Расчет гидросистемы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФИЛИАЛ  ГОУ ВПО МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ИНДУСТРИАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА

В Г. ВЯЗЬМЕ СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

 

 Тема: «Расчет гидросистемы»

Дисциплина: «Гидравлика и гидропневмопривод»

Специальность: 190201 «Автомобиле- и тракторостроение»

Группа: 06Ад21

Студент: Розененков А.А.

Преподаватель: Харин В.А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2008 г

Задание на курсовую работу

      Насос 1 гидросистемы продольной подачи стола металлорежущего  станка нагнетает  (ρ = 900 кг/м³) из бака 2 через распределитель 3 к гидроцилиндру 4, корпус которого жестко связан со столом 5. Для управления скоростью перемещения стола 5 в систему включен регулируемый дроссель 6. Направление движения стола 5 зависит от положения распределителя 3. Скорость движения стола 5 устанавливается перемещением рукоятки 7 дросселя 6, так как при этом изменяется дросселирующая длина l др и следовательно сопротивление дросселя 6. (рис 1)

   Графоаналитическим методом, пренебрегая  инерционными свойствами жидкости  и механических частей определить рабочую точку, если lдр = 10 см, скорость движения стола Vс; усиление резаньем Р; диаметры цилиндра D и штока d; внутренний диаметр трубопровода dтр и длины l участков трубопровода с эквивалентной шероховатостью труб Кэ = 0,05 мм.

   Характеристика насоса Qн = f(Pн) при n = const задана двумя точками: Q max = 380 cм³/с. – Рн = 0 и Q = 350 см³/с. – Рн = 2,2 Мпа. КПД насоса η = 0,9 остальные исходные данные приведены в таблице.

   Графическая часть курсовой работы  должна включать в себя схему гидросистемы с подачи стола металлорежущего станка по ЕСКД, эквивалентные гидравлические схемы, характеристики насоса и трубопровода.  
 
 

 

         
 
 
 
 
 
 
 
 

  
 
 

                                                                                                                                                                 

                                          

СодержаниеПРИЛОЖЕНИЯ   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Введение

    Курсовая  работа является завершающим этапом изучения дисциплины «Гидравлика и  гидропневмопривод» и имеет целью  закрепить теоретические знания студента в области гидравлики, гидромашин и гидропневмопривода, получить навыки в применении этих знаний к решению конкретных технических задач.

    Задачами  курсовой работы являются: 

    овладение методикой гидравлического расчета  простых и сложных  трубопроводов;

    получение навыков в составлении расчетных  схем гидросистем;

    выработка способностей к построению характеристик  трубопроводов и графическому определению  рабочей точки гидросистемы;

    получение умений пользоваться стандартами, справочной и другой специальной литературой.

  Гидравлика  — это наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению  конкретных технических задач. С  гидравликой связаны отрасли  науки и техники, занимающиеся созданием, исследованием и использованием различных гидравлических машин: насосов, турбин, гидропередач и гидропривода. Часто описание теории этих машин, их устройства и принципов работы объединяют в одном учебном предмете «Гидравлика и гидравлические машины».

  В настоящее время приходится сталкиваться с задачами, при решении которых одновременно используются методы теоретической и технической гидромеханики. Поэтому различие в методах этих двух ветвей одной и той же науки постепенно исчезает. Современная гидравлика представляет собой самостоятельную, сформировавшуюся отрасль знаний, находящую применение в различных областях техники.

  

1. Теоретическая часть

1.1 Основы гидравлического  расчета трубопроводов

    В современной технике применяются  трубопроводы различного назначения, служащие для перемещения разнообразных жидкостей и изготовленных из различных материалов.

    Все трубопроводы могут быть разделены  на простые и сложные. Простым  трубопроводом называется трубопровод  без разветвлений постоянного или  переменного сечения. Сложные трубопроводы – трубопроводы с разветвлениями, составленные из последовательно и параллельно соединенных простых трубопроводов или ветвей с непрерывной раздачей жидкости кольцевые, а также с насосной подачей жидкости (разомкнутые и замкнутые).

    При расчете трубопроводов возможны различные сочетания известных и требующих  определения величин. В общем случае расчет трубопроводов удобно вести в следующем порядке:

    — схема трубопровода разбивается  на участки, отличающиеся один от другого  характером или величиной сопротивлений;

    — устанавливаются исходные данные для  отдельных участков и всей гидросети;

    — с помощью формул и таблиц определяются коэффициенты местных сопротивлений;

    — определяются потери давления на каждом участке.

    Исходными уравнениями для расчета трубопроводов является уравнение баланса напора (уравнение Бернулли), дающая связь между давлением, средней скоростью потока жидкости и геометрической высотой в различных сечениях потока и уравнение неразрывности (уравнение расхода).

    При выборе сечений для записи уравнения Бернулли следует руководствоваться следующим:

    Сечение выбирается на прямолинейном участке  трубопровода.

    Для одного из сечений должны быть известны величины Z, P, V_СР, а для другого – одна или две из них подлежащих определению.

    Гидравлические  потери удельной энергии (давления) обычно разделяются на местные потери (Н_М) и потери на трение (Н_ТР) по длине прямолинейного участка трубопровода.

    Потери  на трение по длине трубопровода определяются по формуле Дарси:

, м;                                             (1.1)

   где: λ – коэффициент гидравлического трения.

    Или в единицах давления:

, Па;                                           (1.2)

    Так как при ламинарном режиме движения жидкости λ = 64/Re, а Re =                = V_СР×d/n то:

, Па;                                       (1.3)

      Имея в виду, что V_СР = 4∙Q / π∙d² получим:

, Па;                                       (1.4)

    Обозначив к = 128 ∙ l ∙ ν ∙ρ / π ∙d⁴ получим:

∆Р_ТР = к ∙Q, Па                                           (1.5)

    Местные потери напора (давления) определяют по формуле Вейсбаха:

, м                                            (1.6)

    Или в единицах давления:

, Па                                       (1.7)

    где: ζ – коэффициент местного сопротивления.

    При ламинарном режиме движения при замене местных сопротивлений эквивалентной  длиной трубопровода получим:

, Па;                                    (1.8)

    где: l_ЭКВ – эквивалентная местному сопротивлению длина трубопровода.

∆Р_М = к′∙Q, Па                                              (1.9)

    где: к′ = 128 ∙ l ∙ ν ∙ρ / π ∙d

1.2 Гидравлические характеристики  трубопроводов и рабочая точка

    Характеристикой трубопровода называется графическая  или  аналитическая зависимость  суммарной потери напора (давления) в трубопроводе от расхода:

,                                             (1.10)

    где i – номер участка.

    В случае последовательного соединения трубопроводов (рис. 1.1) предварительно строятся характеристики отдельных  его участков (кривые 1, 2, 3 на рис. 1.2).

  Рис. 1.1. Схема трубопровода с последовательным соединением труб 

    Далее, так как при последовательном соединении участков расход сохраняется, то есть:

Q = Q₁ = Q₂ =…= Q_i , м³/с                                 (1.11)

    Потери  давления суммируются, то есть:

, Па                         (1.12)

    На  графике (рис. 2.2) это выражается сложением характеристик по вертикали. Кривая 4 будет соответствовать характеристике всего трубопровода.

Рис. 1.2. Характеристика трубопровода с последовательным соединением труб 

    В случае параллельного соединения трубопроводов (рис. 1.3), так же предварительно строятся характеристики отдельных ветвей (кривые 1, 2, 3 рис. 1.4). Далее, так как при параллельном соединении трубопроводов вполне очевидно, что расход магистрального трубопровода до разветвления и после соединения ветвей остается неизменным, т. е.:

Q = Q₁ + Q₂ + … + Q_i , м³/с                                     (1.13)

    А потери давления во всех ветвях, соединенных  параллельно, одинаковы и расчетах складываются, т. е.

, Па                                   (1.14)

Рис 1.3. Схема трубопровода с параллельным соединением труб

   Рис. 1.4. Характеристика трубопровода  с параллельным соединением труб.

    На  графике это выражается сложением  характеристик по горизонтали. Кривая 4 будет соответствовать суммарной  характеристике всего параллельно соединенного трубопровода.

    В общем случае, когда трубопровод  состоит из участков со смешанным  соединением, т. е. на участках, соединенных  между собой как последовательно, так и параллельно, суммарная  характеристика всего трубопровода находится последовательным сложением характеристик всех отдельных участков трубопровода, при этом по горизонтали суммируются характеристики параллельных участков, а по вертикали – последовательно соединенных участков.

    В случае ламинарного режима движения жидкости наложенный принцип построения гидравлических характеристик охраняется, однако в том случае они будут представлены прямыми линиями в соответствии с тем, что между потерей давления и расходом  существует линейная зависимость. 
 
 

Рабочая точка.

    Одним из основных способов подачи жидкости в трубопровод является принудительная подача ее насосом. Принцип расчета трубопроводов с насосной подачей основан на том, что энергия, сообщаемая насосом потоку жидкости, расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений в трубопроводе, перепада высот на входе и выходе из трубопровода, а также создание в конечном (или промежуточном) сечении трубопровода заданного давления.

    Для обеспечения устойчивой работы насоса на трубопровод должно быть обеспечено равенство:

Н_НАС = Н_ПОТР, м                                        (1.15)

    где: Н_НАС – напор насоса или приращения энергии единицы веса жидкости при прохождения ею насоса;

          Н_ПОТР – потребный напор трубопровода, определяемый по формуле: