M03236
.pdfМІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
з дисципліни:
«Гідравліка, гідро - та пневмопривід» – для студентів що навчаються за напрямками: 6.050.502 «інженерна механіка», 6.0505.503 «машинобудування», 6.050.504 «зварювання», 6.051.102 «авіа та ракетобудування» денної та заочної форм навчання.
2010
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
2
Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни з дисципліни “Гідравліка, гідро - та пневмопривід” – для студентів що навчаються за напрямками: 6.050.502 «інженерна механіка», 6.0505.503 «машинобудування», 6.050.504 «зварювання», 6.051.102 «авіа та ракетобудування» денної та заочної форм навчання. /Укл. Г.І.
Слинько, О.І.Беженов, С.О.Беженов, С. В. Касіч-Пилипенко. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2010. – 78 с.
Укладачі : Г.І. Слинько, професор, д.т.н. О.І.Беженов, доцент, к.т.н., С.О.Беженов, доцент, к.т.н., С. В. Касіч-Пилипенко ст.викладач
Експерти : В.В.Солоха к.т.н.,доцент кафедри МВтаІ, П.А. Каморкін к.т.н.,доцент кафедри ТМБ М.Ф. Кузовов к.т.н.,доцент кафедри М і ТОМ Т, В.Д. Обдул, к.т.н.,доцент кафедри М і ТОМ Т .
О.Г. Сахно, к.т.н.,доцент кафедри ТАД Ю.М. Ткаченко, к.т.н.,доцент кафедри ТАД
О.С. Слюсаров, к.т.н.,доцент кафедри «автомобілі» Л.Г. Мартовіцький, к.т.н.,доцент кафедри ПТМ і М
Відповідальний за випуск : |
|
В.І. Алмаєв |
||||
|
|
Затверджено |
||||
на засіданні кафедри теплотехніки та гідравліки |
||||||
протокол |
№ 9 |
від ” 9 ” червня 2010 р. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
3
|
ЗМІСТ |
|
Вступ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
6 |
|
1. Прилади для вимірювання тиску . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
|
1.1 |
Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
1.2 |
Загальні відомості . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
|
1.2.1 Визначення тисків, одиниці вимірювання тиску . . |
7 |
|
1.2.2 Основне рівняння гідростатики . . . . . . . . . . . . . . . . . |
8 |
|
1.2.3 Основні прилади для вимірювання тиску . . . . . . |
9 |
1.3 |
Завдання на підготовку до лабораторної роботи . . . . . . . . |
10 |
1.4 |
Контрольні запитання для самоперевірки і контролю |
|
|
підготовленості студентів до роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . |
10 |
1.5 Типи приладів для вимірювання тиску |
11 |
|
1.6 |
Матеріали, інструмент, прилади, обладнання . . . . . . . . . . |
14 |
1.7 |
Порядок виконання лабораторної роботи . . . . . . . . . . . . . |
15 |
1.8 |
Зміст звіту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
15 |
1.9 |
Рекомендована література . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
16 |
2. Визначення закону гідравлічного опору труби . . . . . . . . . . . . |
17 |
|
2.1 |
Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
17 |
2.2 |
Загальні відомості . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
17 |
2.3 |
Завдання на підготовку до лабораторної роботи . . . . . . . . |
19 |
2.4 |
Контрольні запитання для самоперевірки і контролю |
|
|
підготовленості студентів до роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . |
20 |
2.5 |
Матеріали, інструмент, прилади, обладнання . . . . . . . . . . |
21 |
2.6 |
Порядок виконання лабораторної роботи . . . . . . . . . . . . . |
21 |
2.7 |
Зміст звіту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
22 |
2.8 |
Рекомендована література . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
24 |
3. Графічна ілюстрація рівняння Д.Бернуллі . . . . . . . . . . . . . . . . |
25 |
|
3.1 |
Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
25 |
3.2 |
Загальні відомості . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
25 |
3.3 |
Завдання на підготовку до лабораторної роботи . . . . . . . . |
26 |
3.4 |
Контрольні запитання для самоперевірки і контролю |
|
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
4
|
підготовленості студентів до роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . |
27 |
3.5 |
Матеріали, інструмент, прилади, обладнання . . . . . . . . . . |
28 |
3.6 |
Порядок виконання лабораторної роботи . . . . . . . . . . . . . |
28 |
3.7 |
Зміст звіту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
29 |
3.8 |
Рекомендована література . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
31 |
4. Визначення коефіцієнта витрати під час витікання рідини |
|
|
через отвори та насадки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
33 |
|
4.1 |
Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
33 |
4.2 |
Загальні відомості . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
33 |
4.3 |
Завдання на підготовку до лабораторної роботи . . . . . . . . |
35 |
4.4 |
Контрольні запитання для самоперевірки і контролю |
|
|
підготовленості студентів до роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . |
35 |
4.5 |
Матеріали, інструмент, прилади, обладнання . . . . . . . . . . |
37 |
4.6 |
Порядок виконання лабораторної роботи . . . . . . . . . . . . . |
38 |
4.7 |
Зміст звіту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
38 |
4.8 |
Рекомендована література . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
39 |
5. Експериментальне визначення характеристик відцентрового |
40 |
|
насоса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|
|
5.1 |
Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
40 |
5.2 |
Загальні відомості . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
40 |
5.3 |
Завдання на підготовку до лабораторної роботи . . . . . . . . |
41 |
5.4 |
Контрольні запитання для самоперевірки і контролю |
|
|
підготовленості студентів до роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . |
41 |
5.5 |
Матеріали, інструмент, прилади, обладнання . . . . . . . . . . |
43 |
5.6 |
Порядок виконання лабораторної роботи . . . . . . . . . . . . . |
43 |
5.7 |
Зміст звіту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
44 |
5.8 |
Рекомендована література . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
45 |
6. Статичні характеристики чотирьохщілинного золотникового |
|
|
гідророзподільника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
46 |
|
6.1 |
Мета роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
46 |
6.2 |
Загальні відомості . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
46 |
6.3 |
Завдання на підготовку до лабораторної роботи . . . . . . . . |
52 |
6.4 |
Контрольні запитання для самоперевірки і контролю |
|
|
підготовленості студентів до роботи . . . . . . . . . . . . . . . . . |
52 |
6.5 |
Матеріали, інструмент, прилади, обладнання . . . . . . . . . . |
54 |
6.6 |
Порядок виконання лабораторної роботи . . . . . . . . . . . . . |
55 |
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
5
6.7 |
Зміст звіту . . . |
. . . . . . . . |
. . . . . |
. . . . . . . . |
. . . . . |
. . . . . |
. . . . . 56 |
6.8 |
Рекомендована література . . . |
. . . . . . . . |
. . . . . |
. . . . . |
. . . . . 56 |
||
7. |
Навантажувальна |
характеристика |
дросельного |
||||
гідроприводу. |
Стабілізація |
руху |
вихідної |
ланки 58 |
|||
гідроциліндра . . . |
. . . . . . . . |
|
|
|
|
|
|
7.1 |
Мета роботи . |
. . . . . . . . |
. . . . . . |
. . . . . . . |
. . . . . |
. . . . . . |
. . . . . 58 |
7.2 |
Загальні відомості . . . . . |
. . . . . . |
. . . . . . . |
. . . . . |
. . . . . . |
. . . . 58 |
|
7.3 |
Завдання на підготовку до лабораторної роботи . . . . |
. . . . 59 |
|||||
7.4 |
Контрольні запитання для самоперевірки і контролю |
||||||
|
підготовленості студентів до роботи . . |
. . . . . |
. . . . . . |
. . . . 59 |
|||
7.5 |
Матеріали, інструмент, прилади, обладнання . . . . . . |
. . . . 61 |
|||||
7.6 |
Порядок виконання лабораторної роботи . . . |
. . . . . . . |
. . . 61 |
||||
7.7 |
Зміст звіту . . . |
. . . . . . . . |
. . . . . . |
. . . . . . . |
. . . . . |
. . . . . . . |
. . . 63 |
7.8 |
Рекомендована література . . . . |
. . . . . . . |
. . . . . |
. . . . . . |
. . . . 63 |
||
8. Визначення часу спрацьовування пневмоциліндра . . . . . |
. . . . 64 |
||||||
8.1 |
Мета роботи . |
. . . . . . . . . |
. . . . . . |
. . . . . . |
. . . . . |
. . . . . . . |
. . . . 64 |
8.2 |
Загальні відомості . . . . . |
. . . . . . . |
. . . . . . |
. . . . . |
. . . . . . |
. . . . 64 |
|
8.3 |
Завдання на підготовку до лабораторної роботи . . . . |
. . . . 66 |
|||||
8.4 |
Контрольні запитання для самоперевірки і контролю |
||||||
|
підготовленості студентів до роботи . . |
. . . . . |
. . . . . . |
. . . . 66 |
|||
8.5 |
Матеріали, інструмент, прилади, обладнання . . . . . . |
. . . . 67 |
|||||
8.6 |
Порядок виконання лабораторної роботи . . . |
. . . . . . . |
. . . 68 |
||||
8.7 |
Зміст звіту . . . |
. . . . . . . . . |
. . . . . . |
. . . . . . |
. . . . . |
. . . . . . . |
. . . 69 |
8.8 |
Рекомендована література . . . . . |
. . . . . . |
. . . . . |
. . . . . . |
. . . . 72 |
||
Додаток А. Деякі довідкові дані до лабораторних робіт за |
|||||||
|
розділом „Гідропривід”. . . . . |
. . . . . |
. . . . . . . |
. . . 73 |
|||
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
6
ВСТУП
Згідно навчального плану передбачено виконання студентами лабораторних робіт з дисциплін “Гідравліка та ГПП”. Задачею лабораторного практикуму є опанування методами експериментального дослідження параметрів течії рідини.
У поданих методичних вказівках наведено деякі загальні відомості, завдання на підготовку до лабораторних робіт, контрольні запитання для самоперевірки і контролю підготовленості студентів до роботи, опис матеріалів, інструменту, приладів та обладнання, заходів безпеки та порядку виконання лабораторних робіт.
Звіти про виконання лабораторної роботи студенти оформлюють згідно з вимогами чинних стандартів щодо оформлення науково-технічної документації та рекомендаціями, наведеними у поданих методичних вказівках, і представляють до захисту у термін, визначений графіком проведення лабораторних робіт.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
7
1 ПРИЛАДИ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ТИСКУ
1.1 Мета роботи
Навчитися користуватись основним рівнянням гідростатики, ознайомитися з приладами для вимірювання тиску, методикою визначення тиску за показами приладів, одиницями вимірювання.
1.2 Загальні відомості
1.2.1 Визначення тисків, одиниці вимірювання тиску
Тиск – це напруга нормальної поверхневої сили, тобто нормальна сила, що діє на одиницю площі поверхні. Розрізнюють абсолютний та надлишковий тиски, що пов’язано з вибором системи відліку. Абсолютний або повний тиск – це дійсна напруга стиснення у рідині чи газі. Цей тиск відлічується від абсолютного нуля, тому
завжди pабс > 0 . Визначення надлишкового (манометричного та
вакуумметричного) тиску пов’язано з уявленням атмосферного тиску. Атмосферний тиск – це тиск, що діє на земну поверхню з боку атмосферного шару. Величина цього тиску мінлива і залежить, головним чином, від висоти над рівнем моря та метеорологічних умов. Середній за часом тиск на рівні моря називають нормальним атмосферним тиском. Величина його незмінна і дорівнює:
pатмн.у. = 760 мм Hg = 101325 Па = 10332 кГ
м2
Надлишковий тиск – це тиск, який відлічується від атмосферного тиску. Надлишковий тиск може бути як додатним (манометричним),
так і від’ємним (вакуумметричним). Вакуумметричний тиск
(розрідження) – це від’ємний надлишковий тиск. Зв’язок між вакуумметричним та надлишковим тисками встановлюється
співвідношенням: |
pвак = − pнадл . |
Величини |
pвак та pм мають |
|
спільний початок |
відліку: |
pатм . |
В області |
додатних значень |
теоретично на величину pм |
не |
накладається ніяких обмежень. |
||
Уявлення pвак використовується лише в тих випадках, коли абсолютний тиск у гідросистемі менше ніж pатм . Максимально можлива величина вакууму не перевищує атмосферного тиску.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
8
Зв’язок між абсолютним та надлишковим тисками встановлюється
співвідношенням: |
pабс = pатм + (± pнадл ). |
(1.1) |
|
|
У міжнародній системі |
одиниць (SI) для вимірювання тиску |
|||
використовується |
Паскаль: |
Па = Н м2 . |
Крім того, |
ще |
експлуатуються прилади для вимірювання тиску, шкали яких градуйовані у позасистемних одиницях, які допускалися до застосування до 1.01.1975 року, а саме: торр = 1 мм Hg (1 мм рт. ст.); ат = 1 кГс /см2 (технічна атмосфера); м (мм) Н2О (метр водяного стовпа). Більшість приладів для вимірювання тиску іноземного виробництва мають шкали, для поділу яких застосовується така одиниця як бар. Співвідношення між названими одиницями вимірювання тиску наведено у таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 – Співвідношення між системними та позасистемними одиницями вимірювання тиску
Одиниці |
Па |
кГс /см2 |
торр |
мм Н2О |
бар |
Па |
1 |
1,02×10 -5 |
7,50×10 -3 |
0,102 |
10 -5 |
кГс /см2 |
9,81×10 4 |
1 |
736 |
104 |
0,981 |
торр |
133 |
13,6×10 -4 |
1 |
13,6 |
13,3×10 -4 |
мм Н2О |
9,81 |
10 -4 |
7,36×10 -2 |
1 |
9,81×10 -5 |
бар |
10 5 |
1,02 |
750 |
10,2×10 3 |
1 |
1.2.2 Основне рівняння гідростатики
Тиски у двох точках, що розташовані в однорідній рідині у спокої, пов’язані за допомогою основного рівняння гідростатики:
pm = pn ± ρgh , |
(1.2) |
де m та n – позначення точок; ρ – густина рідини, кг / м3; g – прискорення вільного падіння, м /с2; h – відстань між точками уздовж вертикалі, м.
У рівнянні (1.2) pm та pn обов’язково є однойменними
тисками (обидва абсолютні, або обидва надлишкові). Знак перед другим доданком у формулі (1.2) залежить від взаємного розташування точок: якщо точка m розташована нижче, ніж точка n, то становиться знак «плюс». При зміні взаємного розташування точок змінюється також знак у рівнянні.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
9
Для системи, що складається з різнорідних рідин, розрахункову формулу для визначення тиску одержують послідовним застосуванням рівняння (1.2) для кожної пари точок, що містяться в однорідному середовищі. Методику виведення розрахункових формул для рідинних систем (різних приладів) наведено далі.
1.2.3 Основні прилади для вимірювання тиску
У залежності від призначення прилади тиску мають різні назви: барометр – для визначення атмосферного тиску; манометр – для надлишкового та абсолютного тисків; вакуумметр – для вакуумметричного тиску; мановакуумметр – для надлишкового та вакуумметричного тисків; мікроманометр – для вимірювання малих тисків; диференціальний манометр – для вимірювання різниці тисків.
За принципом дії прилади тиску поділяються на рідинні, механічні та спеціальні (електричні, пневматичні і т.д.). В даній лабораторній роботі розглядаються прилади перших двох типів.
Рідинні прилади тиску складаються з однієї, чи декількох трубок, які заповнені рідиною. Для того, щоб капілярні ефекти суттєво не впливали на точність вимірювань, використовують трубки з внутрішнім діаметром d > 5 мм. У процесі вимірювань фіксують положення видимих менісків (меж розподілу рідин) у трубках. Робочими рідинами часто використовують воду (ρ = 1000 кг /м3), спирт (ρ = 790 кг /м3), та ртуть (ρ = 13600 кг /м3). Рідинні прилади забезпечують високу точність вимірювань. Вони нескладні у виготовленні та використанні. Не потребують тарування (перевірки показань).
Для вимірювання високих тисків рідинні прилади виявляються малоздатними, тому що у цьому випадку вони суттєво ускладнюються (потрібно використовувати багато трубок). Крім того, величина тиску, що вимірюється, обмежується міцністю трубок та надійністю ущільнень. Як правило, рідинні приладі використовують для вимірювання тисків у діапазоні до 0,5 МПа (інколи до 15 МПа).
Дія механічних приладів базується на зв’язку між тиском, що рідина чине на спеціальний чутливий елемент, та деформацією останнього. Механічні прилади дозволяють вимірювати будь-які тиски (практичний діапазон від 50 Па до 1000 МПа), але точність їх нижча, ніж у рідинних приладів. Властивості матеріалу чутливих
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
10
елементів з бігом часу змінюються, через це такі прилади потребують періодичного тарування (повірки).
1.3 Завдання на підготовку до лабораторної роботи
Перед тим як стати до лабораторної роботи, студентам необхідно засвоїти теоретичний матеріал розділу “Гідростатика”. Слід приділити особливу увагу з’ясуванню фізичної суті основного рівняння гідростатики та чітко розрізнювати шкали для вимірювання тиску. В процесі підготовки до лабораторної роботи слід користуватися літературою [1–2], конспектом лекцій, а також даними методичними вказівками.
До початку лабораторної роботи слід також підготувати ілюстративні матеріали, згідно з вимогами розділу 1.7 даних методичних вказівок, які повинні містити форму протоколу (таблиця 1), до якого заноситимуться всі величини, одержані з дослідів та в результаті розрахунків.
Таблиця 1.2 – Форма протоколу
Дослід |
Розрахунок |
pM |
H |
H A |
ρ |
p0 |
|
|
pA |
||
... |
м |
м |
кг/м3 |
Па |
Па |
кГс/см2 |
тор |
м H2O |
бар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4 Контрольні запитання для самоперевірки і контролю підготовленості студентів до роботи
1.Визначення тисків: атмосферного, надлишкового, абсолютного, вакууму, та зв’язок між ними.
2.Одиниці вимірювання тисків, їх класифікація.
3.Основне рівняння гідростатики, його фізична суть (розуміння) та практичне застосування.
4.Розрахункові формули для визначення тиску (чи різниці тисків) у випадку багаторідинних систем.
5.Основні типи приладів, їх позитивні якості, недоліки та галузь застосування.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com