Задача 2

Зусилля, що розвиває гідроциліндр F. Визначити тиск рідини і робочу швидкість поршня, якщо витрата дорівнює 14 л/хв. Вихідні дані приведені в таблиці 17.

Таблиця 17

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Зусилля, т	6,3	5,5	7,8	65,4	60,3	54,35	20,4	18	16,3	5,5
Гідро- циліндр	142-100 70 S			125-160 125 500			121-90 70 400			УН4715-04

Задача 3

Визначити максимальне зусилля, що розвиває гідроциліндр відомого типу і робочу швидкість поршня в номінальному режимі, якщо відомий приводний насос. Вихідні дані приведені в таблиці 18.

Таблиця 18

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Зусилля, т	333	НШ32у	210.12	2Г15-14	Г12-53 АМ	2Г15-14	Г12-53АМ	323	МН250/100	210.16
Гідроци-ліндр	Ц125 200-3			УН4715-04		142-90 63 S		Ц80 200-3

Література: Холин К.М., Никитин О.Ф. Основы гидравлики и объемные гидроприводы.- М.: Машиностроение, 1989 - 264с. Стор. 86-88.

СРС № 11

Тема: Класифікація гідроапаратів

1. Класифікація гідроапаратів.

2. Умовні позначення.

3. Під’єднувальні отвори.

4. Основні параметри.

Гідроапарати - це пристрої, які призначені для зміни параметрів робочої рідини (напрямку потоку, тиску, витрати) або для підтримки їх заданого значення. До гідроапаратів відносяться гідророзподільники, гідроклапани, гідродроселі.

Якщо гідроапарат дозволяє зміну параметрів потоку робочої рідини, в процесі роботи шляхом різного ступеню відкриття чи закриття прохідного перерізу, то він називається регульований. Якщо змінювати параметри рідини можна тільки в неробочому стані, то такі гідроапарати називаються такими, що настроюються, і нерегульованими.

Розподільні пристрої - це гідроапарати, призначені для направлення і розподілу потоку рідини від насоса до гідромотора і відведення від них рідини на злив.

Розрізняють кранові, клапанні і золотникові розподільні пристрої. Останні відносно прості у виготовленні і надійні в роботі. Розподільні пристрої розрізняють один від одного кількістю фіксованих позицій розподільника, кількістю каналів розподільника для однієї, фіксованої, позиції і способом з'єднання між собою напірної і зливної гідроліній при середньому положенні розподільного золотника.

Гідроклапани - по функціональним ознакам діляться на запобіжні. переливні, зворотні, редукційні.

Гідродроселі - це регулюючі гідроапарати, що являють собою місцеві гідравлічні опори, призначені для зниження тиску (енергії) потоку рідини. Призначення дроселів - встановлення бажаного зв'язку між витратою робочої рідини і перепадом тиску до і після дроселя. Використовують дроселі: голкові, щілинні, гвинтові і з додатковим пристроєм (регулятором потоку).

Дільники потоку використовують у гідросистемах для розділення порівну потоку з метою синхронізації руху силових органів машини незалежно від навантаження на них.

До допоміжних пристроїв належать гідробаки, фільтри, гідроакумулятори, ущільнювачі, трубопроводи.

Гідробаки - призначені для збереження запасу робочої рідини.

Фільтри - очищують рідину від забруднення під час її циркуляції. Конструкції фільтрів: сітчасті, пластинчасті, пористі, з запобіжними клапанами.

Гідроакумулятори - пружинні акумулятори, пневмогідроакумулятори використовують тоді, коли виникає потреба в певний період часу забезпечити витрату, яка перевищує подачу насоса.

Ущільнювачі - забезпечують герметичність у гідроприводі. До них належать поршневі кільця, манжети, сальники, прокладки, тощо.

Трубопроводи гідроприводів - це звичайні сталеві, а подекуди мідні труби, та гумові рукава високого тиску.

Гідрозамки – пристрої, які призначені для запобігання опускання робочих органів при зупинці і фіксації їх в певному положенні.

Запірні пристрої – пристрої, які призначені для того щоб не витікала робоча рідина із рукавів при їх роз'єднанні.

Гідроапарати в гідроприводах і об'ємних гідропередачах призначені для керування потоком робочої рідини. Гідроапарати, які застосовуються в гідроприводах, розділяють за наступними ознаками: за принципом дії — на клапани і гідроапарати неклапанної дії; по способі зовнішнього впливу на запірні і запірно-регулюючі елементи — на регульовані і що налаштовуються; по конструкції запірних і запірно-регулюючих елементів — на золотникові, кранові і клапанні; по характері відкриття робочого прохідного перетину — на направляючі і регулюючі.

Приєднувальні отвори гідроапаратів позначають прописними буквами латинського алфавіту: Р — отвір для входу робочої рідини під тиском; А і В — отвори для приєднання до інших гідропристроїв; Т — отвір для виходу робочої рідини в гідробак; X, Y — отвори потоку керування; L — дренажний отвір.

Повинен знати і розуміти:

1. Класифікацію гідроапаратів.

2. Умовні позначення гідроапаратів.

3. Під’єднувальні отвори гідроапаратів.

Контрольні запитання:

1. Призначення гідроапаратів.

2. Класифікація гідроапаратів.

3. Яким чином перекривається робочий прохідний перетин гідроапарата?

4. Перерахуйте під’єднувальні отвори гідроапаратів.

5. Приведіть основні параметри гідроапаратів.

Література: Холин К.М., Никитин О.Ф. Основы гидравлики и объемные гидроприводы.- М.: Машиностроение, 1989 - 264с. Стор. 95-97.

СРС № 12

Тема: Теплообмінні апарати

1. Класифікація теплообмінних апаратів.

2. Будова та робота.

3. Умовні позначення.

Теплообмінні апарати - пристрої, призначені для забезпечення заданої температури робочої рідини гідроприводу. По призначенню їх розділяють на охолоджувачі і нагрівачі рідини. У гідроприводах, зазвичай, робочу рідину необхідно прохолоджувати, тому що при нагріванні погіршуються її характеристики, що приводить до зниження робочих і експлуатаційних характеристик гідроприводів. У залежності від виду холодоагенту охолоджувачі гідро- приводів розділяють на повітряні і водяні. Умовні графічні зображення теплообмінних апаратів у схемах установлює ГОСТ 2.793—79.

Повинен знати і розуміти:

1. Класифікацію теплообмінних апаратів.

2. Умовні позначення теплообмінних апаратів.

Контрольні запитання:

1. Призначення теплообмінних апаратів.

2. Класифікація теплообмінних апаратів.

3. Будова і робота водяного охолоджувача.

4. Будова і робота повітряного охолоджувача.

5. Приведіть умовні позначення теплообмінних апаратів.

Література: Холин К.М., Никитин О.Ф. Основы гидравлики и объемные гидроприводы.- М.: Машиностроение, 1989 - 264с. Стор. 131-132.

СРС № 13

Тема: Розрахунок простого об’ємного гідроприводу

1. Вибір номінального тиску

2. Вибір гідроциліндра

3. Вибір насоса

4. Вибір гідродвигуна

5. Розрахунок трубопроводів

6. Вибір привідного двигуна

7. Визначення повного ККД гідропривода

8. Алгоритм спрощеного розрахунку і підбору гідроциліндра і гідромотора

У вступі до роботи студент повинен відобразити призначення машини, вузла, привести принципову гідравлічну схему вузла та дати описання її роботи.

Початковими даними зазвичай є: принципова розрахункова схема, зусилля на штоках гідроциліндрів, швидкості переміщення штоків гідроциліндрів або частоти обертання валів гідромоторів. Деякі початкові дані , наприклад номінальний тиск у системі, належить вибирати (для колійних машин – тиск робочої рідини в гідросистемі вузла).

1 Вибір номінального тиску.

Номінальний тиск МПа, вибирається з ряду нормативних, встановлених ГОСТ 12445-80: 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32. Для бульдозерів, автогрейдерів вибирається середній тиск (до 6,3 МПа), для приводів інших вантажних, дорожніх і будівельних машин – високий тиск (до 20 МПа).

2 Вибір гідроциліндра.

Діаметр гідроциліндра визначається з формули

D = = ,

де S_n - площа поршня, м² ;

F – зусилля на штокові, Н;

р – номінальний тиск, Па;

_мц – механічний ККД гідроциліндра, _мц = 0,93...0,97.

Діаметр гідроциліндра, а також діаметр його штока уточнюють у відповідності з ГОСТ 12447-80: 40, 50, 63, 80, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250 мм.

Відношення площі поршня до площі штоку вибирається за допомогою таблиці 19. Рекомендовані діаметри штоків d відповідають  = 1,33. Параметри великих гідроциліндрів знаходять за відношеннями: d/D = 0,3…0,35 для р < 1,5 МПа, d/D = 0,5 для 1,5 < р < 5 МПа, d/D = 0,7 для 5 < р < 10 МПа.

Таблиця 19 - Відношення діаметрів штока та циліндра

D, мм	d, мм
	 = 1,25	 = 1,33	 = 1,6
25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250	10 14 18 22 28 36 45 55 70 90 110	12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125	14 18 22 28 36 45 55 70 90 110 140

Хід поршня вибирають з умов організації серійного виробництва гідроциліндрів, нормальних лінійних розмірів і в залежності від діаметра циліндра. Для гідроциліндрів загального призначення на р = 10 і 16 МПа 80, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 2000, 2240 мм.

Швидкість переміщення поршня може бути різною. Але практично вона обмежена значенням V_шт.max = 5 м/хв. Приймається конструктивно для відповідного вузла.

,

де Q – подача насоса.

Циліндри виготовляють із сталевих поковок, труб, чавунних відливок і алюмінієвих сплавів. Ковані сталеві циліндри застосовують для тиску р  20 МПа. Для тиску р  10 МПа застосовують литі чавунні циліндри. Для тиску р  20 МПа застосовують труби зі сталі 45 чи легованих сталей.

Товщину стінки визначають за напругою розтягу. Для циліндрів, виготовлених із ламких матеріалів (чавуна)

.

Для циліндрів виготовлених із в’язких матеріалів (сталі)

,

де _р – максимально допустима розтягуюча напруга: для високосортного чавуна - 40 МПа, сталевих відливок -80...100 МПа, кованої вуглецевої сталі - 150...180 МПа;

р – тиск рідини в гідроциліндрі;

 - коефіцієнт Пуассона; для сталі  = 0,25...0,28.

Штоки гідроциліндрів перевіряють на стійкість. Максимальне дійсне зусилля, яке передається штоком

,

де n_у – запас стійкості, для сталевих штоків П_у=1,5...2;

R_кр- критичне навантаження.

,

де  - коефіцієнт критичного навантаження. У випадку жорсткого кріплення штоку до поршня значення коефіцієнта приведені в таблиці 20;

Е – модуль пружності матеріалу штоку (таблиця 21), МПа;

I – момент інерції перетину штока, м⁴

;

₁ - довжина стержня, м.

Рисунок 27 - Конструктивні параметри гідроциліндрів

Таблиця 20 - Значення критичного навантаження

			
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5	2,467 2,883 3,414 4,105 5,021 6,260	0,6 0,7 0,8 0,9 1,0	7,99 10,39 13,59 17,24 20,19

Таблиця 21 - Значення модуля пружності Е і коефіцієнта Пуассона

Матеріал штока	Е, МПа	
Сталь низько вуглецева і високолегована Сталь високо вуглецева Чавун Алюмінієві сплави Магнієві сплави	(2...2,1).105 до 2,2.105 (0,8...1,6)105 0,72.105 0,42.105	0,28 0,29 0,23...0,27 0,26...0,33 0,25...0,3

3 Вибір насоса.

Вибір насоса проводиться по загальній витраті рідини в гідросистемі і номінальному тиску.

Для визначення подачі насоса спочатку визначають його потужність як суму потужностей усіх одночасно працюючих гідродвигунів. Потужність, що споживається гідроциліндром

N_Ц ,

де F –зусилля на штокові гідроциліндра, Н;

V_n – швидкість переміщення поршня, м/с;

_ц – ККД гідро циліндра, _ц = 0,9.

Потужність гідромотора

N_м ,

де М – обертовий момент на валі гідромотора, Н^.м;

 - кутова швидкість, рад/с;

_гм – повний ККД гідромотора _гм = 0,75...0,85.

Потужність насоса

N_{н д} ,

де _с – коефіцієнт запасу по швидкості, _с = 1,1...1,3;

_у – коефіцієнт запасу по зусиллю, _у = 1,1...1,2;

N_д – загальна потужність усіх одночасно працюючих гідродвигунів, Вт.

Необхідна подача насоса

Q_{н ,}

де р – номінальний тиск, Па.

По відомим значенням Q_н і р вибирається насос.

Частота обертання насоса

П= ,

де i – кількість насосів;

V₀ – робочий об’єм, м³;

_он – об’ємний ККД насоса.

В гідросистемах легкого та середнього режимів роботи доцільно застосовувати шестеренні насоси, а для важких і дуже важких аксіально- та радіально-поршневі насоси.

4 Вибір гідромотора.

Вибір гідромотора проводиться по робочому об’єму

V₀= ;

де р_м – тиск на вході в гідромотор, Па;

р_с – втрата тиску в зливній гідролінії від гідромотора до бака р_с = 0...2 МПа;

_мм – механічний ККД гідромотора. Орієнтовно приймається _мм = 0,9...0,96.

5 Розрахунок трубопроводів.

Складається з визначення діаметрів трубопроводів

.

Отриманий результат округлюється до найближчого зі стандартних значень: таблиці 5 і 6.

Рекомендовано обирати швидкості: для всмоктуючих гідроліній V = 1,6 м/с, для зливних - V = 2 м/с, для напірної - в залежності від номінального тиску р_ном СЕВ РС 3644-72 (Таблиця 22).

Таблиця 22

Рном , МПа	2,5	6,3	16	32	63	100
V, м/с, не більше	2	3,2	4	5	6,3	10

Таблиця 23 - Труби сталеві безшовні холоднодеформовані, мм

Зовніш- ній діаметр	Товщина стінки	Зовніш- ній діаметр	Товщина стінки	Зовніш- ній діаметр	Товщина стінки
5 6 7…9 10…12 13…15 16…19 20 21…23 24	0,3…1,5 0,3…2,0 0,3…2,5 0,3…3,5 0,3…4,0 0,3…5,0 0,3…6,0 0,4…6,0 0,4…6,5	25…28 30…36 38…40 42 45…48 50…76 80…95 100…108 110…130	0,4…7,0 0,4…8,0 0,4…9,0 1,0…9,0 1,0…10 1,0…12 1,2…12 1,5…18 1,5…22	149 150 160 170 180 190 200;220 240 250	1,6…22 1,8…22 2,0…22 2,0…24 2,0…24 2,8…24 3,0…24 4,5…24 4,5…24

У вказаних межах діаметр обирати з ряду : 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 30, 32, 34, 35, 36, 38, 40, 50, 51, 53, 54, 56, 57, 60, 63, 65, 68, 70, 73, 75, 76, 80, 83, 85, 89, 90, 95, 100, 102, 108, 110, 120, 130, 200, 210, 220 мм;

Товщину стінки - із ряду: 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5; 10,0; 11; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 24 мм.

Таблиця 24 - Труби сталеві безшовні гарячедеформовані, мм.

Зовнішній діаметр	Товщина стінки	Зовнішній діаметр	Товщина стінки
25…42 45 50 54 57 60; 63,5 68; 70 73; 76 83 89…102 108…121	2,5…4,0 2,5…5,0 2,5…5,5 3…11 3…12 3…14 3…16 3…18 3,5…18 3,5…22 4…28	127 135 140…159 168…194 203…219 245…273 299…351 377…426 450 480…530	4…30 4…32 4,5…36 5…45 6…50 7…50 8…75 9…75 16…75 25…75

У вказаних межах діаметр обирати з ряду : 25, 28, 32, 38, 42, 89, 95, 102, 108, 114, 121, 140, 146, 152, 159, 168, 180, 194, 299, 325, 351, 377, 402, 426, 480, 500, 530 мм.

Товщину стінки - із ряду: 2,5; 2,8; 3,0; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,7; 8; 9; 10; 11; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 30; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 60; 63; 65; 70 мм.

6 Вибір привідного двигуна.

Потужність, що прикладена до валу насоса

N_пд= ,

де _н – загальний ККД насоса.

7 Визначення повного ККД приводу.

Повний ККД приводу визначається за формулою

_гп= .

ККД вірно спроектованого гідроприводу _гп = 0,6…0,8.

Оскільки при практичних розрахунках неможливо підібрати насос і гідродвигун, які будуть забезпечувати значення основних заданих параметрів системи, необхідно провести перевірочний розрахунок, в результаті якого знаходяться дійсні значення зусилля на штокові, швидкості руху поршня, частоти обертання і обертового моменту гідромотора.

8 Алгоритм спрошеного розрахунку і підбору гідроциліндра і гідродвигуна

• Визначення зусилля на робочому органі (якщо не задано).

• Визначення діаметра гідроциліндра.

• Вибір гідроциліндра.

• Визначення потужності гідроциліндра або гідродвигуна.

• Визначення потужності насоса.

• Визначення подачі насоса.

• Вибір насоса.

Повинен знати і розуміти:

1. Методику спрошеного розрахунку і підбору гідроциліндра і гідродвигуна

СРС № 14

Тема: Правила експлуатації гідро- та пневмоприводів машин

1. Технічне обслуговування.

2. Діагностування.

3. Ремонт.

4. Особливості сезонного обслуговування.

При щоденному технічному обслуговуванні необхідно перевірити наступні основні параметри гідроприводу: рівень робочої рідини в гідроємності, температуру її нагрівання у робочому стані, піноутворення, витікання рідини; сторонні шуми і стуки; плавність виконання робочих операцій. Якщо в гідроприводі є влаштовані датчики, то контролю також підлягають степінь чистоти рідини на зміст в ній повітря.

В процесі ТО-1, крім робіт, що виконуються при щоденному обслуговуванні, визначають інтенсивність нагріву рідини та загальний об’ємний ККД або тривалість робочих циклів. Одночасно більш детально перевіряють запобіжні і переливні клапани та фільтри.

Проведення ТО-2 супроводжується, крім попередніх робіт, поглибленим діагностуванням гідроапаратури та визначенням змісту повітря у рідині.

Діагностування гідроприводу при ТО-3, сезонному ТО та поточному ремонті відрізняються тільки поглибленим аналізом стану рідини.

При загальному діагностуванні гідроприводу встановлюється степінь відповідності його робочих характеристик паспортним. З цією метою визначають: тривалість робочого циклу; значення зусиль, що розвивається робочим обладнанням; інтенсивність нагрівання рідини та її температура у встановленому режимі; степінь концентрації продуктів зносу в рідині, а також її робочі характеристики (в’язкість, наявність повітря, води і т.і.). На основі цих даних оцінюють технічний стан шляхом обрахунку його ефективної потужності, об’ємного ККД та стану рідини.

Специфікою ремонту гідроапаратури є необхідність забезпечення високої точності виконання робіт.

Як правило ремонт гідроапаратури повинен виконуватись на спеціалізованому ремонтному підприємстві, яке використовує заводську технологію, або на спеціалізованих ділянках.

При підготовці машини до ремонту складається відомість гідравлічних пристроїв, які підлягають ремонту, з указівкою помічених несправностей, кількість відпрацьованих мото-годин і заводських номерів.

Гідроапаратуру миють, очищають і потім дефектують: візуально, за допомогою мікрометра, методом балансування, гідравлічним випробовуванням герметичності і міцності; ультразвуковими, магнітними, радіаційними та люмінесцентними методами. По закінченню ремонту, гідроапаратура підлягає приймально-здавальним випробовуванням на герметичність. Тоді перевіряють плавність підключення привода насоса, надійність фіксації золотників; включають насос і розігрівають рідину до 30-60˚С; доводять оберти насоса до номінальних і послідовно виконують робочі операції всіма виконавчими органами. Потім ще раз перевіряють на витікання рідини і встановлюють наявність підсмоктування повітря в систему.

У весняно-літній період знижується в’язкість рідини, погіршуються ї робочі властивості, що приводить до більш швидкого зношування елементів приводу і збільшення витікання рідини. В повітрі збільшується кількість пилу, що приводить до забруднення фільтрів і зношування елементів гідроприводу.

В осінньо-зимовий період знижується температура. Більшість машин із гідроприводом у цей період не працюють. Для працюючих машин забруднюється рідина, через попадання снігу, збільшується вологість, що приводить до корозії відкритих частин гідро-, пневмоприводу, утворення кригових пробок в пневмоприводах та збільшення температури замерзання рідини. Збільшення в’язкості масел приводить до утворення у всмоктуючих трубопроводах розрідження, що знижує працездатність і викликає появлення кавітаційного зношення в насосах, розподільниках і клапанах.

В пневмосистемах замерзає конденсат в волого-, масловідділювачі і ресиверах, інтенсифікація корозії. Гумовотехнічні вироби втрачають еластичність і стають крихкими, що приводить до втрати герметичності. Знижується міцність жорстких трубопроводів через виникнення явища хладоламкості металу.

Перехід на весняно-літній режим роботи здійснюється при збільшенні температури до +5˚С. з цією метою виконується наступні основні заходи: перехід на літні марки рідини, здається на склад зимове обладнання (водо-, маслогрійки, чохли, тобто); сезонне технічне обслуговування, яке доповнюється контролем і ремонтом фільтрів, радіаторів, вентиляторів і фарбуванням.

Промивку систем водяного охолодження компресора виконують разом з видаленням накипі, що утворилась.

Перехід на осіннє-зимовий режим здійснюється при падінні температури нижче +5˚С.

В пневматичному приводі ретельно промивають чистим неетилованим бензином зняті трубопроводи, ресивери і водомасловідділювачі. В трубах усувають ум’ятини і викривлення, що є місцями конденсації вологи. Перевіряють і регулюють клапани, золотники, датчики-регулятори, гальмівні камери та пневмоциліндри. Заміняють гумовотехнічні вироби на такі, що виготовлені з морозостійкої гуми.

В гідравлічному приводі зливають рідину з наступним розбиранням гідросистеми на частини, які миють і очищують від смолистих відкладень. Одночасно контролюють стан вузлів і деталей. Вимиті деталі і вузли сушать теплим повітрям та змащують.

Повинен знати і розуміти:

1. Технічне обслуговування обладнання гідроприводів;

2. Ремонт обладнання гідроприводів;

3. Сезонне обслуговування приводів.

Контрольні запитання:

1. Операції щоденного технічного обслуговування.

2. Операції технічного обслуговування №1.

3. Операції технічного обслуговування №2.

4. Операції з діагностування обладнання гідроприводів.

5. Сезонне обслуговування приводів.

Література: Петров И.В. Обслуживание гидравлических и пневматических приводов дорожно-строительных машин.- М.: Транспорт, 1985.- 8-19, 143-152 с.

СРС № 15

Тема: Загальні відомості про пневматичний привід і пневматичні машини

1. Властивості газів.

2. Переваги пневмоприводу.

3. Недоліки пневмоприводу.

4. Галузі застосування пневмоприводу.

У пневмоприводах робочим тілом найчастіше є стиснене повітря, дуже рідко - будь-який газ. За механічними властивостями рідини поділяють на два класи: ті, що мало стискаються (крапельні) та ті, що стискаються (газоподібні). Крапельні рідини відрізняються тим, що в малій кількості приймають сферичну форму, а у великій зазвичай утворюють вільну поверхню. Гази, навпаки, здатні до значного зменшення свого об’єму під дією тиску та до необмеженого розширення при відсутності тиску. Загальною властивістю газів є текучість та легка зміна об’єму при зміні тиску і температури.

Внаслідок великого стиску газів їх густина і питома вага в значному ступені залежать від тиску і температури. Процеси стиснення та розширення газів підкоряються відомим із термодинаміки законам Бойля-Маріотта і Гей-Люсака для ідеальних газів. Закон Бойля-Маріотта виражається залежністю

p₁V₁ = p₂V₂ = const,

де V₁ та V₂ - об'єми газу при постійній температурі відповідно при тиску р₁ і р₂. Закон Гей-Люсака

V₁/V₂ = Т₁/Т₂ = const,

де Т₁ і Т₂ – абсолютні температури.

Ці рівняння витікають із рівняння стану ідеального газу Менделєєва-Клапейрона

р/ρ = R₀Т,

де R₀ – питома газова постійна. Для повітря R₀ = 287 Дж/кгК, для природного газу R₀ = 520 Дж/кгК. Для реальних газів

р = zρR₀Т,

де z – коефіцієнт стисненості.

Для повітря при t₀=0 змінюється на 3%; при t₀ = 10º - 2%; при t₀ = 20º - 1,5%. Тому повітря вважають ідеальним газом. Для любого газу питому газову постійну і густину можна визначити з формул

R₀ = 8314/М, ρ = М/22,4.

Зміни стану газу можуть бути при тепловому чи механічному чи сумісному тепловому та механічному впливі. Тепловий вплив здійснюється підведенням до або відведенням від газу теплоти, механічний – в здійсненні даним об’ємом газу певної роботи чи в прикладанні до нього певної роботи, наприклад, стисненні газу. Тому рівняння Менделєєва-Клапейрона можна записати наступним чином

рV = R₀Т.

Таким чином два параметри розглядаються як незалежні, а третій виражається за допомогою цього рівняння через них: ізохоричний процес (V = const); ізобаричний процес (р = const); ізотермічний процес (Т = const)- гіпербола, вся теплота йде в роботу; адіабатичний процес – при відсутності теплообміну з навколишнім середовищем. Робота виконується з рахунок внутрішньої енергії газу; політропний процес – є загальним для попередніх процесів у якому всі (або деякі) параметри змінні.

Взагалі всі параметри повітря відносять до його нормального стану, тобто до повітря з t°=0°C під атмосферним тиском (0,1013 МПа).

Згідно рівняння Клапейрона-Менделєєва параметри повітря з'єднані між собою за допомогою виразу:

рV=MRT,

де V - об'єм повітря, м³,

р—тиск, Па;

М - маса газу, кг ;

R - універсальна газова стала, Rn=287,1 Дж/ (кгК) ;

Т - температура, К.

Тепломісткість повітря в інтервалі від 0° до 100°С практично незмінна.

Ізобарна питома тепломісткість становить 1,01 Дж/(кгК), а ізохорна - 0,72 кДж/(кгК).

В'язкість повітря дуже мала і дорівнює при температурі 20°С всього 18,5 мкПас. '

Стисливість повітря, яка характеризує його пружність, вказує на зміну об’єму при збільшенні тиску. Об'ємна стисливість визначається

_i=V/(Vp), Па^-1 ,

де V - початковий об'єм, м³;

V - зменшення об'єму, м³;

р - збільшення тиску, Па.

Повітря, що використовується в пневмоприводі, повинно відповідати вимогам, вказаним в Держстандарті (ГОСТ 11882-73). Чистота стиснутого повітря, відповідно ГОСТ 17433-80, підрозділяється на 15 класів забрудненості: 0, 1, 2, ..., 14. Забруднення стиснутого повітря включають механічні і газоподібні домішки, вологу і компресорне масло в пароподібному стані.

Порівняно з гідроприводом пневмопривід має як переваги, так і недоліки.

Переваги пневмоприводу такі:

- невеликі втрати тиску Δр у пневмолініях , які визначають за формулою

Втрати тиску низькі завдяки малій питомій масі повітря (ρ=1,2 кг/м³), що майже в 600 разів менше, ніж для масла. Тому пневмолінії можна приймати значної довжини (сотні метрів);

- можливість використання в пожежонебезпечних приміщеннях, оскільки повітря не утворює небезпечних сумішей;

• відпрацьоване в пневмоприводі повітря не забруднює довкілля, тому нема потреби в зливних лініях. Це зменшує масу приводу і спрощує його.

Недоліки пневмоприводу:

- потрібні змащувальні системи;

- ККД нижчий у результаті великих витрат повітря;

- великий шум при виході повітря;

- пневмодвигуни мають меншу потужність, оскільки тиск повітря менший, ніж тиск рідини в гідроприводі.

Пневмоприводи використовують у верстатах, на транспорті, у системах гальмування, поліграфічних машинах, а також у системах для транспортування об'єктів, дистанційного управління, у пневмоавтоматиці.

Повинен знати і розуміти:

1. Властивості газів.

2. Переваги пневмоприводу.

3. Недоліки пневмоприводу.

4. Галузі застосування пневмоприводу.

Контрольні запитання:

1. Приведіть закон Бойля-Маріотта.

2. Приведіть закон Гей-Люсака.

3. Приведіть рівняння стану ідеального газу Менделєєва-Клапейрона.

4. Приведіть типи процесів, що існують.

5. Переваги пневмоприводу.

6. Недоліки пневмоприводу.

7. Галузі застосування пневмоприводу.

Література: Петров И.В. Обслуживание гидравлических и пневматических приводов дорожно-строительных машин.- М.: Транспорт, 1985.- 168 с.

СРС № 16

Тема: Компресори

1. Класифікація компресорів.

2. Будова компресорів.

Компресорами називають машини, які мають штучне охолодження, та призначені для створення степеня підвищення тиску газу більш 1,15. Призначення компресорів – стиснення газів і переміщення їх до споживачів по трубопровідних системах.

Компресори, які використовуються для відсмоктування газу з ємностей із вакуумом, які стискають газ до атмосферного або дещо більшого тиску, називають вакуум-насосами.

В дорожно-будівельних машинах найбільше розповсюдження отримали поршневі, ротаційні та відцентрові компресори.

Вони класифікуються по ряду ознак:

- по способу підведення енергії до повітря; об'ємні і динамічні (турбокомпресори);

- по роду газу, що стискається: повітряні, кисневі, тощо;

- по максимальному робочому тиску: низького тиску (0,3-1,2 МПа), середнього (1,2-10 МПа), високого (10-100 МПа), надвисокого (понад 100 МПа);

- по продуктивності: малої продуктивності (до 0,05 м³/с), середньої (до 0,1 м³/с), великої (більше 0,16 м³/с);

- по роду привода: з електродвигуном і двигуном внутрішнього згорання;

- по типу циліндра: з циліндрами одинарної (простої) дії і двойної дії;

- по конструктивному розміщенню циліндрів: вертикальні, горизонтальні, V-подібні, W-подібні;

- по кількості ступенів стиску: одно-, двох, багатоступеневі.

В компресорах одноступеневого стиску повітря стискується один раз і потім поступає в повітрозбірник. В компресорах двоступеневого стиску повітря стискується двічі: спочатку до визначеного тиску в циліндрі першого ступеню, потім охолоджується в холодильнику і після цього в циліндрі другої ступені до робочого тиску.

Багатоступеневим стискуванням отримують високий тиск повітря, обмежуючи температуру повітря, що нагнітається, збільшенням кількості ступенів стиску, так як після кожної ступені стиску повітря охолоджується в міжступеневому холодильнику. При стисненні в одноступеневому компресорі до тиску 0,3 МПа температура стисненого повітря може досягнути 180°С. Масло, яким змащуються поверхні тертя компресора (поршні, циліндри) для зменшення зносу, при таких температурах розкладається і втрачає свої мастильні властивості. В результаті виникає можливість спалаху і вибуху масляного нагару, що накопичується в трубопроводах, кришках циліндрів, тому температура повітря, що нагнітається, не повинна перевищувати 170°С. Крім того при збільшенні кількості ступіней стиску зменшуються затрати енергії на стиск, збільшується продуктивність і надійність компресора.

Подача поршневого компресора ( м³/хв)

Q_п =FLКnM,

де F - площа поршня, м² ;

L - хід поршня, м ;

К - кратність дії;

n - частота обертання вала компресора, хв ^-1;

М - кількість циліндрів компресора;

 - коефіцієнт наповнення (0,65... 0,9).

Потужність поршневого компресора (КВт)

,

де _із – ізотермічний ККД компресора, _із = 0,65…0,85;

_м – механічний ККД компресора _м = 0,8…0,93;

Р₂ – кінцевий тиск;

Р₁ – початковий тиск .

Подача ротаційних компресорів (м³/хв)

Q_р = l(D - Sz) ,

де l - довжина ротора, м;

D - діаметр статора, м;

S - товщина лопатки, м;

m - ексцентриситет;

z - кількість лопаток.

В ротаційних компресорах лопатки, які вільно переміщуються в пазах ексцентрично розміщеного ротора, за рахунок відцентрової сили, що з’являється при обертанні, будуть притискатись до робочої поверхні статора. Повітря поступає в камеру корпуса, за рахунок збільшення об’ємів робочих камер і, відповідно, утворення в них вакууму і переноситься лопатками в іншу камеру. Стиснуте повітря із цієї камери потрапляє в напірний трубопровід.

Іншими величинами (параметрами), які характеризують роботу компресора, є початковий р₁ і кінцевий р₂ тиск або степінь підвищення тиску = р₂/р₁, частота обертання і об’ємний ККД.

Компресори відповідно способу їх дії поділяють на три основні групи: об’ємні, лопатеві та струменеві.

При класифікації за конструктивною ознакою об’ємні компресори поділяються на поршневі і ротаційні, а лопатеві – на відцентрові та осьові.

На рухомому складі залізниць застосовують наступні поділення компресорів:

• за кількістю циліндрів – одно-, двох- та трициліндрові;

• за розташуванням циліндрів – на горизонтальні, вертикальні, та W- та V-подібні з трьома і двома циліндрами відповідно;

• за кількістю ступенів стиснення – на одноступеневі та двоступеневі;

• за приводом – від двигуна, або електродвигуна.

У поршневому компресорі при зворотно-поступальному русі відбуваються фази процесу: розширення, усмоктування, стиснення та виштовхування. У поршневого двоступеневого компресора стиснення повітря відбувається в двох циліндрах із проміжним охолодженням. В порожнині циліндра при 1 ступені стиснення тиск підвищується до 0,2-0,4 МПа, а в порожнині 2 ступеня стиснення – до 0,75-0,9 МПа.

В поршневому компресорі, рухаючись до крайнього положення, поршень стискає газ, що знаходиться в циліндрі. Усмоктуючий клапан закритий на протязі всього процесу стискання. Нагнітаючий клапан закритий до тих пір, доки різниця тиску в циліндрі та напірному патрубку здолає натяжіння пружини. Тоді нагнітаючий клапан відкриється і поршень почне витискати газ в напірний трубопровід.

Протікання процесів стиснення та розширення істотно залежить від теплообміну між газом, що стискається, та навколишньою середою і в більшій мірі від герметичності робочого об’єму циліндра. Герметичність визначається будовою та станом клапанів, сальників та ущільнюючих кілець поршня.

В кінці хода подачі в циліндрі залишається деякий простір, заповнений газом. Цей простір називається мертвим. Він необхідний для запобігання удару поршня по кришці при підході його до крайнього положення. Це приводить до того, що усмоктування починається не на початку зворотного хода поршня, а у кінці процесу розширення. Відповідно об’єм, що фактично засмоктується поршнем, менше робочого об’єму циліндра.

В ротаційних компресорах при обертанні масивного ротора, в подовжніх пазах якого можуть вільно переміщуватись сталеві пластини, газ захоплюється у міжлопатевий простір, переноситься від усмоктуючого патрубка до напірного та витискається в трубопровід.

Вал ротаційного компресора може з’єднуватись з валом привідного двигуна безпосередньо, без редуктора. Це обумовлює компактність і малу вагу установки в цілому.

Приклад 16.1.

Визначити продуктивність поршневого компресора двойної дії, якщо діаметр поршня 0,5 м ; довжина хода поршня 0,8 м ; діаметр штока поршня 0,125 м ; швидкість обертання колінчастого вала 9с^-1; тиск при вході 0,08 МПа ; при виході 0,16 МПа ; Vсp=0,05.

Розв'язання. Площа поршня

=0,19б м²,

а площа штока

=0,012 м².

Об'ємний ККД

,

де Vсp= - відносний об'єм шкідливого простору;

n_p - показник кривої розширення в шкідливому просторі (при політропному процесі n=1,20 - 1,35);

р₁ і р₂ – тиск при вході і при виході.

=0,91.

Коефіцієнт наповнення менше об'ємного ККД на 4…5%

=0,91-0,04=0,87.

Відповідно продуктивність компресора

Q=(2F-f)Sn(20,196-0,012)0,890,87=2,38 м³/хв.

Повинен знати і розуміти:

1. Класифікація компресорів.

2. Будова компресорів.

Контрольні запитання:

1. Що таке компресор?

2. Галузь застосування компресорів.

3. Принцип дії поршневих і ротаційних компресорів, їх схеми.

4. Запишіть формулу продуктивності поршневого і ротаційного компресора і поясніть її.

5. З якою метою застосовують багатоступеневе стиснення повітря в компресорах?

6. По яким ознакам класифікують компресори?

7. В чому різниця між компресорами з циліндром одинарної дії і подвійної дії?

Література: Петров И.В. Обслуживание гидравлических и пневматических приводов дорожно-строительных машин.- М.: Транспорт, 1985.- 168с, стор. 130, 132-141.

СРС № 17

Тема: Пневматичні двигуни

1. Пневмоциліндри.

2. Поршневі двигуни.

3. Ротаційні та шестеренні двигуни.

4. Турбінні двигуни.

Пневмоциліндрами називають двигуни із зворотно-поступальним рухом вихідної ланки.

Поршневі односторонньої дії з одностороннім штоком застосовуються в підйомниках і механізмах з переміщенням штока до 10 діаметрів циліндра і зусиллям до 30 КН.

Поршневі односторонньої дії з одностороннім штоком і пружинним поверненням застосовуються в затискних, фіксуючих, перемикаючих та інших пристроях з переміщенням штока до 1,5 діаметра циліндра і зусиллям 40…6000 Н.

Поршневі двосторонньої дії з одностороннім штоком застосовуються в транспортуючих, вантажних, затискних та інших пристроях з переміщенням штока до 10 діаметрів циліндра і зусиллям до 45 КН.

Поршневі двосторонньої дії з двостороннім штоком застосовуються в пристроях з вимогою рівності зусиль в обидві сторони або керування кінцевими вимикачами. Переміщенням штока до 10 діаметрів циліндра і зусиллям до 30 КН.

Мембранні одно- або двосторонньої дії застосовуються в затискних, фіксуючих і інших механізмах з переміщенням штока до 0,25 діаметрів циліндра і зусиллям до 30 КН.

Пневмоциліндри по ГОСТ 15608-81 випускаються з діаметрами 25…400 мм, ходом поршня 10…2500 мм і зусиллям на штоку 130…117000 Н.

Для гальмування поршня в кінці хода та для запобігання його ударів по кришці застосовують гальмівні пристрої, або обмежують хід поршня упорами на ведених ланках, або створюють повітряну подушку з допомогою буферного пристрою, або гідравлічний пристрій.

Зусилля, що розвиваються пневмоциліндром та швидкість руху штока розраховують за формулами, аналогічними які використовуються для розрахунку гідроциліндрів.

В пневмодвигунах з вільним переміщенням поршня енергія стисненого повітря витрачається на приведення в дію бійка, який при русі донизу б’є по робочому інструменті.

1. Корпус ; 2. Поршень-бойок; 3. Робочий інструмент; 4. Клапан.

Рисунок - 28 Відбійний молоток.

В поршневих двигунах поршень під дією стисненого повітря переміщується в циліндрі і приводить в дію кривошипно-шатунний механізм. Подача повітря регулюється золотниковим розподільником.

В ротаційних двигунах, які відрізняються високою частотою обертання (до 10000…15000 хв^-1), стиснене повітря давить на плоскі лопаті, що вільно розташовані в пазах ротора і через них обертає ротор, який розміщений в статорі(робота аналогічна роботі гідравлічних машин).

Шестеренні двигуни, конструктивно аналогічні гідравлічним шестеренним гідромоторам, відрізняються простотою будови та надійністю дії, проте вони важкі і неекономічні.

Турбінні двигуни забезпечують частоту обертання до 60000…100000 хв^-1 при потужності 0,01…0,4 кВт за рахунок подачі струменя стисненого повітря через сопловий апарат на лопаті турбінного колеса.

Повинен знати і розуміти:

1. Класифікація пневмодвигунів.

2. Будова і роботу пневмодвигунів.

Контрольні запитання:

1. Принцип дії і конструктивні типи пневматичних двигунів.

2. Класифікація, та принцип дії пневмоциліндрів.

3. Класифікація, та принцип дії поворотних пневмодвигунів.

Література: Петров И.В. Обслуживание гидравлических и пневматических приводов дорожно-строительных машин.- М.: Транспорт, 1985.- 168с. Стор. 125-126.

СРС № 18

Тема: Обладнання і схеми пневмоприводу

1. Принципова схема пневмоприводу машини УК 25/9-18.

2. Принципова схема пневмоприводу машини СМ2Б.

При розгляді цієї теми необхідно розглянути схеми пневмоприводів машин ВПР-1200, УК 25/9-18, СМ-2Б, ПМГ, простежити “шлях” тиску до виконавчих органів, з’ясувати принцип дії пневмоапаратури і обладнання.

Повинен знати і розуміти:

1. Будову і принцип дії обладнання пневмоприводів.

Контрольні запитання:

1. Призначення пневмоприводу машини УК 25/9-18.

2. Призначення пневмоприводу машини СМ2Б.

Література:

1. Машины и механизмы для путевого хозяйства. Под ред. С.А.Соломонова.- М.: Транспорт, 1984.- 440с.

2. Теклин В.Г. Путевые струги, снегоочистители, уборочные машины.- М.: Транспорт, 1986.- 232с.

Додаток А

Таблиця 25 - Технічні характеристики гідронасосів

Тип насоса		210.12	210.16	207	223	323	333	НШ32у	НШ46у
Робочий обєм V010-6, м3		11,6	28,1	54,8	54,8 +54,8	56+ 56	56+56+28	31,7	45,7
Номінальний тиск р, МПа		20	20	20	20	20	20	14	10
Частота обертання вала n,с-1		40	32	25	30	30	36,6	32	25
Номінальна подача насоса Q10-3 , м3/хв		26,4	51,3	78,1	120+120	201,6	292
Номінальна потужність N, кВт		10	19,4	29,5	58,8	59	50
Коефіцієнт корисної дії 	обємний			0,95	0,95	0,95		0,92	0,92
	повний			0,91	0,85	0,85
Маса m, кг		4	8,1	30	162	90	100	6,6	7,0

Продовження Таблиці 25

Тип насоса		2Г15-14	Г12-53АМ	Г12-54АМ	Г12-55АМ	Г12-55АМ-40
Робочий обєм V010-6, м3		71	20	45	80	80
Номінальний тиск р, МПа		6,3			4,0
Частота обертання вала n,с-1		157
Номінальна подача насоса Q10-3 , м3/хв		66	25,5	58	105,6	108
Номінальна потужність N, кВт		7,5	3,6	8,1	13,6	10
Коефіцієнт корисної дії 	обємний		0,85	0,86	0,88	0,9
	повний		0,73	0,74	0,8	0,67
Маса m, кг		30	16	30	40	58

Додаток Б

Таблиця 26 - Технічні характеристики гідромоторів

Тип гідромотора		МР-450		МР-700		МР-1100		МР-1800		МР-2800		МР-4500		МР-7000
Робочий обєм V010-6, м3		451		707		1126		1809		2780		4503		6995
Тиск нагнітання р, МПа		21
Частота обертання вала n, хв-1		130		120		100		80		60		40		30
Номінальна потужність N, кВт		17,9		26,0		34,7		44,7		51,5		55,6		64,8
Коефіцієнт корисної дії повний 		0,84							0,85
Продовження Таблиці 26
Тип гідромотора		МР 100/250	МР 160/250		МР 250/250		МР 400/250		МР 630/250		МР 1000/ 250		МР 1600/ 250		МР 2500/ 250
Робочий обєм V010-6, м3		100	160		250		400		630		1000		1600		2500
Тиск на вході р, МПа		25
Частота обер-тання вала n,с-1		78,5	50		50		31,4		31,4		25		20		15,7
Номінальна витрата Q10-3, м3/хв		75	77		127		127		199		253		323		395
Номінальна потужність N, кВт		28,5	30		46		46		73		92		118		145
Коефіцієнт корисної дії 	Гідро-механіч ний	0,9
	повний	0,95
Маса m, кг		50	52		84		90		160		200		280		350

Продовження Таблиці 26

Тип гідромотора		Г16-11М	Г16-11М	Г16-11М	Г16-11М	Г16-11М	Г16-11М
Робочий обєм V010-6, м3		11,2	18,0	36,0	63,0	125,0	250,0
Тиск на вході р, МПа		6,3
Частота обертання вала n, с-1		100
Номінальна витрата Q10-3, м3/хв		14,0	19,4	37,1	67,2	129,0	266,7
Номінальна потужність N, кВт		0,6	1,2	2,4	4,9	9,8	19,7
Коефіцієнт корисної дії 	Гідро-механіч-ний	0,65	0,71	0,74	0,81	0,82	0,86
	повний	0,5	0,63	0,69	0,73	0,76	0,77
Маса m, кг		7,0	11,0		26,5		77,0

Додаток В

Таблиця 27 - Технічні характеристики гідромашин

Тип		Насос МН 250/100	Насос МН 250/100	Гідропривід ГСТ-90
				Насос НП90	Гідромотор МП90
Робочий обєм V010-6, м3		250	250	89	89
Номінальний тиск р, МПа		10	10	20,6	10
Тиск на виході з гідромотора, МПа					1,4
Частота обертання вала n,с-1		105	157		25
Номінальна подача або витрата Q10-3 , м3/хв		245	380
Номінальна потужність N, кВт		43	58	46,05
Коефіцієнт корисної дії 	механіч ний		0,95
	повний	0,92	0,92
Маса m, кг		68,4	79

Додаток Г

Таблиця 28 - Технічні дані гідроциліндрів

Тип			142-90х63хS	142-100х70хS			222-140х110хS			121-90х 70х400	121-160х 125х500		121-160х 110х450
Тиск р, МПа	номінальний		10							32
	макси-мальний		15							48
Хід поршня, мм			800 1120	630 800			1400			400	500		450
Коефіцієнт корисної дії 		механічний	0,96							0,95
		повний	0,94							0,935
Маса m, кг			59,3				126,5
Продовження Таблиці 29
Тип			УН4712-05		УН4713-04			УН4714-03		УН4715-04	УН4716-05		УН4717-05
Тиск р, МПа	номінальний		6,3
	макси-мальний		8,0
Діаметр циліндра, мм			55		70			80		110	140		180
Діаметр штока, мм			36		50			60		80	100		125
Хід поршня, мм			630		630			400		630	1000		1000
Коефіцієнт корисної дії 		механічний	0,94
		повний	0,94
Маса m, кг			19		42			38		55	102		144
Продовження Таблиці 29
ОСТ 22-1417-79			Значення параметра
Тиск р, МПа	номінальний		10			16			25			32
	макси-мальний		14			20			32			40
Розміри			Таблиця 30						Таблиця 31
ККД			0,97			0,96			0,95			0,90

Таблиця 30 - Розміри гідроциліндрів

Діаметр поршня D	Діаметр штока d при 		Хід поршня L
	1,25	1,6
40	18	25	80, 100, 110, 400
50	22	32	100, 125, 320, 400, 500, 630
63	28	40	125, 140, 160, 180, 250, 280, 360
80	36	50	160, 200, 220, 250, 280, 320, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000
100	45	63	200, 250, 320, 360, 400, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120
110	50	70	250, 280, 360, 400, 630, 800, 1000
125	56	80	250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 1000, 1250, 1400
140	63	90	280, 320, 400, 500, 560, 630, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400
160	70	100	320, 360, 400, 500, 630, 800, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600
180	80	110	500, 560, 630, 710, 800, 1000, 1250
200	90	125	500, 630, 710, 800, 1000, 1120, 1400, 1600

Таблиця 31 - Розміри гідроциліндрів

Діаметр поршня D	Діаметр штока d при 		Хід поршня L
	1,6	2
125	80	90	400, 500, 1000, 1250
140	90	100	630, 1000, 1250, 1400
160	100	110	1250, 1400
180	110	125	1400, 1800