Рабочая учебная программа по дисциплине «Гидравлика и гидропривод» (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

СОГЛАСОВАНО:	УТВЕРЖДАЮ:
Выпускающая кафедра «Тяговый	Проректор по учебно-методической
подвижной состав»	работе - директор РОАТ
Зав. кафедрой _____ (подпись, Ф. И.О.)	___________ (подпись, Ф. И.О.)
«_____»______________ 2011 г.	«_____»______________ 2011 г.

Кафедра Теплоэнергетика и водоснабжение на железнодорожном транспорте

(название кафедры)

Авторы_____к. т.н, доц.

(ф. и.о., ученая степень, ученое звание)

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Гидравлика и гидропривод

(название)

_______________________________________________________________

Специальность/направление 190301.65 Локомотивы

(код, наименование специальности / направления)

Утверждено на заседании Учебно-методической комиссии РОАТ Протокол №_____________ «_____»______________2011 г. Председатель УМК (подпись, Ф. И.О.)

Утверждено на заседании кафедры Протокол №____________ «______»________________2011 г. Зав. кафедрой (подпись, Ф. И.О.)

Москва 2011 г.

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

«Гидравлика и гидропривод» – дисциплина, относящаяся к циклу общепрофессиональных дисциплин федерального компонента.

Курс «Гидравлика и гидропривод» состоит из двух различных по содержанию и построению разделов. Гидравлика – раздел дисциплины, в которой изучаются законы равновесия и движения несжимаемой жидкости. Знания гидравлики необходимо для успешного усвоения второго раздела – гидравлических машин и гидроприводов. Гидравлические машины и гидроприводы – раздел дисциплины, при изучении которой студенты знакомятся с принципами действия, расчетом, областью применения и эксплуатацией различных гидравлических машин и гидроприводов.

Цель изучения дисциплины – развитие у студентов способности самостоятельно решать в будущей инженерной деятельности многочисленные вопросы, непосредственно связанные с работой различных гидравлических устройств, ориентироваться в производственных условиях их работы и находить в зависимости от условий соответствующие технические решения.

Теоретическую базу гидравлики составляют физика, высшая математика и теоретическая механика.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучив дисциплину, студент должен:

Иметь представление: об основных принципах, ис­пользуемых в гидравлике при изучении общих законов рав­новесия и движения жидкостей и газов, а также современ­ных методик применения этих законов и точности гидравлических расчетов при решении инженерных задач, связанных с использованием жидкостей и газов.

Знать и уметь использовать: теоретические основы гидравлики и гидропневмопривода и их расчетные формулы, законы движения жид­костей и газов, физическую сущность явлений, изучаемых гидравликой; формы движения жидкости и уравнения, кото­рыми они описываются.

Иметь опыт: проведения расчетов равномерного и неравномерного движения жидкости и газа; рассчитывать трубопроводы.

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы	Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины	130
Аудиторные занятия:	20
Лекции	8
Лабораторный практикум	12
Самостоятельная работа	110
Контрольные работы	2
Вид итогового контроля:	зачет, экзамен

4.  СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п	Раздел дисциплины	Лекции, час	Лабораторный практикум, час	Самост. раб.
1	Введение. Раздел 1. ГИДРАВЛИКА.	4	8	60
2	Раздел 2. НАСОСЫ.	2	2	30
3	Раздел 2. ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД.	2	2	20
	всего:	8	12	110

Перечень тем лекционных занятий.

Таблица 1.

Тема	Количество часов
1. Основные понятия гидродинамики. Уравнение неразрывности (сплошности) потока. Режимы движения жидкости.	1
2. Полный гидродинамический напор. Бернулли. Связь между скоростью и давлением.	1
3. Определение потерь напора по длине и в местных сопротивлениях.	1
4. Уравнение Шези. Расчет трубопроводов. Истечение жидкости через отверстие и насадки.	1
5. Насосы, их классификация. Нормальные характеристики центробежного насоса. Явление кавитации. Меры борьбы с ней. Кавитационная характеристика.	2
6.Работа насоса на трубопровод. Построение характеристики трубопровода. Рабочая точка насоса. Способы регулирования подачи насоса. Параллельное и последовательное включение насосов.	2

Содержание разделов дисциплины

Введение.

Предмет гидравлики и гидропневмопривода. Применение и значение гидравлики в современном машиностроении.

Раздел 1. ГИДРАВЛИКА.

1.1. Основные физические свойства жидкостей. Определение жидкости. Силы, действующие на жидкость. Давление в жидкости. Удельный вес, плотность, сжимаемость, температурное расширение. Закон Ньютона для жидкостного трения. Вязкость. Неньютоновские жидкости. Модель идеальной жидкости. Давление насыщенного пара жидкости. Растворение газов в жидкости.

1.2. Гидростатика. Свойства давления в неподвижной жидкости. Виды гидравлического давления. Уравнение Эйлера равновесия жидкости. Интегрирование уравнений Эйлера. Поверхности равного давления. Свободная поверхность жидкости. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля. Приборы для измерения давления. Силы давления жидкости на плоские поверхности. Центр давления и определение его координат. Эпюры давление и их использование для определения силы и центра давления на плоскую прямоугольную поверхность. Гидростатический парадокс. Сила давления жидкости на криволинейные (цилиндрические) поверхности. Тело давления. Закон Архимеда. Плавание тел. Относительный покой жидкости.

1.3. Кинематика и динамика жидкости. Виды движения жидкости. Основные понятия кинематики жидкости: линия тока, трубка тока, струйка, живое сечение, расход. Поток жидкости. Местная и средняя скорости. Уравнение постоянства расхода. Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости. Уравнение Бернулли для установившегося движения идеальной жидкости. Полный гидродинамический напор. Геометрический и энергетический смысл всех его составляющих. Коэффициент кинетической энергии. Уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости. Связь между скоростью и гидродинамическим давлением. Графическое представление уравнения Бернулли. Пьезометрическая и напорная линии. Гидравлический и пьезометрический уклоны. Практическое применение уравнения Бернулли (водомер Вентура, расходомерная шайба).

1.4. Режимы движения жидкости. Гидравлические сопротивления. Основы гидравлического подобия. Ламинарный и турбулентный режим движения жидкости. Число Рейнольдса. Распределение скоростей по сечению круглой трубы при ламинарном режиме. Потери напора на ширине по длине трубы (формула Пуазейля). Особенности турбулентного движения жидкости. Пульсации скоростей и давлений. Распределение осредненных скоростей по сечению. Потери напора в трубах. Зависимость потери напора от режима движения жидкости. Основные формулы для определения потерь напора по длине. Формула Дарси и коэффициент потерь на трение по длине (коэффициент Дарси). Шероховатость стенок: абсолютная и относительная. Турбулентное ядро потока и пристенный ламинарный слой турбулентном потоке. Гидравлически гладкие и шероховатые трубы. Зоны сопротивления. Полуэмпирические и эмпирические формулы для определения коэффициента гидравлического трения l в различных зонах сопротивления. Гидравлическое определение коэффициента Дарси l. Формула Шези. Связь между коэффициентом Дарси l и коэффициентом

1.5. Основные виды местных сопротивлений. Коэффициент местных потерь. Местные потери напора при больших числах Рейнольдса. Внезапное расширение трубы (теорема Борда). Местные потери напора при малых числах Рейнольдса. Взаимное влияние местных сопротивлений.

1.6. Основы теории гидравлического подобия. Моделирование гидравлических явлений.

1.7. Истечение жидкости из отверстий и насадок. Истечение жидкости из отверстий в тонкой стенке при постоянном напоре. Коэффициенты сжатия, скорости, расхода. Истечение жидкости через цилиндрический насадок. Насадки различного типа. Истечение при переменном напоре.

1.8. Гидравлический расчет трубопроводов. Основное расчетное уравнение простого трубопровода. Основные расчетные задачи. Понятие об определении экономически наивыгоднейшего диаметра трубопровода. Сифонный трубопровод. Последовательное и параллельное соединение трубопроводов. Сложные трубопроводы. Явление трубопроводного удара. Формула для прямого удара. Понятие о непрямом ударе. Способы ослабления гидравлического удара. Практическое использование гидравлического удара в технике.

Раздел 2. НАСОСЫ.

2.1. Лопастные насосы. Общие сведения. Классификация лопастных насосов. Принцип действия насосов. Основные параметры насосов: подача (расход), напор, мощность, КПД. Основы теории лопастных насосов. Центробежные насосы. Принцип действия и схемы центробежных насосов. Уравнение Эйлера. Теоретический напор насоса. Влияние числа лопаток на теоретический напор насоса. Полезный напор. Определение напора действующего насоса. Требуемый напор. Потери энергии в насосе. Коэффициенты полезного действия насоса. Характеристика центробежных насосов. Основы теории подобия и формулы пересчета. Коэффициенты быстроходности и типы лопастных насосов. Эксплуатационные расчеты лопастных насосов. Насосные установки. Расчеты трубопровода с насосной подачей. Определение рабочей точки насоса. Регулирование подачи. Последовательные и параллельные соединения насосов. Кавитация в лопастных насосах. Кавитационные характеристики.

2.2. Вихревые насосы. Схема вихревого насоса, принцип действия, характеристики, области применения.

2.3. Объемные насосы. Принципы действия, общие свойства и классификация. Поршневые и плунжерные насосы. Устройство и области применения поршневых и плунжерных насосов. Индикаторная диаграмма. КПД поршневых насосов. Графики подачи и способы их выравнивания. Диафрагменные насосы.

2.4. Роторные насосы. Классификация роторных насосов, общие свойства и области применения. Устройство и особенности роторных насосов различных типов: а) роторно-поршневых; б) пластинчатых (шиберных); в) шестеренных; г) винтовых. Определение рабочих объемов. Подача и её равномерность. Характеристики насосов. Регулирование подачи. Работа насоса на трубопроводчасов сам. Раб.)

Раздел 3. ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД.

3.1. Основные понятия. Принцип действия объемного гидропривода. Классификация объемных гидроприводов по характеру движения выходного звена и другим признакам. Элементы гидропривода (гидродвигатели, гидроаппаратуры, фильтры, гидроаккумуляторы, гидролинии). Рабочие жидкости, применяемые в гидроприводах.

3.2. Гидродвигатели. Силовые гидродвигатели, их назначение и устройство. Расчет гидроцилиндров. Поворотные гидродвигатели. Роторные гидродвигатели – гидромоторы. Обратимость роторных насосов и гидромоторов. Гидромоторы роторно-поршневых, шестерённых и винтовых типов. Расчет крутящего момента и мощности на валу гидромотора. Регулирование рабочего объема. Высокомоментные гидромоторы.

3.3. Гидроаппаратура и другие элементы гидропривода. Классификация гидроаппаратов и элементов гидроавтоматики. Распределительные устройства. Назначение, принцип действия и основные типы (золотниковые, крановые, клапанные). Клапаны. Принцип действия, устройство и характеристики. Дроссельные устройства, назначение принцип действия и характеристики. Фильтры. Гидроаккумуляторы. Гидролинии.

3.4. Схемы гидроприводы и способы регулирования. Схемы гидропривода с замкнутой и разомкнутой циркуляцией, с дроссельным и объемным регулированием скорости. Сравнение различных способов регулирования скорости гидропривода.

3.5. Пневмопривод. Газ как рабочее тело пневмопривода. Источники сжатого газа. Основные элементы и схемы пневмоприводов. Пневматические исполнительные устройства, распределительная и регулирующая аппаратура. Пневматические двигатели. Пневматический привод с поршневым двигателем и дроссельным регулированием. Пневматические приводы с роторными и турбинными пневмодвигателями. Пневмоприводы транспортно-технологических машин. Средства пневмоавтоматики.

 

5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Название и краткое содержание работы	Количество часов
1. Изучение режимов движения жидкости.	1
2. Экспериментальная иллюстрация уравнения Бернулли. Построение напорной и пьезометрической линий.	2
3. Определение коэффициентов местных сопротивлений конфузора, диффузора и водомера Вентури.	1
4. Определение коэффициента расхода водомера Вентури. Построение графика h= f(Q)	2
5. Тарирование диафрагмы.	2
6. Параметрические испытания центробежного насоса	2
7. Испытания гидропривода с объемным регулированием	2

6. ТЕМАТИКА КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При изучении курса «Гидравлика и гидропривод» студент-заочник должен выполнить и за­щитить две контрольные работы. Первая контрольная работа содержит 6 задач, вторая - 3.

В обе контрольные работы входят задачи, охватывающие следующие основные разделы курса:

I. Основные физические свойства жидкости.

II. Гидростатика.

III. Гидравлические сопротивления и расчеты трубопрово­дов.

IV. Истечение жидкости через отверстия и насадки.

V. Насосы.

VI. Объемные гидравлические машины. Гидравлические передачи.

Для каждой из задач дано десять вариантов цифровых исходных данных.

Номер варианта выбирается студентом по последней цифре его шифра.

К каждой контрольной работе даются методические указания к решению задач.

Выполнению контрольных работ должно предшествовать изучение теоретических основ соответствующего раздела курса с использованием рекомендуемой литературы.

При выполнении контрольных работ необходимо соблю­дать следующие условия:

1.  Работу следует писать от руки или печатать на одной стороне листа. Это необходимо для рецензирования и исправлений. Страницы рукописи должны быть пронумерованы. Текст условия задачи следует приводить полностью.

2.  Страницы должны быть пронумерованы.

3.  Решения должны быть краткими, но исчерпывающими. Решение задач необходимо вести поэтапно, с поясне­нием каждого хода решения.

4.  Перед вычислением искомых величин следует вначале написать расчетную формулу в буквенном выражении, затем подставить численные значения всех входящих в нее пара­метров и привести окончательный ответ. В приводимых расчетных формулах следует пояснять все входящие в них параметры. Обозначения величин в работе должны соответствовать принятым в учебниках обозначениям.

5.  У всех размерных величин должна быть проставлена размерность. Размерность всех величин выражается в Между­народной системе единиц СИ (ГОСТ 9867—61). При решении задач следует следить за соблюде­нием единства размерностей величин, входящих в ту или иную расчетную зависимость. Значение всех коэффициентов следует обосновать ссылкой на литературу с указанием автора, названия источника и номера страницы.

6.  При оформлении ответов и решении задач обязательно выполнение необходимого иллюстрационного материала (построение графиков, силовых и скоростных многоугольников, схем потоков и т. д.).

7.  При построении расчетных графиков нужно указать величины, откладываемые по осям графика, с обозначением их размерностей.

8.  Чертежи к работе, как правило, должны выполняться на миллиметровке и вклеиваться или вшиваться в работу.

9.  В конце работы необходимо привести список литера­туры, которой пользовался студент в процессе выполнения работы, с указанием автора, названия, места и года издания.

Все отмеченные рецензентом ошибки должны быть исправлены, а сделанные указания выполнены. Исправлять ошибки следует отдельно по каждой задаче на чистой сто­роне листа. При решении задач следует строго следить за соблюде­нием единства размерностей величин, входящих в ту или иную расчетную зависимость. Работа может быть зачтена только в там случае, если она не содержит принципиальных и грубых арифметических оши­бок. Арифметические ошибки, вызванные несоблюдением единства размерностей или какой-либо небрежностью при расчетах, будут оценены наравне с принципиальными ошибками методического характера.

К экзамену студент допускается только после получения зачета по контрольным рабо­там.

Титульный лист подписывается студентом, на нем производится регистрация работы. На титульном листе преподавателем проставляется отметка о допуске к защите и приводится рецензия контрольной работы.

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ № I

ЗАДАЧА 1

На рис. 1 представлено начальное положение гидравли­ческой системы дистанционного управления (рабочая жидкость между поршнями не сжата), При перемещении ведущего поршня (его диаметр D) вправо жидкость постепен­но сжимается и давление в ней повышается. Когда маномет­рическое давление Рм достигает определенной величины, сила давления на ведомый поршень (его диаметр d) стано­вится больше силы сопротивления F, приложенной к штоку ведомого поршня. С этого момента приходит в движение вправо и ведомый поршень. Диаметр соединительной части цилиндров d, длина b. Требуется определить диаметр ведущего поршня D, необ­ходимый для того, чтобы при заданной величине силы F ход L обоих поршней был один н тот же.

Коэффициент объемного сжатия рабочей жидкости при­нять bW =0,0005 1/МПа.

	Последняя цифра шифра
Исходные Данные	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
d, мм	40	36	48	56	40	50	60	52	45	95
L, мм	60	50	64	72	80	40	72	54	50	34
d, мм	20	16	24	28	20	34	40	29	30	10
b, м	5	2.2	2	2.4	3.8	2	2.3	2.5	2.5	1.75
F, кН	30.2	23.7	34.6	67.9	19.8	33.9	50.8	35.6	31.8	13

Указания к решению задачи 1.