Санкт-Петербургский институт машиностроения (ВТУЗ-ЛМЗ)

Кафедра «Резание, станки и инструменты»

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по гидравлике, объёмным гидромашинам и гидроаппаратам.

Учебное пособие по лабораторным работам для студентов технологических специальностей (151001, 151002 и др.).

Санкт-Петербург - 2009

Лабораторный практикум содержит обозначения в соответствии с ГОСИТ элементов гидравлических систем и их назначением, знакомит студентов с конструкциями объёмных гидромашин и их рабочими параметрами, с конструкциями гидроаппаратов и принципом их работы, с лабораторными стендами для испытания гидромашин и гидроаппаратов, а также с методами обработки полученных опытных данных и их графическим представлением. Приводится алгоритм расчёта опытных данных на персональном компьютере (ПК). В приложении приводится журнал лабораторных работ, который содержит все необходимые сведения по выполняемым лабораторным работам.

Автор: к.т.н., доцент В. А. Иванов

Учебное пособие утверждено на заседании кафедры № 8 от 01.06.09.

Рецензент: к.т.н., доц. Рыбаков В.Н. (СПбГТУ, кафедра «Гидромашиностроения»)

Содержание:

Общие сведения……………………………………………………………….

Принцип работы и назначения объёмных насосов…………………………...

Лабораторная работа № 2, часть I……………………………………………...

Лабораторная работа № 2, часть II…………………………………………….

Лабораторная работа № 2, часть III……………………………………………

Лабораторная работа № 2, часть IV…………………………………………

Лабораторная работа № 3, часть I……………………………………………

Лабораторная работа № 3, часть II и III…………………………………

Лабораторная работа № 3, часть IV…………………………………………

Лабораторная работа № 4, часть I…………………………………………

Лабораторная работа № 4, часть II……………………………………………

Приложение 1 – журнал лабораторных работ по гидравлике, и гидроприводу……………………………………………………………………

Литература………………………………………………………………………

Общие сведения

Лабораторный практикум содержит описание лабораторным работам по гидравлике, гидромашинам и элементам гидроприводов. В нем приводятся как теоретические сведения, необходимые для основания студентами материала, так и практические данные по конструкциям гидромашин и гидроаппаратов, а также по лабораторным стендам и методам обработки полученных опытных данных.

Лабораторная работа № 1, часть I, носит расчётно-ознакомительный характер. В ней приводится гидравлическая схема, содержащая трубопровод, местное сопротивление, гидроаппараты и приводной насос. Условия эксплуатации гидросхемы конкретизируется исходными данными, на основании которых составлены варианты индивидуальных заданий в виде таблицы эксплуатационных параметров. При проведении студентами гидравлических расчётов необходимо обратить внимание на наличие в формулах переводных коэффициентов, предназначенных для перевода несистемных единиц в системные, в соответствии с системой СИ исходные данные для расчёта взять из таблицы 1.1.

Исходные данные к лабораторной работе № 1, часть I.

Таблица 1.1.

Вариант №	Марка масла	ρ	ν50о	nt	tм	Ем	Рн	κ	dу	ζ	l	Qф*	Qок*	Q
-	-			-	0С	МПа	МПа	%	мм	-	м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1	ИГП-18	880	0,18	1,97	45	1400	4,0	0,2	10	4	10	25	25	17
2	И-20А	885	0,2	2,02	46	1450	4,5	0,4	10	5	9	25	25	19
3	Т22	885	0,22	2,04	47	1470	5,0	0,6	10	6	8	25	25	21
4	ИГП-30	895	0,3	2,17	48	1550	5,5	0,8	10	7	7	25	25	23
5	И-30А	895	0,3	2,17	49	1540	6,0	1,0	10	6,5	6	25	25	20
6	Т30	895	0,3	2,17	51	1560	6,5	1,5	16	6	5	100	63	50
7	ИГП-38	900	0,38	2,32	52	1650	7,0	2,5	16	5,5	6	100	63	52
8	И-40А	905	0,4	2,36	53	1680	7,5	4,0	16	5	7	100	63	54
9	Т46	910	0,46	2,4	54	1700	8,0	2,5	16	4,5	8	100	63	56
10	ИГП-49	915	0,49	2,42	55	1850	8,5	1,5	16	4	9	100	63	60
11	И-50А	915	0,5	2,45	56	1900	9,0	1,0	20	8	10	200	125	90
12	И-40А	905	0,4	2,36	57	1680	9,5	0,8	20	7	5	200	125	95
13	И-30А	895	0,3	2,17	56	1540	10	0,6	20	6	6	200	125	100
14	И-20А	880	0,2	2,02	55	1450	9,5	0,4	20	5	7	200	125	105
15	ИГП-38	900	0,38	2,32	54	1650	8,0	0,2	20	9	8	200	125	110
16	ИГП-30	895	0,3	2,17	53	1550	7,5	4,0	25	8	9	320	200	170
17	ИГП-18	880	0,18	1,97	52	1400	7,0	2,5	25	7	10	320	200	180
18	Т46	910	0,46	2,4	51	1700	6,5	1,5	25	6	9	320	200	175
19	Т30	895	0,3	2,17	49	1560	6,0	1,0	25	5	8	320	200	185
20	Т22	885	0,22	2,04	48	1470	5,5	0,8	25	4	7	320	200	190
21	ИГП-49	915	0,49	2,42	47	1850	5,0	0,6	32	4,5	6	400	250	200
22	ИГП-38	900	0,38	2,32	46	1650	4,5	0,4	32	5,5	5	400	250	210
23	ИГП-30	895	0,3	2,17	45	1550	4,0	0,2	32	6,5	7	400	250	220
24	ИГП-18	880	0,18	1,97	44	1400	6,3	2,5	32	7,5	8	400	250	230
25	Т46	910	0,46	2,4	55	1700	8,6	1,5	32	8	9	400	250	240

Во второй части лабораторной работы № 1 приводятся обозначения элементов гидро-пневмо приводов в соответствии с ГОСТ, поясняется их назначение в гидравлических и пневматических приводах. Данный материал, дополненный плакатами конструкций гидроаппаратов и их реальными конструкциями, представленными на лабораторных стендах, позволяет студентам научиться читать гидравлические схемы и объяснять их принцип работы.

В лабораторной работе № 2 по объёмным гидромашинам проводятся как теоретические сведения, объясняющие их принцип работы, так и справочные данные по рабочим параметрам.

В частях I и II этой работы изучаются конструкции шестерённых и пластинчатых нерегулируемых насосов, используемых в гидравлических системах металлорежущих станков, технологических приспособлений, промышленных роботов. В процессе работы разбираются рабочие камеры насосов, осуществляется наглядное знакомство с их устройством и принципом работы, измеряются размеры деталей, образующих рабочую камеру и определяющих величину теоретической подачи. Результаты измерений заносятся в таблицы 2.3 и 2.9. Кроме того, в таблицах 2.4 и 2.8 приводятся варианты с данными по условиям эксплуатации насосов, позволяющие каждому студенту выдать задание для расчёта конкретного режима работы насоса. Для исходных параметров с помощью персонального компьютера (ПК) приводятся блок схемы алгоритма их расчёта, см. рис. 2.2 и 2.4.

Результаты расчётов параметров объёмных насосов заносятся в таблицы, 2.6 и 2.12.

В части III данной лабораторной работы приводятся испытания на лабораторном стенде, рис. 2.5, объёмного насоса пластинчатого типа Г12-31 М. Полученные опытные данные заносятся в таблицу 2.13. Алгоритм расчёта приведён в виду формул с пояснениями, входящих в них величин, а также приводится блок схема алгоритма расчёта на ПК. Результаты расчёта сводятся в таблицу 2.15, на основании которых строятся рабочие характеристики насоса, см. рис. 2.7.

В части IVлабораторной работы студенты знакомятся с конструкцией аксиально-поршневой гидромашины. Так как объёмные гидромашины являются принципиально обратимыми, т. е. конструкции насосов и гидромоторов принципиально похожие, на примере схемы, рис. 2.8, аксиально-поршневой гидромашины изучается её работа в режиме насоса и гидромотора. Кроме того в режиме гидромотора проводятся испытания на лабораторном стенде, рис. 2.9. Опытные данные сводятся в табл. 2.16, приводится алгоритм расчёта, результаты заносятся в табл. 2.17, на основании полученных данных строятся графики, приведённые на рис. 2.10.

В лабораторной работе № 3, часть I, приводятся схемы лабораторных стендов для испытаний направляющей и регулирующей гидроаппаратуры на рис. 3.1 и 3.2. Здесь же рассматривается схема конструкции, назначение и принцип работы крана управления. Приводится последовательность проведения испытаний его на лабораторном стенде, рис. 3.1, полученные данные заносятся в табл. 3.1, приводятся константы расчета и алгоритм расчёта характеристик крана управления. В табл. 3.3 приводится расшифровка символов для расчёта на ПК, а на рис. 3.4 – алгоритм расчёта на ПК. Графическое представление результатов расчёта коэффициента расхода и коэффициента местного сопротивления от числа Рейнольдса, а также зависимости расхода жидкости от перепада давления на кране управления приводятся 3.5.

В частях II и III данной лабораторной работы рассматриваются гидроаппараты применяемые при дроссельном регулировании скорости, гидроприводов – это дроссель и регулятор потока. Поясняются достоинства и недостатки дроссельного регулирования, рассматриваются схемы конструкций целевого дросселя, рис. 3.6, и регулятора потока, рис. 3.7, объясняется их принцип работы, а также последовательность действий при испытаниях на лабораторном стенде, рис. 3.1

Проводятся постоянные параметры для обработки опытных данных по дросселю и регулятору потока, результаты измерений заносятся в таблицы 3.4 и 3.5. Для возможности обработки опытных данных на ПК выполнена в таблице 3.7 расшифровка символов, а на рис. 3.10 приводится графическое представление результатов расчёта, алгоритм расчёта на ПК см. на рис. 3.9.

В части IV лабораторной работы № 3 на рис. 3.11 представлена принципиальная конструкция гидрораспределителя типа В6. На стенде рис. 3.2 проводятся его гидравлические испытания в режиме пропорционального управления, т.е. в режиме ступенчатого смещения золотника 3 относительно корпуса 1, см. рис. 3.11, в промежутке между его двумя крайними положениями. Здесь же поясняется порядок проведения лабораторной работы, результаты измерений заносятся в таблицу 3.8. Приводятся постоянные параметры для расчёта и алгоритм обработки опытных данных.

В лабораторной работе № 4, часть I осуществляется знакомство с конструкцией редукционного клапана непрямого действия, рассматривается его назначение и принцип действия. Испытания проводятся на лабораторном стенде рис. 3.1. Опытные данные заносятся в таблицу 4.1. Приводятся константы для расчёта и алгоритм расчёта гидравлических характеристик. Рёзультаты расчёта сводятся в таблицу 4.4. Графики опытных зависимостей приведены на рис. 4.2 – это зависимость площади открытия редукционного клапана от перепада давления на нём и зависимость коэффициента местного сопротивления от числа Рейкольдса.

Во II - й части лабораторной работы № 4 осуществляется знакомство с предохранительным клапаном прямого движения, на рис. 4.3 – приводится схема его конструкции и установки в гидролинии. Проведение испытаний осуществляется на лабораторном стенде, рис. 3.1. Результаты испытаний заносятся в таблицу 4.4. Приводятся константы для расчёта и алгоритм расчёта гидравлических параметров. Результаты сводятся в таблицу 4.5. Графические зависимости, см. рис. 4.4 устанавливают взаимосвязь между площадью открытия клапана и давлением в напорной магистрали при его срабатывании, а также коэффициентом местного сопротивления и числом Рейкольдса.

Принцип работы и назначение объемных насосов

в схемах станочных гидроприводов.

Объемные насосы станочных гидроприводов являются гидромашинами роторного типа и подразделяются на шестеренные, пластинчатые, аксиально-поршневые, радиально-поршневые.

При вращении ротора насоса жидкость поступает в его рабочие камеры, где осуществляется подвод гидромеханической энергии к жидкости путем ее переноса или вытеснения из зоны низкого давления (полость всасывания) в зону высокого (полость нагнетания).

Объемные насосы станочных гидроприводов служат источником гидромеханической энергии жидкости; в них осуществляется преобразование механической энергии, подведенной к ротору насоса от электродвигателя, в гидромеханическую энергию движущейся жидкости.

Основные параметры объемных насосов.

Рабочий объем q_н, [см³]- это объем жидкости, подаваемой насосом за 1 оборот ротора при отсутствии перепада давления между полостями нагнетания и всасывания (т.е. при отсутствии утечки жидкости через технологические зазоры в рабочей камере). Иногда рабочий объем называют удельной геометрической подачей насоса, так как он определяется геометрическими размерами рабочей камеры насоса.

Давление на выходе насоса р_н^*1 (давление нагнетания), [МПа]. Насосы станочных гидроприводов рассчитаны на стандартное давление р_н^* , МПа из ряда 1,6; 2,5; 6,3; 10; 12,5; 20; 25; 32; 50.

_______________

1 - Параметры, отмеченные знаком "*", являются справочными.

Частота вращения ротора насоса n_H, [об/мин].

Дня отечественных насосов эта величина находится в диапазоне 930…1800 об/мин; некоторые зарубежные фирмы выпускают объемные насосы на частоту вращения до 5000 об/мин (шестеренные) и до 7500 об/мин (аксиально-поршневые). Увеличение частоты вращения ротора уменьшает металлоемкость и габариты насосов, повышает его энергоемкость.

Теоретическая подача насоса равен

(1.1)

Иногда называют геометрической подачей, так как она зависит от геометрии рабочей камеры.

Утечка жидкости через технологические зазоры рабочей камеры ∆Q,

[л/мин], величина которой зависит от типа насоса, качества изготовления и условий его эксплуатации.

Действительная подача насоса Q_Н, [л/мин] - количество жидкости, подаваемое потребителю в единицу времени, - определяется по формуле

Q_H=Q_T-∆Q (1.2)

Объемный КЦД насоса η₀, учитывающий объемные потери в насосе из-за утечки жидкости, вычисляется по формуле

η₀= (1.3)

Объемные потери в насосе при эго эксплуатации зависят от давления р_Н, развиваемого насосом, которое в общем случае может отличаться от справочного (паспортного) давления на выходе насоса р_Н^*. Поэтому различают справочный объемный КПД η₀^*, определенный при номинальном (паспортном) давлении на выходе из насоса, и действительный объемный КПД - η₀, который учитывает условия эксплуатации насоса (действительный перепад давления, создаваемый насосом). Поэтому действительный объемный КПД насоса равен

, (1.4)

где - перепад давлений, создаваемый насосом на заданном режиме работы; ν_50˚, - кинематический коэффициент вязкости масла при 50°С и рабочей температуре соответственно, сСт (I сСт = 0,01 см²/с).

(1.5)

где t_м – рабочая температура масла, ˚С; n_t – показатель степени, зависящий от марки масла (табл. 1).

Таблица 1.1

Значения величин ν_50˚и n_t

Марка масла	ИГП-18	Т22	ИГП-30	ИГП-38	Т46	ИГП-49
nt	1,97	2,04	2,17	2,32	2,4	2,42
ν50˚,	0,18	0,22	0,30	0,38	0,46	0,49

Механический КПД насоса η_м учитывает потери на трение в механизме насоса (трение в подшипниках, в зубьях зубчатых колес шестеренных насосов, трение пластин о статор в пластинчатых насосах, поршней о наклонный диск в аксиально-поршневых и поршней об обойму статора в радиально-поршневых насосах и т.д.). Кроме того, в механический КПД объемных гидромашин (насосы и гидромоторы) обычно включают и гидравлические потери, связанные с потерями гидравлической анергии при движении жидкости в рабочей камере насоса. Поскольку скорость жидкости в рабочей камере мала (составляет несколько метров в секунду), то и гидравлические потери также малы (не более 1% от всех видов потерь) и их специально не рассматривают и включают в механический КПД.

Эффективная мощность, развиваемая насосом

(1.6)

При расчете в СИ необходимо в формулу (1.5) подставлять значения в мегапаскалях, а в метрах кубических в секунду, имея ввиду, что 1 МПа=1МН/м²=10⁶Па=10⁶ Н/м², а 1 л/мин=1,67·10^-5 м³/с, кроме того, 1 Вт=1 Н·м/с, а 1 кВт=10³ Вт.

Объемные, гидравлические и механические потери в насосе учитываются полным КПД насоса

(1.7)

Потребляемая мощность насоса N – это мощность, которую необходимо подвести к валу насоса

N= ,[Вт] (1.8)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2, часть I.

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ НА ПК ПАРАМЕТРОВ ШЕСТЕРЕННОГО НАСОСА.

Цель работы - ознакомление с конструкцией и расчет на ЭВМ параметров шестеренного насоса.