Краткие теоретические сведения. В учебной литературе по гидравлике рассматриваются два случая истечения жидкости

В учебной литературе по гидравлике рассматриваются два случая истечения жидкости через малое отверстие в тонкой стенке: первый – при постоянном, а второй – при переменном напорах [2]. В обоих случаях истечение происходит из резервуара в окружающую среду (или в среду с противодавлением). В первом случае истечения напор перед отверстием считают постоянной, а во втором случае – переменной величиной. Следует отметить, что рассматриваемые случаи истечения имеют ограниченное практическое применение.

Чаще всего, в машиностроительной гидравлике встречаются случаи истечения жидкости через гидродроссель. Последний представляет собой разновидность малого отверстия в тонкой стенке. Гидродроссель– это особое местное сопротивление, обладающее чрезвычайно высокими диссипативными свойствами. Устанавливаются гидродроссели во многие гидравлические системы (включая и системы автоматического регулирования) с целью достижения требуемых инерционных свойств и обеспечения желаемых характеристик функционирования систем. Конструкции гидродросселей, а также требования, которые к ним предъявляются, подробно изложены в [2, 4]. Отметим только, что гидродроссели бывают регулируемые и не регулируемые. Конструктивно не регулируемые ] отверстие в тонкой стенке: первый – при постоянном, а второй – при переменном напорах гидродроссели часто выполняют в виде пробки с наружной резьбой, в которой изготавливается осевое отверстие малого диаметра d_др(d_др – диаметр дросселя). Толщина стенки l, в которой изготавливают отверстие, должна быть связана с диаметром дросселя следующим образом: l ≤ (1,5…2,0) d_др .

Коэффициент местного сопротивления гидродросселя можно определить из следующего выражения:

,

где – диаметр канала, в котором установлен дроссель;

– коэффициент расхода дросселя, для отверстия круглой формы = 0,62…0,65.

Чаще всего, встречаются два случая истечения через гидродроссель. В первом случае жидкость от источника энергии через дроссель поступает в торцевую полость подпружиненного золотника или поршня, то есть рассматривается процесс заполнения рабочей полости, в которой перемещается подпружиненный поршень или золотник. Во втором случае рассматривается процесс опорожнения полости через гидродроссель. При этом линия с установленным в нее дросселем подключается к сливу.

Рассматриваемые процессы относятся к нестационарным, так как и при заполнении и при опорожнении полости через гидродроссель изменяются во времени фазовые координаты – давления и расхода (скорости).

На рисунке 7.1 приведена расчетная схема процессов заполнения и опорожнения через гидродроссель ДР рабочей полости Б пружинного гидроаккумулятора.

Рисунок 7.1 – Расчетная схема

При рассмотрении указанных процессов решается задача определения времени заполнения t_запи времени опорожнения t_опполости Б пружинного аккумулятора.

На схеме (см. рисунок 7.1) приняты следующие обозначения: р₁ и р₂ – давления; с – жесткость пружины; – координата поршня ( соответствует полному заполнению полости Б).

При математическом описании процессов заполнения и опорожнения полости Б принимались следующие допущения: силы трения и инерции, действующие на жидкость и поршень равны нулю; потери энергии при течении жидкости учитываются только на гидродросселе ДР.

Для процессов заполнения и опорожнения при принятых допущениях были составлены две системы дифференциальных уравнений, в результате решения которых получены следующие выражения:

– процесс заполнения полости Б ( p₁ = const )

; (7.1)

– процесс опорожнения полости Б ( p₁ = 0 )

, (7.2)

где – площадь поршня, ( – диаметр поршня);

– площадь проходного сечения дросселя;

– плотность рабочей жидкости;

– усилие преднатяга пружины (при );

– ход поршня.

Остальные обозначения величин, входящих в выражения (7.1) и (7.2) были приведены выше.

Проведение испытаний

Прежде, чем приступить к выполнению лабораторной работы, необходимо изучить разделы 1 и 2.

Объектом испытаний в данной работе является подсистема стенда, представленная на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 – Схема объекта испытаний

Гидродроссель ДР2 установлен на участке д-е.Для измерения давления в сечении еиспользуется электроконтактный манометр МН7, используемый для управления электронным секундомером. Для подключения аккумулятора к напорной линии насоса (процесс заполнения) или к сливу жидкости в гидробак Б (процесс опорожнения) служит двухпозиционный гидрораспределитель Р2. Устройство пружинного аккумулятора практически полностью соответствует схеме, представленной на рисунке 7.1.

На рисунке 7.3 приведены графики изменения давления р₂ в полости аккумулятора

а) б)

а – процесс заполнения; б – процесс опорожнения

Рисунок 7.3 – Характеристики процессов функционирования пружинного гидроаккумулятора

Процесс заполнения полости аккумулятора (см. рисунок 7.3, а) начинается при t = 0 и достижении давлением величины р_2н.з (р_2н.з = F₀ / А_п). При р₂ < р_2н.з. включается электронный секундомер. Затем начинается процесс заполнения рабочей полости аккумулятора. При р₂ = р_2к.з. (р_2к.з. = (F₀ + c x_к) / А_п) поршень касается ограничения хода (х = х_к) и давление практически мгновенно возрастает до линейного давления в системе р_л. При р₂ > р_2к.з. выключается электронный секундомер. На цифровом табло секундомера отображается величина t_зап .

Процесс опорожнения полости аккумулятора (см. рисунок 7.3, б) начинается после выключения распределителя р₂. При этом давление р₂ резко понижается с р_л до р_2н.о. (р_2н.о. = (F₀ + c x_к) / А_п). когда р_л > р₂ > р_2н.о. включается электронный секундомер. Процесс опорожнения происходит под действием усилия пружины, действующего на поршень аккумулятора. При достижении давлением значения р_2к.о. (р_2к.о = F₀ / А_п) поршень касается ограничения хода (х = 0) и давление р₂ резко падает. При р₂ < р_2к.о отключается электронный секундомер и на табло отображается время опорожнения полости аккумулятора t_оп.

7.2.1 Подготовка установки к работе. Перед включением установки необходимо убедиться, что:

– тумблеры управления гидрораспределителями Р1 и Р2 установлены в положение «Выкл»;

– тумблер установки режима работы электронного секундомера установлен в положение «Авт», а тумблер включения питания секундомера установлен в нижнее положение.

7.2.2 Проведение эксперимента. Включить электрическое питание стенда («Сеть»), электродвигателя М (кнопка «Пуск»), питание электронного секундомера (тумблер установить в положение «Вкл»). Дать возможность поработать стенду в течение 3..5 мин. Включить тумблер управления секундомером в положение «Счет».

Таблица 7.1 – Результаты исследований процесса заполнения полости аккумулятора

После того, как закончился процесс заполнения полости аккумулятора и зафиксировано время t_зап, необходимо сбросить (обнулить) показания табло секундомера и перейти к определению времени опорожнения полости аккумулятора. Для этого необходимо тумблер управления гидрораспределителем Р2 установить в положение «Выкл». При этом рабочая полость аккумулятора через дроссель ДР2 будет подключена к сливу. Результаты исследования процессов заполнения и опорожнения необходимо записывать в таблицы 7.1 и 7.2 соответственно.

Таблица 7.2 – Результаты исследований процесса опорожнения полости аккумулятора

После считывания значения t_оп (по секундомеру) показание табло секундомера обнуляется и может снова переходить к исследованию процесса заполнения полости.

После выполнения всех опытов необходимо тумблер управления гидрораспределителем Р2 установить в положение «Выкл.», отключить электрическое питание секундомера, электродвигателя и стенда.

Обработка результатов

Среднее значение времени заполнения полости аккумулятора определяется как среднее арифметическое:

,

где n – количество опытов (n = 5).

Аналогично определяется и среднее значение времени опорожнения полости аккумулятора t_оп.ср.

Для определения расчетным путем времени заполнения t_зап.рнужно воспользоваться формулой (7.1), а для определения времени опорожнения t_оп.р – формулой (7.2).

При определении t_зап.р в формулу (7.1) нужно подставлять среднее значение р₁ (определенное по результатам измерений в пяти опытах, см. второй столбец таблицы 7.1).

Остальные параметры, необходимые для вычисления t_зап.ри t_оп.р, следующие:

– диаметр поршня аккумулятора D = 0,06 м (60 мм);

– диаметр дросселя d_др = 1·10^{-3 м (1 мм);}

– коэффициент расхода дросселя μ = 0,62;

– усилие преднатяга пружины F₀ = 450 Н;

– жесткость пружины с = 8000 Н/м (8 Н/мм);

– ход поршня = 0,065 м (65 мм);

– плотность масла ρ = 890 кг/м³.

Контрольные вопросы

1 Устройство лабораторного стенда.

2 Назначение, устройство и характеристики гидродросселя.

3 Как определяется коэффициент местного сопротивления гидродросселя?

4 Поясните обоснованность допущений, принимаемых при моделировании процессов заполнения и опорожнения рабочей полости аккумулятора.

5 Методика экспериментального определения характеристик заполнения и опорожнения рабочей полости аккумулятора.

6 Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Список литературы

1 Медведев, В. Ф.Гидравлика и гидравлические машины : учеб. пособие / В. Ф. Медведев. – Минск : Выш. шк., 1998. – 311 с.

2 Гидравлика, гидромашины и гидроприводы : учебник для машиностроит. вузов / Т. М. Башта [и др.]; отв. ред. Т. М. Башта. – 2-е изд, перераб. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с. : ил.

3 Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод : учеб. пособие для вузов / Под ред. С. П. Стесина. – 3-е изд., стер. – М. : Академия, 2007. – 336 с.

4 Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Под общ. ред. Б. Б. Некрасова. – 2-е изд., перераб. и доп. – Минск : Выш. шк., 1985. – 382 с. : ил.

5 Метлюк, Н. Ф.Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей / Н. Ф. Метлюк, В. П. Автушко. – М. : Машиностроение, 1980. – 231 с. : ил.

6 Юшкин, В. В.Гидравлика и гидравлические машины: учеб. пособие / В.В. Юшкин. – Минск : Выш. шк., 1974. – 272 с.

Поиск по сайту: