Организация технического обслуживания и ремонта подьемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования в различных условиях

ДИВНОГОРСКИЙ   ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

 

Контрольная работа №1

МДК.02.01. Организация технического обслуживания и ремонта подьемно-транспортных, строительных, дорожных машин и оборудования в различных условиях эксплуатации.

Раздел. 3

 

По дисциплине: Гидравлика и Гидропневмопривод.

Вариант №       2      учащийся      5     курса     541     группы     «Д»___   

ФИО учащегося     Балдин Владимир Владимирович.

Шифр учащегося      4422.

Домашний адрес: г.Кодинск, ул. Колесниченко. д 4(а). кв. 81.

Дата выполнения. 4.11.2013 г.

Оценка  «______»                                                                                      2013г.

Преподаватель. Рязанцев. Валерий. Борисович.

Подпись.         

Вх. №____________________________«______»___________________2013г.   

Исх. №___________________________«______»___________________2013г. 

 

 

 

                                            Дивногорск 2013г.

Содержание.  

1.Свойства гидростатического давления.                                          

    Основное уравнение  гидростатики. Понятие о вакууме.             Стр.3- 6.

2.Объемный гидропривод: состав, понятие о гидродвигателях и

    гидропередачах с разомкнутой циркуляцией жидкости.             Стр.7- 14

3.Гидрораспределители: назначение, виды, устройство,

    принцип действия, применение.                                                     Стр.15- 24

4. Литература.                                                                                       Стр.25 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           1. Свойства гидростатического давления.                                          

    Основное уравнение  гидростатики. Понятие о вакууме.

Гидростатическое давление имеет три основных свойства.

Первое свойство. Гидростатическое давление направлено всегда по внутренней нормали к поверхности, на которую оно действует.

Рассмотрим силу гидростатического  давления Р, приложенную в точке С под углом к поверхности А—В объема жидкости, находящегося в покое (рис. ). Тогда эту силу можно разложить на две составляющие: нормальную Рп и касательную Рt к поверхности А—В. Касательная составляющая—это равнодействующая сил трения, приходящихся на выделенную поверхность вокруг точки С. Но так как жидкость находится в покое, то силы трения отсутствуют, т. е. Рt =0.

Следовательно, сила гидростатического  давления Р в точке С действует лишь в направлении силы Рп, т. е. нормально к поверхности А—В. Причем направлена она только по внутренней нормали. При предположении направления силы гидростатического давления по внешней нормали возникнут растягивающие усилия, что приведет жидкость в движение. А это противоречит условию. Таким образом, сила гидростатического давления всегда сжимающая, т. е. направлена но внутренней нормали.

 

Второе свойство состоит в том, что в любой точке внутри жидкости давление по всем направлениям одинаково. Иначе это свойство давления звучит так: на любую площадку внутри объёма жидкости, независимо от её угла наклона, действует одинаковое давление.

Докажем второе свойство..

Для доказательства этого  свойства выделим в жидкости, находящейся  в равновесии, частицу в форме  треугольной призмы с основанием в виде прямоугольного треугольника А—В—С. Будем рассматривать этот объём в некоторой произвольной системе координат X,Y,Z. При этом ось у перпендикулярна плоскости. Заменим действие жидкости вне призмы на ее боковые грани гидростатическим давлением соответственно Pх, Pz, Pе.

Кроме этих сил на призму действует сила тяжести dG, равная весу призмы g*dz*dx*dy/2.

Силой тяжестью можно пренебречь. Так как она будет величиной 3-го порядка малости, а силы действующие на грани призмы 2 –го порядка малости.

Так как частица жидкости находится в равновесии, в покое, то сумма проекций всех сил, приложенных  к ней, на любое направление равна  нулю т.е.

    

   

Подставляя dz=de sina и dx=de cosa   в предыдущие  уравнения и разделив каждое уравнение dy, получим

    

     

Из выражений следует 

Следовательно, гидростатическое давление на наклонную грань Ре одинаково  по величине с гидростатическим давлением  на вертикальную и горизонтальную грани. Так как угол наклона грани a взят произвольно, то можно утверждать, что гидростатическое давление в любой точке жидкости действует одинаково по всем направлениям.

Третье свойство. Гидростатическое давление в точке зависит только от ее координат в пространстве, т. е.

Это свойство не требует  специального доказательства, так как  очевидно, что по мере увеличения заглубления  точки под вровень давление в  ней будет возрастать и, наоборот, по мере уменьшения заглубления —  уменьшаться.

Основным законом (уравнением) гидростатики называется уравнение.

,

где

 — гидростатическое давление (абсолютное или избыточное) в произвольной точке жидкости,

 — плотность жидкости,

 — ускорение свободного падения,

 — высота точки над плоскостью сравнения (геометрический напор)

 — гидростатический напор.

Уравнение показывает, что  гидростатический напор во всех точках покоящейся жидкости является постоянной величиной.

Иногда основным законом  гидростатики называют принцип Паскаля.

Принцип Паскаля,- по которому всякое изменение давления в какой-либо точке покоящейся жидкости, не нарушающее ее равновесия, передается в остальные ее точки без изменения.  

                                                Понятие о вакууме.

Вакуум (от лат. vacuus — пустой) — пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлении значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером среды d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий ( ), средний ( ) и высокий ( ) вакуум.

 

 

 

 

 

 

 

2. Объемный гидропривод: состав, понятие о гидродвигателях и

    гидропередачах с разомкнутой циркуляцией жидкости.

Объемным гидроприводом  называется гидравлическая система, в  которой в качестве гидравлической передачи применяются насосы и гидродвигатели объемного действия. Работа объемного гидропривода основана на использовании свойства несжимаемости капельной жидкости и передачи давления по закону Паскаля. Примером объемного гидропривода простейшей конструкции может служить гидравлический пресс, изображенный на рисунке  
 
Гидродинамическим приводом называется гидравлическая система, в которой в качестве гидравлической передачи применяются лопастные насосные и турбинные колеса, расположенные соосно на предельно близком друг от друга расстоянии. Перенос энергии от ведущего звена в ведомому осуществляется потоком жидкости, а крутящий момент передается в результате изменения момента количества движения рабочей жидкости в рабочих колесах. При этом ведущий и ведомый валы механически не связаны между собой. Благодаря этим особенностям гидродинамический привод чаще называют гидродинамической передачей.⁴ 
 
Объемные гидроприводы подразделяются по виду источника энергии на три типа: 
 
1 Насосный гидропривод — гидропривод, использующий для подачи рабочей жидкости насосы объемного действия. Насосные гидроприводы бывают с замкнутой циркуляцией, когда жидкость от гидродвигателя поступает во всасывающую линию насоса, и с разомкнутой циркуляцией, когда жидкость от гидродвигателя поступает в гидробак. 
 
Насос гидропривода может приводиться в движение электродвигателем, турбиной, дизельным, карбюраторным двигателями, двигателем внутреннего сгорания и др. 
 
2. Аккумуляторный гидропривод — гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от предварительно заряженного гидроаккумулятора. Такие гидроприводы используются в системах с кратковременным рабочим циклом. 
 
3. Магистральный гидропривод, в котором рабочая жидкость подается в гидродвигатель от гидромагистрали, питающей от насосной станции одновременно несколько гидроприводов. 
 
По характеру движения выходного звена различают гидроприводы поступательного, поворотного и вращательного движения. Гидроприводы бывают регулируемые и нерегулируемые. По способу регулирования скорости гидроприводы делят на три типа: 
 
1. С дроссельным регулированием, когда для регулирования скорости производится дросселирование потока рабочей жидкости и часть потока отводится, минуя гидродвигатель. 
 
2. С объемным регулированием, когда регулирование скорости производится в результате изменения рабочих объемов насоса или гидродвигателя. 
 
3. С объемно-дроссельным регулированием, когда регулирование скорости осуществляется одновременно двумя способами. 
 
Если скорость выходного звена гидропривода поддерживается постоянной и не зависит от внешних воздействий, то гидропривод называется стабилизированным. 
 
Если скорость выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости от задающего воздействия, то гидропривод называется следящим. 
 
Жидкость, применяемая в гидроприводах в качестве рабочего тела, одновременно является смазывающим и охлаждающим агентом, обеспечивает защиту деталей от коррозии и надежную работу всех узлов гидропривода. 
 
Гидроприводы и гидропередачи находят широкое применение в различных областях техники. Это объясняется рядом достоинств, которыми обладают гидроприводы. Отметим наиболее важные из них: 
бесступенчатое регулирование скоростей в широком диапазоне; 
получение больших сил и мощностей при малых размерах и весе механизма; 
получение различных видов движения, возможность частых и быстрых переключении; 
возможность больших перегрузок по мощности и моменту без вредных последствий этих перегрузок; 
возможность автоматизации и дистанционного управления; 
простота кинетической схемы по сравнению с механическим приводом; 
самосмазываемость элементов, что исключает операцию смазывания. 
Вместе с тем гидроприводу и гидропередачам присущи некоторые недостатки: 
потери части энергии при ее передаче, превышающие потери в электропередачах; 
зависимость эксплуатационных характеристик от температуры, в результате чего при больших сопротивлениях возможен перегрев гидропривода и нарушение устойчивости его работы; 
утечки рабочей жидкости (внутренние и наружные), снижающие КПД; по мере выработки технического ресурса этот фактор может сделать гидропривод неработоспособным. 
Достоинства гидропривода и гидропередач столь велики, что, несмотря на указанные недостатки, они незаменимы в различных машинах и механизмах. 
Принципиальные схемы и конструкции объемных гидроприводов. 
 
Многообразие движений и операций, производимых с помощью гидроприводов в различных машинах, способствовало созданию разнообразных схем передачи энергии. Исполнительным органом в каждой из схем объемных гидропередач является гидродвигатель. В зависимости от характера движения выходного звена гидродвигатели делятся на три класса: 
 
1) гидроцилиндры- объемные гидродвигатели с поступательным движением выходного звена; 
 
2) поворотные гидродвигатели — объемные гидродвигатели с ограниченным углом поворота выходного звена; 
 
3) гидромоторы — объемные гидродвигатели с вращательным движением выходного звена. 
 
Аналогично классифицируются и схемы объемных гидроприводов. Рассмотрим их более подробно. 
 
Схема гидропривода поступательного движения (рис. 1). Регулируемый насос 4 засасывает жидкость из бака 3 и нагнетает ее по трубопроводу через двухпозиционный кулачковый распределитель с пружинным возвратом 2 в гидродвигатель. Предохранительный клапан 5, отрегулированный на предельно допустимое давление, предотвращает перегрузки в системе гидропривода с двигателем и насосом. Из гидродвигателя жидкость движется обратно по другому каналу и сливается в тот же бак 3. При этом в баке происходит разрыв циркуляции. Такая схема гидропривода называется схемой с разомкнутой циркуляцией жидкости. 
 
 
 
Рис. 1. Схема гидропривода поступательного движения. 
 
В качестве двигателя для получения поступательного или возвратно-поступательного движения применяются гидроцилиндры. По принципу действия и конструктивному устройству гидроцилиндры весьма разнообразны. Рассмотрим основные из них. 
 
В поршневом гидроцилиндре одностороннего действия выходным звеном является поршень со штоком, перемещающийся внутри корпуса. Рабочая камера образована внутренней поверхностью корпуса и поршнем. Герметичность обеспечивается уплотнениями. 
 
В плунжерном гидроцилиндре выходным звеном является плунжер. Такие гидроцилиндры наиболее просты по конструкции и технологии изготовления, так как с большой точностью обрабатывается не вся внутренняя поверхность корпуса, а только та часть, где рабочая камера герметизируется уплотнением. 
 
Поршневые и плунжерные гидроцилиндры применяются в грузоподъемных, строительных, сельскохозяйственных и многих других машинах. 
 
Телескопические гидроцилиндры имеют несколько концентрически расположенных поршней или плунжеров, перемещающихся относительно друг друга. Сначала выдвигается первый поршень большего диаметра; когда он доходит до упора, относительно него начинает перемещаться второй поршень и т. д. Общий ход выходного звена равен сумме ходов каждого поршня или плунжера относительно соседнего. Телескопические гидроцилиндры применяют в том случае, если необходимо получить большой ход выходного звена при относительно небольшой длине корпуса (например, стрелы подъемных кранов, монтажных вышек). 
 
Движение в обратном направлении во всех гидроцилиндрах одностороннего действия обеспечивают внешние силы: вес поднимаемого груза или сила пружины. 
 
Промышленность выпускает гидроцилиндры различных типов. Среди них есть гидроцилиндры одностороннего действия, которые работают под действием потока жидкости не на выталкивание, а на втягивание выходного звена. Например, гидроцилиндр типа 4000М-4630010Б, рассчитанный на давление 12 МПа, работает на вытягивание штока. Он применяется в строительно-дорожных машинах, автопогрузчиках и др. 
 
Схема гидропривода вращательного движения (рис. 2). В данной схеме может быть применена одна из разновидностей гидродвигателей, обеспечивающих вращательное движение: шестеренный, пластинчатый, винтовой, поршневой (радиальный или аксиальный). Выбор типа гидродвигателя диктуется конкретными условиями его работы  
 
 
 
Рис.2. Схема гидропривода вращательного движения. 
 
 
 
Рис. 3. Безнасосный гидропривод щековой Дробилки. 
 
Наибольшее распространение в гидроприводах самолетов, тракторов, строительно-дорожных машин, металлорежущих станков получили роторно-поршневые гидродвигатели. 
 
Жидкость подается к гидродвигателю регулируемым насосом 4. Для улучшения условий всасывания жидкости из бака 3 и предотвращения ее кавитации применяют наддув воздуха или другого газа, т. е. в баке над поверхностью жидкости поддерживают избыточное давление (на рисунке 2 — гидрораспределитель; 5 — предохранительный клапан). 
 
Примером безнасосного гидропривода с замкнутой циркуляцией жидкости может служить гидропривод щековой дробилки, показанный на ( рис 3.) Кривошипно-шатунный механизм (1—кривошип; 2—шатун) приводит в возвратно-поступательное движение плунжер 3. Двигаясь вниз, плунжер создает в рабочей полости давление, под действием которого перемещается плунжер 6 большего диаметра. Имея значительную площадь, плунжер оказывает большое давление на подвижную щеку 5 дробилки и дробит материал. При ходе плунжера 3 вверх подвижная щека возвращается назад пружиной 4, и цикл повторяется.⁵ 

 Устройство, принцип работы  и основные параметры гидродинамических  передач. 
 
Гидродинамический привод отличается от объемного тем, что в нем, кроме потенциальной энергии давления, используется кинетическая энергия потока жидкости. Силовой частью гидродинамического привода является гидропередача, осуществляющая преобразование механической энергии двигателя в энергию потока, а затем преобразующая энергию потока жидкости в механическую энергию рабочего органа. 
 
В качестве преобразователей энергии в гидродинамических передачах применяются лопастные насосы и гидродвигатели (гидротурбины) . Конструкция гидродинамической передачи показана на (рис. 4.) Жидкость от насоса, приводимого в действие каким-либо двигателем, поступает через направляющий аппарат 2, трубопровод 3 и направляющий аппарат 4 в турбину 5, а от турбины по трубопроводу 6 возвращается к насосу. Направляющие аппараты часто называют реакторами. 
 
Подобная конструкция гидродинамической передачи была громоздкой и приводила к большим гидравлическим потерям энергии жидкости в трубопроводах. В 1902 г. 
 
 
 
Рис. 4. 
 
Феттингер объединил основные элементы гидропередачи (насос, турбину и реактор) в одном корпусе, в результате чего ее конструкция существенно упростилась, а КПД значительно увеличился. Такую гидропередачу стали называть гидротрансформатором. Жидкость в рабочей полости гидротрансформатора циркулирует по замкнутому контуру. 
 
Развитие судостроения, внедрение быстроходных двигателей внутреннего сгорания и паровых турбин вместо тихоходных паровых машин потребовали изменения конструкции механических передач. Впервые гидродинамическая передача была применена на морском флоте в 1907 г.: 
гидротрансформатор, используемый в приводе судовой установки, имел высокий КПД (85%).Для повышения экономичности гидропередачи позднее из гидротрансформатора был изъят реактор. Так появилась новая гидродинамическая передача, названная гидромуфтой. Отсутствие реактора снизило потери энергии при гидропередаче, в результате чего КПД гидромуфты увеличился до 98%, однако она потеряла способность преобразовывать крутящий момент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Гидрораспределители: назначение, виды, устройство,

    принцип действия, применение.

При эксплуатации гидросистем возникает необходимость изменения направления потока рабочей жидкости на отдельных ее участках с целью изменения направления движения исполнительных механизмов машины, требуется обеспечивать нужную последовательность включения в работу этих механизмов, производить разгрузку насоса и гидросистемы от давления и т.п.

Эти и некоторые другие функции могут  выполняться специальными гидроаппаратами - направляющими гидрораспре- делителями.

При изготовлении гидрораспределителей в качестве конструктивных материалов применяют стальное литье, модифицированный чугун, высоко- и низкоуглеродистые марки сталей, бронзу. Для защиты отдельных элементов распределителей от абразивного износа, поверхности скольжения цементируют, азотируют и т.п.

Размеры и масса гидрораспределителей зависят от расхода жидкости через них, с увеличением которого они увеличиваются.

По  способу присоединения к гидросистеме гидрораспределители выпускают в трех исполнениях: резьбового, фланцевого и стыкового присоединения. Выбор способа присоединения зависит от назначения гидрораспределителя и расхода через него рабочей жидкости.

По  конструкции запорно-регулирующего  элемента гидрораспределители подразделяются следующим образом:

Золотниковые (запорно-регулирующим элементом является золотник цилиндрической или плоской формы). В золотниковых гидрораспределителях изменение направления потока рабочей жидкости осуществляется путем осевого смещения запорно-регулирующего элемента.

Крановые (запорно-регулирующим элементом служит кран). В этих гидрораспределителях изменение направления потока рабочей жидкости достигается поворотом пробки крана, имеющей плоскую, цилиндрическую, коническую или сферическую форму.

Клапанные (запорно-регулирующим элементом является клапан). В клапанных распределителях изменение направления потока рабочей жидкости осуществляется путем последовательного открытия и закрытия рабочих проходных сечений клапанами (шариковыми, тарельчатыми, конусными и т.д.) различной конструкции.

По  числу фиксированных положений  золотника гидрораспределители подразделяются: на двухпозиционные, трехпозиционные и многопозиционные.

По  управлению гидрораспределители подразделяются на гидроаппараты с ручным, электромагнитным, гидравлическим или электрогидравлическим управлением. Крановые гидрораспределители используются чаще всего в качестве вспомогательных в золотниковых распределителях с гидравлическим управлением.

 Золотниковые гидрораспределители

Запорно-регулирующим элементом золотниковых гидрораспределителей является цилиндрический золотник 1, который в зависимости от числа каналов (подводов) 3 в корпусе 2 может иметь один, два и более поясков (рис.5. а). На схемах гидрораспределители обозначают в виде подвижного элемента, на котором указываются линии связи, проходы и элементы управления. Рабочую позицию подвижного элемента изображают квадратом (прямоугольником), число позиций соответствует числу квадратов (рис.5. б).