ламинарном режиме (формула Пуазейля).

13 На поршень диаметром D действует сила F (рис. И). Опре­делить скорость движения поршня, если в цилиндре находится вода,
диаметр отверстия в поршне d, толщина поршня а. Силой трения
поршня о цилиндр пренебречь, давление жидкости на верхнюю плос­кость поршня не учитывать.

14 Определить длину трубы , при которой расход жидкости из
бака будет в два раза меньше, чем через отверстие того же диамет­ра d. Напор над отверстием равен . Коэффициент гидравлического
трения в трубе принять (рис. 12).

15 Определить длину трубы , при которой опорожнение цилиндри­ческого бака диаметром D на глубину будет происходить в два раза медленнее, чем через отверстие того же диаметра d. Коэффициент гид­равлического трения в трубе принять (рис. 12).

Указание. В формуле для определения времени опорожнения бака коэффициент расхода выпускного устройства определяется его конструкцией. Для трубы

где - суммарный коэффициент местных сопротивлений.

16 Определить диаметр d горизонтального стального трубопрово­да длиной , необходимый для пропуска по нему воды в коли­честве Q, если располагаемый напор равен Н. Эквивалентная шеро­ховатость стенок трубы .

Указание. Для ряда значений d и заданного Q определяется ряд значений потребного напора .Затем строится график и по заданному Н определяется d.

17 Из бака А, в котором поддерживается постоянный уровень, вода протекает по цилиндрическому насадку диаметром d в бак В, из которого сливается в атмосферу по короткой трубе диаметром D, снабженной краном (рис. 13). Определить наибольшее значение коэф­фициента сопротивления крана , при котором истечение из насадка будет осуществляться в атмосферу. Потери на трение в трубе не учи­тывать.

18 При внезапном расширении трубопровода скорость жидкости в трубе большего диаметра равна .Отношение диаметров труб D/d = 2 (рис. 14). Определить h - разность показаний пьезометров.

19 Горизонтальная труба служит для отвода жидкости Ж в коли­-
честве Q из большого открытого бака (рис. 15). Свободный конец
трубы снабжен краном. Определить ударное повышение давления в
трубе перед краном, если диаметр трубы d, длина , толщина стенки
, материал стенки - сталь. Кран закрывается за время по закону,
обеспечивающему линейное уменьшение скорости жидкости в трубе
перед краном в функции времени.

20 Вода в количестве Q перекачивается по чугунной трубе диа­-
метром d, длиной с толщиной стенки . Свободный конец трубы снаб­-
жен затвором. Определить время закрытия затвора при условии, чтобы
повышение давления в трубе вследствие гидравлического удара не
превышало . Как повысится давление при мгновенном
закрытии затвора?

21 Определить время закрытия задвижки, установленной на сво­-
бодном конце стального водопровода диаметром d, длиной с толщи­-
ной стенки , при условии, чтобы максимальное повышение давления
в водопроводе было в три раза меньше, чем при мгновенном закрытии
задвижки. Через сколько времени после мгновенного закрытия задвиж­-
ки повышение давления распространится до сечения, находящегося
на расстоянии 0,7 от задвижки?

22 Центробежный насос производительностью Q работает при час­-
тоте вращения п (рис. 16). Определить допустимую высоту всасывания,
если диаметр всасывающей трубы d, а ее длина . Коэффициент кави­-
тации в формуле Руднева принять равным С. Температура воды . Коэффициент сопротивления колена . Коэффициент
сопротивления входа в трубу . Эквивалентная шероховатость
стенок трубы .

23 Центробежный насос подаст воду в количестве Q из колодца
в открытый напорный бак по трубе диаметром d на геодезическую
высоту . Определить коэффициент быстроходности и коэффициент полезного действия насоса, если мощность на валу насоса N_e, частота вращения п, а суммар­ный коэффициент сопротивления системы (сети) .

24 Вода перекачивается насосом 1 из откры­того бака в расположенный ниже резервуар В, где поддерживается постоянное давление р_в, по трубопроводу общей длиной и диаметром d. Разность уровней воды в баках h (рис. 17).

Определить напор, создаваемый насосом для по­дачи в бак В расхода воды Q. Принять суммар­ный коэффициент местных сопротивлений . Эквивалентная ше­роховатость стенок трубопровода мм.

25 Определить производительность и напор насоса (рабочую точку) при подаче воды в открытый резервуар из колодца на геоде­зическую высоту по трубопроводу диаметром d, длиной с коэффи­циентом гидравлического трения и эквивалентной длиной мест­ных сопротивлений .

Как изменяется подача и напор насоса, если частота вращения рабочего колеса

уменьшится на 10%? Данные, необходимые для построения характеристики

Q-Н центробежного насоса.

26 Два одинаковых насоса работают параллельно и подают воду
в открытый резервуар из колодца на геодезическую высоту по трубо­-
проводу диаметром d, длиной , с коэффициентом гидравлического
трения и суммарным коэффициентом местных сопротивлений
. Определить рабочую точку (подачу и напор) при совместной
работе насосов на сеть. Как изменятся суммарная подача и напор,
если частота вращения рабочего колеса одного из насосов увеличится
на 10%? (данные, необходимые для построения характеристик
Q-H, те же, что и в задаче 25).

27 Два одинаковых насоса работают последовательно и подают
воду в открытый резервуар из колодца на геодезическую высоту
. Определить рабочую точку (напор и подачу) при совместной работе
насосов на сеть, если коэффициент сопротивления сети (системы) , а диаметр трубопровода d. Как изменяются суммарный напор
и подача, если частота вращения рабочего колеса одного из насосов
увеличится на 12%? (данные, необходимые для построения характе­-
ристики Q-H, те же, что и в задаче 25.)

28 Определить средний объемный коэффициент полезного дейст­вия, максимальную теоретическую подачу и степень неравномерности подачи поршневого насоса двойного действия с диаметром цилиндра D, ходом поршня S и диаметром штока при п двойных ходах в минуту, заполняющего мерный бак емкостью в течение t_c.

29 Поршневой насос двойного действия подает воду в количестве
Q из колодца в открытый резервуар на геодезическую высоту по
трубопроводу длиной , диаметром d, коэффициент гидравлического
трения и суммарный коэффициент местных сопротивлений
. Определить диаметр цилиндра и мощность электродвигателя,
если отношение длины хода поршня к его диаметру S:D = 1,0; число
двойных ходов в минуту п, отношение диаметра штока к диаметру
поршня d:D = 0,15; объемный коэффициент полезного действия ; полный коэффициент полезного действия .

30 Поршневой насос простого действия с диаметром цилиндра
D, ходом поршня S, числом двойных ходов в минуту п и объемным
КПД подает рабочую жидкость в систему гидропривода. При
какой частоте вращения должен работать включенный параллельно
шестеренчатый насос с начальным диаметром шестерен , шириной
шестерен в, числом зубьев и объемным КПД , чтобы
количество подаваемой жидкости удвоилось?

31 Силовой гидравлический цилиндр (рис. 18) нагружен силой F и
делает п двойных ходов в минуту. Длина хода поршня S, диаметр
поршня D, диаметр штока d. Определить давление масла, потребную
подачу и среднюю скорость поршня. Механический коэффициент по-­
лезного действия гидроцилиндра , объемный коэффициент
полезного действия .

32 Перемещение поршней гидроцилиндров с диаметром осуществляется подачей рабочей жидкости ( ) по трубам 1 и 2 одинаковой эквивалентной длины и диаметром (рис.19). Определить силу F₂, при, ко­торой скорость перемещения второго поршня была бы в два раза больше скорости первого поршня. Расход в магистрали Q, первый поршень нагружен силой .

Указание. На перемещение поршней затрачивается одинаковый суммарный напор (считая от точки А).

33 Перемещение поршней гид­роцилиндров с диаметром D=20 см, нагруженных силами и F₂, осу­ществляется подачей минерального масла по трубам 1 и 2с одинако­выми диаметрами d=4 см (рис. 19). Суммарный коэффициент сопротив­ления первого трубопровода . Каким должен быть суммарный ко­эффициент сопротивления второго трубопровода, чтобы при расходе Q в магистрали скорости поршней бы­ли одинаковыми?

Указание. На перемещение поршней затрачивается одинаковый суммарный напор, считая от точ­ки А.

34 Определить полезную мощность насоса объемного гидропри­-
вода, если внешняя нагрузка на поршень силового гидроцилиндра
F, скорость рабочего хода ,диаметр поршня ,диаметр штока
(рис. 20). Механический коэффициент полезного действия гидроци­-
линдра , объемный коэффициент полезного действия гидро-­
цилиндра . Общая длина трубопроводов системы ; диаметр
трубопроводов d; суммарный коэффициент местных сопротивлений
. Рабочая жидкость в системе — спиртоглицериновая смесь ( ).

Указание. Напор насоса затрачивается на перемещение порш­ня, нагруженного силой F, и на преодоление гидравлических потерь в трубопроводах системы.

35 Определить рабочий напор и подачу насоса объемного гидро­-
привода, если усилие на штоке силового гидроцилиндра F, ход порш-­
ня S, число двойных ходов в минуту , диаметр поршня ,диаметр
штока , механический коэффициент полезного действия гидроци-­
линдра , объемный коэффициент полезного действия . Общая длина трубопроводов системы с учетом эквивалентной
длины местных сопротивлений ,диаметр трубопроводов d (рис. 20).
Рабочая жидкость в системе — трансформаторное масло ( ).

Указание. Напор насоса затрачивается на перемещение поршня, нагруженного силой F, и на преодоление гидравлических потерь в трубо­проводах системы.

36 Построить график изменения скорости перемещения поршня
силового гидроцилиндра в зависимости от угла наклона шайбы регу­-
лируемого аксиально-поршневого насоса (рис. 21). Пределы изменения
угла . Параметры гидроцилиндра: диаметр поршня диа­-
метр штока . Параметры насоса: z = 7, п = 800 об/мин, диаметр

цилиндров d, диаметр окружности центров цилиндров . Объемные потери не учитывать.

37 В объемном гидроприводе насос соединен с гидромотором двумя
трубами с эквивалентной длиной и диаметром d (рис. 22). Определить
мощность, теряемую в трубопроводе, и перепад давления на гидромо­-
торе, если полезная мощность насоса , а расход жидкости Q. Рабочая
жидкость — трансформаторное масло.

38 Определить силу F, которую нужно приложить к хвостовику
клапана распределительного устройства объемного гидропривода для
отрыва его от седла, если усилие затяжки пружины , давление в по­-
лости подвода жидкости к клапану , в полости отвода жидкости
(рис. 23). Силы трения покоя и массу клапана не учитывать.

39 Определить силу предварительного натяжения пружины диф-­
ференциального предохранительного (переливного) клапана объемного
гидропривода, при которой клапан сработает и откроет доступ маслу
из системы, как только давление в системе достигнет величины р_с
(рис. 24). Диаметры поршней и диаметр их общего штока d

40. Пользуясь характеристикой гидромуфты, определить расчетный
и максимальный моменты, передаваемые ею, а также передаточное
отношение, коэффициент полезного действия и скольжение при этих
режимах, если активный диаметр гидромуфты D, частота вращения
ведущего вала рабочая жидкость — трансформаторное масло. Как
изменяются передаваемые вращающий момент и мощность, если частоту
вращения ведущего вала увеличить в полтора раза?

Характеристика гидромуфты

41 Пользуясь характеристикой, приведенной в задаче 40, опре­-
делить активный диаметр и построить внешнюю (моментную) харак­-
теристику гидромуфты, предназначенной для работы с асинхронным
электродвигателем, развивающим максимальный вращающий момент
при частоте вращения . Рабочая жидкость — минеральное
масло.

Указание. Активный диаметр может быть определен по урав­нению моментов совмещением режимов гидромуфты при i = 0 и элект­родвигателя при .

42 Пневматический силовой цилиндр нагружен полезной силой
F_n. Длина хода поршня S, избыточное давление в сети р, масса подвиж-­
ных частей . Определить диаметр пневмоцилиндра, общее усилие на
поршень, скорость перемещения поршня, время его перемещения за
один двойной ход, число двойных ходов в минуту, объемный расход
воздуха и мощность, развиваемую поршнем пневмоцилиндра.

Приложение

1 Удельный вес γ и плотность ρ жидкостей при t=20⁰С

Наименование	γ, Н/м3	ρ, Н/м3
Бензин авиационный	7250-7350	739-751
Вода пресная		998,2
Глицерин безводный
Керосин	7770-8450	792-840
Масло касторовое
Масло минеральное	8600-8750	877-892
Нефть	8340-9320
Ртуть
Спирт этиловый безводный		789,3
Масло трансформаторное	8870-8960	904-915
Масло турбинное	9200-9300	940-952

2 Кинематический коэффициент вязкости жидкостей ν при t=20⁰С

Жидкость	ν, см2/с
Бензин авиационный	0,0073
Керосин Т-1	0,025
Вода	0,010
Ртуть	0,0010
Глицерин	8,7
Воздух	0,149
Масло трансформаторное	0,3
Масло индустриальное (веретенное)	0,5

3 Давление насыщения паров, МПа (абс.)

Вещество	Температура, 0С
Бензин Б-70	0,0163	0,0332	0,0558	0,1038	-
Керосин Т-1	0,0035	0,0058	0,0075	0,0012	0,020
Вода	0,0033	0,008	0,020	0,048	0,10
Спирт	0,008	0,020	0,049	-	-
Ртуть	0,0000025	-	-	-	-

4 Модуль упругости жидкостей при t=50⁰С, МПа

Жидкость	Модуль упругости
Вода
Нефть
Керосин
Ртуть
Масло турбинное
Спирт
Глицерин