Основные вопросы гидростатики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидростатическое давление

Благодаря полной удобной подвижности своих частиц капельные и газообразные жидкости, находясь в покое, передают давление одинаково во все стороны; давление это действует на всякую часть плоскости, ограничивающей жидкость, с силой Р, пропорциональной величине w этой поверхности, и направленной по нормали к ней. Отношение Pw, т. е. давление р на поверхность равную единице, называется гидростатическим давлением. Рассмотрим основное понятие гидростатики -- гидростатическое давление.

Как известно, в покоящейся жидкости возможен лишь один вид напряжений - напряжения сжатия, т. е. гидростатическое давление.

Гидростатическое давление в жидкости имеет следующие два свойства:

На внешней поверхности гидростатическое давление всегда направлено по нормали, внутрь рассматриваемого объема жидкости.

Это свойство непосредственно вытекает из определения давления как напряжения от нормальной сжимающей силы. Под внешней поверхностью жидкости понимают не только поверхности раздела жидкости с газообразной средой или твердыми стенками, но и поверхности элементарных объемов, мысленно выделяемых из общего объема жидкости.

В любой точке внутри жидкости гидростатическое давление по всем направлениям одинаково, т. е. давление не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует в данной точке. Для доказательства этого свойства выделим в неподвижной жидкости элементарный объем в форме прямоугольного тетраэдра с ребрами, параллельными координатным осям и соответственно равными dx, dy и dz.

Единицы измерения давления

Когерентной единицей Международной системы единиц (СИ) является паскаль (Па). По определению единица давления паскаль представляет собой отношение единицы силы Ньютона к единице площади квадратному метру:

1 Па= 1 Н/м2 = 1 кг/(м*с2)

Наиболее близка к СИ единица давления бар (бар), размер, которой очень удобен для практики (1 бар = 1*105 Па).

В применяемых до настоящего времени жидкостных манометрах мерой измеряемого давления является высота столба жидкости. Поэтому естественно применение единиц давления, определяемых высотой столба жидкости, т. е. основанных на единицах длины. В странах с метрическими системами мер получили распространение единицы давления миллиметр и метр водяного столба (мм вод. ст. и м вод. ст.) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).

Размеры этих единиц давления пересчитываются в единицы СИ на основании формулы где ^ Н - высота столба жидкости, м, р - плотность жидкости, кг/м3, g -ускорение свободного падения, м/с2. рис.

Классификация устройство и принцип действия пневмогидравлических приводов

Эти приводы состоят из преобразователя давления (мультипликатора), с необходимой аппаратурой и подключаемых к нему рабочих гидроцилиндров, осуществляющих зажим заготовок.

По принципу работы приводы делятся на две группы:

1) с преобразователями прямого действия;

2) с преобразователями последовательного действия.

Пневмогидравлические приводы питаются сжатым воздухом, поступающим от цеховой сети через обычную пневматическую аппаратуру. В сравнении с гидравлическими они имеют значительно меньший объем масла, заполняющего полости цилиндров и трубопроводов и циркулирующего в замкнутой гидравлической системе (1,5...3 л вместо 50...80 л в баке гидравлического привода). Малый объем жидкости ограничивает количество подключаемых к преобразователю рабочих гидроцилиндров и ход их штоков.

С помощью пневматического регулятора давления рабочее давление в гидросистеме привода можно регулировать от 1,6 до 10 МПа.

Рис. Схема пневмогидравлического привода

Принцип действия пневмогидравлических приводов следующий (фиг. 192): в пневматический цилиндр 1 впускается воздух из цеховой сети (4-6 кг/см2). Поршень 2, перемещаясь под давлением воздуха, создает давление в гидроцилиндре 4, поршнем которого является шток 3 поршня 2. Давление жидкости передается поршню 5 рабочего гидроцилиндра. Последних обычно бывает несколько, в зависимости от числа зажимов. В этом случае силовой гидроцилиндр связан с рабочими цилиндрами трубопроводами.

Увеличение усилия на штоке рабочего гидроцилиндра по сравнению с силой на штоке пневмоцилиндра пропорционально квадрату отношений диаметров этих поршней.

Однако значительное давление в силовом приводе должно развиваться лишь после касания зажимных элементов с установленной в приспособлении деталью. Для холостых ходов зажимных элементов большие усилия не нужны. Поэтому для холостых движений (подвода и отвода зажимных элементов) можно использовать небольшие давления при значительных объемах перемещаемой жидкости, а для осуществления собственно зажима создавать большие давления при малых ходах поршней гидроцилиндров.

Автоматическое регулирование скорости исполнительных органов гидропривода (гидродвигателей). Начертить одну из схем с автоматическим регулированием и объяснить принцип ее работы

Простейшие схемы управления гидроприводом и схемы включения основных элементов гидросистем будут показаны на примерах. Приводом управляют с помощью четырехходового трехпозиционного гидрораспределителя с электроуправлением. Минеральное масло из бака всасывается в гидросистему нерегулируемым насосом. По пути к распределителю масло фильтруется. Для поддержания постоянного давления и предохранения гидросистемы от перегрузки после фильтра установлен предохранительный клапан. Гидро- распределитель изображен в исходной (средней) позиции, когда открыт канал, соединяющий нагнетательную магистраль со сливной. При включении насоса давление в системе не поднимается, так как масло вхолостую перекачивается насосом. В качестве гидродвигателя применен цилиндр двустороннего действия с односторонним штоком, кото­рый действует на РО. При срабатывании электромагнита распределителя золотник занимает правую крайнюю позицию.

Нагнетательная магистраль соединяется со штоковой полостью цилиндра; поршень, а следовательно и РО перемещаются влево. Поршневая полость цилиндра соединена в этом случае со сливной магистралью. При срабатывании маг­нита нагнетательная магистраль соединяется с поршневой полостью, сливная -- со штоковой. РО перемещается в обратную сторону. При нажатии на кнопку КУ ток будет проходить по обмотке промежуточного реле. Реле сработает. Один контакт этого реле блокирует кнопку КУ, второй, находящийся в силовой части схемы, включает электромагнит гидрораспределителя. РО начнет перемещаться влево до тех пор, пока не сработает конечный выключатель с самовозвратом. При срабатывании включается промежуточное реле, своими контактами блокирует конечный выключатель и включает электромагнит. Золотник распределителя меняет позицию, происходит реверсирование привода, РО начинает перемещаться в обратную сторону до тех пор, пока не сработает конечный выключатель. При срабатывании цепь катушки разрывается и РО останавливается в исходной позиции. При необходимости вместо кнопки управления КУ ставят контакт реле, срабатывающего от конечного выключателя смежного механизма. В этом случае управление будет автоматическим.

С помощью предохранительного клапана поддерживается постоянное давление в магистрали. Разгрузочный клапан подключают к предохранительному трубой для автоматической разгрузки системы с помощью реле давления. При повышении давления выше заданного регулировочным винтом, на электромагнит разгрузочного клапана поступает электрический сигнал, золотник клапана перемещается и пропускает масло на слив. Система разгружается. С помощью дросселя, установленного на входе, регулируют расход масла, поступающего в гидродвигатель (не изображен). От расхода масла зависит скорость движения выходного звена гидродвигателя. Включение редукционного клапана. От насоса масло одновременно подается в гидромотор, работающий при давлении, определяемом настройкой предохранительного клапана, и в цилиндр, работающий при более низком давлении. Редукционный клапан понижает давление.

Скорость в гидроприводах регулируют изменением расхода жидкости, поступающей в гидродвигатель. В зависимости от способа изменения расхода жидкости различают гидроприводы с дроссельным и объемным регулированием. Дроссельное регулирование более предпочтительно для гидроприводов малых и средних мощностей. Оно основано на изменении расхода жидкости с помощью регулируемого дросселя. К достоинствам гидропривода с дроссельным регулированием относят надежность в работе, простоту управления гидрораспределителем, быстродействие и возможность питать одним насосом несколько независимых гидродвигателей.

Объемное регулирование скорости гидропривода основано на применении насоса регулируемой производительности. В зависимости от количества масла, нагнетаемого насосом в единицу времени, изменяется скорость гидропривода. Достоинством гидроприводов с объемным регулированием является высокий коэффициент полезного действия. Преимущества этих гидроприводов наиболее полно проявляются при больших мощностях.

В некоторых гидроприводах производительность насоса регулируют изменением частоты вращения его привода. Возможна параллельная совместная работа насосов постоянной и регулируемой производительности. Включение цилиндра по дифференциальной схеме, работа напорного золотника (напорного клапана). Поток масла, подаваемый насосом в гидросистему, разветвляется по двум направлениям: идет к цилиндру и через регулятор скорости в бак (так как регулятор скорости -- нормально открытый аппарат, состоящий из дросселя и редуктора). При полном перекрытии регулятора (его дросселя) скорость поршня будет максимальной. По мере открывания проходного сечения в регуляторе часть масла отводится в бак, а при полном открывании все масло, нагнетаемое насосом, поступает в бак -- движение поршня прекращается. Для предохранения гидросистемы от перегрузки и поддержания постоянного давления установлен предохранительный клапан с переливным золотником. Для реверсирования привода и дифференциального способа подключения цилиндра применен двухпозиционный распределитель с открытым центром. Ввиду того, что цилиндр расположен вертикально, для устранения самопроизвольного опускания РО при отключении насоса к поршневой полости подключен напорный золотник с обратным клапаном, который пропускает масло из поршневой полости, только когда давление в ней превысит усилие настройки его пружины.

Определение, классификация и область применения пневмо моторов

гидростатический давжение жидкость привод

Пневмомотор -- объемный пневмодвигатель с неограниченным вращательным движением выходного звена.По принципу действия обычно различают объёмные и турбинные пневмодвигатели. По направлению движения -- линейные (поршневые, баллонные, мембранные и другие) и поворотные (поршневые и лопастные).

В объёмных пневмодвигателях механическая работа совершается в результате расширения сжатого воздуха в цилиндрах поршневой машины, в турбинных -- в результате воздействия потока воздуха на лопатки турбины (в первом случае используется потенциальная энергия сжатого воздуха, во втором -- кинетическая энергия). Наибольшее распространение получили объёмные пневмодвигатели (поршневые, ротационные и камерные (баллонные)).

Для нестационарного применения, например, в промышленных роботах, существуют различные двигатели для шлифовальных, фрезерных и сверлильных машин, которые отличаются малым весом и компактным исполнением.

Двигатели, выполненные из нержавеющей стали, нечувствительные к воздействию кислоты и тепла, для работы в трудных условиях, в настоящий момент доступны как двигатели с высоким моментом. Идеальное решение в области приводных устройств, например, для мешалок и промышленных миксеров.

Перемещение тяжелых рулонов бумаги, железнодорожных вагонов и даже припаркованных самолетов вручную. Возможно, звучит фантастично, но, тем не менее, в пределах человеческих сил: непритязательное название механизма «Легкий ролик» говорит само за себя. С помощью этого устройства можно с легкостью перемещать до 100 т, не прилагая больших усилий.

Пневматические двигатели представляют собой безопасные и надежные приводные системы, которые начинают действовать, когда требуется привод с высокими рабочими показателями и защитой от перегрузок. Постоянная готовность к работе в случаях, когда привод, выполненный по традиционной технологии, прекращает движение!

Уравнение Даниила Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости (без вывода). Физический (энергетический) смысл уравнения

Проанализируем теперь изменение кинетической энергии рассматриваемого объёма элементарной струйки жидкости.

Приращение кинетической энергии выделенного объёма за dt равно разности его кинетических энергий в сечениях 1-1 и 2-2. Это приращение составит

.

Приравнивая приращение кинетической энергии сумме работ сил тяжести и сил давления, придём к виду:

.

Разделив обе части на вес dG, т.е. приведя уравнение к единичному весу, получим

.

После сокращения и преобразований придём к искомому виду

Если учесть, что сечения 1-1 и 2-2 выбраны произвольно, можно прийти к выводу, что сумма приведённых выше величин описывающих движение жидкости под действием сил давления и сил тяжести есть величина постоянная для элементарной струйки, т.е.

Таким образом, снова получено то же (ранее полученное интегрированием уравнений Эйлера) уравнение Бернулли для элементарной струйки невязкой жидкости при установившемся движении под действием сил тяжести.

Заключается в утверждении закона сохранения полной механической энергии единицы массы несжимаемой жидкости

а) при потенциальном течении для любой точки пространства,

б) при вихревом - только вдоль вихревой линии тока и элементарной струйки.

Этот закон иногда формулируется в виде теоремы трех высот.

В приведенных условиях сумма трех высот - геометрической, пьезометрической и динамической сохраняет неизменное значение. При этом составляющие полной энергии могут взаимопревращаться. Следует иметь в виду, что изменение кинетической энергии несжимаемой жидкости вдоль элементарной струйки Энергетический смысл уравнения Бернулли не может задаваться произвольно: в соответствии с уравнением неразрывности - это изменение однозначно определяется изменением площади поперечного сечения канала.

Энергетический смысл уравнения Бернулли. Течение в горизонтальной струйке имеет большое практическое значение, оно реализуется в соплах двигателей. Запишем уравнение Бернулли при z=const.

Итак, увеличение скорости несжимаемой жидкости в горизонтальной элементарной струйке всегда сопровождается уменьшением давления, а уменьшение скорости - увеличением давления вплоть до энергетический смысл уравнения Бернулли при v=0. Поэтому скоростной напор широко используется, например, для подачи воды в систему охлаждения, разрушения горных пород и т.д.

В связи с тем, что скорость несжимаемой жидкости может уменьшаться только вследствие изменения площади сечения, приходим к важному выводу о том, что картина линий тока при течении несжимаемой жидкости однозначно определяет не только изменение скорости, но и статического давления: при сгущении линий тока давление уменьшается, при расширении - увеличивается. Это правило широко используется при анализе движения жидкости и ее взаимодействии с телами.

Список рекомендуемой литературы

1. Холин К.М., Никитин О.Ф. основы гидравлики и объемные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1989

2. Кузнецов В.Г. Приводы станков с программным управлением - М.: Машиностроение, 1983.

3. Федорец В.А. и др. Гидроприводы и гидропневматика станков. Киев: Высш.школа, 1987.

4. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1971.

5. Рабинович Е.З. Гидравлика. М.: Высшая школа, 1978.

6. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982.

7. Богданович Л.Б. Гидравлические приводы. Киев: Высшая школа, 1980

8. Гидравлическое оборудование для гибких производственных систем, модулей и других машин и механизмов. Каталог/Под ред.Оксененко А.Я. ВНИИгидропривод, 1988.

9. Перекрестов А.В. Задачи по объему гидроприводу. Киев: Высшая школа, 1983

10. Ермолаев В.Н. Расчет и проектирование объемного гидропривода. УМК Минтяжмаша СССР, 1981.

Размещено на Allbest.ru