Кафедра «Гидропневмоавтоматика и гидропневмопривод» ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к контрольным работам по гидравлике, пневматике, гидропневмоприводам и гидропневмоавтоматике для студентов заочной формы обучения автотракторного факультета Минск 2000 Контрольные работы по гидравлике, пневматике, гидропневмоприводам и гидропневмоавтоматике содержат 400 вариантов заданий, каждое из которых является самостоятельным и охватывает основные разделы изучаемых дисциплин.
Контрольные работы предназначены для студентов заочной формы обучения автотракторного факультета.
Составители:
Н.В.Богдан, А.В.Королькевич, В.А.Королькевич
. ЗАДАЧИ ПО ГИДРОСТАТИКЕ
1.1. В цилиндрическом отстойнике положение поверхности раздела между маслом и осевшей водой определяется по уровню воды в трубке А, а уровень масла - по уровню в трубке В.
1. Определить плотность масла, если даны величины h> и Ьг, а уровень воды в дополнительной трубке С установился на высоте fo.
2. Найти высоту уровней hj, hj и Ьз в трубках, если при тех же объемах воды к масла в отстойнике над маслом Создано избыточное давление р.
1.2. Покоящийся на неподвижном поршне и открытый сверху и снизу сосуд массой m состоит из двух цилиндрических частей, внутренние диаметры которых D и d.
Определить, какой минимальный объем воды должен содержаться в верхней части сосуда, чтобы сосуд всплыл над поршнем.
1.3. Определить диаметр Di гидравлического цилиндра, необходимый для подъема задвижки при избыточном давлении жидкости р, если диаметр штока цилиндра d, диаметр трубопровода Di и масса подвижных частей устройства ш. Коэффициент трения тадиижии в направляющих поверхностях f — 0,3, механический Кпд гцдроцнлин- дра т| = 0,9. Давление за задвижкой равно атмосферному р»,
1.4. К отверстию в дне открытого резервуара А, частично заполненного водой, присоединена вертикальная труба, нижним концом опущенная под уровень воды в резервуаре Б,
При закрытой задвижке труба заполнена водой; расстояние между уровнями воды в резервуарах Н; избыточное давление воздуха Р в резервуаре Б; толщина воздушной подушки h.
Определить, какой объем воды переместится из одного резервуара в другой после открытия задвижки на трубе.
Процесс расширения воздуха в резервуаре Б считать изотермическим Диаметры резервуаров одинаковы: D = 1м, диаметр трубы d - 0,2 м.
1.5. Определить силу, прижимающую стальной (р = 7800 кг/м3) шаровой всасывающий клапан радиусом R к седлу, имеющему диаметр d * 140 мм, если диаметр насосного цилиндра D, а усилие, действующее на шток поршня, F. Седло клапана расположено ниже оси цилиндра на hi и выше свободной поверхности в резервуаре с атмосферным давлением на Ьг, причем труба под клапаном заполнена водой.
1.6. Круглое отверстие между двумя резервуарами закрыто сферической крышкой диаметром D. Закрытый резервуар заполнен бензином (р = 800 кг/м3), а открытый - водой. К закрытому резервуару сверху присоединен мановакуумметр, показывающий манометрическое давление Рм или величину вакуума рв. Температура жидкостей 20°С, глубины Н и h. Определить силу, срезающую болты крышки, и горизонтальную силу, действующую на крышку.
1.7. Вертикальная цилиндрическая цистерна с полусферической крышкой до самого верха заполнена глицерином (р = 1200 кг/м3) и водой (р = 1000 кг/м ). Диаметр цистерны D, высота ее цилиндрической части Н, Глубина глицерина равна Н/2. Манометр показывает давление р. Определить силу, растягивающую болты крышки, силу давления на дно цистерны и горизонтальную силу, разрывающую цистерну по сечению 1 - 1,
1.8. Определить суммарную силу давления воды на цилиндрический затвор диаметром D, шириной Ь. если Н = 1,5D, давление на свободной поверхности р.
1.00. Насос под давлением р подает рабочую жидкость во входную камеру гидравлического дозатора, диаметр цилиндров которого Di и Da = 0.4Di. Гидроцилиндр с диаметром поршня D3 реализует нагрузку Fi, с диаметром D4 = 0,4Вз - нагрузку F?. Определить неизвестную величину.
1.10. Ручной гидропресс содержит поршни диаметрами D и d. Усилие на рукоятке F i, усилие, развиваемое гидропрессом, F2, соотношение размеров рычага рукоятки Ь/а= 5. Определить неизвестную величину.
1.11. Испытуемая жидкость заливается между двумя цилиндрическими поверхностями диаметрами D и d * D - 2мм. Определить кинематический коэффициент вязкости жидкости, плотность которой р = 900 кг/м3, если для вращения внутреннего цилиндра с частотой п необходим крутящий момент М. Высота цилиндров h = 150 мм.
1.12. Определить усилие, развиваемое телескопическим гидроцилиндром в начале и в конце рабочего хода. Диаметры поршней гидроцилиндра Di и D?. К гидроцилиндру присоединен предохранительный клапан с диаметром подводящего отверстия d = 10 мм и усилием пружины Fnp.
1.13. Штоковая полость гидроцилиндра с диаметром поршня D постоянно соединена с напорной гидролинией насоса, а поршневая в зависимости от направления движения поршня соединяется распределителем либо с напорной, либо со сливной гидролиниями. Давление р в напорной гидролинии поддерживается предохранительным клапаном. Определить диаметр штока d и силу F при условии равенства сил F по величине при движении поршня в обоих направлениях.
1.14. Напорный клапан непрямого действия состоит из двух клапанов: шарикового и конического. Диаметр входного отверстия шарикового клапана d, расчетные размеры конического клапана D) и Dj. Шариковый клапан открывается при давлении pi, конический - при давлении рг = pi + 0,5 МПа. Определить рабочее усилие пружин обоих клапанов. Описать работу клапана непрямого действия.
1.15. Поршень гидроцилиндра диаметром D нагружен силой F. Определить давление р перед дросселем, если диаметр золотника редукционного клапана d, а усилие его пружины Fnp. Дать описание работы регулятора расхода.
1.16 В поршневую полость гидроцилиндра диаметром D (диаметр штока d) подается давление р. На сливе из штоковой полости установлен дроссель, имеющий гидравлическое сопротивление Ар. Шток поршня нагружен усилием F. Механический КПД гидроцилиндра т]м - 0,9, Определить неизвестный параметр.
1.17. К поворотному гидродвигателю рабочим объемом Vo с углом поворота вала <р ~ 270° подведено давление р В сливной гидролинии установлен дроссель с гидравлическим сопротивлением Ар. Момент на валу гидродвигателя М, механический КПД Лм = 0,9. Определить неизвестный параметр.
1.18. В поворотный гидродвигатель рабочим объемом Vo с углом поворота вала <р = 210й подается поток жидкости под давлением р Гидродвигатель соединен последовательно с гндроии- линдром, диаметры поршня D и штока d = 40 мм. Вал двигателя нагружен моментом М, шток поршня - усилием F, Определить неизвестный параметр.
1.! 9. Цилиндрический резервуар заполнен жидкостью до высоты 3/4 Н. Диаметр резервуара D. плотность жидкости р = 1000 кг/м3.
Определить: объем жидкости, сливающейся из резервуара при его вращении с частотой п об/мин вокруг его вертикальной оси;
силу давления на дно резервуара;
горизонтальную силу, разрывающую резервуар по сечению 1-1 при его вращении,
1.20. Определить диаметр D поршня гидроцилиндра домкрата, предназначенного для подъема груза массой га при диаметре d поршня насоса и усилии F на рукоятке, соотношение b/а = 4.
ЗАДАЧИ ПО ГИДРОДИНАМИКЕ
2.1. Сопротивление участка водопроводной трубы с арматурой необходимо перед установкой проверить в лаборатории путем испытаний на воздухе.
1. Опдодомгсъ, ч. тажя*. сж.'зръстъ’к» \>н ставу «т тасгл ъродуъъу, сохраняя вязкостное подобие, если скорость воды в трубе о.
2. Какова будет потеря напора Ьк при работе трубы на воде с указанной скоростью, если при испытании на воздухе потеря давления Др?
Вязкость воздуха = 0,186-1 O'4 Па-с, воды увод =
-6 1 3
= 110 м/с, плотность воздуха р =1,29 кг/м .
2.2. Определить, до какого наибольшего избыточного давления ри сжатого воздуха над поверхностью бензина в баке истечение через цилиндрический насадок будет происходить с заполнением его выходного сечения. Каков при этом будет массовый расход бензина, если диаметр насадка d? Уровень бензина в баке h.
Плотность бензина р = 750 кг/см3, давление насыщенных паров
ря п. =26,5 кПа. Атмосферное давление равно 97 кПа. Принять коэффициент расхода насадка р =0,81, коэффициент сжатия струи при входе в насадок 4 = 0,62.
2.3. Вода из верхней секции замкнутого бака перетекает в нижнюю через отверстие диаметром dj, а затем через цилиндрический насадок диаметром d: вытекает: в атмосферу; под уровень,
Определить расходы Q через насадок для обоих случаев, если при установившемся режиме показание манометра рм, а уровни в водомерных стеклах hj = 2 м и hj = 3 м.
Найти при этом избыточное давление рк над уровнем воды в нижней секции бака,
2.4. Определить скорость о перемещения поршня гидротормоза диаметром П, нагруженного силой F, если перетекание жидкости из нижней полости в верхнюю происходит через два отверстия в поршне, диаметр которых d, высота поршня а = 35 мм.
2.5. Вода перетекает из левого бака в правый по трубопроводу, диаметры которого di - 100 мм и сЬ = 60 мм Определить, пренебрегая потерями по длине, расход Q в трубопроводе при располагаемом напоре Н и коэффициенте сопротивления вентиля 4* ■ При каком значении 4 расход уменьшится в два раза?
2.6. Труба диаметром D имеет на конце сходящийся насадок с горловиной диаметром d (коэффициент сопротивления 4 - 0.08),
переходящий в диффузор (коэффициент потерь <рл = 0,3), из которого вода вытекает в атмосферу',
Какой расход Q надо пропустить по трубе и какое при этом будет избыточное давление р перед насадком, чтобы в горловину начала поступать вода, подсасываемая на высоту' h из открытого сосуда?
2.7. Гидравлический демпфер (гаситель колебаний) представляет цилиндр, в котором под действием внешней силы перемещается поршень, перегоняя масло плотностью р = 900 кг/м" из одной полости цилиндра в другую через обводную трубку с дросселем, Диаметры поршня D, штока d^ = 20 мм и обводной трубки d.
Получить уравнение статической характеристики демпфера, представляющей зависимость скорости равномерного движения поршня о от приложенной к нему постоянной нагрузки R. Каков должен быть коэффициент сопротивления 4 дросселя, чтобы при нагрузке R - 6500 Н скорость поршня была т> = 0,2 м/с?
2.8. В трубопроводе диаметром D для ограничения расхода установлена дроссельная шайба, имеющая центральное отверстие с острой входной кромкой; диаметр отверстия d. Определить потерю давления Др, вызываемую шайбой в трубопроводе при расходе Q жидкости (керосин плотностью р = 800 кг/м3). Для заданного расхода найти критическое абсолютное давление р0 перед шайбой, при котором в трубопроводе за шайбой возникнет кавитация, если давление насыщенных паров керосина рн.п. = 16 кПа.
Отверстие шайбы имеет коэффициент сопротивления 4 = 0,63.
2.9. Найти, как распределяется расход воды Q между двумя параллельными трубами, одна из которых имеет длину = 30 м и диаметр di, а другая (с задвижкой, коэффициент сопротивления которой 4) имеет длину lj = 50 м и диаметр d?.
Какова будет потеря давления в разветвленном участке? Значения коэффициента сопротивления трения труб принять соответственно X] = 0,04 и }>2 = 0,03.
2.10. В первоначально пустой бак квадратного сечения со стороной а = 800 мм подается постоянный расход воды Q. Одновременно поступающая вода вытекает через донное отверстие диаметром d (коэффициент расхода отверстия ц. - 0,6).
Каков предельный уровень ZmaX) соответствующий установившейся работе системы?
Какое время требуется, для того чтобы разность между Zm»x и текущим уровнем Z стала AZ = 0,1 м?
2.11. Смазочное масло (плотность р = 900 кг/м3, вязкость v = = 610 м/с) подводится к подшипникам коленчатого вала по системе трубок, состоящей из пяти одинаковых участков, каждый длиной 1 = 500 мм и диаметром d.
Сколько смазки нужно подать к узлу А системы, чтобы каждый подшипник получил ее ке меиее Qi?
Как изменится количество смазки, если участок АВ заменить трубой диаметром D? Давление на выходе из трубок в подшипники считать одинаковым, местными потерями и скоростными напорами пренебречь.
212. Перемещение поршней гидроцилиндров диаметром D, нагружен»^ внешними силами Fj и F2, осуществляется подачей спиртО“Тлицериновой смеси (v = 1 ■ ДО'4 м2/с, р = 1245 кг/м3) по трубкам одинаковой приведенной длины I ж 10 м и диаметром d в гидроцилиндры 1 и 2.
^"Р^елить скорости перемещения поршней при расходе Q = 7 л/с в магистрали
Како^ дополнительное сопротивление, выражаемое эквивалентной длиной, и в какой трубе нужно создать, чтобы при том же расходе в магистрали скорости поршней стали одинако-
ВйШЯ?
2-13. в межтрубном кольцевом пространстве движется жидкость (к ss 0,01 Па - с) в количестве Q. Определить потери давления р на длине 1 ~ з м, если диаметр трубки D, диаметр стерж- ия d. Сравнить ее с потерей в трубе, имеющей равновеликую площадь сечения.
2.14. дЛя определения вязкости масла измеряется потеря напора npii ег0 прокачке через калиброванную трубку диаметром d. Какоц0 значение динамического коэффициента вязкости ц, если nptt расходе Q показание ртутного дифмано метра, подключенного к участку трубки длиной 1 = 2 м, равно величине h? Плотность масла р = 900 кг/м3.
2.15. При истечении воды из большого резервуара в атмосферу по горизонтальной трубе, диаметр которой d и длина 1 = 10 м, при статичецсОМ напоре Н получено, что уровень в пьезометре, установленном в середине трубы, h.
Определить расход Q и коэффициент X сопротивления трения трубы.
2.16. Йода подается в открытый верхний бак по вертикальной трубе диаметром длиной 1 за счет избыточного давления р в нижнем замкнугом баке. Высота уровней в баках h, расход в трубе Q, коэффициент сопротивления открытого вентиля 4 = 9,3, шероховатость стенок трубы Д = 0,2 мм. Определить неизвестную величину.
2.17. Определить абсолютное давление на входе в шестеренный насос системы смазки, имеющий подачу Q масла при температуре t = 20°С (v - 2 • 10‘4 м2/с, р - 920 кг/м3). Длина стального всасывающего трубопровода 1 = 1 м, диаметр d, шероховатость Д = 0,1 мм. Входное сечение насоса расположено ниже свободной поверхности в баке на величину h. Как изменится давление перед насосом, если масло нагреется до температуры t = 80°С (v = 1 ■ 10'5 м2/с, р = 870 кг/м3)?
Местные потери в трубопроводе принимать равными 10% потерь по длине.
2.18. Сравнить расходы воды (v = I • 10"6 м2/с), турбинного масла (v = 1 • Ю"4 м2/с) и цилиндрового масла (v = 10 • 10“* м2/с) при температуре t = 20°С по стальному трубопроводу длиной 1, диаметром d (шероховатость Д - 0,1 мм) при одинаковом напоре Н.
2.19. Определить силу F, которую нужно приложить к поршню насоса диаметром D, чтобы подавать в напорный бак жидкость с постоянным расходом Q.
Высота подъема жидкости в установке Ц, = 10 м, избыточное давление в напорном баке р0 Размеры трубопровода, длина 1 = 60 м, диаметр d, шероховатость Д - 0,003 мм, коэффициент сопротивления вентиля на трубопроводе £ = 5,5.
Задачу решить для случаев подачи в бак бензина (р = 765 кг/м3, v = 4 • 10'7 м2/с), машинного масла(р =930 кг/м3, v =20 • 10^ м2/с).
2.20. На поршень гидроцилиндра диаметром D действует, сила F, вызывающая истечение масла из цилиндра через торцовое отверстие с острой кромкой, диаметр которого d. Определить силу, действующую на цилиндр.
Коэффициенты истечения для отверстия принять <р = 0,97, р = 0,63, плотность масла р = 900 кг/м3.
