2017

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Ю.С. Ткаченко

ГИДРАВЛИКА

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2016

1

УДК 530.1 (075.8)

Ткаченко Ю.С. Гидравлика: учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (1,86 Мб) / Ю.С. Ткаченко. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением

1024x768; MS Word 2007 или более поздняя версия; CD-ROM

дисковод; мышь. – Загл. с экрана.

Учебное пособие содержит вопросы, относящиеся к рабочим жидкостям гидросистем, методы описания их движения, основные законы гидростатики и гидродинамики жидкостей. Освещены проблемы образования кавитации гидравлического удара, рекомендации по фильтрации рабочих жидкостей.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 15.03.05 «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств» (все направленности), дисциплине «Гидравлика».

Пособие предназначено для студентов 3 - 4 курсов всех форм обучения.

Табл. 4. Ил. 34. Библиогр.: 17 назв.

Рецензенты: кафедра управления качеством и машиностроительных технологий Воронежского государственного университета инженерных технологий д-р техн. наук, проф. А.В. Кретинин

Ткаченко Ю.С., 2016

Оформление. ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016

2

ВВЕДЕНИЕ

Гидравлика - наука, входящая в цикл механических дисциплин, изучающая законы равновесия и движения жидких и газообразных тел и применение этих законов для решения технических задач.

Дисциплина базируется на высшей математике (теория поля, дифференциальные уравнения), физике (механика, свойства жидкостей и газов), теоретической механике.

Специфика гидравлики обусловлена легкой деформируемостью материала тел, являющихся объектом изучения. Отсюда следует специфическая форма записи общих законов сохранения массы, импульса, энергии и соответствующие специфические методы их решения. Многие численные методы решения нелинейных уравнений в частных производных разработаны и разрабатываются применительно к задачам механики жидкости и газа.

В качестве приводов металлорежущих станков и куз- нечно-прессового оборудование широкое распространение получили объемные гидравлические и пневматические приводы. Гидро- и пневмоприводы очень удобны также для использования в устройствах периферийного (вспомогательного) оборудования гибких производственных систем и роботизированных участков.

Настоящее учебное пособие соответствует требованиям, предъявляемым ФГОС по направлению подготовки бакалавров по направлению 15.03.05 «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств», дисциплины «Гидравлика» всех форм обучения.

3

1. ГИДРОПРИВОД КАК ФАКТОР АВТОМАТИЗАЦИИ СТАНКОВ И СТАНОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Вобщем случае под приводом понимается механизм (устройство), приводящее в действие рабочие органы станков

итехнологического оборудования. По принципу действия различают:

1.ступенчатое регулирование скорости – обеспечивается коробками скоростей или подач, а также электроприводом переменного тока;

2.бесступенчатое (плавное) регулирование выходных звеньев – обеспечивается электроприводом постоянного тока и гидроприводом.

На гидропривод распространяется требование вакуумной техники, то есть, обеспечение герметичности гидросистемы.

Гидропривод состоит из источника гидравлического потенциала (насос), аппаратуры, регулирующей давление и расход жидкости, выходного гидроцилиндра (гидродвигателя), осуществляющего перемещение рабочего органа технологического оборудования, коммутационных магистралей (трубопровод, гибкие шланги), связывающих узлы гидропривода и вспомогательные устройства (контрольно – измерительная аппаратура, система фильтров очистки минерального масла, и

т.п.).

Вгидравлических приводах для получения механического движения используют давление жидкости. Высокая подвижность и малая сжимаемость жидкостей позволяют с помощью простого по конструкции двигателя поступательного движения – гидроцилиндра – выполнить практически все требования, предъявляемые к движению рабочих органов в станках: по скорости, равномерности движения, усилиям, частоте переключений и др. Рабочее давление жидкости в гидроприводах станков значительно выше, чем давление сжатого воздуха в пневмопритводах, поэтому габаритные размеры гидравлических исполнительных механизмов соответственно меньше, чем пневматических, и они легче встраиваются в станок. Гидрав-

4

лические двигатели вращательного движения также имеют меньшие размеры и массу на единицу мощности по сравнению с электродвигателями.

Гидравлический привод удобно сочетается с другими типами приводов, электронными системами управления станками, а также имеет и другие преимущества, благодаря которым гидропривод является эффективным средством автоматизации станков и устройств, способствующих их более эффективному использованию (промышленных роботов, автоматизированных магазинов инструментов и складов продукции; устройства контроля размеров заготовок, деталей и др.).

К преимуществам гидропривода, по сравнению, например, с механическими и электроприводами, следует отнести возможность реализации автоматического циклового действия, компактность, малую металлоемкость, способность бесступенчатого регулирования скорости рабочих органов, лучшие динамические свойства реверсирование прямолинейного движения, обеспечение надежной смазки. Гидроприводам присущи: надежная защита от перегрузок, перестройка технологического оборудования на различные режимы работы, возможность автоматизации, высокая энергоемкость, то есть, получение больших сил и мощностей при сравнительно небольших габаритах и собственной массе гидродвигателей. Например, габариты и масса современных гидродвигателей составляют около 20% по сравнению с электродвигателями аналогичной мощности. Для гидросистем характерна высокая энергоемкость рабочей среды. Давление жидкости достигает 35 – 100 Мпа и более. Диапазон бесступенчатого регулирования скоростей для поступательных движений лежит в пределах от 3 мм/мин до 90 м/мин, для вращательных от 0,1 мин-1 до 50000 мин-1. Малая инерционность гидродвигателей дает возможность частых и быстрых переключений. Так, для гидроцилиндров частота переключений составляет 400 мин-1, для гидромоторов – 500 мин-1. Например, время реверса гидромотора мощностью 3,75 квт составляет 0,02 сек.

5

Недостатками гидропривода, ограничивающими его применение являются: нестабильность работы из – за неизбежности температурных колебаний рабочей жидкости, более низкий к.п.д. из-за утечек рабочей жидкости, и особенностей работы насосов постоянной и нерегулируемой подачи; невозможность точного соблюдения передаточного отношения при согласовании движений рабочих органов станка, необходимость применения устройств очистки и охлаждения жидкости, повышенная пожароопасность при работе с минеральными маслами.

6

2. РАБОЧИЕ ЖИДКОСТИ ГИДРОСИСТЕМ

Рабочим телом (средой) в гидравлических системах являются капельные жидкости, характеризуемые высокими, по сравнению с газами, объемным модулем сжатия и вязкостью. В основном применяются минеральные масла, представляющие собой жидкие дистиллаты, загущенные парафином, церезином и другими твердыми углеводородами, а также жидкости на основе органических и кремнийорганических соединений. Особенно широко применяются смеси минеральных масел, полученные смешиванием маловязких нефтепродуктов с высоковязкими компонентами (загустителями).

Основными показателями для оценки качества рабочей жидкости служат вязкостно – температурные свойства, химическая и физическая стабильность, антикоррозийные свойства, неагрессивность по отношению к резиновым уплотнительным деталям, смазочная способность, теплофизические свойства и вспениваемость, а также огнестойкость и температура замерзания.

2.1. Требования к рабочим жидкостям

Рабочая жидкость гидросистем должна обладать: а) хорошими смазывающими свойствами;

б) минимальной зависимостью вязкости от температуры в требуемом диапазоне температур;

в) низкой упругостью насыщенных паров и высокой температурой кипения;

г) нейтральностью к применяемым материалам и в частности к резиновым уплотнителям и малым адсорбированием воздуха, а также легкость его отделения;

д) высокой устойчивостью к механической и химической деструкции и к окислению в условиях применяемых температур, а также длительным сроком службы;

е) высоким объемным модулем упругости;

7

ж) высокими коэффициентами теплопроводности и удельной теплоемкости и малым коэффициентом теплового расширения;

з) высокими изолирующими и диэлектрическими качествами;

и) жидкость и продукты ее разложения не должны быть токсичными.

2.2 Эксплуатационные характеристики жидкостей

Температура вспышки материальных масел – это минимальная температура, при которой от соприкосновения с открытым пламенем воспламеняется пары масла, насыщающие находящийся над ним воздух.

Испарение масел начинается при температуре на 650 – 850С ниже температуры вспышки. Эта важная характеристика используется для определения степени пожароопасности масел.

Вязкость масел (свойство жидкости сопротивляться усилиям сдвига) значительно больше вязкости воды.

В механизмах с небольшой скоростью движения рабочих органов принимают масла более вязких сортов. В быстроходных – используются менее вязкие виды масел. Малая вязкость требует меньшей затраты мощности, но увеличиваются утечки масла. При повышенной вязкости утечки уменьшаются, но увеличивается потребляемая мощность. Вязкость – один из основных параметров при проектировании гидросистем.

Важными параметрами жидкости являются также температуры застывания и замерзания.

Температурой застывания по ГОСТу 1929 – 51 называют такую наиболее высокую температуру, при которой поверхность уровня масла, залитого в стандартную пробирку, не перемещается при наклоне пробирки на 450 в течение 5 мин. Эта температура характеризует жидкость с точки зрения сохранения текучести, а следовательно, возможности транспортировки и слива в холодное время года.

8

Температура застывания масла должна быть не менее чем на 10 – 170 С ниже наименьшей температуры окружающей среды, в условиях которой будет работать гидросистема.

Температурой замерзания называют температуру начала кристаллизации, т.е. температуру, при которой в жидкости образуется облачко из мельчайших кристаллов. При этом не должно быть расслаивания жидкости и выделения из нее составных компонентов.

Жидкость не должна содержать легкоиспаряющиеся компоненты, испарение которых может привести при продолжительной эксплуатации к загустению жидкости.

2.3.Физические характеристики жидкостей

2.3.1.Весомость жидкости характеризуется объемным весом (удельной силой тяжести) и плотностью, которые фактически обозначают одно и то же свойство жидкости, - отношение веса или массы жидкости к ее объему. При расчетах обычно используют объемный вес (вес единицы объема вещества), который зачастую называют весовой плотностью, причем выражают его обычно как отношение веса в килограммах

кобъему в кубических сантиметрах или метрах.

При равномерном распределении массы объемный вес

Gt mg V V

где Gt - вес некоторого объема V жидкости;

m = Gt - масса рассматриваемого объема жидкости; g

g – ускорение силы тяжести.

Для минеральных масел при упрощенных расчетах можно принять γ = 900 кг/м3

Различают также удельный объем жидкости, под которым понимают объем единицы ее массы:

9