СИЛА НА ПРИМЕРЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ

государственное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение «Волгоградский технологический колледж»

Кафедра: «Автомобильный транспорт и промышленное оборудование»

ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ

Заведующий кафедрой

«Автомобильный транспорт и промышленное оборудование»

К.В. Попов

__________________________

«__»_________________2019 г.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

на тему: «СИЛА НА ПРИМЕРЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ»

ИП 20.23.02.07.9593.ПЗ

Разработчик                 _________________ / С.А. Рябов/

Группа                                     А-1-1            .

                                                                                ^{(название)}

Специальность        23.02.07 Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей

                                                                                ^{(код, название)}

Оценка работы             __________________

Дата                               «___» ________ 2020 г.

Руководитель                _________________ / Е.В.Болдин /

Волгоград 2020

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире человек, практически не может, обойтись без автомобиля, как автомобиль не может обойтись без гидравлической системы.

Так что будет довольно актуально узнать как работает гидравлическая система автомобиля.

Цель: С помощью силы объяснить принцип работы гидравлической системы автомобиля

Задачи:

1)   Объяснить понятие сила

2)   Привести примеры силы

3)   Назначение автомобильной гидравлики

4)   Описать принцип работы автомобильной гидравлики

1.   ВИДЫ СИЛ

1.1 Законы Ньютона

I закон Ньютона

Существуют такие системы отсчета, которые называются инерциальными, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действие других сил скомпенсировано.

II закон Ньютона

Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе:

III закон Ньютона

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению.

1.2 Виды сил

Силой упругости называют силу, которая возникает в теле при изменении его формы или размеров. Это происходит, если тело сжимают, растягивают, изгибают или скручивают. Например, сила упругости возникла в пружине в результате её сжатия и действует на кирпич. 

Сила упругости всегда направлена противоположно той силе, которая вызвала изменение формы или размеров тела. В нашем примере упавший кирпич сжал пружину, то есть подействовал на неё с силой, направленной вниз. В результате в пружине возникла сила упругости, направленная в противоположную сторону, то есть вверх. Мы можем это утверждать, наблюдая отскок кирпича.

Закон Гука: сила упругости возникающая в деформированном тела прямо пропорциональна вектору деформации и противоположна ему по направлению.  

Рисунок 1 – Закон Гука

где k - коэффициент упругости,

l-величина упругой деформации.

Силой тяготения называют силу, с которой все тела в мире притягиваются друг к другу. Разновидностью силы тяготения является сила тяжести – сила, с которой тело, находящееся вблизи какой-либо планеты, притягивается к ней. Например, на ракету, стоящую на Марсе, тоже действует сила тяжести.

Сила тяжести всегда направлена к центру планеты. На рисунке показано, что Земля притягивает мальчика и мяч с силами, направленными вниз, то есть к центру планеты. Как видите, направление «вниз» различно для различных мест на планете. Это будет справедливо и для других планет и космических тел.

Силой трения называют силу, препятствующую проскальзыванию одного тела по поверхности другого. Рассмотрим рисунок. Резкое торможение автомобиля всегда сопровождается «визгом тормозов». Этот звук возникает из-за проскальзывания шин по асфальту. При этом шины сильно стираются, так как между колёсами и дорогой действует сила трения, препятствующая проскальзыванию.

 Сила трения всегда направлена противоположно направлению (возможного) проскальзывания рассматриваемого тела по поверхности другого. Например, при резком торможении автомобиля его колёса проскальзывают вперёд, значит, действующая на них сила трения о дорогу направлена в противоположную сторону, то есть назад. 
Сила трения возникает не только при скольжении одного тела по поверхности другого. Существует также сила трения покоя. Например, отталкиваясь ботинком от дороги, мы не наблюдаем его проскальзывания. При этом возникает сила трения покоя, благодаря которой мы движемся вперёд. В отсутствие этой силы мы бы не смогли сделать и шага, как, например, на льду.

Силой Архимеда (или выталкивающей силой) называют силу, с которой жидкость или газ действуют на погруженное в них тело – выталкивают его. На рисунке показано, что вода действует на пузырьки выдыхаемого рыбой воздуха – выталкивает их на поверхность. Вода также действует на рыбу и камни – она уменьшает их вес (силу, с которой камни давят на дно).

Сила сопротивления. Сила, действующая на тело при его поступательном движении в жидкости или газе, называется силой сопротивления. 
Сила сопротивления зависит от скорости тела относительно внешней среды и направлена противоположно вектору скорости тела.  

Рисунок 2 - Сила сопротивления

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от скорости тела относительно среды,

V - модуль скорости тела относительно среды.

Сила гравитационного притяжения. 
Гравитационное взаимодействие между телами осуществляется при посредстве гравитационного поля. 
Гравитационные силы направлены вдоль одной прямой, соединяющей взаимодействующие точки, т.е. являются центральными силами. 

Рисунок 3 – Сила гравитационного притяжения

Закон всемирного тяготения: 
Между двумя материальными точками действуют силы взаимного притяжения, пропорциональные произведению масс точек, обратно пропорциональные квадрату расстояния между ними.  

Рисунок 4 – Закон всемирного тяготения

где - гравитационная постоянная,

  - гравитационные массы материальных точек,

R - расстояние между материальными точками. 
Закон всемирного тяготения так же справедлив для однородных шарообразных тел. В этом случае R - расстояние между центрами тяжести тел.

Силы, действующие в жидкости

Массовые силы это силы, пропорциональные массе жидкости. В случае однородной жидкости эти силы пропорциональны объёму. Прежде всего, к ним относится вес жидкости

Рисунок 5 – Формула веса жидкости

где G – вес жидкости, V – объём жидкости, m – масса жидкости, g – ускорение свободного падения, ρ – плотность жидкости, γ – удельный вес жидкости.

Как известно, масса является мерой инертности тела. Это свойство присуще и жидкостям, поэтому к массовым силам относятся и силы инерции.

Силы инерции, действующие в жидкости, так же как и для твёрдого тела, могут проецироваться на оси.

Поверхностные силы

Поверхностные силы – силы, величины которых пропорциональны площади. К ним относят два вида сил. Силы поверхностного натяжения и силы вязкого трения. Последние проявляются только при движении жидкости и не играют никакой роли, когда жидкость находится в покое. Эти силы, как свойство вязкости, были рассмотрены при изучении свойств жидкостей.

2.   ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА АВТОМОБИЛЕЙ

2.1 Виды гидравлических систем автомобилей

2.1.1 Виды гидравлики: общие классификации

Гидравлические системы используются в разнообразном оборудовании, но работа каждой из них основана на схожем принципе. В его основе лежит классический закон Паскаля, открытый еще в XVII веке. Согласно ему, давление, которое приложено к объему жидкости, создает силу. Она равномерно передается во всех направлениях и создает одинаковое давление в каждой точке.

Основа работы гидравлики любого вида — использование энергии жидкостей и возможность, приложив малое усилие, выдерживать увеличенную нагрузку на значительной площади – так называемый гидравлический мультипликатор. Таким образом, к гидравлике можно отнести все виды устройств, работающих на основе использования гидравлической энергии.

2.1.2 Виды Гидравлики По Сферам Применения

Несмотря на общий «фундамент», гидросистемы поражают разнообразием. Начиная от базовых гидравлических конструкций, состоящих из нескольких цилиндров и трубок, и заканчивая футуристичными продуктами, в которых объединены гидроэлементы и электротехнические решения, они демонстрируют широту инженерной мысли и приносят прикладную пользу в самых разных отраслях:

промышленности — как элемент литейного, прессового, транспортировочного и погрузочно-разгрузочного оборудования, металлорежущих станков, конвейеров;

сельском хозяйстве — навесное оборудование тракторов, экскаваторов, комбайнов и бульдозеров управляется именно гидроузлами;

автомобильном производстве: гидравлическая тормозная система — «must have» для современного легкового и грузового автотранспорта;

 авиакосмической отрасли: системы, независимые или объединенные с пневматикой, используются в шасси, управляющих устройствах;

строительстве: практически вся спецтехника оснащена гидрофицированными узлами;

судовой технике: гидравлические системы используются в турбинах, рулевом управлении;

нефте и газодобыче, морском бурении, энергетике, лесозаготовительном и складском хозяйстве, ЖКХ и многих других сферах.

Объемные гидроприводы используют в большинстве современных гидростистем, устанавливаемых в прессах, экскаваторах и строительной спецтехнике, металлообрабатывающих станках и так далее. Устройства классифицируют по:

характеру движения выходных звеньев гидромотора — оно может быть вращательным (с ведомым валом или корпусом), поступательным или поворотным, с движением на угол до 270 градусов;

 регулированию: регулируемые и нерегулируемые в ручном или автоматическом режиме, дроссельным, объемным или объемно-дроссельным способом;

схемам циркуляции рабочих жидкостей — компактной замкнутой, используемой в мобильной технике, и разомкнутой, которая сообщается с отдельным гидробаком;

источникам подачи жидкостей: с насосами или гидроприводами, магистральными или автономными;

 типу двигателя — электрический, ДВС в автомобилях и спецтехнике, турбины корабля и так далее.

Конструкция Гидравлики Разных Видов.

В промышленности используют машины и механизмы со сложным устройством, но, как правило, гидравлика в них работает по общей принципиальной схеме.

В систему включены: рабочий гидроцилиндр, преобразовывающий гидравлическую энергию в механическое движение (или, в более мощных промышленных системах, гидродвигатель);

 гидронасос;

 бак для рабочей жидкости, в котором предусмотрена горловина, сапун и вентилятор;

 клапаны — обратный, предохранительный и распределительный (направляющий жидкость к цилиндру или в резервуар);

 фильтры тонкой очистки (по одному на подающей и обратной линии) и грубой очистки — для удаления примесей механического характера;

система, управляющая всеми элементами;

 контур (емкости под давлением, трубопроводная обвязка и другие компоненты), уплотнители и прокладки.

В зависимости от вида гидросистемы, ее конструкция может отличаться — это влияет на сферу применения устройства, его рабочие параметры.

Виды Конструктивных Элементов Гидросистемы.

 Прежде всего, важен тип привода — части гидравлики, преобразующей энергию. Цилиндры относятся к роторному типу, и могут направлять жидкости только в один конец или в оба (однократное или двойное действие соответственно). Усилие их направлено прямолинейно. Гидравлика открытого типа с цилиндрами, которые сообщают выходным звеньям возвратно-поступательное движение, используется в мало- и среднемощном оборудовании.

 В сложных промышленных системах вместо рабочих цилиндров устанавливают гидродвигатели, в которые из насоса поступает жидкость, а затем возвращается в магистраль. Гидрофицированные моторы сообщают выходным звеньям вращательное движение с неограниченным углом поворота. Их приводит в действие рабочая гидравлическая жидкость, поступающая от насоса, что, в свою очередь, заставляет вращаться механические элементы. В оборудовании для разных сфер устанавливают шестеренчатые, лопастные или поршневые гидромоторы.

Потоками в системе управляют гидрораспределители — дросселирующие и направляющие. По особенностям конструкции их делят на три разновидности: золотниковые, крановые и клапанные. Наиболее востребованы в промышленности, инженерных системах и коммуникациях гидрораспределители первого типа. Золотниковые модели просты в эксплуатации, компактны и надежны.

Гидронасос — еще один принципиально важный элемент гидравлики. Оборудование, преобразующее механическую энергию в энергию давления, используют в закрытых и открытых гидросистемах. Для техники, работающей в «жестких» условиях (бурильной, горнодобывающей и так далее) устанавливают модели динамического типа — они менее чувствительны к загрязнениям и примесям.

 Также насосы классифицируют по действию — принудительному или непринудительному. В большинстве современных гидросистем, использующих повышенное давление, устанавливают насосы первого типа. По конструкции выделяют модели:

шестеренчатые;

лопастные;

поршневые — аксиального и радиального типов.

и др.

Существует огромное количество видов использования законов гидравлики — изготовители придумывают новые модели техники и оборудования. Среди наиболее интересных — гидросистемы, устанавливаемые в манипуляторах для 3Dпечати, коллаборативных роботах, медицинских микрофлюидных устройствах, авиационном и другом оборудовании. Поэтому любая классификация не может считаться полной — научный прогресс дополняет ее чуть ли не каждый день.

2.1 Силы действующие на гидравлические системы автомобилей

Жидкости делятся на покоящиеся и движущиеся.

Здесь же рассмотрим силы, которые действуют на жидкость и вне ее в общем случае.

Сами эти силы можно разделить на две группы.

1. Силы массовые. По-другому эти силы называют силами, распределенными по массе: на каждую частицу с массой M = W действует сила F, в зависимости от ее массы.

Пусть объем ?W содержит в себе точку А. Тогда в точке А:

Рисунок 6 – формула нахождения плотности силы в элементарном объеме

где  – плотность силы в элементарном объеме.

Плотность массовой силы – векторная величина, отнесена к единичному объему W; ее можно проецировать по осям координат и получить: Fx, Fy, Fz. То есть плотность массовой силы ведет себя, как массовая сила.

Примерами этих сил можно назвать силы тяжести, инерции (кориолисова и переносная силы инерции), электромагнитные силы.

Однако в гидравлике, кроме особых случаев, электромагнитные силы не рассматривают.

2. Поверхностные силы. Таковыми называют силы, которые действуют на элементарную поверхность w, которая может находиться как на поверхности, так и внутри жидкости; на поверхности, произвольно проведенной внутри жидкости.

Таковыми считают силы: силы давления которые составляют нормаль к поверхности; силы трения которые являются касательными к поверхности.

Если по аналогии (рисунок 6) определить плотность этих сил, то:

нормальное напряжение в точке А:

Рисунок 7 – формула нахождения нормального напряжения

касательное напряжение в точке А:

Рисунок 8 – формула нахождения касательного напряжения

И массовые, и поверхностные силы могут быть внешними, которые действуют извне и приложены к какой-то частице или каждому элементу жидкости; внутренними, которые являются парными и их сумма равна нулю

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе было описано понятие сила. Так сила – это физическая векторная величина, являющаяся мерой воздействия на данное тело со стороны других тел или полей.

Также были рассмотрены примеры силы. К ним относятся: три закона Ньютона, сила упругости, закон Гука, силы тяготения, тяжести, трения, Архимеда, сопротивления, гравитационного притяжения, всемирного тяготения и другие.

Ещё было рассмотрено назначение и устройство гидравлической системы автомобиля. Гидравлическая система автомобиля нужна для преобразования небольшого усилия в значительное с использованием для передачи энергии какой-либо жидкости, а состоит из модуля управления (педаль, руль), модуля усиления (цилиндр, насос), модуль транспортировки (трубки, шланги) и модуль воздействия (тормозные колодки, колёса).

И наконец, принцип работы гидравлической системы автомобиля основан на увеличении давления за счёт насоса или цилиндра и подача жидкости в агрегаты автомобиля.

Так как все поставленные задачи были выполнены, то можно сделать вывод о том, что цель проекта: «С помощью силы объяснить принцип работы гидравлической системы автомобиля» достигнута.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Рымкевич А.П., Физика 10-11 классы, Дрофа, 2013, 192;

2) Чугаев Р.Р.,  Гидравлика,  Энергоиздат, 1982;

3) Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский, Физика 10 класс, Просвещение, 2010, 374;

4) Mylektsii  [Электронный ресурс].- Режим доступа: https://mylektsii.ru/2-70544.html , свободный (10.12.2019);

5) hydro-test [Электронный ресурс].- Режим доступа: https://hydro-test.ru/statyi/vidy-gidravliki-klassifikacii/ , свободный (10.12.2019).