Условия задач и методические указания к их решению

Задача №1

Условие:

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

Исходные данные для решения приведены по вариантам в таблице 1.

Методические указания:

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

Суммарная сила, передаваемая по штоку от поршня парового цилиндра

где р1 – гидростатическое давление, S1 – площадь первого поршня D.

В соответствии с законом Паскаля гидростатическое давление в корпусе насоса с учетом КПД насоса:

где S₂ – площадь второго поршня d.

Гидростатическое давление в корпусе насоса:

где Н – высота подъема жидкости, м

g – ускорение свободногно падения,

r - плотность воды, r=1000 кг/м³,

отсюда:

Площадь поршня: , где d – диаметр поршня,

Тогда: .

Задача №2

Условие:

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

Исходные данные для решения приведены по вариантам в таблице 2.

Методические указания:

Задача № 2 решается с учетом равенства потенциальной энергии аккумулятора и кинетической энергии насоса.

Задача №3

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; r – плотность воды, кг/м³;

а – ускорение платформы, м/с².

Исходные данные для решения приведены по вариантам в таблице 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?

Методические указания

а) При движении платформы с положительным ускорением зеркало воды наклоняется на угол a 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 a =± а/g .

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

Силу давления на смоченную часть торцевых стенок цистерны можно вычислить по формуле: F = р_цS , где р_ц – гидростатическое давление в центре тяжести площади смоченной части торцевой стенки, Па; S – смоченная площадь торцевой стенки, м². Величину р_ц определим но формуле: р_ц = r×g×h , где r – плотность воды, принять равной 998 кг/м³ (20 ^оС); h – расстояние от верхней поверхности воды до центра тяжести смоченной части поверхности торца, м.

Задача № 4

Условие

Гидравлический роторный двигатель с рабочим объемом v₀, имеет на валу крутящий момент М_к. Двигатель работает от потока жидкости с расходом Q. К.п.д. объемный равен h₀ = 0,96, гидромеханический – h_гм = 0,96.

Определить частоту вращения вала гидродвигателя w и давление рабочей жидкости на входе DР, если потери давления в обратном клапане DР_кл = 15,0 кПа. Длина сливной линии равна L, диаметр d. шероховатость стенок трубы D_ср = 0,05 мм.

Исходные данные для решения по вариантам приведены в таблице 4.

Методические указания

При решении задачи требуется определить разницу давлений во входной и сливной части двигателя DР с учетом потерь в сливной части, включая потери в обратном клапане и в трубе. Для этого требуется вычислить скорость потока и по известному расходу Q и сечению трубы на сливе S = pd²/4.

Перепад давления на гидродвигате определяется по уравнению:

DР_дв = (2pМ_к)/(v₀h_гм).

Давление перед двигателем должно включать помимо DР_дв и DР_кл еще и величину потерь в сливном трубопроводе DР_тр.

При вычислении потерь в сливном трубопроводе следует использовать формулу Дарси:

,

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

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

Re = v×d/ν,

где v – скорость, м/с; d – диаметр канала, м; ν – 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: λ= 64/Re.

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

λ= 0,11(Δ/d + 68/Re)^0,25.

Данная формула является универсальной и может быть использована во всем диапазоне турбулентных течений. Для гидравлически гладких труб (Re < 10Δ/d) расчет коэффициента гидравлического трения можно рассчитать по более простой формуле Блазиуса:

λ= 0,316/Re^0,25,

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

λ= 0,11(δ/d)^0.25.

Частота вращения двигателя определяется по формуле

w = Qh₀/v₀.

Исходные данные для решения задач контрольной работы

Исходные данные по задаче № 1

Таблица 1

№ варианта	ПАРАМЕТРЫ ЗАДАНИЯ
Рн, кПа	D, м	d, м	h
		0,30 |	0,01	0,95
		0,25 !	0.01	0,95
		0,20	0,01	0,95
		0,15	0,01	0,95
		0,10	0,01	0,95
		0,05	0,01	0,95
		0,30	0,015	0,9
		0,25	0,015	0,9
		0,20	0,015	0,9
		0,15	0,015	0,9
		0,10	0,015	0,9
		0,05	0,015	0,9
		0,30	0,018	0,88
		0,25	0,018	0,88
		0,20	0,018	0,88
		0,15	0,018	0,88
		0,10	0,018	0,88
		0,05	0,018	0,88
		0,30	0,02	0,85
		0,25	0,02	0,85
		0,20	0,02	0,85
		0,15	0,02	0,85
		0,10	0,02	0,85
		0,05	0,02	0,85
		0,25	0,05	0,80
		0,20	0,05	0,80
		0,15	0,05	0,80
		0,10	0,05	0,80
		0,05	0,05	0,80
		0,30	0,05	0,80

Исходные данные по задаче № 2

Таблица 2

№ варианта	ПАРАМЕТРЫ ЗАДАНИЯ
G, кг	h,м	h	t, с
		5,0	0,95
		4,5	0,95
		4,0	0,95
		3,5	0,90
		3,0	0,90
		2,5	0,90
		2,0	0,85
		1,5	0,85
		1,2	0,85
		1,0	0,80
		0,85	0,80
		0,75	0,80
		5,0	0,95
		4,5	0,95
		4,0	0,95
		3,5	0,90
		3,0	0,90
		2,5	0,90
		2,0	0,85
		1,5	0,85
		1,2	0,85
		1,0	0,80
		0,85	0,80
		0,75	0,80
		2,5	0,75
		2,0	0,75
		1,5	0,75
		1,2	0,75
		1,0	0,75
		0,85	0,75

Исходные данные по задаче № 3

Таблица 3

№ варианта	ПАРАМЕТРЫ ЗАДАНИЯ
D,м	L, м	h,м	a, м/c2
	1,85	9,0	0,95	2,0
	1,85	9,0	0,95	-2,0
	2,00	9,0	1,0	2,0
	2,20	9,0	1,0	-2,0
	2,40 i	9,0	1,2	2,5
	2,60	9,0	1,2	-2,5
	1,50 i	8,5	1,0	2,0
	1,75	8,5	1,0	-2,0
	2,00	8,5	1,2	1,5
	2,20	8,5	1,2	-1,5
	2,80	8,5	1,4	3,2
	2,80	8,5	1,4	-3,2
	1,85	8,0	1,0	1,2
	1,75	8,0	1,0	-1,2
	2,00	8,0	1.0	2,0
	2,20 |	8,0	1,0	-2,0
	2,40 j	8,0	1,2	2,2
	2,60	8,0	1,2	-2,2
	1,50	7,0	1,0	1,5
	1,75 "^	7,0	1,0	-1,5
	2,00	7,0	1,0	2,2
	2,20	7,0	1,0	-2,2
	2,40	7,0	1,2	2,2
	2,60	7,0	1,2	-2,2
	2,40 i	7,5	1,4	-1,2
	2,60	7,5	1,0	2,0
	1,50 i	7,5	1,0	-2,0
	1,75	7,5	1.0	2,2
	2,00	7,5	1,0	-2,2
	2,20	7,5	1,2	1,5

Исходные данные по задаче № 4

Таблица 4

	№ варианта	ПАРАМЕТРЫ ЗАДАНИЯ
	Мк,Нм	hгм	v0, м3	r,кг/м3	L,м	d, м	n, см2/с	Q, м3/c
			0,998	8×10 -4		1,0	1×10-2	0,01	0,1
			0,998	8×10 -4		1,0	1×10-2	0,01	0,1
			0,995	7×10 -4		1,2	8×10-2	0,0073	0,4
			0,995	7×10 -4		1,2	8×10-2	0,0073	0,4
			0,992	6×10 -4		1,5	6×10-2	0,025	0,3
			0,992	6×10 -4		1,5	6×10-2	0,25	0,3
			0,990	1×10 -3		1,8	1,2×10-2	0,01	0,2
			0,990	1×10 -3		1,8	1,2×10-2	0,01	0,2
			0,988	1,2×10 -3		0,6	1×10-2	0,28	0,1
			0,988	1,2×10 -3		0,6	1×10-2	0,28	0,1
			0,986	1,4×10 -3		0,8	8×10-2	0,01	0,4
			0,986	1,4×10 -3		0,8	8×10-2	0,01	0,4
			0,998	1,5×10 -3		1,0	6×10-2	0,0073	0,3
			0,998	1,5×10 -3		1,0	6×10-2	0,0073	0,3
			0,995	1,6×10 -3		1,2	1,5×10-2	0,025	0,2
			0,995	1,6×10 -3		1,2	1,5×10-2	0,025	0,2
			0,992	1,8×10 -3		1,5	1,2×10-2	0,01	0,1
			0,992	1,8×10 -3		1,5	1,2×10-2	0,01	0,1
			0,990	2,0×10 -3		0,6	1×10-2	0,28	0,1
		0,990	2,0×10 -3		0,6	1×10-2	0,28	0,1
			0,988	2,1×10 -3		0,8	8×10-2	0,01	0,2
			0,988	2,2×10 -3		0,8	8×10-2	0,01	0,2
			0,986	2,2×10 -3		1,0	6×10-2	0,0073	0,3
			0,986	2,2×10 -3		1,0	6×10-2	0,0073	0,3
			0,988	1,9×10 -3		2,5	10×10-2	0,01	0,1
			0,986	1,7×10 -3		2,5	10×10-2	0,01	0,4
			0,986	1,9×10 -3		3,5	6×10-2	0,28	0,4
			0,988	1,9×10 -3		3,5	6×10-2	0,01	0,3
			0,986	1,7×10 -3		2,8	8×10-2	0,01	0,3
			0,986	1,9×10 -3		2,8	8×10-2	0,28	0,2

Учебно-методическое и информационное обеспечение контрольной работы

Основная литература

1. Артемьева Т.В. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод : учеб. пособие для вузов [Гриф УМО] / Т.В. Артемьева [и др.] ; под ред.
С. П. Стесина. - 3-е изд., стер. - М. : Академия, 2012. - 342 с.

2. Лапшев Н.Н. Гидравлика : учебник для вузов [Гриф УМО] /
Н. Н. Лапшев. - М. : Академия, 2009. - 280 с.

Дополнительная литература

1. Гидравлика и гидравлические машины / З.В. Ловкие, B.E. Бердышев,
З.В. Костенко и др. – М.: Колос, 1995.- 304 с.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для втузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б.Некрасов и др.- М.: Машиностроение, 1982.- 432 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Институт инженерно-педагогического образования

Кафедра автомобилей и подъемно-транспортных машин

Конторольная РАБОТА

по дисциплине

«ГИДРАВЛИКА, ГИДРОМАШИНЫ И ГИДРОПНЕВМОПРИВОД»

вариант № ХХ

Исполнитель:

студент группы ХХХХХХ ХХХХХХХХ

Проверил:

доцент кафедры АТ,

канд. пед. наук ХХХХХХХХ

Екатеринбург 2016

Задания и методические указания

к выполнению контрольных работ по дисциплине
«Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод»

Подписано в печать Формат 60х84/16. Бумага для множ. аппаратов.

Печать плоская. Усл.печ.л. Уч.-изд.л. Тираж экз. Заказ

ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет». Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

Ризограф ФГАОУ ВО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.