Контрольная работа по "Гидромеханике"

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт недропользования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

по дисциплине «Гидромеханика»

 

Вариант №6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          Выполнил: ст. гр. ГГзу-10-2

                                                             Им. Фам. Отч.

 

                          Проверил:

Им. Фам. Отч. 

 

Иркутск 2013

 

Содержание

 

 

ЗАДАНИЕ 1

1. Перечислить преимущества, которые обеспечивает применение гидропривода в горных машинах………………………………………………………………..2
2. Какие рабочие жидкости применяются в гидроприводах горных машин. Их сравнение и область применения……………………………………………….2-4
3. Свойства жидкости, влияющие на работу гидропривода……………………4-8
4. Гидростатика. Сущность и смысл основных законов гидростатики:

Гидростатическое давление и его свойства. Полное гидростатическое давление. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости………….8-10

5. Сущность законов Паскаля и Архимеда……………………………………..10-11
6. Гидродинамика. Сущность и смысл основных законов гидродинамики:

Виды и режимы движения. Число Рейнольдса. Основное уравнение  гидродинамики (уравнение Бернулли) ……………………………………...11-13

7. Начертить принципиальные схемы объемного гидропривода с открытой и закрытой схемами циркуляции жидкости. Сравнить их и указать назначение основных элементов…………………………………………………………..13-16
8. Дать краткую классификацию насосов и гидродвигателей. Начертить принципиальную схему насоса и определить его основные параметры: теоретическую производительность, рабочий объем, полезную и приводную мощность. Описать принцип его работы……………………………………16-18

 

 

 

ЗАДАНИЕ 2

1. Начертить принципиальную схему клапанного поршневого насоса эксцентрикового типа и описать его работу…………………………..…….18-21
2. Принципиальные особенности высокомоментных гидродвигателей и перспективы их применения в горных машинах. Привести схему и кратко описать работу пластинчатых высокомоментных гидродвигателей……....21-23
3. Вычертить принципиальную схему и кратко описать принцип работы дросселя с регулятором ………………………………………………………23-26
4. Начертить принципиальную схему гидропривода с дроссельным регулированием. Перечислить элементы гидропривода……………...……..27
5. Назначение и принцип действия гидроаккумуляторов. Фильтры и схемы фильтрации…………………………………………………………………….28-31
6. Гидродинамические передачи. Назначение, область применения и варианты передач. Принцип устройства и работы, конструктивные особенности и характеристики турботрансформаторов……………………………………..31-33
7. Список используемой литературы………………………………………………34

 

 

Задание № 1

 

1. Перечислите преимущества, которое обеспечивает применение гидропривода в горных машинах.

 

Применение гидроприводов в горных, машинах является одним из основных направлений технического прогресса в горной промышленности. Масштабы применения гидропривода в горных машинах растут непрерывно. Это объясняется значительными преимуществами машин с гидроприводом.

Достоинства гидропривода

1. Обеспечивается возможность бесступенчатого регулирования скорости на выходе в широких пределах. Горные машины имеют тяжелые  условия работы и требуют изменения скорости в процессе работы (скорости перемещения, подачи на забой).
2. Обеспечивается надежное ограничение максимальных нагрузок и предохранение машины от поломок. Для горных машин свойственна большая неравномерность нагрузок на рабочих органах.
3. Обеспечивается упрощение механических передач, а при использовании высокомоментных гидродвигателей возможно полное их устранение. Для горных машин свойственны малые скорости на рабочих органах. Это приводит к значительной сложности механических передач.
4. Обеспечивается независимость расположения отдельных узлов, что упрощает компоновку машины. Независимость расположения осей насоса и гидродвигателя создает большие компоновочные удобства и позволяет уменьшить вес и габариты машины. (Вес и габариты гидропривода на 15-20% меньше электропривода такой же мощности).
5. Создаются благоприятные условия для автоматизации рабочих процессов.

6. Возможно получение больших усилий при ограниченных габаритах силовой передачи.

7. Возможно получение прямолинейных движений без каких-либо преобразований (система "насос - силовой цилиндр").

Применение гидропривода имеет решающее значение в улучшении эксплуатационных качеств горных машин.

2. Какие рабочие жидкости применяются в гидроприводах горных машин. Их сравнение и область применения.

В качестве рабочих жидкостей в гидроприводе используются:

- вода;

- водно-масляные эмульсии;

- синтетические жидкости;

- минеральные масла.

Вода в качестве рабочей жидкости гидропривода используется в гидрошахтах (например, в ручных гидросверлах). Основные ее достоинства - низкая стоимость, стабильная вязкость и негорючесть. Недостатки - коррозийность, отсутствие смазывающих свойств, ограниченный диапазон температур. Известны работы по использованию воды как рабочей жидкости в комбайнах К-56Г и турбомуфтах.

Водно-масляные эмульсии применяются в системах гидропривода с большими объемами жидкости, например, в механизированных крепях. Они представляют собой смесь воды (95-98%) со специальными присадками (2-5%), которые придают эмульсин антикоррозийность. Примером может служить присадка ВНИИНП-117, представляющая собой экстракт (извлечение) трансформаторного масла (ВНИИНП - Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтяной промышленности).

Основные достоинства водно-масляных эмульсий:

- негорючесть;

- стабильная вязкость;

- низкая стоимость.

Замена минерального масла в механизированных крепях водно-масляной эмульсией обусловлена стремлением снизить затраты на добычу угля. Так, если принять расход масла на одну тонну угля равным одному литру, то при производительности бассейна 10 млн. тонн угля в год расход масла составит 10 млн. литров. Даже при стоимости масла 0,2 руб./л затраты на масло достигнут 2 млн.руб. в год.

Недостатки водно-масляных эмульсий:

- ограниченный диапазон температур;

- малая вязкость (в 20 раз меньше, чем масел при t=50°). Практически это вязкость воды. Перевод механизированных крепей на водно-масляные эмульсии потребовал полной замены распределительной и регулирующей аппаратуры.

В настоящее время проводятся работы по применению водно-масляных эмульсий в гидроприводах с ограниченными объемами жидкости (в турбомуфтах и объемном гидроприводе).

Синтетические жидкости получаются в результате синтеза органических соединений и представляют собой различные эфиры (синтез - получение сложных соединений из более простых). Они бывают водные (35-60%) и безводные. Обладают хорошими смазывающими свойствами. Главное преимущество по сравнению с водно-масляными эмульсиями - более высокая вязкость (позволяет использовать существующую гидроаппаратуру). Главный недостаток - высокая стоимость. Водные синтетические жидкости имеют также ограниченный диапазон температур. Использование синтетических жидкостей находится пока в стадии экспериментов.

Минеральные масла получили широкое применение в качестве рабочих жидкостей гидропривода. Они получаются из нефти путем перегонки. При нагревании нефти выделяются бензины, лигроины (моторное топливо для тракторов), осветительные масла, мазут (густая темная жидкость - котельное топливо). При перегонке и химической обработке мазута выделяются легкие "Л", средние "С" и тяжелые "Т индустриальные масла. Далее остаются цилиндровые масла и масляный гудрон.

Полученные индустриальные масла подвергаются очистке с помощью серной кислоты, щелочи, глин. Смешиваются в различных пропорциях и в результате получаются специальные масла - турбинные, автотракторные, авиационные и др. Для улучшения эксплуатационных качеств в масла добавляют специальные присадки, которые улучшают какие-то свойства рабочей жидкости. Например, моющие присадки предотвращают отложение смол, нагаров. Прстивокоррозийные-ингибиторные (замедлители) - предотвращают коррозию. Применяют простые и комплексные присадки (улучшают несколько свойств).

3. Свойства жидкости, влияющие на работу гидропривода

На работу гидропривода оказывают влияние следующие свойства жидкости:

- плотность;

- юкость;

- сжимаемость;

- химическая стойкость.

Плотность рабочей жидкости

Плотность жидкости - это единичная масса, т.е. ее масса в единице объема. Если m- масса жидкости, V - ее объем, то плотность:

Размерность плотности а системе СИ - кг/м3. Удельным весам жидкости называется вес единицы о вес жидкости, то удельный вес

 

Размерность удельного  веса в системе СИ - Н/м3. Поскольку G=mg ,то

        

Плотность жидкости оказывает влияние на величину давления. Чем больше плотность, тем больше инерция ж больший перепад давления необходим (тем большее требуется трубопроводов).

Вязкость рабочей жидкости

Вязкостью называется свойство жидкости сопротивляться сдвигу или относительному смещению слоев. Вязкость - это результат действия сил трения в жидкости.

Экспериментально установлено, что скорость движения жидкости в трубопроводе изменяется по параболическому закону и у трубопровода она фактически равна нулю. Согласно рисунку 1.

Рисунок 1

 

d - приращение скорости при изменении нормали на dn;

d /dn - приращение скорости на единицу длины нормали. Это градиент скорости.

При изменении нормали от стенки к оси трубопровода приращение скорости и градиент будут положительными.

 Согласно гипотезе  Ньютона (она высказана в 1686 г. и подтверждена Тетровым  в 1883 г.) сила зрения в жидкости зависит от вязкости жидкости (коэффициент динамической вязкости ), площади трущихся шостей (слоев) S и относительной скорости перемещения слоев - градиента скорости d /dn . Сила внутреннего трения

ели принять S = 1, d = 1, dn = 1, то Т = . Следовательно, коэффициент динамической вязкости соответствует силе (в Н), которую необходимо приложить к слою площадью 1 м², расположенному на расстоянии другого слоя, чтобы он двигался относительно этого слоя со скоростью 1 м/с (предполагается, что пространство между слоями заполнено жидкостью).

Размерность коэффициента динамической вязкости определяется из

 

Кроме динамической вязкости пользуются еще понятием кинематической  вязкости, которая характеризуется коэффициентом кинематической вязкости (греческая буква "ню"). Кинематической вязкостью называется отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости

Размерность кинематической вязкости вытекает из

 Сила в системе СИ является производной. Размерность Ньютона . Поэтому размерность коэффициента кинематической вязкости

В абсолютной системе  единиц CGS называется стоком и обозначается Ст. Кинематическая вязкость, измеренная в мм²/с называется стоксом и обозначается сСт.

Динамическая и кинематическая вязкости определят, специальных приборов, которые называются вискозиметрами.

На практике вязкость жидкости определяют еще в условных единицах или градусах Энглера (°Е).

Относительная или условная вязкость представляет собой отношение времени истечения 200 см³ испытуемой жидкости через отверстие диаметром 2,8 мм ко времени истечения через то же отверстие 200 см³ воды. Для воды при t=20°C это время равно 50-52 с.  называется градусами Энглера °Е или градусами условной вязкости измеряют при температуре 20, 50 и 100°С.

Зависимость вязкости от температуры не подчиняется строгим математическим законам и определяется экспериментально (графически или по эмпирическим зависимостям. С повышением температуры вязкость жидкости уменьшается. Изменение вязкости от температуры происходит в очень широких пределах (в сотни раз).

При повышении температуры от 20 до 75°С вязкость уменьшается в 7 раз (масло АМГ-10, t = +50°С, v = 10,1 сСт, t = - 50°, v = 1250 сСт) .