Лабораторные работы для студентов. Определение статической характеристики усилителя типа сопло-заслонка. Исследование автоматизированного гидравлического привода, насоса и центробежного вентилятора. Исходные данные, основные формулы и указания к работам.
Такие усилители включают дроссель 1 с постоянным проходным сечением, междроссельную камеру А, сопло 2 и заслонку 3 (Рис. Сопло и заслонка составляют вместе дроссель с переменным проходным сечением. Рабочее тело (воздух, жидкость) подается в усилитель под постоянным давлением P0 , затем протекает через дроссель 1, междроссельную камеру А, сопло 2 и истекает в атмосферу (или бак) через зазор между торцом сопла и заслонкой. Затрачивая небольшую мощность на управление усилителем (перемещение заслонки), можно управлять значительной мощностью потока рабочего тела на выходе усилителя, что следует из формулы: N=PA•Q , где N-мощность усилителя; Q-расход рабочего тела через проходное сечение. В установившихся режимах работы каждому зазору ? между соплом и заслонкой соответствует определенное давление РА в междроссельной камере при постоянном расходе жидкости выходной линии.
План
Содержание работы:
Список литературы
1. И.М. Красов. Гидравлические элементы в системах управления, изд. 2.-М.: Машиностроение, 1967, -с. 32-35; 48-52.
2. И.А.Ибрагимов и др. Элементы и системы пневмоавтоматики.- М.:Высшая школа, 1985, - с. 66-72
Цель работы: Ознакомиться с конструкцией и принципом действия автоматизированного гидравлического привода и определить его характеристики.
Содержание работы: 1. Ознакомиться и конструкцией привода и составить его принципиальную схему.
2. Определить назначение и работу отдельных элементов и привода в целом.
3. Определить характеристики привода.
4. Определить усилие и мощность привода.
Общие сведения: Гдропривод представляет собой автоматизированный агрегат для выполнения технологического воздействия на управляемый объект, например, стол станка или деталь.
По принципу действия гидроприводы делятся на объемные (статические) и динамические. В настоящей работе применяется объемный гидропривод Под объемным гидроприводом понимается в общем случае гидросистема, предназначенная для приведение в движение механизмов и машин, в состав которых входит объемный гидродвигатель.
Понятие «гидропривод» обычно отождествляется с понятием «гидросистема», под которой понимается совокупность средств , передающих энергию посредством использования жидкости под давлением.
Всякий гидропривод состоит из источника гидравлической энергии (расход жидкости), которым в большинстве случаев служит насос гидродвигателя (в нашем случае возвратно-поступательного движения гидроцилиндра) и прочих гидроаппаратов.
Гидроаппаратурой называют устройства, предназначенные для изменения параметров потока рабочей жидкости или для поддержания их на определенном уровне. Под параметром потока понимают давление, расход и направление давления.
Насосом называется машина, преобразующая механическую энергию, приложенную к его валу (поршню), в энергию жидкости, а гидродвигателем - машина, преобразующая энергию жидкости в механическую энергию на его валу (штоке).
Благодаря таким важным преимуществам, как малая масса и объем, приходящиеся на единицу передаваемой мощности, высокий КПД, надежность действия, а так же простота автоматизации управления, гидроприводы нашли широкое применение в самых разных отраслях машиностроения.
Приемуществом гидросистем является так же возможность бесступенчатого регулирования выходной скорости в широком диапазоне.
Различают: - напорную гидролинию - часть основной гидролинии, на которой рабочая жидкость поступает от насоса к распределителю или непосредственно к гидродвигателю;
- исполнительную гидролинию - часть основной гидролинии, по которой рабочая жидкость движется от распределителя к гидродвигателю и обратно;
- сливную гидролинию - часть основной гидролинии, по которой рабочая жидкость движется в бак от распределителя или непосредственно от гидродвигателя.
Применительно к рассматриваемым объемным гидроприводам основным видом энергии является энергия давления, которая легко может быть преобразована в механическую работу с помощью гидродвигателей.
В лабораторной работе используется работа гидропривода, исполнительным органом которого служит гидроцилиндр. Такой гидроцилиндр может быть использован как привод перемещений стола станка, ползуна пресса, в качестве толкателя, зажима, и т.д.
Характерной особенностью гидроприводов является равномерное движение рабочего органа (штока гидроцилиндра) , легкость регулировки и большое усилие, развиваемое на штоке.
Гидропривод смонтирован на стенде, на котором установлены бак с маслом, шестеренчатый насос, развивающий давление Р=0.5 МПА.
Скорость вращения ротора насоса h=2000 об/мин. Исполнительный орган- несимметричный цилиндр двухстороннего действия, диаметр поршня которого D=50мм, диаметр штока d=15мм.
Управление работой гидропривода осуществляется от четырехходового двухпозиционного золотника с электромагнитным управлением.
На напорной магистрали установлен манометр для измерения давления масла и предохранительный клапан, регулирующий это давление.
На штоке установлены кулачки, воздействующие на контакты, управляющие подачей тока в обмотки магнитов золотника. Положения кулачков на штоке регулируются. У штока размещена линейка, по которой определяется величина хода штока. Для определения времени хода штока из одного крайнего положения в другое используют секундомер.
Указания по проведению работы
1. Ознакомиться с гидроприводом, смонтированным на стенде.
2. Составить его полную схему.
3. Для пяти различных положений винта предохранительного клапана замерить время прямого и обратного ходов. Для каждого случая замеров фиксировать давление Р в магистрали.
4. Определить средние скорости прямого и обратного ходов.
5. Рассчитать F усилие на штоке цилиндра для прямого и обратного ходов для всех пяти случаев.
6. Определить объемный расход Q масла в цилиндре. Объемный расход находить по формуле Q=S•V ;
где S - площадь поперечного сечения цилиндра;
V - скорость движения поршня;
определить мощность привода по формуле N=Q•P, где Р - давление в напорной магистрали.
Все полученный данные свести в таблицу 1.
Таблица 1. l(м) Р.•105Па t1 (c) t2 (c) V (м/с) V2 (м/с) F (H) Q (м3/с) N (Вт)
… … … … … … … … … где: l - ход штока;
Р - давление в напорной магистрали;
t1 - время прямого хода;
t2 - время обратного хода;
V - скорость прямого хода;
V2 - скорость обратного хода;
F - усилия на штоке при прямом ходу;
Q - объемный расход;
N - мощность на штоке.
7. Зависимости скорости, усилия, расхода и мощности от давления Р представить в виде графиков.
8. На основании исследования сделать соответствующие выводы.
Обозначение элементов пневмоавтоматики
Литература
1. Башта Т.М. Гидропривод и гидроавтоматика. -М.: Машиностроение, 1979, - с. 3-6; 50-54; 67-74; 95-100.
Лабораторная работа №3
«Исследование основных характеристик гидравлического насоса»
Цель работы: Ознакомиться с конструкцией и основными характеристиками гидравлического насоса
Содержание работы: 1.Ознакомиться с конструкцией насоса.
2.Ознакомиться со схемой регулирования насоса.
3.Составить гидравлическую схему установки.
4.Снять характеристики насоса.
Общие сведения: Насосами называются машины для создания потока жидкой среды.
По характеру силового воздействия различают насосы динамические и объектные.
Агрегат, состоящий из насоса и приводящего двигателя, соединенные друг с другом называют насосным агрегатом. Различают объемную подачу насоса Qv (м?/с). Подача насоса зависит от геометрических размеров насоса и скорости его рабочих органов, а так же от гидравлического сопротивления трубопровода, связанного с насосом.
Давление насоса P определяется зависимостью
Где: PH и Рв - соответственно давление на входе и на выходе в насосе; Vm , Vв - средние скорости жидкости на входе и выходе в насос; Zн , Zв - высоты центров тяжести сечений на входе и выходе.
Принципиальная схема шестеренчатого насоса показана на рис. 1.
При вращении шестерен 2 и 4 по направлению стрелок зубья выходят из зацепления и впадины зубьев (вследствие образовавшегося вакуума), заполняются жидкостью из полости 1 всасывания. Рабочие камеры ограничены профилями впадин зубьев, поверхностями статора и боковых дисков. В полости 3 нагнетания зубья входят в зацепление и жидкость из впадин выдавливается в нагнетательную магистраль. Геометрическая подача такого насоса определяется из выражения
Где: b - ширина шестерен; w - угловая скорость вращения шестерен; h - высота головок зубьев шестерен; R - радиус делительной окружности шестерен; f - расстояние между полюсом и точкой зацепления.
Рис. 1
На рис 1.б показан график геометрической подачи шестеренчатого насоса. Для практических расчетов минутную подачу можно рассчитывать по формуле
, Где: - объемный кпд насоса ( = 0.7 0.9); m -модуль зацепления; z - число зубьев шестерен; b - ширина шестерен; n -частота вращения шестерен об/мин.
В предлагаемой работе расход и мощность насоса будем определять косвенным путем через расходную характеристику дросселя, установленного на напорной магистрали гидравлического насоса. Рабочий расход жидкости, протекающей через дроссель, рассчитаем по формуле [3]: , Где S - площадь проходного сечения дросселя; - коэффициент расхода
( - плотность жидкости ( =900 кг/м ); P - перепад давления на входе и выходе дросселя.
Принимая, что расход через дроссель равен подаче, развиваемой насосом, определим мощность насоса по формуле: На рисунке 2 представлены обозначения элементов гидропривода.
Из представленных элементов составить схему лабораторной установки.
Указания по проведению лабораторной работы: 1. Ознакомиться с элементами, входящими в состав лабораторной установки.
2. Составить гидравлическую схему установки.
3. Подготовить установку к работе, подключив ее к распределительному электрощиту.
4. Подать на электродвигатель напряжение постоянного тока.
ВНИМАНИЕ!!! Подаваемое напряжение постоянного тока не больше 24В. А ток не более 10А.
Рис. 2
5. Установить дроссель в положение 1. Это положение определяется при 16В напряжения на двигателе, при этом насос должен развивать давление на манометре до дросселя 1.5атм.
6. Меняя напряжение на электродвигателе, а следовательно его скорость, с 16В до 24В через 2В, снять с манометров давление до и после дросселя (24В соответствует 1450 об/мин., 2В - 120 об/мин.).
7. Установить дроссель в положение 2 и 3 и повторить п.6 Положению 2 и 3 соответствует напряжение на двигателе 16В, а давление, развиваемое насосом на манометре до дросселя 2.0 и 2.25 атм.
8. Результаты измерений занести в таблицу 1.
Положение Дросселя S=8*10 м S=6*10 м S=4*10 м
Напряжение P P P P P P
Таблица 1
9. Результаты исследований и расчетов представить в виде графических зависимостей Q=f(n), N=f(n).
2. Башта и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. -М.: Машиностроение, 1982. - 424 с.
3. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем -М.: Машиностроение, 1974. - 606 с.
Лабораторная работа № 6
"Исследование центробежного вентилятора"
Цель работы: Ознакомиться о конструкцией, принципом действия центробежного вентилятора и определить его характеристики.
Ознакомиться с конструкцией вентилятора и дать его схему.
Ознакомиться со схемой включения и регулирования вентилятора. Описать его работу.
Снять характеристики вентилятора.
Работа вентилятора
Вентиляторные установки используются для вентиляции, пневмотранспорта, пневмоуборки, воздушного отопления, для проветривания, для тяги и дутья в котельных установках и многих технологических процессах. Вентиляторами называют воздуходувные Машины, предназначенные для подачи воздуха или другого газа при потерях давления в воздухопроводах, не превышающих 0,015 МПА.
Наиболее распространены вентиляторы центробежные (радиальные) и осевые. В тех и других давление создается в результате закручивания и сжатия воздуха вращающимся колесом. Центробежный вентилятор (рис.1) представляет собой расположенное в спиральном кожухе колесо с лопатками, при вращении которого воздух, поступающий через входные отверстия* попадает в каналы между лопатками колеса и под действием центробежных сил перемещается по этим каналам, собирается спиральным кожухом и направляется в его выпускное отверстие.
В центробежном вентиляторе три основные элемента: лопаточное колесо (рабочее колесо, ротор), спиральный кожух (корпус)" и станина с валом и подшипниками. Центробежные колеса состоят из лопаток, перед него и заднего дисков и ступицы. Если колесо вращается по часовой стрелке (при наблюдении со стороны, противоположной всасыванию), то вентилятор называется правым, если против часовой стрелки - то левым. Правильным вращением колеса является вращение по ходу разворота спирального кожуха. При обратном вращении производительность резко падает, но реверсирования, т.е. изменения направления подачи, не происходит.
Поток воздуха, сбегающий с лопаточного колеса; собирается в кожух, который также используется обычно для понижения скорости потока и соответственно преобразования динамического давления в статическое.
У центробежных вентиляторов кожух имеет спиральную форму (улитку)
Профиль улитки обычно соответствует архимедовой спирали.
В вентиляторных установках воздушный поток, как правило, имеет постоянную плотность, скорость движения его в каждой точке с течением времени не изменяете ни по величине, ни по направлению.
В этом случае для двух сечений потока (рис.2) можно написать уравнение расхода где и площади поперечных сечений потока в ; и - средние скорости в м/с; - объемный расход(производительность) в , т.е. количество перекаченного воздуха (по общему). Связь между значениями давлений в сечениях выражаются уравнением где и - статические давления в сечениях и ;
и - динамические давления; - плотность воздуха
( ).
При давлениях, развиваемых вентилятором, плотность воздуха является постоянной величиной.
- потери давления (статического и динамического) между сечениями и на трение и местные потери.
При вращении колеса воздуху передается часть подводимой к двигателю энергии, и идет процесс образования давления.
При движении воздуха (рис.З.) вдоль лопаток колеса абсолютная скорость движения может быть разложена на переносную где - угловая скорость колеса в рад/с; - радиус на котором находится частица воздуха, и относительную скорость
Мощность вентилятора в ваттах
Здесь в и в , причем - динамическое давление развиваемое вентилятором ; - к.п.д. вентилятора равный 0,85. Для выполнения лабораторной работы используется вентилятор, установленный консольно на валу электродвигателя постоянного тока, номинальная скорость вращения которого при напряжении 32 В равна
10000 об/мин. Электродвигатель питается от двухполупериодного выпрямителя В, напряжение на который подается через регулируемый автотрансформатор ЛАТР-1 (рис.4).
Изменение скорости вращения ротора двигателя Д (колеса вентилятора ведется о помощью строботоскопа. Деление воздуха измеряют с помощью пневмометрической трубки.
Указания по проведению работы
1. Ознакомиться о конструкцией установки и зарисовать ее схему. Изобразить схему привода вентилятора. Описать работу вентилятора и его регулировку.
2. Экспериментально установить зависимость скорости V воздуха в вентиляторе в зависимости от скорости вращения колеса, а также зависимость мощности вентилятора от величины . Для этого пневмометрическая трубка вводится внутрь воздухопровода. При помощи трубок измеряется статическое и полное давление. Поскольку , то .
Здесь в ; -
3.Изменяя скорость вращения ротора, определяем , для разных (шести-семи) скоростей вращения ротора ( брать равным 8000 об/мин).
Для измерения скорости в работе используется строботоскоп: а) включить тумблер «Сеть» и через 2-3 мин тумблер «лампа»;
б) переключателем установить диапазон измерения частоты. Строботоскоп имеет три шкалы (красную, синюю и зеленую), что соответственно цветом показано как на шкале, так и на переключателе диапазоны. Красной шкале х10 соответствуют три положения переключателя: ?, 1, 2. Синей х100 соответствуют два положения переключателя: 1, 2. Зеленой х1000 соответствуют два положения переключателя: 1, 2;
в) например, вы поставили переключатель на красную 2, частота мигания лампы будет соответствовать об/мин;
г) направляете лампу на вращающуюся часть вентилятора. Вращая круглый тумблер до тех пор, пока четко не увидите одну метку, которая как бы «остановится»;
д) сделайте проверку, для этого переключите тумблер на один диапазон в большую сторону - вы увидите два изображения метки. Вернитесь на диапазон с одной меткой. Частота вращения подсчитывается по п. в). Если при переключении вы видите одно изображение, то диапазон выбран неправильно. Переключение в большую сторону делается до появления двух изображений метки с последующим возвратом на предыдущий диапазон.
Подсчитываем скорости воздушного потока, расход (производительность) вентилятора и мощность для тех же скоростей вращения ротора.
Данные сводим в таблицу
Таблица 1
№ п.п
1
2
3 и т.д. … …
В расчетах учитывать, что давление, уравновешиваемое высотой водяного столба в 1 мм (1 мм вод. ст.), соответствует
P=9.81 .
Проводя расчеты, следует следить за тем, чтобы размерности величин соответствовали друг другу.
Определяя сечение трубопровода (воздухопровода), принимать его как прямоугольник и измерить с помощью линейки.
