18. Гидроприводы и пневмоавтоматика (задачи 1-20)

18.1. На рисунке показана упрощенная схема гидропривода с дроссельным управлением и последовательным включением дросселя. Обозначения: 1 – насос, 2 – гидроцилиндр, 3 – регулируемый дроссель, 4 – переливной клапан (распределитель на схеме не показан). Под каким давлением p1 нужно подвести жидкость (ρ = 1000 кг/м3) к левой полости гидроцилиндра для перемещения поршня вправо со скорость vп = 0,1 м/с и преодоления нагрузки вдоль штока F = 1000 Н, если коэффициент местного сопротивления дросселя ζдр = 10? Другими местными сопротивлениями и потерей на трения в трубопроводе пренебречь. Диаметры: поршня Dп = 60 мм, штока dш = 30 мм, трубопровода dт = 6 мм.

18.2. На рисунке показана упрощенная схема объемного гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием скорости выходного звена (штока), где 1 – насос, 2 – регулируемый дроссель. Шток гидроцилиндра 3 нагружен силой F = 1200 Н; диаметр поршня D = 40 мм. Предохранительный клапан 4 закрыт. Определить давление на выходе из насоса и скорость перемещения поршня со штоком vп при таком открытии дросселя, когда его можно рассматривать как отверстие площадью S0 = 0,05 см2 с коэффициентом расхода μ = 0,62. Подача насоса Qн = 0,5 л/с. Плотность жидкости ρ = 900 кг/м3. Потерями в трубопроводах пренебречь.

18.3. Определить давление, создаваемое насосом, и его подачу, если преодолеваемая сила вдоль штока F = 10 кН, а скорость перемещения поршня vп = 0,1 м/с. Учесть потерю давления на трение в трубопроводе, общая длина которого l = 8 м; диаметр d = 14 мм. Каждый канал распределителя по сопротивлению эквивалентен длине трубопровода lэ = 100d. Диаметр поршня D = 100 мм, площадью штока пренебречь. Вязкость масла ν = 1 Ст; плотность ρ = 900 кг/м3.

18.4. Для подъема груза G со скоростью v = 0,15 м/с используются два гидроцилиндра диаметром D = 100 мм. Груз смещен относительно оси симметрии так, что нагрузка на штоке 1-го цилиндра F1 = 6 кН, а на штоке 2-го цилиндра F2 = 5 кН. Каким должен быть коэффициент местного сопротивления дросселя ζдр, чтобы платформа поднималась без перекашивания? Диаметр трубопровода d = 10 мм; плотность жидкости ρ = 900 кг/м3. Потерями на трения по длине трубы пренебречь.

18.5. Определить скорость поршней vп1 и vп2, площади которых одинаковы и равны Sп = 5 см2. Штоки поршней нагружены силами F1 = 1 кН и F2 = 0,9 кН. Длина каждой ветви трубопровода от точки M до бака l = 5 см; диаметр трубопроводов d = 10 мм; подача насоса Q = 0,2 л/с. Вязкость рабочей жидкости ν = 1 Ст; плотность ρ = 900 кг/м3.

18.6. Какое давление должно быть на выходе насоса 1, нагнетающего жидкость через распределитель 2 в правую полость силового гидроцилиндра, для того чтобы преодолевать нагрузку на шток F = 16 кН при скорости перемещения поршня v = 0,1 м/с? Общая длина трубопровода от насоса до гидроцилиндра и от гидроцилиндра до бака l = 8 м; диаметр трубопровода d = 10 мм. Диаметры: поршня D = 60 мм; штока dш = 20 мм. Свойства жидкости: ρ = 850 кг/м3; ν = 4 Ст. Сопротивлением распределителя пренебречь.

18.7. Определить перепад давления в силовом гидроцилиндре Δpц, шток которого нагружен постоянной силой F = 16 кН, в следующих двух случаях: 1) скорость подъема поршня равна vп = 0; 2) vп = 0,2 м/с. Диаметры: поршня D = 60 мм; штока dш = 20 мм. Трубопровод, по которому жидкость движется из гидроцилиндра через распределитель K в бачок, имеет длину l = 6 м; диаметр d = 10 мм. Свойства жидкости: v = 4 Ст; ρ = 850 кг/м3. Сопротивлением распределителя K пренебречь. Избыточное давление в баке считать равным нулю, нивелирные высоты не учитывать.

18.8. Определить перепад давления на входе и выходе распределителя Δpр, к которому присоединена магистраль с силовым гидроцилиндром. Диаметры: поршня D = 60 мм; штока dш = 30 мм; расход жидкости на входе в распределитель Q = 0,314 л/с. Шток гидроцилиндра нагружен силой F = 16 кН. Длина подводящего участка магистрали l1 равна длине отводящего участка и составляет l1 = l2 = 8 м; диаметр трубопровода d = 10 мм; свойства рабочей жидкости: ρ = 850 кг/м3, ν = l Ст.

18.9. Определить давление, создаваемое насосом, если длины трубопроводов до и после гидроцилиндра равны l = 5 м; их диаметры dт = 15 мм; диаметры: поршня D = 60 мм; штока dш = 40 мм; сила на штоке F = 1 кН; подача насоса Q = 1,2 л/с; вязкость рабочей жидкости ν = 0,5 Ст; плотность ρ = 900 кг/м3.

18.10. Определить количество жидкости (в процентах от подачи насоса), проходящей через фильтр, если рабочий объем насоса V1 = 30 см3; частота вращения насоса n1 = 2000 об/мин; рабочий объем гидромотора V2 = 50 см3; момент на его валу M2 = 5 Н ∙ м; объемные и механические к.п.д. гидромашин η0 = ηм = 0,9; плотность рабочей жидкости ρ = 900 кг/м3; вязкость ν = 0,4 Ст; диаметр трубопроводов dт = 100 мм; эквивалентная длина для фильтра lф = 7000dт. Потерями на трение в трубопроводах пренебречь. С какой частотой при этом вращается гидромотор?

18.11. Объемный делитель потока состоит из двух одинаковых роторных гидромашин, соединенных общим валом. Определить давление перед делителем p0, если давление p1 = 10 МПа; р2 = 1 МПа; механические к.п.д. гидромашин ηм = 0,95. Найти соотношение расходов в параллельных ветвях Q1 и Q2, которое будет отлично от единицы из-за наличия объемных потерь в гидромашинах. Принять, что их объемные к.п.д. линейно зависят от перепадов давления и при Δp = 10 МПа равны η0 = 0,9.

18.12. Найти минимальные рабочие объемы гидромашин гидропередачи, обеспечивающие на выходном валу гидромотора момент M2 = 50 Н ∙ м и угловую скорость ω2 = 200 с-1, если угловая скорость насоса ω1 = 300 с-1, давление срабатывания предохранительного клапана pкл = 15 МПа. Принять объемные к.п.д. гидромашин η0 = 0,95; механические к.п.д. – ηм = 0,92. Какую мощность при этом потребляет насос?

18.13. При каком проходном сечении дросселя угловые скорости гидромоторов будут одинаковы? Дано: рабочий объем насоса V1 = 56 см3; частота вращения насоса n = 3000 об/мин; рабочие объемы гидромоторов V3 = 12 см3, V4 = 28 см3; моменты на их валах M3 = 20 Н ∙ м; M4 = 40 Н ∙ м; механические и объемные к.п.д. гидромашин ηм = η0 = 0,95; плотность рабочей жидкости ρ = 900 кг/м3; коэффициент расхода дросселя μ = 0,85. Потерями давления в трубопроводах пренебречь.

18.14. На рисунке приведена схема гидропривода, состоящего из насоса 1, переливного клапана 2, распределителя 3 и гидроцилиндра 4. Определить скорость движения штока гидроцилиндра при нагрузке F = 20 кН, если рабочий объем насоса V = 32 см3; угловая скорость ω = 200 с-1; объемный к.п.д. η0 = 0,96 при p = 8 МПа; давление начала открытия переливного клапана ркл = 5 МПа; максимальное давление pmax = 7 МПа; суммарная длина трубопроводов l = 6 м; диаметр трубопровода dт = 10 мм; эквивалентная длина для каждого канала распределителя lр = 200dт, диаметры: поршня D = 80 мм; штока dш = 30 мм; плотность рабочей жидкости ρ = 900 кг/м3; вязкость ν = 0,4 Ст.

18.15. Определить минимально допустимый диаметр дроссельной шайбы в напорной линии гидропривода d1 обеспечивающей перемещение поршня гидроцилиндра без разрыва сплошности потока (без кавитации) в полости 1. Перемещение поршня происходит под действием лишь нагрузки на штоке F = 20 кН. Давления: насоса pн = 15 МПа; слива pс = 0,5 МПа; насыщенных паров жидкости pн.п = 0,01 МПа. Диаметры: цилиндра D = 50 мм; штока d = 30 мм; дроссельной шайбы на сливе d2 = 1,5 мм. Коэффициент расхода дроссельных шайб μ = 0,64. Плотность жидкости ρ = 900 кг/м3.

18.16. Определить давление насоса, если двигатель при Q = 100 л/мин и ηд = 0,8 развивает мощность N = 8 кВт. Потерями давления в сети и утечками пренебречь.

18.17. Пренебрегая потерями энергии в трубопроводе, определить мощность на валу гидромотора, если pд = 10 МПа, Q = 120 л/мин, ηд = 0,8.

18.18. Пренебрегая потерями энергии в трубопроводе определить расход гидромотора, если Nд = 10 кВт, pд = 10 МПа, ηд = 0,8.