Гидравлика и гидропневмопривод БНТУ

Под заказ недорого выполним гидравлику БНТУ

Гилинский И. А.  Гидравлика: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учеб­ных заведений.—2-е изд.— М.: Высш. школа,. — 63 е., ил,                   

Номера задач в контрольных работах

ПРИМЕЧАНИЕ: Студенты-заочники специальности «Обогащение полезных ископаемых» (0204) при выполнении второй контрольной работы дополнительно решают задачу 42.

Задачи

1. Определить величину и направление силы F, приложенной к штоку поршня для удержания его на месте. Справа от поршня находится воздух, слева от поршня и в резервуаре, куда опущен открытый конец трубы, — жидкость Ж (рис. 1). Показание пру­жинного манометра — р_м.

Рис.1                                             Рис.2

2. Паровой прямодействующий насос подает жидкость Ж на высоту Н (рис. 2). Каково рабочее давление пара, если диаметр парового цилиндра D, а насосного цилиндра d? Потерями на трение пренебречь.

3. Определить силу прессования F, развиваемую гидравлическим прессом, у которого диаметр большего плунжера D, диаметр меньшего плунжера d. Больший плунжер расположен выше меньшего на величину Н, рабочая жидкость Ж, усилие, приложенное к рукоятке, R (рис. 3).

Рис. 3                                              Рис. 4

4. Замкнутый резервуар разделен на две части плоской пере­городкой, имеющей квадратное отверстие со стороной а, закрытое крышкой (рис. 4). Давление над жидкостью Ж,в левой части ре­зервуара определяется показаниями манометра р_м, давление воздуха и правой части — показаниями мановакуумметра p_s. Определить величину и точку приложения результирующей силы давления на крышку.

Указание. Экстреситет е центра давления для результирующей силы может быть определен по выражению

где  ∆р=р_м-р_в.

5. Шар диаметром D наполнен жидкостью Ж. Уровень жидкости в пьезометре, присоединенном к шару, установился на высоте Н от оси шара. Определить силу давления на боковую половину внутренней поверхности шара (рис. 5). Показать на чертеже вертикальную и горизонтальную составляющие, а также полную силу давления.

Рис. 5                                         Рис. 6

6.Определить силу давления па комическую крышку горизон­тального цилиндрического сосуда диаметром D,заполненного жид­костью Ж (рис. 6). Показание манометра и точке его присоединения — р_м. Показать на чертеже вертикальную и горизонтальную составляющие, а также полную силу давления.

7.При истечении жидкости из резервуара в атмосферу по го­ризонтальной трубе диаметром d и длиной 21 уровень в пьезометре, установленном посередине длины трубы, равен h (рис. 7). Определить расход Q и коэффициент гидравлического трения трубы если статический напор в баке постоянен и равен Н. Построить пьезометрическую и напорную линии. Сопротивлением, входа в трубу пренебречь.

Рис. 7                                         Рис. 8

5. Жидкость Ж подается в открытый верхний бак по вертикальной трубе длиной l и диаметром d за счет давления воздуха в нижнем замкнутом резервуаре (рис. 8). Определить давление р воздуха, при котором расход будет равен Q. Принять коэффициенты сопротивления: вентиля r_в = 8,0; входа в трубу r_вх= 0,5; выхода в бак r_вых= 1,0. Эквивалентная шероховатость стенок трубы k_э = 0,2 мм.

               Рис.9

9.Поршень диаметром D движется равномерно вниз в цилиндре, подавая жидкость Ж в открытый резервуар с постоянным уровнем (рис. 9). Диаметр трубопровода d, его длина l. Когда поршень находится ниже уровня жидкостив резервуаре на Н = 5 м, потребная для его перемещения сила равна F. Определить скорость поршня и расход жидкости в трубопроводе. Построить напорную и пьезометрическую линии для трубопровода. Коэффициент гидравлического трения трубы принять λ = 0,03. Коэффициент сопротивления входа в трубу ζ_вх = 0,5. Коэффициент сопротивления выхода в резервуар ζ_вых = 1,0.

10. Определить диаметр трубопровода, по которому подается жидкость Ж с расходом Q из условия получения в нем максимально возможном скорости при сохранении ламинарного режима. Темпера­тура жидкоcти t=20°С.

11. При ламинарном режиме движения жидкости по горизонтальному трубопроводу диаметром d= 30 см расход равнялся Q, a падение пьезометрической высоты на участке длиной l составило h. Определить кинематический и динамический коэффициенты вязкости перекачиваемой жидкости.

 12.По трубопроводу диаметром d и длиной l движется жидкость Ж (рис. 10). Чему равен напор Н, при котором происходит смена ламинарного режима турбулентным? Местные потери напора не учитывать. Температура жидкости t = 20° С.

Указание. Воспользоваться формулой для потерь на трение при ламинарном режиме (формула Пуазейля).

Рис. 10                                 Рис. 11

13. На поршень диаметром D действует сила F (рис. 11). Определить скорость. движения поршня, если в цилиндре находится вода, диаметр отверстия в поршне d, толщина поршня а. Силой трения поршня о цилиндр пренебречь, давление жидкости на верхнюю плоскость поршня не учитывать.

14.Определить длину трубы l, при которой расход жидкости из бака будет в два раза меньше, чем через отверстие того же диаметра d. Напор над отверстием равен H. Коэффициент гидравлического трения в трубе принять λ=0,025 (рис. 12).

15. Определить длину трубы l, при которой опорожнение ци­линдрического бака диаметром D па глубину H будет происходить в два раза медленнее, чем через отверстие того же диаметра d. Коэффициент гидравлического трения и трубе принят λ = 0,025 (рис. 12).

УКАЗАНИЕ. В формуле для определения времени опорожнения бака коэффициент расхода µ выпускного устройства определяется его конструкцией. Для трубы

где ξ— суммарный коэффициент местных сопротивлений.

Рис. 12                        Рис. 13

16.Определить диаметр d горизонтального стального трубопровода длиной l = 20 м, необходимым для пропуска по нему воды в количестве Q, если располагаемым напор равен Н. Эквивалентная шероховатость стенок трубы k_л=0,15 мм.

УКАЗАНИЕ. Для ряда значений d и заданного Q определяется ряд значений потребного напора Н_н. Затем строится график Н_н =f(d) и по заданному Н определяется d.

17.Из бака А, в котором поддержи вас гея постоянный уровень, вода протекает по цилиндрическому насадку диаметром d в бак B, из которого сливается в атмосферу но короткой трубе диаметром D, снабженной краном (рис. 13). Определить наибольшее значение коэффициента сопротивления крана ξ_к, при котором истечение из насадка будет осуществляться в атмосферу. Потери на трение к трубе не учитывать.

18.При внезапном расширении трубопровода скорость жидкости в трубе большего диаметра равна v. Отношение диаметров труб D : d = 2 (рис. 14). Определить, h разность показаний пьезометров.

Рис. 14                            Рис. 15

19.Горизонтальная труба служит для отвода жидкости Ж в ко­личестве Q из большого открытого бака (рис. 15). Свободный конец, трубы снабжен краном. Определить ударное повышение давления в трубе перед краном, если диаметр трубы d; длина l, толщина стенки δ, материал стенки — сталь. Кран закрывается за время по закону, обеспечивающему линейное уменьшение скорости жидкости в трубе перед краном в функции времени.

20.Bода и количестве Q перекачивается по чугунной трубе диаметром d, длиной l, с толщиной стенки δ. Свободный конец трубы снабжен затвором. Определить время закрытия затвора при условии, чтобы повышение давления в трубе вследствие гидравлического удара не превышало ∆р = 10 ат. Как повысится давление при мгновенном закрытии затвора?

21.Определить время закрытия задвижки, установленной на свободном конце стального водопровода диаметром d, длиной l с толщиной стенки δ, при условии, чтобы максимальное повышение давления в водопроводе было в три раза меньше чем при мгновенном закрытии задвижки. Через сколько времени после мгновенного закрытия задвижки повышение давления распространится до сечения, находящегося на расстоянии 0,7l от задвижки?

22.Центральный насос производительностью Q работает при частоте вращения п (рис. 16). Определить допустимую высоту всасывания, если диаметр всасывающей трубы d, а ее длина l. Коэффициент кавитации в формуле Руднева принять равным С. Температура воды t= 20° С. Коэффициент сопротивления колена ζ_к=0,2. Коэффициент сопротивления входа в трубу ζ_вх=1,8. Эк­вивалентная шероховатость стенок трубы k_э = 0,15 мм.

Рис. 16                            Рис. 17

23.Центробежный насос подает волу и количестве Q из колодца в открытый напорный бак по трубе диаметром d на геодезическую высоту Н_г. Определить коэффициент быстроходности и коэффициент полезного действия насоса, если мощность на валу насоса N_е, частота вращения п, а суммарный коэффициент сопротивления системы (сети) ζ_с = 12.

24.Вода перекачивается насосом I из отрытого бака в распо­ложенный ниже резервуар В, где поддерживается постоянное давление р_в по трубопроводу общей длиной l и диаметром d. Разность уровней воды в баках h (рис. 17). Определить напор, создаваемой насосом для подачи в бак В расхода воды Q. Принять суммарный коэффициент местных сопротивлений ζ= 6,5. Эквивалентная шероховатость стенок трубопровода k_е = 0,15 мм.

25.Определить производительность и напор насоса (рабочую точку) при подаче воды в открытый резервуар из колодца на гео­дезическую высоту Н_г по трубопроводу диаметром d, длиной l, с коэффициентом гидравлического трения λ= 0,03 и эквивалентной длиной местных сопротивлений l_экв =8 м.

Как изменяется подача и напор насоса, если частота вращения рабочего колеса уменьшится на 10% ?

Данные, необходимые для построения характеристики Q — Н центробежного насоса:

26.Два одинаковых насоса работают параллельно и подают воду в открытый резервуар из кольца на геодезическую высоту Н_г по трубопроводу диаметром d, длиной l, с коэффициентом гидрав­лического трения λ = 0,03 и суммарным коэффициентом местных сопротивлении ζ_c= 30. Определить рабочую точку (подачу и напор) при совместной работе насосов на сеть. Как изменятся суммарная подача и напор, если частота вращения рабочего колеса одного из насосов увеличится на 10%? (Данные, необходимые для построения характеристик Q — Н, те же, что и в задаче 25.)

27.Два одинаковых насоса работают последовательно и подают воду в открытый резервуар из колодца на геодезическую высоту Н_г. Определить рабочую точку (напор и подачу) при совместной работе насосов на сеть, если коэффициент сопротивления сети (системы) ζ_с = 1200, а диаметр трубопровода d. Как изменяются суммарный напор и подача, если частота вращения рабочего колеса одного из насосов увеличится на 12%? (Данные, необходимые для построения характеристики Q — Н, те же, что и в задаче 25.)

28.Определить средний объемный коэффициент полезного дей- ствия, максимальную теоретическую подачу и степень неравномер­ности подачи поршневого насоса двойного действия с диаметром цилиндра D, ходом поршня S и диаметром штока d при п двойных ходах в минуту, заполняющего мерный бак емкостью W в течение t_c.

29.Поршневой насос двойного действия подает воду в количестве Q из колодца в открытый резервуар на геодезическую высоту Н_г по трубопроводу длиной l, диаметром d; коэффициент гидравлического трения λ = 0,03 и суммарный коэффициент местных сопротивлений ζ=20. Определить размеры цилиндра и мощность электродвигателя,

если отношение длины хода поршня к его диаметру S : D = 1,0; число двойных ходов в минуту п, отношение диаметра штока к диаметру поршня d : D = 0,15; объемный коэффициент полезною действия η_об = 0,9; полный коэффициент полезного действия η=0,7.

30.Поршневой насос простого действия с диаметром цилиндра D, ходом поршня S, числом двойных ходов в минуту n и объемным к. н . д. η_об= 0,9 подает рабочую жидкость в систему гидропривода. При какой частоте вращения должен работать включенный параллельно шестеренный насос с начальным диаметром шестерен d_н, шириной шестерен b, числом зубьев z = 30 и объемным к. п. д. η_об = 0,86, чтобы количество подаваемой жидкости удвоилось?

31. Силовой гидравлический цилиндр (рис. 18) нагружен силой F и делает n двойных ходов в минуту. Длина хода поршня диаметр поршня D, диаметр штока d. Определить давление масла, потребную подачу и среднюю скорость поршня. Механический коэффициент полезного действия гидроцилиндра η_мex = 0,95, объемный коэффициент полезного действия η_об= 0,98.

Рис. 18                                                    Рис. 19

32. Перемещение поршней гидроцилиндров с диаметром D =25 см осуществляется подачей рабочей жидкости (v = 1,5 см²/с,γ= l∙l000 Н/м²⁾ по трубам 1 и 2 одинаковой эквивалентной длины l =20 м и диаметром d = 5 см (рис. 19). Определить силу F₂ при котором скорость перемещения второго поршня была бы в два раза больше скорости первого поршня. Расход в магистрали Q,первый поршень нагружен силой F₁

УКАЗАНИЕ. Нa перемещение поршней затрачивается одинаковый суммарный напор (считая от точки А).

33. Перемещение поршней гидроцилиндров с диаметром D =20 см нагруженных силами F₁ и F₂ осуществляется подачей минерального масла по трубам 1 и 2 с одинаковыми диаметрами d =4 см (рис.19). Суммарный коэффициент сопротивления первого трубопровода ζ₁= 18. Каким должен быть суммарный коэффициент сопротивления второго трубопровода, чтобы при расходе Q в магистрали скорости поршней были одинаковыми?

УКАЗАНИЕ. На перемещение поршней затрачивается одинаковый суммарный напор, считая от точки А.

34.Определить полезную мощность насоса объемного гидропривода, если внешняя нагрузка па поршень силового гидроци­линдра F, скорость рабочего хода v, диаметр поршня D₁, диаметр штока D₂ (рис. 20). Механический коэффициент полезного действия гидроцилиндра η_мех = 0,96, объемный коэффициент полезного действия гидроцилипдра η_об = = 0,97. Общая длина трубопровода системы l, диаметр трубопроводов d, суммарный коэффициент местных сопротивлений η_с = 20. Рабочая жидкость в системе — спиртоглицериновая смесь (γ = = 12 100 Н/м³; v = 1,2 см²/с).

УКАЗАНИЕ. Напор насоса затрачивается на перемещение поршня, нагруженного силой F, и на преодоление гидравлических потерь в трубопроводах системы.

35.Определить рабочий напор и подачу насоса объемного гидропривода, если усилие на штоке силового гидроцилиндра F, ход поршня S, число двойных ходов в минуту n, диаметр поршня D_1, диаметр штока D₂, механический коэффициент полезного действия гидроцилиндра η_мех = 0,95, объемный коэффициент полезного действия η_об=0,98. Общая длина трубопроводов системы (с учетом эквивалентной длины местных сопротивлений) l, диаметр трубопроводов d (рис. 20). Рабочая жидкость в системе — трансформаторное масло (γ= 8900 Н/м³; v = 9,0 см²/с).

УКАЗАНИЕ. Напор насоса затрачивается на перемещение поршня, нагруженного силой F, и на преодоление гидравлических потерь в трубопроводах системы.

36.Построить график изменения скорости перемещения поршня силового гидроцилиндра в зависимости от угла γ наклона шайбы регулируемого аксиально-поршневого насоса (рис. 21). Пределы изменения угла γ = 0÷30°. Параметры гидроцилиндра: диаметр поршня D₁, диаметр штока D₂ = 0,6D₁ Параметры насоса: z= 7; n= 800 об/мин; диаметр цилиндров d, диаметр окружности центров цилиндров D=2,7d. Объемные потери не учитывать.

37.В объемном гидроприводе насос соединен с гидромотором двумя трубами с эквивалентной длиной l и диаметром d (рис. 22). Определить мощность, теряемую в трубопроводе, и перепад дав­ления на гидромоторе, если полезная мощность насоса N_п, а расход жидкости Q. Рабочая жидкость—трансформаторное масло.

38.Определить силу F, которую нужно приложить к хвостовику клапана распределительного устройства объемного гидропривода для отрыва его от седла, если усилие затяжки пружины F_пр, давление в полости подвода жидкости к клапану р₁, в полости отвода жидкости р₂ (рис. 23). Силы трения покоя и вес клапана не учитывать.

Рис. 21                               Рис. 22

39. Определить силу предварительного натяжения пружины F_np дифференциального предохранительного (переливного) клапана объемного гидропривода, при которой клапан сработает и откроет доступ маслу из системы, как только давление в системе достигнет величины р₁(рис. 24). Диаметры поршней D₁ и D.₂, диаметр их общего штока d.

Рис. 23                             Рис. 24

40. Пользуясь характеристикой гидромуфты, определить рас­четный и максимальный моменты, передаваемые ею, а также передаточное смещение, коэффициент полезного действия и скольжение при этих режимах, если активный диаметр гидромуфты D, частота вращения ведущего вала п₁,рабочая жидкость — трансформаторное масло. Как изменятся передаваемые крутящий момент и мощность, если частоту вращения ведущего вала увеличить в полтора раза?

Характеристика гидромуфты

41.Пользуясь характеристикой, приведенной в задаче 40, опре­делить активный диаметр и построить внешнюю (моментную) ха­рактеристику гидромуфты, предназначенной для работы с асин­хронным электродвигателем, развивающим максимальный крутящий момент М_{д макс} при частоте вращения п_д. Рабочая жидкость — минеральное масло.

УКАЗАНИЕ. Активный диаметр может быть определен по уравнению моментов совмещением режимов гидромуфты при i = 0 и электродвигателя при М_{д макс}.

42.Пневматический силовой цилиндр нагружен полезной силой F_п. Длина хода поршня S, избыточное давление в сети р, масса подвижных частей т. Определить диаметр пневмоцилиндра, общее усилие на поршень, скорость перемещении поршня, время его перемещения за один двойной ход, число двойных ходов в минуту, объемный расход воздуха и мощность, развиваемую поршнем пневмоцилиндра.