Читать книгу Hydraulika siłowa - Piotr Sobczyk - Страница 9

2.1. Pompa hydrauliczna wymaga oleju klasy ISO VG 46. Do napełnienia układu dostarczono olej, o którym wiadomo, że jego gęstość wynosi 860 , a lepkość dynamiczna w temp. 40℃ jest równa 0,04 Pa · s. Czy układ można napełnić tym olejem?

2.2. Na rysunku 2.1 przedstawiono wykres lepkości dwóch olejów hydraulicznych w zależności od ich temperatury (podziałka logarytmiczna).

a) Która z cieczy charakteryzuje się wyższym wskaźnikiem lepkości VI?

b) Która z cieczy powinna zostać wybrana do pracy w układzie hydraulicznym, w którym temperatura oleju zmienia się od 0 do 60℃?

Rys. 2.1.

2.3. Dwa jednakowe układy hydrauliczne zostaną wkrótce wysłane do klientów. Jeden z nich będzie pracował w hali produkcyjnej w Polsce, drugi natomiast zostanie wysłany do odbiorcy, który umieści go na pokładzie statku pływającego po Morzu Barentsa. Oba układy będą uruchamiane sporadycznie, na krótki czas. Czy ze względu na jednakową budowę układów należy je również napełnić jednakowym typem oleju?

2.4. Przedni amortyzator motocykla został napełniony olejem klasy 15W. Producent zaleca olej klasy 5W. Jak taka zmiana wpłynie na tłumienie amortyzatora?

2.5. Dwa oleje hydrauliczne klasy ISO VG150 zostały przebadane w laboratorium. W jednym z badań określono lepkość kinematyczną w zależności od temperatury oleju (w temp. -20℃, 40℃ i 100℃). Uzyskano wyniki dla oleju A: 37000 cSt, 150 cSt, 15 cSt, dla oleju B: 11000 cSt, 150 cSt, 20 cSt. Który z olejów ma wyższy wskaźnik lepkości VI?

2.6. Pompa tłoczy olej z . Olej przepływa z takim natężeniem przez przewód o średnicy wewnętrznej mm. Oblicz prędkość przepływu.

2.7. Olej przepływa przez rurociąg, którego średnica wewnętrzna zmniejsza się z 30 mm do 15 mm.

a) Jak zmieni się prędkość przepływu oleju po zmianie średnicy rurociągu?

b) Jak zmieni się natężenie przepływu oleju po zmianie średnicy rurociągu?

2.8. W układzie hydraulicznym (rys. 2.2) zastosowano 3 różne średnice przewodów mm, mm, mm. Pompa dostarcza olej z natężeniem przepływu . Zakładamy, że w układzie nie występują straty, a zawór przelewowy pozostaje zamknięty.

a) Oblicz natężenie przepływu w poszczególnych liniach a, b oraz c.

b) Którą ze średnic należy zastosować odpowiednio: w linii ssawnej (a), ciśnieniowej (b), zlewowej (c)?

Rys. 2.2.

2.9. Na rysunku 2.3 przedstawiono schemat układu hydraulicznego. Dobierz odpowiednie średnice przewodów. Prędkość cieczy w przewodzie ssawnym nie powinna przekraczać 1,9 , w przewodzie tłocznym 4 , a w przewodzie zlewowym 2 . Pompa dostarcza olej z natężeniem przepływu . Powierzchnie robocze siłownika: , . Zawór przelewowy pozostaje zamknięty w czasie ruchu siłownika. Układ napełniony został olejem klasy ISO VG46 i pracuje w temperaturze 46℃.

Rys. 2.3.

2.10. Dobierz średnice przewodów w układzie przedstawionym w zad. 2.9, korzystając z załącznika 1.

2.11. Silnik pracujący w układzie przedstawionym w zad. 2.8 jest połączony z układem za pomocą węży hydraulicznych. Dobierz ich średnicę, tak aby prędkość przepływu w linii ciśnieniowej wynosiła nie więcej niż , a w linii zlewowej . Do doboru średnicy użyj nomogramu firmy Parker znajdującego się w załączniku 2.

2.12. Olej o temperaturze 40℃ przepływa przez przewód hydrauliczny o średnicy wewnętrznej mm, z prędkością . Gęstość oleju wynosi , a lepkość kinematyczna .

a) Oblicz liczbę Reynoldsa dla tego przepływu.

b) Do jakiej klasy lepkościowej należy olej (według klasy ISO VG)?

2.13. Olej hydrauliczny przepływa przez przewód o średnicy wewnętrznej mm z natężeniem przepływu . Gęstość oleju wynosi . Po upływie czasu t, pomimo zachowania stałego natężenia przepływu, liczba Reynoldsa dla tego przepływu zmieniła swoją wartość z  do .

a) Oblicz lepkość kinematyczną oleju dla początkowej i końcowej wartości liczby Reynoldsa.

b) W jaki sposób zmieniła się temperatura oleju?

c) Czy liczba Reynoldsa byłaby wyższa, czy niższa dla przepływu oleju o wyższym wskaźniku lepkości VI przy zachowaniu pozostałych warunków przepływu (d, Q, t).

2.14. Który z przepływów przedstawionych w zad. 2.13 jest burzliwy (turbulentny)? Przy jakiej wartości lepkości kinematycznej oleju przepływ przestaje być laminarny?

2.15. Olej przepływa przez płaską szczelinę pomiędzy dwiema płytami (rys. 2.4). Wysokość szczeliny h = 30 μm. Wymiary górnej, mniejszej płyty to mm (szerokość), mm (długość, w kierunku przecieku). Przepływający olej charakteryzuje się lepkością cSt oraz gęstością . Ciśnienia przed i za szczeliną wynoszą odpowiednio MPa oraz kPa.

a) Oblicz natężenie przepływu przecieku , w sytuacji gdy płyty nie poruszają się względem siebie, .

b) Oblicz natężenie przepływu przecieku , w sytuacji gdy płyty poruszają się względem siebie z prędkością (rys. 2.4).

c) Oblicz natężenie przepływu przecieku , w sytuacji gdy płyty poruszają się względem siebie z prędkością (w kierunku przecieku, ale z przeciwnym zwrotem).

Rys. 2.4.

2.16. Oblicz wartość siły działającej w kierunku prędkości v, która wytworzy się pomiędzy dwiema płytami przedstawionymi na rys. 2.4. Przez szczelinę pomiędzy płytami, podobnie jak w zad. 2.15, przepływa olej. Dane: l = 30 mm, h = 15 μm, b = 10 mm, ρ = 875 kg/m³, v = 46 mm²/s, p₁ = 15 MPa, p₂ = 236 kPa. Wykonaj obliczenia dla dwóch przypadków:

a) Płyty pozostają nieruchome względem siebie.

b) Płyta górna porusza się względem dolnej zgodnie z kierunkiem przecieku, z prędkością v = 0,2 m/s.

2.17. Olej przepływa przez kolanko o kącie gięcia 90℃. Współczynnik strat miejscowych w tym łączniku można znaleźć w załączniku 3. Średnica przepływu mm, olej przepływa z natężeniem Q = 70 l/min, lepkość kinematyczna oleju v = 33 cSt, gęstość oleju ρ = 890 kg/m³. Oblicz miejscowy spadek ciśnienia.

2.18. Pompa hydrauliczna wypompowuje ciecz o lepkości kinematycznej v = 30 cSt pionowym przewodem do otwartego zbiornika (rys. 2.5). Odległość między manometrem a powierzchnią cieczy w górnym zbiorniku wynosi l = 60 m. Gęstość cieczy ρ = 880 kg/m³. Przewód ma średnicę d = 19 mm. Pomiń straty, oprócz liniowych strat przepływu w przewodzie.

a) Oblicz ciśnienie , w sytuacji gdy pompa nie pracuje – ciecz w przewodzie się nie porusza.

b) Oblicz ciśnienie po uruchomieniu pompy, biorąc pod uwagę jedynie liniowe straty przepływu Q_p = 30 l/min.

Rys. 2.5.

2.19. Oblicz straty ciśnienia spowodowane oporami przepływu na metr długości przewodu [] dla dwóch przypadków przepływu przedstawionych w zad. 2.13.

2.20. W układzie hydraulicznym pracuje pompa o stałej wydajności , która tłoczy olej do silnika hydraulicznego. Pomiędzy pompą a silnikiem znajduje się przewód o długości 100 m. Silnik wymaga ciśnienia na wlocie MPa, a maksymalne ciśnienie pracy pompy (ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa) MPa. Po ustaleniu się temperatury w układzie lepkość oleju cSt, a jego gęstość .

a) Oblicz średnicę wewnętrzną przewodu między pompą a silnikiem hydraulicznym, która została dobrana, tak aby prędkość cieczy nie przekraczała 5 .

b) Oblicz spadek ciśnienia w przewodzie spowodowany liniowymi stratami przepływu po ustabilizowaniu się temperatury układu.

c) Oblicz spadek ciśnienia w przewodzie spowodowany liniowymi stratami przepływu w temperaturze rozruchu układu, gdy lepkość cieczy cSt.

2.21. Był piękny bezwietrzny dzień, świeciło słońce, temperatura powietrza wynosiła 20℃, ciśnienie powietrza kPa, a jego gęstość . Rowerzysta wsiadł na rower i przez chwilę zastanawiał się, dokąd pojechać. Jaka była maksymalna wartość ciśnienia powietrza, które działało na jego twarz w tym momencie? Po paru ruchach pedałami pędził już z prędkością 90 (było z górki). Jaka była maksymalna wartość ciśnienia powietrza oddziałującego na jego twarz podczas jazdy? (Zakładamy, że rowerzysta patrzył przed siebie).

2.22. Korzystając z równania Bernoulliego, oblicz jeszcze raz ciśnienie na manometrze podczas przepływu cieczy opisanego w zad. 2.18. Weź pod uwagę liniowe straty przepływu, prędkość przepływu oraz ciśnienie dynamiczne i hydrostatyczne. By ułatwić sobie zadanie, jako drugi z punktów obliczeniowych można przyjąć powierzchnię górnego zbiornika, do którego pompowana jest ciecz.