Роль гидравлики в современном машиностроении

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

"Гродненский государственный университет имени Янки Купалы"

Факультет инновационных технологий машиностроения

Контрольная работа

по дисциплине

Пневматические и гидравлические системы автомобилей.

Специальность: Техническая эксплуатация автомобилей

Содержание

Введение

1. Виды движения жидкости, элементы потока

2. Гидротрансформаторы, устройство, работа, применение

3. Вальные насосы, виды потерь; снижение неравномерности подачи жидкости

Заключение

Литература

Введение

Решение различных технических проблем, связанных с вопросами движения жидкостей в открытых и закрытых руслах, а также с вопросами силового воздействия жидкости на стенки сосудов или обтекаемые жидкостью твердые тела привело к созданию обширной науки называемой гидромеханикой (или гидравлика).

Исторически гидравлика является одной из самых древних наук в мире. Археологические исследования показывают, что еще за 5000 лет до нашей эры в Китае, а затем в других странах древнего мира найдены описания устройства различных гидравлических сооружений, представленные в виде рисунков (первых чертежей).

Роль гидравлики в современном машиностроении трудно переоценить. Любой автомобиль, летательный аппарат, морское судно не обходится без применения гидравлических систем. Добавим сюда строительство плотин, дамб, трубопроводов, каналов, водосливов.

Основные виды движения жидкости: равномерное и неравномерное; установившееся и неустановившееся; напорное и открытое (безнапорное); ламинарное и турбулентное.

Установившимся стационарным движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости - скорость движения v и гидродинамическое давление р не изменяются с течением времени, т.е. зависят только от координат точки.

Неустановившимся (нестационарным) движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости - скорость движения v и гидродинамическое давление р - постоянно изменяются, т.е. зависят не только от положения точки в пространстве, но и от времени t.

Примером установившегося движения может быть: движение жидкости в канале, в реке при неизменных глубинах, истечение жидкости из резервуара при постоянном уровне жидкости в нем и др. Неустановившееся движение - это движение жидкости в канале или реке при переменном уровне или при опорожнении резервуара, когда уровень жидкости в нем непрерывно изменяется.

Установившееся движение в свою очередь подразделяется на равномерное и неравномерное.

Равномерным называется такое установившееся движение, при котором сечения вдоль потока не изменяются, средние скорости по длине потока также не изменяются. Примером равномерного движения является: движение жидкости в цилиндрической трубе, в канале постоянного сечения при одинаковых глубинах.

Установившееся движение называется неравномерным, когда распределение скоростей в различных поперечных сечениях неодинаково; при этом средняя скорость и площадь поперечного сечения потока могут быть и постоянными вдоль потока. Примером неравномерного движения может быть движение жидкости в конической трубе или в речном русле переменной ширины.

Напорным называется движение жидкости, при котором поток полностью заключен в твердые стенки и не имеет свободной поверхности. Напорное движение происходит вследствие разности давлений и под действием силы тяжести. Примером напорного движения является движение жидкости в замкнутых трубопроводах (например, в водопроводных трубах).

Безнапорным называется движение жидкости, при котором поток имеет свободную поверхность. Примером безнапорного движения может быть: движение жидкости в реках, каналах, канализационных и дренажных трубах. Безнапорное движение происходит под действием силы тяжести и за счет начальной скорости. Обычно на поверхности безнапорного потока давление атмосферное.

При ламинарном режиме жидкость движется отдельными струями без их перемешивания, отсутствуют видимые вихреобразования, но существуют бесконечно малые (точечные) вихри вокруг мгновенных центров вращения частиц жидкости.

При турбулентном режиме течения происходит интенсивное перемешивание струек (слоев) жидкости с образованием большого количества крупных и мелких вихрей. Отдельные частицы жидкости движутся хаотично, и практически ни одна из них не повторяет траекторию другой. Они перемещаются как в продольном, так и в поперечном направлениях. Поэтому скорости и давления при турбулентном течении имеют пульсирующий характер.

Следует отметить еще один вид движения: свободную струю.

гидравлика гидротрансформатор насос жидкость

Свободной струей называется поток, не ограниченный твердыми стенками. Примером может служить движение жидкости из пожарного брандспойта, гидромонитора, водопроводного крана, из отверстия резервуара и т.п. В этом случае движение жидкости происходит по инерции (т.е. за счет начальной скорости) и под действием силы тяжести.

Плавно изменяющимся называется такое движение жидкости, при котором кривизна струек незначительна (равна нулю или близка к нулю) и угол расхождения между струйками весьма мал (равен нулю или близок к нулю), т.е. практически поток жидкости мало отличается от параллельноструйного.

Отметим следующие свойства потока при плавно изменяющемся движении:

. поперечные сечения потока плоские, нормальные к оси потока;

. распределение гидродинамических давлений по сечению потока подчиняется закону гидростатики, т.е. гидродинамические давления по высоте сечения распределяются по закону прямой.

. удельная потенциальная энергия (т.е. потенциальная энергия единицы веса жидкости) по отношению к некоторой плоскости сравнения для всех точек данного сечения потока жидкости есть величина постоянная.

2. Гидротрансформаторы, устройство, работа, применение

Гидропередача - это устройство для передачи механической энергии посредством потока жидкости. В состав гидропередачи входят насос, гидравлический двигатель и соединительные трубопроводы с рабочей жидкостью. Гидропередачи, использующие динамические гидромашины, называются гидродинамическими.

Гидравлические муфты, состоящие из насосного и турбинного колес, служат для передачи энергии без изменения вращающего момента, т.е. вращающие моменты на входном и выходном валах гидромуфты практически одинаковы.

Гидравлические трансформаторы, кроме насосного и турбинного колес, имеют хотя бы одно дополнительное колесо. Оно на большинстве режимов работы неподвижно, т.е. является неактивным (реактивным), поэтому его принято называть реактором.

Включение в состав гидротрансформатора реактора позволяет ему изменять (трансформировать) передаваемый вращающий момент.

Таким образом, вращающие моменты на входном и выходном валах гидротрансформатора на большинстве режимов работы различны.

Устройство и рабочий процесс гидротрансформатора.

Основными элементами гидравлического трансформатора являются три соосно установленных лопастных колеса - насосное, турбинное и реактивное (реактор), а также корпус, подшипники и другие вспомогательные детали.

На осевом разрезе гидротрансформатора (рис.1, а) показаны насосное колесо Н, турбинное колесо Т, реактивное колесо (реактор) Р и корпус гидротрансформатора К, а также муфта свободного хода М. Основным конструктивным отличием колес гидротрансформатора от колес гидромуфты является сложный криволинейный профиль их лопаток (рис.1, б).

Н - насосное колесо; Т - турбинное колесо; Р - реактивное колесо (реактор); К - корпус; М - муфта свободного хода

Рисунок 1 - Конструктивная схема гидротрансформатора:

а - осевой разрез; б - развертка лопастной системы;

Насосное колесо Н приводится во вращение вращающим моментом М₁, двигателя. Жидкость, находящаяся в межлопаточном пространстве насоса, раскручивается с угловой скоростью ω₁, и отбрасывается от оси вращения к периферии колеса - от точки 1 к точке 2 (рис.1, б). При этом каждая частица жидкости приобретает кинетическую энергию и скорость в направлении вращения колеса. В окрестностях точки 2 поток жидкости перемещается с насосного колеса на турбинное колесо Т (рис.1, а).

В межлопаточном пространстве турбинного колеса жидкость воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение с угловой скоростью ω₂,. При этом частицы жидкости постепенно теряют кинетическую энергию, полученную в насосном колесе, и движутся от периферии к оси вращения (от точки 2 к точке 3). В окрестностях точки 3 поток жидкости перемешается с турбинного колеса Т на реактор Р (рис.1, а)

Затем поток жидкости проходит через межлопаточное пространство неподвижного реактора от точки 3 к точке 1 и в окрестностях точки 1 перемешается на насосное колесо. Далее рабочим процесс повторяется, т.е. жидкость циркулирует в межлопаточном пространстве колес по замкнутому контуру с расходом Q.

Реактор Р служит для изменения вращающего момента на гидротрансформаторе, т.е. для получения на выходном валу вращающего момента М₂ отличного, от входного М₁. Для более подробного рассмотрения рабочего процесса в гидротрансформаторе на (рис.1. б) приведена условная развертка его колес. На этой развертке показана траектория движения частицы жидкости через его рабочие колеса. Эта частица перемещается вдоль криволинейной лопатки насосного колеса от точки 1 к точке 2. В точке 2 она "срывается" с насосного колеса и "ударяет" в точке 2^’ по лопатке турбинного колеса. Затем частица жидкости перемещается вдоль криволинейной лопатки турбинного колеса от точки 2’ к точке 3, потом уходит с турбинного колеса в реактор и перемещается вдоль лопатки реактора от точки 3’ до точки 1’. В точке 1’ частица уходит с реактора и попадает в точке 1 на лопатку насосного колеса. Далее рабочий процесс повторяется.

Изменение вращающего момента с М₁ на насосном колесе до М₂ на турбинном колесе происходит за счет дополнительной закрутки потока лопатками реактора, т.е. за счет изменения вектора скорости от v₃ до v₁ (рис.1,6).

Необходимо отметить, что у каждого гидротрансформатора существует частный режим работы, когда векторы v₁ и v₃ одинаковы. На этом частном режиме обеспечивается равенство моментов М₁ = М₂. При отклонении от него указанное равенство нарушается, причем оно может нарушаться как в одну сторону (М₁ > М₂), так и в другую (М₁ < М₂).

Применение гидротрансформаторов ограничивается недостаточно высокими КПД. Их максимальные значения составляют 0,80.0,93.

Основное применение он нашли в автомобильных трансмиссиях (широко применяются в автомобилях, автобусах, строительных, дорожных и подъемно-транспортных машинах).

3. Вальные насосы, виды потерь; снижение неравномерности подачи жидкости

В поршневых возвратно-поступательных насосах <#"580527.files/image002.gif"> 

Первым из этих способов является применение многокамерных насосов. В этом случае нагнетание осуществляется несколькими вытеснителями по очереди или одновременно. На (рис.3, б) представлен график подачи трехпоршневого насоса, на котором тонкими линиями показаны подачи отдельных рабочих камер, а толстой - суммарная подача насоса. Конструкции многокамерных насосов весьма разнообразны, но в большинстве случаев это насосы с несколькими рабочими камерами в одном корпусе. При увеличении числа рабочих камер с целью уменьшения неравномерности подачи предпочтение следует отдавать насосам с нечетным числом камер.

Вторым способом снижения неравномерности подачи жидкости является установка в гидролинию на выходе насосов гидравлических аккумуляторов. На (рис.3, в) приведена схема насоса с гидравлическим аккумулятором, который представляет собой замкнутую емкость, разделенную гибкой диафрагмой на две полости. При ходе нагнетания часть подаваемой насосом жидкости заполняет нижнюю полость гидроаккумулятора, а газ (воздух) в верхней полости сжимается. При ходе всасывания давление в трубопроводе снижается и жидкость из гидроаккумулятора вытесняется сжатым газом. График подачи Q во времени t такого устройства приведен на рис.3, а.

Следует отметить, что вместо термина гидроаккумулятор в литературе используется также термин воздушный колпак.

Заключение

Гидравлика дает методы расчета и проектирования разнообразных гидротехнических сооружений (плотин, каналов, водосливов, трубопроводов для подачи всевозможных жидкостей), гидромашин (насосов, гидротурбин, гидропередач), а также других гидравлических устройств, применяемых во многих областях техники.

Особенно велико значение гидравлики в машиностроении, где широко используют различные гидроагрегаты в качестве систем жидкостного охлаждения, топливоподачи, смазочных и др.

Литература

1. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы /Т.М. Башта [и др.]. - М.: Машиностроение, 1982.

. Лепешкин, А.В. Гидравлические и пневматические системы/А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин; под ред. проф. Ю.А. Беленкова. - 4-е изд. стер. - М.: Изд. центр "Академия", 2007.

. Башта, Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика /Т.М. Башта. - М.: Машиностроение, 1972.