Студопедия — ГІДРАВЛІКА, ГІДРО- ТА ПНЕВМОПРИВОД 5 страница
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ГІДРАВЛІКА, ГІДРО- ТА ПНЕВМОПРИВОД 5 страница






Необхідний тиск|тиснення| робочої рідини може бути визначено| по формулі, МПа:

 

(3.1)

 

де рв - тиск стислого повітря, МПа;

D -| діаметр робочого циліндра, м;

d - діаметр| плунжера гідроциліндра, м;

η; - ККД пневмодвигуна|.

Задаючись значеннями тиску робочої рідини і діаметру плунжера насоса (з погляду можливості його реального виготовлення), можна визначити по цій формулі необхідний діаметр поршня робочого циліндра.

Пневмогідравлічні підсилювачі подібного типу розроблені на Запорізькому алюмінієвому комбінаті і використовуються в машинах для витягання струмопідводячих штирів алюмінієвих електролізерів. Тут тиск рідини в робочому циліндрі (при рв= 0,4 МПа) досягає 17 МПа, а зусилля на штоку - 300 кН.

 


3.7 Розрахунок пневмоприводів поступальної дії

Перш, ніж перейти до розгляду методики розрахунку пневмопривода, слід ознайомитися з особливостями його роботи. Типовий пневматичний привод поступальної двосторонньої дії (на базі поршневого циліндра) зображений на рис. 3.11.

Рисунок 3.11 - Пневматичний привод поступальної двосторонньої|двобічної| дії

Поршень 1, долаючи силове осьове навантаження на штоку Q, переміщається в робочому циліндрі 2 під дією стислого повітря, що поступає поперемінно в обидві порожнини циліндра з магістралі через розподільник 3. В кінці ходу кулачки, укріплені на штоку, натискають на важелі кінцевих пневматичних вимикачів 4 і 5 (при установці золотника 3 з електромагнітним управлінням застосовуються звичайні електричні кінцеві вимикачі).

У положенні, зображеному на рис. 3.11, поршень переміщається управо, і коли він займе праве положення, відбудеться перемикання вимикачів 4 і 5 і золотник розподільника 3 поміняє своє положення. Тоді стисле повітря з магістралі поступатиме в праву порожнину циліндра, і переміщатиме поршень 1 вліво. При досягненні поршнем 1 крайнього лівого положення відбудеться перемикання вимикачів 4 і 5 і розподільника 3 і починається новий цикл роботи приводу.

Циклограма роботи типового пневмопривода приведена на рис. 3.12.

Рисунок 3.12 - Циклограма пневматичного приводу поступальної двосторонньої | дії

Для наочності|наглядний| в неї, окрім|крім| інтервалів часу переміщення| і зупинки поршня, включені інтервали часу зміни тиску|тиснення| в обох порожнинах робочого циліндра. Вони зображені|змальовувати| у вигляді діаграми і поміщені нижче за звичайну|звичну| циклограму «перемі­щення| х - час t».

Аналіз циклограми пневмопривода| починають|розпочинають| з моменту|із моменту| виключення пристрою|устрою| (в даному випадку кінцевого|скінченного| вимикача|), що управляє, з|із| якого вихідний сигнал у вигляді тиску|тиснення| стислого повітря поступає|надходить| на вхід розподільника.

Після спрацьовування розподільника повітря з магістралі подається по трубопроводу в порожнину робочого циліндра. Рух стислого повітря починається негайно ж після моменту початку відкриття отвору в розподільнику. Деякий період часу обидва процеси (відкриття отвору розподільника і розповсюдження хвилі тиску стислого повітря до робочого циліндра) відбуваються одночасно і закінчуються в різні моменти часу. Для спрощення завдання припускають, що хвиля тиску виникає після повного відкриття отвору. При такому допущенні не вноситься велика погрішність, оскільки час відкриття розподільника 4 більшості пневмоприводів невеликий в порівнянні з часом всього робочого циклу. Разом з тим вказане допущення дозволяє окремо визначати інтервали часу: T-t - час відкриття розподільника до циліндра, Т2 - час розповсюдження хвилі тиску від розподільника до циліндра.

При підвищених вимогах до точності розрахунку визначають обидва інтервали часу. Крива тиску|тиснення| на циклограмі відображає|відбиває| дійсні процеси, так, наприклад, тиск|тиснення| в робочій порожнині| починає|розпочинає| збільшуватися в період відкриття|відчиняти| розподільника і так далі

Горизонтальні лінії на верхній діаграмі (рис. 3.12) показують інтервали часу простоїв поршня, а похилі - інтервали часу його руху. Криві на нижніх діаграмах відображають процеси зміни тиску р1 і р2 повітря відповідно в порожнинах наповнення і спорожнення. Як вже наголошувалося вище, тиск в робочій порожнині починає збільшуватися незабаром після відкриття розподільника і цей процес триває до початку руху поршня (інтервал часу Т3). У цей же період часу тиск в порожнині, що спорожнюється, зменшується. Сума перерахованих інтервалів складає час вистою поршня t1 до початку його переміщення.

В період руху поршня (інтервал t2) тиск може монотонно збільшуватися (зменшуватися) або коливатися залежно від співвідношення конструктивних параметрів пристрою і характеру протидії навантаження на поршні. Після того, як поршень закінчить робочий хід, тиск в порожнині, сполученій з магістраллю, збільшується до значення, потрібного технологічним процесом (інтервал t3). У другій порожнині тиск зменшується майже до атмосферного. Моменти закінчення цих процесів в загальному випадку не збігаються. Після закінчення заданої технологічної операції пристрій, що управляє, знову перемикається (час технологічної операції tn не розглядається). Тоді в тій же послідовності починається зворотний хід поршня, причому функції порожнин пневмоциліндра міняються.

Час робочого циклу Тц приводу складається з суми інтервалів часу прямого Тпх і зворотного Тзх ходів. Кожен з них розділяється на наступні три інтервали: t1 - час підготовчого періоду - від початку перемикання пристрою, що управляє, до початку руху поршня; t2 - час руху поршня, протягом якого поршень пройде весь заданий робочий хід; t3 - час завершального періоду, протягом якого тиск в робочій порожнині збільшується до необхідної величини.

При розрахунку дискретного приводу необхідно мати на увазі|внаслідок|, що навантаження при робочому ході може значно відрізнятися від навантаження| при холостому ході. У приводі односторонньої|однобічної| дії міняється не тільки|не лише| величина, але і характер|вдача| навантаження: робочий хід відбувається|походить| під дією стислого повітря, а холостий|холостої| під дією сили тяжіння| рухомих|жвавих| частин|часток| або пружини. Тому інтервали часу спрацьовування приводу при робочому ході і холостому ході будуть визначатися| для різних значень навантаження.

Час підготовчого і завершального періодів складається відповідно з наступних інтервалів: Т11΄; - час спрацьовування розподільника; Т22΄; - час розподілу хвилі тиску від розподільника до циліндра; Т33΄; - час зміни тиску в порожнинах циліндра до початку руху поршня.

Представленою нижче методикою розрахунку пневмопривода не враховується час на перемикання розподільника. При необхідності його можна врахувати при підготовці початкових даних. Для робочого і холостого ходів розрахунок необхідно виконувати окремо.

Розглянемо методику розрахунку| пневмопривода| з використанням персональних електронно-обчислювальних машин, хоча формули, що приводяться|призводять| нижче, можуть бути використані і для ручного розрахунку|лічби|.

Кінцевим|скінченним| завданням|задачею| методики, що приводиться|призводить| тут, є|з'являється| визначення часу робочого циклу Т і таких параметрів циліндра і трубопроводу, як:

D - діаметру поршня циліндра, см;

Dш - діаметру штока циліндра, см;

d - внутрішнього діаметру трубопроводу, см;

Δ; - товщина стінки циліндра, см;

δ; - товщина стінки труби, см|труба-конденсатора|.

Для визначення вище перелічених геометричних параметрів заздалегідь обчислюють площу поршня F, см2, площу трубопроводу f, см2 і коефіцієнт підвідного штока Кш по виразах:

, (3.2)

, (3.3)

, (3.4)

 

де Q – повне|цілковите| навантаження на шток циліндра, MH|;

р - тиск повітря в пневмоциліндрі, МН/м2;

q - параметр завантаження|загрузки| циліндра;

s - хід поршня, см;

Т - час робочого циклу, с|із|;

[σ]- напруга, що допускається, для матеріалу циліндра, МН/м2;

Fш - площа перетину штока, см2.

Остаточний розрахунок геометричних параметрів пневмопри­вода| ведуть за формулами:

(3.5)

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9)

 

K1 - коефіцієнт, що враховує вид робочої порожнини циліндра.

При прямому ході штока циліндра (коли стисле повітря подається в поршневу порожнину) К1 = 1, а при зворотному ході – К1 =0.

Час робочого циклу складе, с:

 

, (3.10)

 

де t1 - час наростання тиску в циліндрі до початку руху поршня (час вистою), с;

t2 - час руху поршня, с;

t3 - час наростання тиску в циліндрі до магістрального після зупинки поршня (час наслідку), с.

Час вистою| визначається по формулі:

 

, (3.11)

 

де Von - об'єм, що спорожнюється при простої поршня порожнини циліндра, см3;

Т1оп - параметр часу вистою;

μ; - витратний коефіцієнт трубопроводу.

Величини µ і Т1оп можуть бути представлені у вигляді:

 

μ = 0,64-0,314lgε; при ε ≤ 35 (3.12)

μ = 0,323-0,097lgε; при ε > 35 (3.13)

Т1оп = 0,175q – 0,0075 при q ≤ 0.5 (3.14)

Т1оп = 0,3q-0,07 при q> 0.5 (3.15)

де ε – коефіцієнт опору системи.

Величина Von визначається по формулі:

 

Von = Fs (1 – Kш K1) + 100fl, (3.16)

 

де l- довжина трубопроводу, м.

На підставі залежностей (3.11, 3.14-3.16) отримаємо|одержуватимемо|:

при q > 0.5

(3.17)

при q ≤ 0.5

. (3.18)

 

Час руху поршня t2 визначають залежно від конструктивного параметра N:

, (3.19)

 

де m - маса рухомих|жвавих| частин, кг|часток|.

Розглядають|розглядують| два випадки: при N < 1 і N ≥ 1.

 

При N < 1

; (3.20)

при N ≥ 1

(3.21)

 

де γ; - співвідношення площ|майданів| перетину напірної і вихідної магі­стралі| (розрахункові залежності справедливі при γ = 0.25...10).

Час післядії t3 визначають як найбільше з двох величин часу наростання тиску до магістрального в порожнині наповнення t і часу падіння тиску до атмосферного в порожнині спорожнювання t3оп. Для визначення цих величин можна скористатися формулами:

 

(3.22)

(3.23)

 

де Vн - об'єм порожнини наповнення, см3;

Von - об'єм порожнини спорожнення, см3;

Т - параметр часу вистою;

Т3оп - параметр часу падіння тиску.

Об'єми порожнин циліндра складають:

Vн = F · s · (1 + Kш · K1 – Kш) + 100 f · l; (3.24)

Vоп = 100 · f · l. (3.25)

Параметри часу розглядаються для 2-х випадків залежно від величини параметра завантаження q:

при q ≤ 0.5

Т = 0,251 - 0,0625 · q; (3.26)

Т3оп = 0,15 · q + 0,005; (3.27)

при q>0.5

Т = 0,345 - 0,25 · q; (3.28)

Т3оп = 0,35 · q - 0,095; (3.29)

При підстановці залежностей (3.24-3.29) у вирази (3.22, 3,23) отримаємо|одержуватимемо|:

при q > 0.5

;(3.30)

(3.31)

при q ≤ 0.5

(3.32)

. (3.33)

 

В процесі обчислення|підрахунку| виконують порівняння дійсного робочого циклу Т із|із| заданим t і при необхідності його коригують|.

Порівняння ведеться по формулах:

при T > t

, (3.34)

при Т < t

. (3.35)

 

Коригування Т здійснюється у випадку, якщо|у разі, якщо| величина С |із| перевищує допустиме значення. При Т > t приймають С|із| = 0,05 і коректують Т спочатку шляхом зменшення величини q, а потім збільшенням величини f.

При T<t| приймають С|із| = 0,1 і коригують Т | спочатку шляхом|колією| збільшення q, а потім зменшенням f. 1

При розрахунку на ЕОМ крок зміни q для коректування Т в обох випадках приймають Δq = 0,01. Зміну величини q обмежують межами 0,4 ≤ q ≤ 0,7, а її первинне значення набувають рівним 0,5.


4 ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

 

4.1 Вивчення режимів руху рідини

Мета роботи: Вивчити режими руху рідини на установці Рейнольдса.

 

4.1.1 Загальні відомості

В даний момент часу в кожній точці в межах потоку, що рухається, перебуває частка рідини, що має деяку швидкість u. Ця швидкість називається миттєвою місцевою швидкістю. Сукупність миттєвих місцевих швидкостей представляє векторне поле, що називається полем швидкостей.

За характером зміни поля швидкостей у часі рух рідини ділиться на неусталений й усталений.

Неусталений (нестаціонарний) рух такий, при якому в точках області, де рухається рідина, місцеві швидкості змінюються із часом. При неусталеному русі всі елементи руху (швидкість u, прискорення j, тиск p, глибина h) є функцією й координат (x, y, z) і часу t.

Якщо в будь-якій точці потоку рідини швидкість, тиск і прискорення залишаються постійними, тобто не змінюються в часі ні по величині, ні по напрямку, то такий рух розглядається як сталий (стаціонарний).

Сталий рух може бути рівномірним і нерівномірним.

Рівномірним називається такий усталений рух, при якому живі перетини потоку й середня швидкість v у них однакові по його довжині. Нерівномірним називається такий усталений рух рідини, при якому живі перетини й середні швидкості потоку v змінюються по його довжині.

Якщо потік з усіх боків обмежений твердими стінками, то він називається напірним. Якщо тільки частина потоку обмежена твердими стінками, а на іншій частині рідина граничить із газом, зокрема, з атмосферою (потік має вільну поверхню), то такий рух називається безнапірним.

Живим перетином потоку w називають поперечний переріз потоку, перпендикулярний його напрямку.

Об'ємною витратою потоку Q називають об'єм рідини V, що проходить в одиницю часу t через живий перетин потоку, (м3/с):

 

Q = (4.1)

 

Змочений периметр c (хі) – частина периметра живого перетину, на якому рідина стикається із твердими стінками.

Гідравлічним радіусом R називають відношення площі живого перетину потоку w до змоченого периметра c

R = (4.2)

Відношення чотирьох площин живого перетину потоку до змоченого периметра називається діаметром еквівалентним dекв

 

dекв = = 4´ R (4.3)

 

Середньою швидкістю v потоку в даному перетині називають відношення об'ємної витрати потоку Q до площі його живого перетину w

 

v = (4.4)

 

Втрати енергії при русі рідини залежать від режиму руху.

Розрізняють два режими руху рідини: ламінарний і турбулентний (табл.1.1).

Рейнольдс установив, що перехід від ламінарного плину до турбулентного й навпаки визначається середньою швидкістю плину v, характерним поперечним розміром потоку L, фізичними властивостями рідини: густиною r і в'язкістю (динамічний коефіцієнт в'язкості h або кінематичний коефіцієнт в'язкості n). У загальному випадку режим руху рідини визначається безрозмірним комплексом, складеним із зазначених величин і називаним числом (критерієм) Рейнольдса

Re = = (4.5)

 

Число Рейнольдса характеризує відношення сил інерції до сил тертя (в'язкості). Перехід від одного режиму руху в інший визначається перевагою сили інерції або сили тертя.

У якості характерного геометричного розміру живого перетину потоку L найчастіше приймають діаметр труби d (для круглих напірних труб), для некруглих і безнапірних труб гідравлічний радіус R або діаметр еквівалентний dекв. Тоді, відповідно

 

Re d = , = , Re d екв = .

 

Швидкість потоку, при якій відбувається зміна режиму руху рідини, називається критичною. Рейнольдс виявив існування двох критичних швидкостей: верхньої критичної швидкості – при переході ламінарного режиму руху в турбулентний, і нижньої критичної швидкості – при переході турбулентного режиму руху в ламінарний. Відповідно розрізняють верхнє й нижнє критичні числа Рейнольдса.

Для круглих напірних труб при усталеному рівномірному русі рідини =2000…2320, а = 4000…100000.

Значення (перехід ламінарного плину в турбулентний) залежить від зовнішніх умов досліду: сталості температури, рівня вібрації установки, умов входу в трубу, шорсткості поверхні стінок труби, стану рідини в резервуарі, що живить трубу й т.п. Значення (перехід турбулентного руху в ламінарний) від цих величин практично не залежить.

У практичних умовах, де завжди є джерела випадкових збурювань, варто вважатися тільки з нижньою границею.

Таким чином, як критичне число Рейнольдса прийняте для циліндричних напірних труб

Re кр = = 2000…2320.

Для будь-якого потоку по відомим v, L й n можна обчислити число Рейнольдса й зрівняти його із критичним значенням Re кр. Якщо Re < Re кр, то

v < v кр і режим руху рідини ламінарний; якщо Re > Re кр, те v > v кр і режим руху турбулентний.

 

4.1.2 Опис лабораторної установки

Установка, що зображена на рис. 4.1, призначена для візуального спостереження режиму плину рідини.

У циліндричну скляну трубку через плавний коноїдальний вхід рідина подається з резервуара 1, де вона заспокоюється за допомогою системи решіток. Резервуар (бак) 1 має досить великий розмір. Висота рівня рідини в баці підтримується постійною. Наприкінці скляної труби 2 установлений кран 3 для регулювання витрати потоку. Вимір витрати виконується за допомогою мірного бака 4 і секундоміра.

У вхідну ділянку труби через тонку трубочку 5 з посудини 6 подається підфарбована рідина із щільністю й швидкістю витікання, близькими до цих же характеристик потоку рідини в трубі. Витрата фарби регулюється краном 7. Підфарбований струмок рідини дозволяє зробити видимою структуру потоку в трубі.

 

 

 

1 - резервуар (бак); 2 - скляна трубка; 3 - кран для регулювання витрати потоку; 4 - мірний бак; 5 - трубка для подачі підфарбованої рідини; 6 - посудина з розчином підфарбованої рідини; 7 - кран для регулювання подачі підфарбованої рідини; 8 - кран на мірному бачку

Рисунок 4.1 - Установка Рейнольдса для вивчення режимів руху рідини

 

При невеликих значеннях швидкості v підфарбований струмок має вигляд нитки із чітко обкресленими границями. Рідина рухається окремими шарами, що не перемішуються. При більших швидкостях підфарбований струмок починає викривлятися й стає хвилеподібним. Це відбувається в результаті змін у часі (пульсації) векторів місцевих швидкостей у потоці.

Наявність поперечних пульсацій є відмітною рисою турбулентного плину. Тому поява поперечних коливань підфарбованого струмка рідини служить вказівкою на перехід ламінарного режиму в турбулентний.

При подальшому збільшенні швидкості потоку струмок розпадається на окремі добре видні вихорі, відбувається перемішування пофарбованого струмка з усією масою поточної рідини. На невеликій відстані від входу (10-20 діаметрів труби) потік виявляється рівномірно пофарбованим.

 

4.1.3 Порядок виконання лабораторної роботи

1. При закритому крані (3) заповнюють напірний бак водою так, щоб безупинно працював злив.

2. Злегка відкривши вентиль (3), створюють невелику витрату води по трубі (кран (8) на мірному бачку відкритий).

3. Відкриттям крана (7) домагаються одержання тонкого струмка фарби, що не розривається. За візуальними спостереженнями встановлюють ламінарний режим.

4. При даному режимі руху рідини закривають кран (8) на мірному баці. Замірять висоту підйому рідини в мірному бачку h за відповідний час t.

5. За допомогою крана (8) установлюють за візуальними спостереженнями турбулентний режим і повторюють виміри (3...4 рази).

6. Термометром замірять температуру води й по табл.4.3 визначають значення коефіцієнта кінематичної в'язкості води n.

Результати вимірів заносять у таблицю 4.1.

 

4.1.4 Обробка результатів експерименту

1. Визначають об'єм води V, що витекла в мірний бачок за час t при і-му вимірі, м3:

V = hi ´ wб,

де h – висота підйому води в мірному бачку при і-м вимірі, м;

- площа перетину мірного бачка, м2.

 

Таблиця 4.1 - Результати вимірів і довідкові величини

Номер досліду Режим руху рідини за візуальними спостереженнями Час наповнення мірного бачка t, с Висота підйому води в мірному бачку hi, м Площа мірного бачка wб, м2 Діаметр труби d, м Температура води, t0в 0С Кінематичний коефіцієнт в'язкості води n, м2
               
               
               
               

 

2. Визначають об'ємну витрату Q при і-му вимірі, м3/с:

 

Q = ,

 

де t – час наповнення мірного бака, c.

3. Визначають середню швидкість руху води по трубі v при і-му вимірі з рівняння сталості об'ємної витрати, м/с:

 

v = = ,

де w - площа поперечного переріза труби, м2.

4. Розраховують число Рейнольдса:

 

Re =

5. Розраховане значення критерію Рейнольдса порівнюють із критичним й роблять висновок про режим плину рідини (з розрахунку).

6. Поставити графік залежності Re = f (v) і визначити критичну швидкість переходу з ламінарного режиму руху в турбулентний.







Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 851. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Способы тактических действий при проведении специальных операций Специальные операции проводятся с применением следующих основных тактических способов действий: охрана...

Искусство подбора персонала. Как оценить человека за час Искусство подбора персонала. Как оценить человека за час...

Этапы творческого процесса в изобразительной деятельности По мнению многих авторов, возникновение творческого начала в детской художественной практике носит такой же поэтапный характер, как и процесс творчества у мастеров искусства...

Билиодигестивные анастомозы Показания для наложения билиодигестивных анастомозов: 1. нарушения проходимости терминального отдела холедоха при доброкачественной патологии (стенозы и стриктуры холедоха) 2. опухоли большого дуоденального сосочка...

Сосудистый шов (ручной Карреля, механический шов). Операции при ранениях крупных сосудов 1912 г., Каррель – впервые предложил методику сосудистого шва. Сосудистый шов применяется для восстановления магистрального кровотока при лечении...

Трамадол (Маброн, Плазадол, Трамал, Трамалин) Групповая принадлежность · Наркотический анальгетик со смешанным механизмом действия, агонист опиоидных рецепторов...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия