Техническая гидромеханика и гидропривод: Рабочая программа

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Кафедра автоматизации производственных процессов

Т Е Х Н И Ч Е С К А Я Г И Д РО М Е Х А Н И К А И Г И Д РО П Р И ВОД

Рабочая программа Факультет машиностроительный Специальность 1709 – подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование

Санкт-Петербург, СЗПИ 1998

Утверждено редакционно-издательским Советом института УДК 612.226:621/87(075.8) Техническая гидромеханика и гидропривод: Рабочая программа – СПб:СЗПИ, 1998 – __ с Приведена рабочая программа дисциплины, состоящая из двух частей: "Техническая гидромеханика" и "Гидропривод". Техническая гидромеханика представлена

общими

разделами

курсов

"механика

жидкости

и

газа"

и

"гидравлики", включенных в программу дисциплины "Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод машин" утвержденной учебно-методическим объединением по специальностям автоматизированного машиностроительного производства. В части "гидропривод" по программе предусмотрено изучение объемного гидропривода

и

гидродинамических

передач,

применяемых

в

подъемно-

транспортных, строительных и дорожных машинах. Рассмотрено на заседании кафедры автоматизации производственных процессов

1998г., одобрено методической комиссией

машиностроительного факультета

1998г.

Рецензенты: кафедра подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин СЗПИ (зав.кафедрой – Ю.П.Лапкин, канд. техн. наук, доц.), А.И. Тархов, д-р техн. наук, проф. Составители: А.А.Сарвин, канд.техн.наук Ю.Г.Полубояринов, канд.техн.наук О.А.Маринова, канд.техн.наук И.К.Спрудэ, канд.техн.наук

©

Предисловие

Курс "Техническая гидромеханика и гидропривод" относится к числу комплексных дисциплин, включающих в себя фундаментальную дисциплину – "техническая гидромеханика∗)" и специальную дисциплину – "гидропривод". Этот курс призван повысить общепрофессиональную подготовку инженеров механиков по подъемно-транспортным, строительным и дорожным машинам и оборудованию. Теоретическую часть курса составляет техническая гидромеханика, в которой излагаются основные законы механики жидкости в статическом и динамическом состоянии и методы применения этих законов для решения инженерных задач в конкретных областях техники, в том числе и в гидроприводах подъемнотранспортных, строительных и дорожных машинах и оборудовании. Специальная дисциплина – гидропривод относится к числу дисциплин прикладного характера, где изучается устройство, основы проектирования и эксплуатации объемного гидравлического привода и гидравлических передач, применяемы в подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах и оборудовании. Конечная цель изучения дисциплины заключается в приобретении студентами теоретических знаний в области технической гидромеханики и гидропривода, необходимых

для

изучения

специальных

дисциплин

учебного

плана

для

специальности 1709 и в дальнейшей технической деятельности по данной специальности. Получение

теоретических

знаний

закрепляются

при

выполнении

лабораторного практикума и курсовой работы по расчету объемного гидропривода подъемно-транспортной машины.

∗)

Более употребительное историческое название технической гидромеханики – гидравлика (от греч. hydraulikos – водяной, т.е. hydor – вода и aulos – трубка).

Задачи изучения курса Инженер-механик, специализирующийся в области подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин, должен иметь хорошую тематическую подготовку по основам технической гидромеханики, уметь рассчитывать различные гидравлические системы подъемно-транспортных, строительных дорожных машин и выбирать их оборудование.

Задачами курса являются: • изучение основ технической гидромеханики; • овладевание общими и инженерными методами расчета типовых гидравлических напорных машин и их элементов; • ознакомление с устройством и принципом действия основных видов объемного гидропривода и гидродинамических передач, применяемых в подъемнотранспортных, строительных и дорожных машинах. Место дисциплины в учебном процессе Курс

"Техническая

гидромеханика

и

гидропривод"

базируется

на

дисциплинах: "Физика", "Математика", "Теоретическая механика", "Теория машин и механизмов", "Детали машин" и других общетехнических дисциплинах. Знания, приобретенные студентами при изучении курса "Техническая гидромеханика и гидропривод" применяются при изучении таких дисциплин, как "Грузоподъемные машины", "Специальные краны", "Подъемники", "Основы робототехники", а также при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Рабочая программа (объем курса 174 часа) Введение (2 часа) [1] c.4…6 или [3] c. 4…6. Предмет гидропривод".

и

задачи

Связь

изучения

курса

с

курса

"Техническая

общетеоретическими,

гидромеханика

и

общеинженерными

и

специальными дисциплинами учебного плана специальности 1709. Краткий прикладного

очерк

истории

направления

–

развития

технической

гидравлического

гидромеханики

привода,

и

ее

применяемого

в

машиностроении. Гидравлический привод – средство повышения качества и эффективности работы подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин (ПТМ и СДМ), средство автоматизации и механизации трудоемких процессов.

Современные тенденции в совершенствовании гидроприводов ПТМ и СДМ. Общенаучные методологические концепции, освещаемые в первой части курса "Техническая гидромеханика". Часть I Техническая гидромеханика Раздел 1. Рабочие жидкости и их физико-механические свойства (2 часа)

[1] c.4…20, [2] c. 6…19. Определение рабочей жидкости. Макроскопическая модель однородной жидкости – сплошная среда. Распределение и поля физических величин в сплошной среде, плотность распределения. Плотность распределения массы в элементарном объеме жидкости и функция распределения массы по всему объему. Свойство сжимаемости жидкости. Коэффициент объемного сжатия и модуль упругости жидкости. Влияние сжимаемости на плотности жидкости. Свойство расширения жидкости при изменении температуры. Коэффициент температурного расширения. Зависимость плотность то температуры. Свойство текучей жидкости и эффект "прилипания" на твердой стенке. Вязкость

жидкостей.

Коэффициенты

вязкости.

Зависимость

коэффициентов

вязкости от температуры и давления. Ньтоновские (линейно-вязкие) и неньютоновские (аномальные) жидкости. Рабочие

жидкости,

применяемые

в

гидроприводах,

Требования,

предъявляемые к качеству рабочих жидкостей.

Раздел 2. Гидростатика (10 часов)

[1] c.25…35 или [3] c. 11…26. Состояния условия и равновесия жидкостей. Внешние силы, действующие на жидкость. Объемные силы, их выражение по Ньютону. Удельные объемные силы. Силовые поля, гравитационное поле. Выражение объемной силы через удельную силу.

Поверхностные нормальнонаправленные силы – силы давления. Напряжение сил давления и гидростатическое давление, связь между ними. Градиент давления. Выражение силы давления через градиент давления. Дифференциальные уравнения гидростатики в векторной и аналитической формах. Потенциал силовых полей. Решение дифференциальных уравнений гидростатики с различным потенциалом силовых полей. Потенциальная энергия покоящейся

жидкости.

Гидростатический

закон

Паскаля.

Манометрическое

давление и вакуум. Приборы для измерения гидростатического давления. Внутренное гидростатическое давление в цилиндрических и сферических сосудах. Гидростатическое давление на запорно-регулирующих элементах в клапанах. Внешнее давление на погруженные в жидкость тела и закон Архимеда. Раздел 3. Основы гидродинамики. (34 часа)

[1] c.35…67 или [3] c.27…48. Определение и задачи гидродинамики. Задание движения сплошной среды по методу Лагранжа и по методу Эйлера. Поле скоростей, траектории и линии тока. Внешние и внутренние течения жидкости. Установившееся и неустановившееся движение. Ламинарное (слоистое, структурное) и турбулентное (нерегулярное, пульсирующее) движение. Струйная модель течений. Элементарная струйка. Закон сохранения массы, объемный расход и условия неразрывности движения жидкости в элементарной струйке. Поток жидкости. Модель одномерного потока. Живое сечение потока, его геометрические и гидравлические параметры. Расход, средняя скорость в живом сечении потока и условия неразрывности потока. Безнапорные и напорные движения жидкости. Ускорение в потоке сплошной среды. Локальные и конвективные силы инерции в потоке сплошной среды. Конвективная сила инерции в элементарной струйке. Удельная конвентильная сила инерции. Дифференциальное уравнение движения идеальной жидкости в элементарной струйке, представленное в векторной форме, Граничные условия и физический смысл. Преобразование и решение уравнения для частного случая установившегося движения в поле объемных сил, имеющих потенциал, и в частности, в поле сил

тяжести. Статическое и динамическое давление в движущейся жидкости. Уравнение баланса энергии в потоке реальной жидкости с учетом потерь энергии на трение. Графическое представление уравнения баланса энергии в форме уравнения Бернулли. Потенциальный, скоростной и полный напор в сечении потока, пьезометрическая линия и линия полного напора. Гидродинамическое уравнение закона сохранения количества движения. Гидродинамические силы в потоке жидкости. Равномерное движение жидкости в трубе. Уравнение равномерного движения. Силы трения и напряжение сил трения при равномерном движении жидкости. Неустановившееся напорное движение жидкости в трубах. Уравнение неустановившегося движения без учета упругих деформаций жидкости и стенок трубы. Инерционное давление. Неустановившееся напорное движение жидкости в трубах с учетом упругих деформаций – гидравлический удар. Волновой процесс при гидравлическом ударе. Определение величины ударного давления и скорости распространения упругих деформаций при гидравлическом ударе по формулам Н.Е. Жуковского. Полный и неполный гидравлический удар. Защита трубопроводов от гидравлического удара. Раздел 4. Гидравлические сопротивления (10 часов)

[1] c.68…95 или [3] c.42…72. Гидродинамические и гидравлические сопротивления в потоке жидкости. Гидравлические сопротивления по длине потока и гидравлические сопротивления местные. Структура формулы Вейсбаха-Дарси потерь давления по длине потока. Коэффициент гидравлического трения и его зависимость от паратметров течения и пограничной геометрии потока. Число Рейнольдса потока, его физическое представление и критические значения. Ламинарное течение в круглой трубе. Закон Ньютона о трении при ламинарном течении. Скорости течения, средняя скорость в сечении потока, расход и коэффициент гидравлического трения. Ламинарное течение в трубах и зазорах некруглого сечения. Основы гидродинамической теории жидкостной смазки.

Общая характеристика турбулентного течения в трубах. Актуальные и осредненные параметры течения. Пульсации скорости и давления. Модель осредненного течения. Полуэмпирическая теория пристенной турбулентности Л.Прандте. Законы гидравлического трения при турбулентном течении в трубах. График зависимости коэффициента гидравлического трения от числа Рейнольдса потока и относительной шероховатости стенки трубы. Местные гидравлические сопротивления при ламинарном и турбулентном течении. Характеристики течений на участках местных сопротивлений. Расчетная схема и формула Вейстаха для местной потери давления в случае резкого расширения потока. Формула Борда-Карно, коэффициент местного сопротивления. Местные потери давления при изменении направления потока, в трубопроводной аппаратуре и в других видах препятствий потоку. Раздел 5. Гидравлический расчет напорных систем и их элементов (10 часов)

[3] c.73…99. Напорные гидравлические системы и их элементы. Задачи гидравлического расчета напорных систем. Гидравлический

расчет

трубопроводов.

Классификация

трубопроводов.

Трубопроводы с подачей жидкости из резервуара. Расчет простого трубопровода и его

характеристика.

Трубопровод

с

насосной

подачей.

Всасывающий

и

нагнетательный трубопроводы и их характеристики. Методика расчета сложного трубопровода с использованием ЭВМ. Особенности расчета высоконапорных трубопроводов. Гидравлический расчет проходных отверстий гидравлических аппаратов. Истечение жидкости через малое отверстие в стенке резервуара. Сжатие струи. Определение скорости струи в сжатом сечении и расхода. Коэффициенты сжатия, скорости и расхода и их зависимость от числа Рейнольдса. Истечение через насадки. Типы насадков и их применение. Особенность истечения через насадки. Истечение при переменном напоре. Определение расхода жидкости в проходных отверстиях гидравлических аппаратов.

Часть II Гидропривод Раздел 6. Общие сведения о силовом объемном гидроприводе (4 часа)

[3] c. 101…110, [2] c. 379…382. Определение, назначение и принцип действия объемного гидравлического привода. Основные части гидропривода: силовая, рабочая, и распределительнорегулирующая. Основные рабочие параметры гидропривода. Достоинства и недостатки гидропривода в сравнении с другими видами приводов. Применение объемного гидропривода в подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах. Классификация гидроприводов по кинематике, характеру движения рабочей жидкости, способу регулирования, по давлению, методу управления и контроля. Раздел 7. Объемные гидравлические машины (20 часов)

[3] c. 113…169, [2] c. 272…356. Объемные насосы. Назначение и отличительные особенности рабочего процесса в объемных насосах. Основные технические параметры и характеристики объемных насосов. Классификация и конструктивные схемы объемных насосов. Расчет подачи насосов. Насосы с регулируемой подачей. Выбор типоразмера насоса и расчет его основных параметров. Объемные гидравлические двигатели. Назначение и принцип работы. Гидроцилиндры, типовые конструктивные схемы. Уплотнения гидроцилиндров. Основные технические параметры и характеристики. Гидромоторы, типовые конструктивные схемы. Основные технические параметры и характеристики. Расчет крутящегося момента и мощности на валу гидромотора. Регулирование частоты вращения. Поворотные гидродвигатели. Типовые конструктивные схемы, технические параметры и характеристики.

Раздел 8. Аппаратура и оборудование гидроприводов (26 часов)

[1] c. 170…246, [2] c. 356…379. Гидроаппаратура, применяемая в объемных гидроприводах, назначение и общая классификация. Распределительная аппаратура, назначение и разновидности. Золотниковые распределители, оборотные клапаны, гидрозамазки, оборотные клапаны с дросселем. Рекомендации по выбору типоразмера распределительной аппаратуры. Регулирующая гидроаппаратура, назначение и разновидности. Клапаны давления: предохранительные, переливные, редукционные. Дроссели, регуляторы расхода, дросселирующие распределители. Рекомендации по выбору типоразмера регулирующего аппарата. Синхронизаторы давления, мультипликаторы и трансформаторы давления, устройства для разгрузки насосов, гидравлические следящие устройства. Трубопроводы, баки, фильтры, гидроаккумуляторы, теплообменные аппараты. Раздел 9. Регулирование гидроприводов (16 часов)

[1] c. 346…263, [2] c. 386…394. Гидропривод с дроссельным регулированием. Принципиальные схемы гидроприводов с дроссельным регулированием. Гидропривод

с

объемным

регулированием.

Принципиальные

схемы

гидроприводов с объемным регулированием с открытой и закрытой системой циркуляции

жидкости.

Статические

характеристики,

КПД

гидропривода.

Преимущества и недостатки гидроприводов с объемным регулированием. Следящие гидроприводы. Назначение, принципиальные схемы следящих гидроприводов. Показатели работы следящих гидроприводов и их статические характеристики. Раздел 10. Объемный гидропривод в подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах (18 часов)

[6] c. 243…269, [9] c. 4…41. Гидропривод механизмов передвижения, подъема и поворота. Основные особенности и требования, предъявляемые к гидроприводам. Гидроприводы с объемным

регулированием

механизма

передвижения

мостового

клапана,

выдвижения

и

поворота

стрелы

самоходного

крана

(принципиальные

гидравлические схемы). Гидравлические схемы систем рулевого управления, систем тормозов, амортизаторов, блокировок, питания двигателей, систем охлаждения и смазки строительных и дорожных машин. Методика

расчета

основных

параметров

и

построения

статических

характеристик гидроприводов. Методика подбора гидроаппаратуры и оборудования гидроприводов подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин. Основные требования, предъявляемые к эксплуатации гидроприводов, к качеству рабочей жидкости в подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах. Вибрационные и шумовые характеристики гидроприводов ПТМ, СДМ. Раздел 11. Гидродинамические передачи (22 часа)

[2] c. 240…262. Общие

сведения

о

гидродинамических

передачах.

Принцип

работы,

классификация. Достоинства и недостатки. Насосное колесо. Конструктивная схема центробежного насоса и принцип его работы. Преобразование энергии на насосном колесе. Рабочие параметры и характеристики. Коэффициент быстроходности. Регулирование подачи насоса. Многоступенчатые насосы. Гидромуфта. Устройство и принцип действия. Регулирование гифромуфты. Работа с двигателем. Выбор гидромуфты. Гидротрансформаторы. Устройство и принцип действия. Рабочие параметры гидротрансформатора. Совместная работа гидротрансформатора с двигателем. Применение

гидродинамических

передач

на

подъемно-транспортных,

строительных и дорожных машинах. Установка гидромуфт на конвейерных линиях. Применение гидротрансформаторов на кранах. Комплексный гидротрансформатор на экскаваторах и погрузчиках.

Перечень лабораторных работ

1. Экспериментальное изучение гидравлического уравнения Бернулли и местных гидравлических сопротивлений. 2. Экспериментальное изучение гидравлических сопротивлений по длине потока в трубопроводе. 3. Исследования истечения жидкости через отверстия и насадки. 4. Снятие рабочей характеристики объемного шестеренчатого насоса. 5. Снятие рабочей характеристики центробежного насоса. 6. Испытание гидропривода поступательного движения с дроссельным регулированием. 7. Испытание гидропривода вращательного движения с объемным регулированием. 8. Экспериментальное исследование статической характеристики регулятора расхода. Литература

Основная 1. Полубояринов Ю.Г. Гидравлические системы в станочном оборудовании. Гидравлика (краткий курс). Учеб. пособие. – Л.:СЗПИ, 1991 – 96 с. 2. Гидравлика, гидромашины и гидропривод. Учебник / Под редакцией Т.М.Башты. – М.: Машиностроение, 1982. 3. Погорелов В.И., Тющев В.С. Гидропневмопривод и автоматика: Учеб. пособие. – Л.:СЗПИ, 1968. 4. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. – М.:Машиностроение, 1983. Дополнительная 5. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Под редакцией Б.Б.Некрасова. – Минск: Высшая школа, 1985. 6. Васильченко В.А., Шиткова С.А., Акользина Л.С. Гидравлическое оборудование для гидроприводов строительных, дорожных и коммунальных машин: Каталогсправочник. – М.:ЦНИИТЭстроймаш, 1979. 7. Гидравлическое оборудование: Каталог. – М.:НИИМАШ, 1973.

8. Гидропривод подъемно-транспортных машин: Руководящий технический материал. – М.:НИИИНФОРМТЯМ, 1973. 9. Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы. Методические указания к курсовой работе. Часть I – Вологда: ВПИ, 1984 – 43 с. Тематический план лекций (16 часов)

1. Введение. Рабочие жидкости и их физико-механические свойства. Гидростатика. 2. Основы гидродинамики. 3. Гидравлические сопротивления. 4. Гидравлический расчет напорных систем. 5. Общие сведения о силовом объемном гидроприводе. Рабочие жидкости в гидроприводах. Объемные гидравлические машины. 6. Распределительная и регулирующая аппаратура гидропривода. Аппаратура специального назначения и другое гидравлическое оборудование. Регулирование гидроприводов. 7. Применение объемного гидропривода в подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах. Проектирование, расчет и эксплуатация объемных гидроприводов подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин. 8. Гидродинамические передачи

2 часа 2 часа 2 часа 2 часа 2 часа 2 часа

2 часа 2 часа