Тема 4.3 Гидравлические исполнительные двигатели

Назначение, классификация гидродвигателей.

Силовые цилиндры, их классификация, назначение, устройство, принцип работы.

Гидромоторы, их классификация, назначение, устройство, принцип работы.

Поворотные гидродвигетали, их классификация, назначение, устройство, принцип работы.

Литература: [1], c. 84-94, [2], с. 178-188.

Тема 4.4 Уплотнения

Классификация уплотнений, область их применения. Уплотнение набивками (наполнителями), манжетное уплотнение, лабиринтное уплотнение, уплотнение металлическими кольцами, уплотнение пригонкой, уплотнение магнитными жидкостями, динамическое уплотнение. Основные конструкции, методика установки уплотнений. Материалы, применяемые для уплотнений.

 

Литература: [1], c. 135-144, [2], с. 185-190.

 

Вопросы для самоконтроля по темам 4.3 и 4.4:

1. Что называется гидродвигателем?

2. Какие бывают гидродвигатели?

3. Что такое гидроцилиндр?

4. Как определяется усилие на штоке поршневого гидроцилиндра?

5. Что такое гидромотор и чем он отличается от насоса?

6. Что такое телескопический цилиндр и для чего он предназначен?

7. Когда применяется комбинированный гидроцилиндр?

8. Какими преимуществами обладают поворотные гидроцилиндры?

9. Какие параметры для гидроцилиндров являются основными?

10. Какие применяются уплотнения для подвижных элементов гидродвигателей?

Тема 4.5 Направляющая и регулирующая гидроаппаратура

Назначение и классификация направляющей и регулирующей гидроаппаратуры.

Направляющая гидроаппаратура: классификация, конструкции распределителей. Принцип работы распределителей, способы управления ими. Разделительные панели.

Регулирующая аппаратура. Аппаратура регулирования расхода жидкости, давления: предохранительные клапаны прямого и непрямого действия, редукционный, обратный, дозирующий клапаны. Принцип работы, способы регулирования и настройки клапанов.

Дроссели, реле давления. Принцип работы, способы регулирования и настройки дросселей и реле давления.

Следящие гидроусилители, их классификация, область применения, основные конструкции, применяемые в технологическом оборудовании.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. По каким признакам подразделяется гидроаппаратура?

2. Какая разница между редукционным и предохранительным клапанами по назначению?

3. Почему клапан предохранительный бывает одинарного и двойного действия?

4. Чем определяются и какие бывают типы распределителей?

5. Какие гидроэлементы относятся к вспомогательной гидроаппаратуре?

6. Чем отличается принцип действия дроссельного от направляющего распределителя?

Литература: [1], с. 95-113, 113-124, [2], с. 190-205, 205-217,

[3], с. 72-78.

Тема 4.6 Регулирование скорости рабочего органа

Способы регулирования скорости рабочего органа.

Дроссельное регулирование скорости. Способы дроссельного регулирования, их достоинства и недостатки.

Объемное регулирование скорости. Способы объемного регулирования, их достоинства и недостатки.

Стабилизация скорости рабочего органа. Способы стабилизации скорости, их достоинства и недостатки.

Автоматическое регулирование скорости рабочего органа технологического оборудования. Гидравлические следящие системы.

 

Литература: [1], с. 205-217, 145-150, [3], с. 120-129, [4], с. 53-64.

 

Тема 4.7 Фильтрация рабочей жидкости

Классификация и способы фильтрации. Конструкция фильтров. Механические фильтры: сетчатые, проволочные, пластинчатые, пористые, магнитные. Силовые фильтры: центробежные, гравитационные, электростатические. Способы включения их в гидролинию.

 

Литература: [1], с. 125-130, [2], с. 222-230.

Тема 4.8 Трубопроводы

Классификация трубопроводов. Материал, применяемый для их изготовления. Методы соединения трубопроводов. Достоинства и недостатки каждого из них. Соединительная арматура.

 

Литература: [1], с. 202-210, 250-253, [2], с. 225-230.

Вопросы для самоконтроля по темам 4.6, 4.7 и 4.8:

1. От чего зависит скорость исполнительных органов гидропривода (гидродвигателя)?

2. Что такое объемный способ регулировки скорости?

3. Какие конструкции дросселей Вы знаете?

4. Какие существуют способы постановки дросселя в гидроприводе?

5. Какие преимущества и недостатки способа постановки дросселя «на входе»?

6. Чем интересен способ постановки дросселя «на ответвление»?

7. Как можно стабилизировать скорость движения рабочего органа?

8. Назвать способы фильтрации рабочей жидкости.

9. Какие бывают конструкции фильтров?

10. Какой материал применяется для изготовления трубопроводов?

Тема 4.9 Составление гидросхем

Литература: [1], с. 202-210, 250-253, [2], с. 225-230.

Практическая работа №3

Изучение методики составления и расчета гидроприводов. Расчет гидропривода технологического оборудования.

Раздел 5 Пневмопривод технологического оборудования

Тема 5.1 Пневмоприводы и компрессоры

Классификация пневмоприводов технологического оборудования. Особенности пневмоприводов технологического оборудования. Их достоинства и недостатки. Область применения.

Компрессоры. Назначение, классификация, устройство, принцип работы, основные характеристики компрессоров.

 

Литература: [2], с. 229-231, 235-243, [3], с. 209-212, 212-230.

Тема 5.2 Аппаратура подготовки сжатого воздуха

Распределительная аппаратура. Клапаны обратные и быстрого выхлопа. Пневмораспределители с различной системой управления. Назначение, принцип работы распределительной аппаратуры.

Регулирующая аппаратура. Предохранительные, редукционные клапаны, пневмодроссели, их назначение, принцип работы.

Вспомогательная аппаратура. Фильтр – влагоотделитель, маслораспыливатель, ресивер, их назначение, принцип работы.

Контрольно-измерительная аппаратура. Реле давления, индикаторы давления, их назначение, принцип работы.

Литература: [2], с. 231-243, [3], с. 230-232.

Тема 5.3 Работа пневматических схем

Литература: [2], с. 230-243.

Вопросы для самоконтроля по разделу 5:

1. Что такое пневмопривод?

2. Из каких элементов состоит пневмопривод?

3. Какими преимуществами обладает пневмопривод?

4. Какие недостатки имеет пневмопривод?

5. Чему равно давление сжатого воздуха в пневмоприводе?

6. Для чего предназначены компрессоры?

7. Для чего предназначены распределительная, регулирующая, вспомогательная, контрольно-измерительная аппаратуры?

Раздел 6 Приводы промышленных роботов

Назначение робототехники. История ее развития.

Основные понятия робототехники.

Классификация приводов промышленных роботов, их особенности. Принципиальные схемы приводов промышленных роботов; основные элементы приводов, их назначение, принцип работы. Гидравлические, пневматические, электрогидравлические, электромеханические схемы приводов промышленных роботов. Их достоинства и недостатки. Область применения.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Как классифицируются приводы промышленных роботов?

2. Их назначение и принцип работы.

Литература: [2], с. 133-140, [5], с. 24-30.

ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

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. Столбов Л.С. и др. Основы гидравлики и гидропривод станков. – М.: Машиностроение, 1988.

4. Тригубкин В.А. Приводы технологического оборудования. Лабораторный практикум. Мн.: Дизайн ПРО, 1998.

5. Трифонов О.Н., Иванов В.И. Приводы автоматизированного оборудования. – М.: Машиностроение.

Дополнительная

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

7. Башта Т.М. Гидропривод и гидроавтоматика. – М.: Машиностроение, 1972.

8. Свешников В.К., Усов А.А. Станочные гидроприводы. – М.: Машиностроение, 1988.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. Основные термины и их определения.

2. Классификация движений в станках.

3. Классификация приводов технологического оборудования по различным признакам.

4. Электропривод. Достоинства и недостатки.

5. Пневмопривод. Достоинства и недостатки.

6. Гидропривод. Достоинства и недостатки.

7. Кинематические схемы технологического оборудования. Условное обозначение элементов кинематических схем оборудования согласно ГОСТ 2.770-68 «Правила выполнения кинематических схем».

8. Классификация электроприводов по назначению, роду тока.

9. Линейные двигатели. Схема тягового электромагнита.

10. Двигатели постоянного тока.

11. Двигатели переменного тока.

12. Механические характеристики электродвигателей постоянного тока.

13. Электроприводы главного движения.

14. Система электроприводов с асинхронными электродвигателями.

15. Кинематическая цепь электропривода главного движения.

16. Классификация приводов с электродвигателями постоянного тока.

17. Электроприводы подач в станках с программным управлением.

18. Системы электроприводов с шаговыми двигателями (ШД5Д-1).

19. Определение и классификация жидких тел. Сжимаемость, расширение и кавитация жидкости.

20. Плотность и удельный вес жидкости, связь между ними, формулы перехода от удельного веса к плотности. Единицы измерения в системе СИ.

21. Вязкость жидкости: динамическая, кинематическая и условная (относительная). Приборы для измерения вязкости.

22. Определение, классификация и основные свойства рабочих жидкостей, технические требования, предъявляемые к ним.

23. Минеральные масла, их типы и область применения.

24. Гидростатическое давление. Определение, основные свойства, единицы измерения и типы гидростатического давления.

25. Основное уравнение гидростатики. Назначение и вывод формулы.

26. Установившееся и неустановившееся движение. Траектория движения жидкостной частицы, линии тока. Понятия об элементарной струйке, живом сечении и идеальном жидкости.

27. Объемный расход жидкости. Средняя скорость и уравнение неразрывности потока.

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

29. Уравнение Даниила Бернулли для реальной жидкости.

30. Режимы движения жидкости: ламинарный и турбулентный. Число Рейнольдса.

31. Потери по длине и местные потери при движении жидкости по трубопроводу.

32-41. Задача. По стальному горизонтальному трубопроводу длиной l подается масло от насоса в количестве Q. Показание манометра на выходе насоса Р _max. Рассчитать маслопровод, если на нем установлен обратный клапан (Z₁ = 0,8), задвижка (Z₁₂ = 0,15) и имеется колено под углом 90° (Z₁₃ = 1,2). Коэффициент кинематической вязкости масла n. Плотность масла r. Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 1.

Таблица 1

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учащегося
l	м
r	м^3/с	0,6·10^3	0,5·10^3	0,6·10^3	0,4·10^3	0,6·10^3	0,5·10^3	0,4·10^3	0,5·10^3	0,6·10^3	0,4·10^3
Р	МПа	0,3	2,5	3,2	2,8	3,4	2,7	2,6	3,1	2,9	3,3
n	м/с	0,25·10^-4	0,22·10^-4	0,23·10^-4	0,24·10^-4	0,21·10^-4	0,26·10^-4	0,20·10^-4	0,23·10^-4	0,22·10^-4	0,24·10^-4

 

42. Определение и классификация приводов. Гидродинамический и гидростатический (объемный) приводы. Классификация и основные части объемного гидропривода.

43. Определение и классификация насосов. Объемные насосы, их определение и классификация.

44. Техническая характеристика и цикл действия объемного насоса.

45. Роторные радиально-поршневые насосы и гидромоторы. Устройство, принцип действия и способ регулировки производительности. Типы радиально-поршневых насосов. Определение производительности и мощности насосов.

46. Роторные аксиально-поршневые насосы и гидромоторы. Устройство, принцип действия и классификация.

47. Классификация, устройство, принцип действия, преимущества и недостатки пластинчатых насосов одинарного и двойного действия.

 

48-57. Задача. Вычислить подачу Q радиально-поршневого роторного насоса, если эксцентриситет е, диаметр поршней d, число поршней Z, частота вращения n, объемный КПД h = 0,9. Исходные данные для решения задачи приведены в табл. 2. Решить задачу для двух значений е₁ и е₂ и сделать вывод о влиянии величины эксцентриситета ротора на подачу насоса. Объяснить другие факторы, влияющие на подачу насоса. Исходные данные приведены в таблице 9.

Таблица 2

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учащегося
d	м	0,04	0,03	0,012	0,018	0,025	0,03	0,04	0,05	0,06	0,03
Z	шт
e1	м	0,03	0,019	0,008	0,011	0,016	0,02	0,026	0,032	0,039	0,018
e2	м	0,019	0,03	0,02	0,026	0,02	0,032	0,032	0,039	0,019	0,008
n	С^-1			24,16	24,16	23,66	23,66		24,16

 

58. Преимущества, недостатки и классификация шестеренных насосов. Устройство, принцип действия и область применения. Выполнить схему насоса.

59. Классификация, устройство и принцип действия пневмогидравлических приводов.

60-69. Задача. Определить усилие R на штоке гидроцилиндра диаметром D₁ пневмогидравлического привода с преобразователем прямого действия, имеющего диаметр пневмоцилиндра D₂ и диаметр штока d. Рабочее давление снятого воздуха Р_в и механический КПД h_м. Исходные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учащегося
D	м	0,25	0,15	0,18	0,225	0,21	0,19	0,24	0,26	0,28	0,2

Продолжение таблицы 3

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учашегося
D	М	0,2	0,225	0,25	0,18	0,21	0,26	0,19	0,28	0,27	0,15
d	М	0,06	0,07	0,06	0,03	0,07	0,08	0,04	0,08	0,05	0,05
Pв	МПа	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
hм	-	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95

 

70. Предохранительная гидроаппаратура: предохранительный, редукционный, переливной и др. клапаны. Назначение, устройство и принцип действия.

71. Крановые гидрораспределители: назначение, область применения, устройство и принцип действия.

72. Золотниковые распределители. Назначение, устройство, принцип действия и условное обозначение на схемах по ГОСТ 2.781-68.

73. Типы и схемы исполнения золотниковых распределителей.

74. Определение и классификация гидродвигателей. Гидроцилиндры, их устройство, классификация, принцип действия и область применения. Определение усилия на штоке гидроцилиндров.

75-84. Задача. Определить усилие R и скорость J штока поршневого гидроцилиндра, если жидкость подается в бесштоковую полость под рабочим давлением Р_раб и производительностью Q. Исходные данные приведены в таблице 4.

Таблица 4

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учащегося
Рраб	МПа		2,5				2,5	6,3			6,3
Q	л/мин					12,5

Продолжение таблицы 4

Величина	Единица измерения	Последняя цифра учащегося
D	м
hм	-	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95

 

85-94. Задача. Определить диаметр D поршневого гидроцилиндра, количество требуемой жидкости для выдвижения штока со скоростью V и по каталогу подобрать необходимый насос. Исходные данные приведены в
таблице 5.

Таблица 5

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учащегося
R	Н
V	м/мин	3,1	0,55	1,57	1,1	3,84	1,5	3,6	1,2	3,6	0,572
hм	-	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95	0,95
Рраб	МПа				6,5	2,5	6,3	2,5		2,5	1,2

 

95. Сущность и область применения объемного и дроссельного способов регулировки скорости исполнительных органов гидропривода. За счет чего осуществляется это регулирование?

96. Назначение, классификация и устройство дросселей. Методы постановки дросселя в гидроприводе.

97-106. Задача. Произвести гидравлический расчет трубопровода для насоса производительностью Q, работающего на масле индустриальном, имеющем вязкость n. Исходные данные помещены в таблице 6.

Таблица 6

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учащегося
Q	л/мин
n	Ст	0,2	0,3	0,3	0,45	0,2	0,2	0,2	0,2	0,3	0,2

 

107-116. Задача. В гидроприводе с односторонним штоком рассчитать усилие R на штоке при его втягивании, если диаметр поршня D, диаметр штока d, давление рабочей жидкости на поршень равно Р_раб. Механический КПД силового цилиндра h_м = 0,95. Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 7. Величину R определить для D₁ и D₂ и сделать вывод о влиянии размеров гидроцилиндра на величину выходного усилия. Объяснить эту зависимость.

Таблица 7

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учащегося
D1	м	0,04	0,05	0,06	0,08	0,1	0,125	0,045	0,055	0,07	0,09
D2	м	0,06	0,09	0,04	0,05	0,04	0,05	0,1	0,125	0,05	0,04
d	м	0,02	0,025	0,032	0,04	0,03	0,02	0,028	0,036	0,02	0,02
Рраб	МПа

 

117. Приборы для измерения давления: жидкостные и механические (пьезометры, манометры, вакуумомеры). Выполнить схемы приборов.

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

119. Устройство, назначение и принцип действия гидроусилителей крутящих моментов, применяемых в станках с ЧПУ.

120. Определения, преимущества, недостатки и область применения пневматического привода.

121. Особенности и основные элементы пневмопривода.

122. Чем вызвано наличие аппаратуры для улучшения качества воздуха? Что входит в эту аппаратуру? Устройство и принцип действия пылевлагоотделителей.

123. Устройство, принцип действия, назначение и методика настройки редукционного пневмоклапана. Нарисовать схему клапана.

124. Назначение, устройство и принцип действия маслораспылителя. Регулировка количества масла, распыляемого в сжатый воздух. Нарисовать схему маслораспределителя.

125. Распределительная пневмоаппаратура. Классификация, конструкционные и принципиальные ее отличия от гидравлической.

126. Методы регулировки скорости исполнительных органов пневмопривода. Пневмодроссели, их устройство и постановка в пневмоприводе.

127. Исполнительные органы пневмопривода, определение, классификация, устройство и область применения пневмоцилиндров.

128. Определение, классификация и область применения пневмомоторов.

129-138. Задача. Определить усилие на штоке R диафрагменного пневмоцилиндра (рисунок 1), если диаметр цилиндра D, диаметр спорной шайбы d, усилие возвратной пружины R₁, расчетное давление сжатого воздуха Р_в. Исходные данные приведены в таблице 8.

 

Рисунок 1

Таблица 8

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учащегося
D	м	0,3	0,4	0,25	0,15	0,35	0,45	0,32	0,125	0,16	0,2
d	м	0,6	0,8	0,4	0,03	0,05	0,06	0,05	0,032	0,036	0,05
R1	Н
Рв	МПа	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4

 

139-148. Задача. Произвести расчет пневмопривода, имеющего количество i штук одинаковых поршневых пневмоцилиндров, усилие R на штоке, с длиною хода L и частотой рабочих циклов n, принимая расчетное давление воздуха Р_в и скорость сжатого воздуха в трубопроводе J. Исходные данные помещены в таблице 9.

Таблица 9

Величина	Единица измерения	Последняя цифра шифра учащегося
R	Н
i	шт
L	м	0,4	0,5	0,32	0,3	0,35	0,42	0,5	0,3	0,8	0,4
n	цикл/час
Рв	МПа	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
J	м/с

 

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Последняя цифра шифра

Пред- последняя цифра шифра

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача 32-41. По трубопроводу диаметром d = 0,02 м и длиной l = 20 м движется масло со скоростью v = 1,2 м/с. Определить полную потерю напора ( h потерь) в трубопроводе, если на нем установлены обратный клапан ( r = 0,8), задвижка ( r = 0,15) и имеется поворот под углом 90° ( r =1,2). Коэффициент кинематической вязкости масла n = 0,15·10^-4 м²/с.

Дано: d = 0,02 м; l = 20 м; v = 1,2 м/с;

r₁ = 0,8; r₂ = 0,15; r₃ = 1,2; n = 0,15·10^-4 м²/с

Определить h потерь.

РАСЧЕТ:

Определяем число Рейнольдса по формуле:

Полученное число R_е = 1600 < R_екр = 2000, следовательно, режим - ламинарный. Тогда коэффициент гидравлического трения определяется из выражения:

Потери напора по длине

Потери напора на местных сопротивлениях

Полная потеря напора

Задача 48-57. Вычислить подачу Q радиально-поршневого роторного насоса, если эксцентриситет е = 0,0095 м; диаметр поршней d = 0,030 м; число поршней z = 5; частота вращения n = 20 с^-1. Объемный КПД насоса h_об = 0,9.

Дано: е = 0,0095 м; d = 0,030 м; z = 5;

n = 20 с^-1; h_об = 0,9.

Определить Q.

РАСЧЕТ:

Подача радиально-поршневого роторного насоса определяется из выражения:

Задача 60-70. Определить усилие R на штоке гидроцилиндра диаметром D₁ = 0,2 м пневмогидравлического привода с преобразователем прямого действия, имеющего диаметр пневмоцилиндра D₂ = 0,15 м и диаметр штока
d = 0,05 м. Рабочее давление сжатого воздуха Р_в = 0,4 МПа и механический КПД h_м = 0,95.

Дано: D₁ = 0,2 м; D₂ = 0,15 м; d = 0,05 м; Р_в = 0,4 МПа;

h_м = 0,95.

РАСЧЕТ:

1. Давление жидкости в гидросистеме с учетом механического КПД определяется по формуле:

2. Усилие на штоке гидроцилиндра:

 

Задача 76-85. Определить усилие R и скорость V штока поршневого гидроцилиндра диаметром D = 0,2 м, если жидкость подается в бесштоковую полость под рабочим давлением Р_раб = 6,3 МПа и производительностью
Q = 50 л/мин.

РАСЧЕТ:

1. Определения усилия на штоке при его выдвижении у поршневого цилиндра производится по формуле:

2. Скорость штока:

Так как 1 м³ = 1000 литров, то в формуле введена величина .

 

Задача 86-95. Определить диаметр D поршневого гидроцилиндра и количество необходимой жидкости Q для выдвижения штока со скоростью
V = 0,572 м/мин и усилием R = 1500 Н. Рабочее давление жидкости
Р_раб = 1,2 МПа.

По каталогу (приложение 5) выбрать необходимый насос.

РАСЧЕТ:

1. Диаметр цилиндра определяется по формуле:

Рассчитанный диаметр цилиндра округляют до ближайшего большего значения, как из основного, так и вспомогательного рядов ГОСТ 6540-68 (Приложение 1).

В данном случае диаметр гидроцилиндра принимается D = 130 мм.

2. Количество жидкости, необходимой для обеспечения заданной скорости штока

или Q = 7,588 л/мин.

По каталогу насосов (Приложение 5) принимаем насос шестеренный
ГII-21. Его Р_раб = 1,2 МПа и производительность Q = 8 л/мин.

 

Задача 98-107. Произвести гидравлический расчет трубопровода для насоса производительностью Q = 8 л/мин, работающего на масле индустриальном ИС-20, которое имеет вязкость n = 20 сСт = 0,2·10^-4 м²/с.

РАСЧЕТ:

Определение внутреннего диаметра производится по формуле

,

где Q – производительность насоса, л/мин;

V – средняя скорость движения жидкости в л/мин, которую можно принять из таблицы 18.

Таблица 18

Q	л/мин	До 12	11-30	31-50	Свыше 50
V	м/с