Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Кафедра автоматизации производственных процессо...
150 downloads
184 Views
305KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
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