Направленность программы: « Вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы» 1. КОМПРЕССОРНАЯ ТЕХНИКА Объемные компрессоры.

Направленность программы:
« Вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы»
1. КОМПРЕССОРНАЯ ТЕХНИКА
Объемные компрессоры.
Основы термодинамики тела постоянной и переменной массы. Реальные газы. Идеальный
поршневой компрессор и его характеристики. Действительная ступень поршневого компрессора.
Рабочие процессы. Схематизированная диаграмма. Индикаторная работа. Производительность.
Коэффициент полезного действия. Основные размеры ступени. Теоретический многоступенчатый
компрессор. Межступенчатые давления. Действительный многоступенчатый компрессор.
Характеристики многоступенчатого компрессора. Основные конструктивные соотношения.
Использование ЭЦВМ для расчета поршневых компрессоров. Типовая математическая модель
ступени. Модель функционирования самодействующих клапанов. Моделирование процессов
массообмена. Общая математическая модель одноступенчатого объемного компрессора.
Оптимизация компрессоров. Характеристики многоступенчатого компрессора. Кинематика
поршневых компрессоров. Силы в ряду поршневых компрессоров. Уравновешивание. Диаграмма
газовых сил. Диаграмма суммарных сил. Расчет маховика. Основные направления улучшения
динамических характеристик поршневых компрессоров. Технический уровень поршневых
компрессоров. Унификация. Системы газораспределения. Уплотнение. Корпусные узлы и детали.
Цилиндры. Шатуны. Ваты. Системы охлаждения. Влияние охлаждения на функционирование
компрессора. Принцип утилизации тепла сжатия. Регулирование производительности.
Объемные компрессоры с вращающимися рабочими органами. Основы теории Массообмен
в рабочей камере. Анализ функционирования ступени. Ротационно пластинчатые компрессоры.
Жидкостно-кольцевые машины объемного действия. Основы системы ротационных
компрессоров. Двухроторные компрессоры.
Винтовые компрессоры. Геометрия винтового компрессора. Силы в винтовом компрессоре.
Перспективы развития винтовых компрессоров. Другие типы двухроторных компрессоров.
Специальные компрессорные поршневые агрегаты.
Мембранные компрессоры. Вакуумные механические насосы. Микрокомпрессоры.
Особенности расчета и конструирования элементов микрокомпрессоров. Тенденции и перспективы
развития объемных компрессоров. Вопросы эстетики и инженерной психологии.
Турбокомпрессоры.
Основные уравнения теории турбомашин. Процессы сжатия и расширения в турбомашинах.
Процессы расширения газа в турбодетандерах и турбинах. Понятие о внутреннем КПД
турбомашин. Основные уравнения гидрогазодинамики. Преобразование дифференциальных
уравнений движения методами теории подобия. Основы одномерной теории турбомашин. Осевые
турбомашины. Осевые компрессоры. Радиальные турбомашины. Уравнение Эйлера - основное
уравнение турбомашин. Подъемные силы. Аэродинамические характеристики профилей. Теорема
Жуковского. Характеристики плоских решеток. Напор и коэффициент напора ступени.
Производительность ступени. Коэффициенты расхода. Понятие о степени реактивности рабочего
колеса. Кинематическая степень реактивности. Кинематические схемы рабочих колес турбомашин
с различной степенью реактивности. Кинематические схемы и газодинамические
характеристические параметры рабочих колес осевых компрессоров. Пути повышения напора в
ступенях с умеренным коэффициентом теоретического напора.
Двухмерная теория течения газа в проточной части турбомашин. Пространственная
структура потока в турбомашинах. Потерн энергии в турбомашинах. Нестационарные явления в
турбомашинах. Методы проектирования проточных частей многоступенчатых турбомашин.
Расходные и внешние характеристики турбины.
Теоретические основы преобразования энергии в ступени турбокомпрессора. Течение
идеального газа в круговой решетке рабочего колеса центробежного компрессора. Рабочее колесо с
конечным числом лопаток. Коэффициент уменьшения теоретического напора. Особенности
течения вязкого газа в турбокомпрессорах. Пространственный поток в ступени осевого
компрессора. Потери в турбокомпрессорах. КПД. Неподвижные элементы ступени. Влияние
конструктивных соотношений рабочего колеса центробежного компрессора на КПД ступени.
Характеристики
турбокомпрессоров. Общие положения. Анализ вида напорной характеристики и
характеристики
КПД
турбокомпрессора.
Пересчет
газодинамических
характеристик
турбокомпрессоров на новые начальные условия. Многоступенчатые компрессоры.
Характеристики компрессора и сети. Регулирование турбокомпрессоров. Вопросы технологии
компрессоростроения. Вопросы эксплуатации турбокомпрессоров.
2. ПНЕВМОАГРЕГАТЫ.
Основные виды пневмоагрегатов. Термодинамические основы пневмомашин. Работа
сжатого воздуха при расширении в пневмомашне. Изображение процессов расширения воздуха в
P-V и T-S диаграммах. Основные термодинамические зависимости термодинамики тела
постоянной и переменной масс.
Поршневые пневмодвигатели. Теоретические рабочие процессы, особенности расширения,
индикаторная диаграмма. Работа расширения при изотермическом, адиабатическом и
политропическом расширении сжатого воздуха. Графическое сравнение теоретических циклов
пневмодвигателей. Полная работа теоретического никла пневмодвигателей с обратным сжатием.
Действительные рабочие процессы и их особенности. Влияние обратного сжатия воздуха
понижение его температуры при наполнении, влажности и неполноты расширения на работу
двигателя. Индикаторный, механический и общий КПД. Математическое моделирование рабочего
цикла поршневых двигателей.
Конструкция и расчет поршневых пневмодвигателей с кривошипно-шатунным механизмом,
аксиально-поршневых и со свободным движением поршня в цилиндре. Воздухораспределительные
органы. Внешние рабочие характеристики. Унификация, нормализация и стандартизация.
Ротационно-пластинчатые двигатели: прямозубые, шевронные, косозубые. 2-х шевронные.
Определение работы и мощности. Индикаторная диаграмма. Расчет нереверсивного
пневмодвигателя с радиальным расположением лопаток. Реверсивные двигатели, особенности
рабочих процессов, расчет. Внешние рабочие характеристики. Особенности математического
моделирования при исследовании рабочих процессов пневмодви гател ей.
Выбор параметров ротационных пневмодвигателей. Вопросы конструирования и
эксплуатации ротационных пневмодвигателей.
Шестеренчатые пневмодвигатели. Типы шестеренчатых пневмодвигателей. Крутящие
моменты, пусковой и номинальный моменты. Расход воздуха. Мощность пневмодвигателя. КПД.
Безразмерные механические характеристики. Конструкция и особенности изготовления
шестеренчатых пневмодвигателей. Испытание шестеренчатых пневмодвигателей.
Активные и реактивные турбинные пневмодвигатели. Классификация основных,
внутренних и внешних потерь. Внешние рабочие характеристики турбинных пневмодвигателей.
Расчет основных размеров.
Специальные типы пневмодвигателей. Выбор типа пневмодвигателей. Эксплуатация и
ремонт пневмодвигателей.
Исполнительные устройства пневматических систем. Основные виды пневмоинструмента.
Особенности работы и проектирование различных видов пневмоинструмента. Расчет
характеристик.
Основные элементы пневмоавтоматики. Особенности работы и проектирования элементов
пневмоавтоматики. Тенденции и перспективы развития пневмоагрегатов. Вопросы промышленной
эстетики и инженерной психологии.
3. КОМПРЕССОРНЫЕ СТАНЦИИ.
Воздушные стационарные компрессорные станции и установки для снабжения сжатия
воздухом промышленных предприятий. Нагрузки на компрессорные станции и методы их
определения. Расчет производительности компрессорных станций, графики нагрузок и давлений.
Водяная система охлаждения на компрессорных станциях: разомкнутая и замкнутая. Устройства
для охлаждения теплой воды, их конструкция и расчет. Тепловой баланс компрессорной станции и
компрессорной установки. Схемы и основы расчета воздушного охлаждения компрессорной
станции и компрессорной установки. Комбинированные системы охлаждения. Решение вопросов
охраны природы. Колебания давления воздуха в трубопроводах. Резонансные колебания и их
влияние на работу компрессорной станции. Способы устранения влияния на работу компрессорной
станции резонансных колебаний, вибрации трубопроводов и пульсаций давления воздуха.
2
Передвижные компрессорные станции с поршневыми, маслозаполненными винтовыми и
ротационными компрессорами. Воздухоподготавливающая система, охлаждение, смазки,
регулирование подачи, расчет и выбор.
Учет выработки и нормирование расходов электроэнергии на выработку сжатого воздуха.
Расчет эксплуатационных расходов и капитальных затрат себестоимости сжатого воздуха. Пути
уменьшения себестоимости. Особенности компрессорных станций магистральных газопроводов.
Схемы компрессорных станций магистральных газопроводов. Компрессорные станции для
подземного применения газов и установки для сжатия газов, газонаполнительные компрессорные
станции. Оборудование и трубопроводы компрессорных станций магистральных газопроводов.
Расчет и выбор. Способы повышения производительности компрессорных станций магистральных
газопроводов и повышение эффективности их работы.
Особенности компрессорных установок цехов компрессии химических и нефтехимических
предприятий. Основное и вспомогательное оборудование компрессорной установки. Расчет выбор.
Перспективы дальнейшего совершенствования. Перспективы повышения эффективности
компрессорных установок. Средства автоматизированного регулирования производительности
компрессорных установок, зашита и блокировка. Испытание компрессорной установки: методика,
обработка и анализ результатов. Вопросы промышленной эстетики и инженерной психологии.
Основная литература
1. Рогов В.А., Позняк Г.Г.. Методика и практика технических экспериментов: Учеб. пособие
для студ. высш. учеб. заведений /- М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 288с
2. Пластинин П. И. Поршневые компрессоры: учеб. пособие для вузов по специальности
"Вакуумная и компрессорная техника физических установок" направления подгот.
"Гидравлическая, вакуумная и компрессорная техника". Т.2. - 3-е изд.. доп. - М. : КолосС. 2008.710 с.
3. Кабаков А.Н. Компрессорные станции. Получение, транспортирование и применение
сжатого воздуха: Учеб. пособие / А.Н. Кабаков,- Омск: Изд-во ОмГТУ. 2007. - 162 с
4. Перевощиков СИ. Проектирование и эксплуатация компрессорных станций: Учеб.-метод,
комплекс по "Проектированию и эксплуатации насосных и компрессорных станций": Ч. 2,Тюмень: ТюмГНГУ, 2004. - 197 с
5. Вакуумная техника: Справочник / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчев. А.Т. Александрова и др.;
Под общ. ред. Е.С. Фролова, В.Е. Минайчева. М.: Машиностроение, 2002.
Направленность программы:
«Гидравлические машины, гидропневмоагрегаты»
1. МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ И ГАЗА
Гидростатика. Уравнения Эйлера и их интегралы. Основная формула гидростатики.
Равновесие несмешивающихся жидкостей. Относительное равновесие. Силы давления на плоские
стенки и криволинейные поверхности. Закон Архимеда.
Кинематика. Два метода описания движения. Ускорение жидкой частицы в переменных
Эйлера. Линии и трубки тока, понятие о расходе. Уравнение неразрывности. Разложение сложного
движения на составляющие. Вихревые и потенциальные течения.
Общие законы и уравнения динамики. Обобщенная гипотеза Ньютона. Уравнение НавьеСтокса. Уравнение Бернулли для вязкой жидкости. Уравнение турбулентного течения.
Интегральные формы уравнений количества движения и моментов количества движения.
Модель идеальной жидкости. Уравнения Эйлера и их общие интегралы. Уравнение
Бернулли для невязкого газа.
Подобие гидродинамических процессов. Общие основные понятия физического подобия.
Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие потоков жидкости и газа. Идентичность
безразмерных форм уравнений движения. Критерии и числа подобия, их роль и физический смысл.
Использование критериев подобия для моделирования.
Одномерная модель и гидравлические сопротивления. Виды гидравлических
сопротивлений. Метод анализа размерностей. Пи- теорема. Обобщенная формула для потерь
напора. Потери по длине при ламинарном и турбулентном режимах течения в трубах. Природа
3
турбулентных напряжений и основные гипотезы. Профили скоростей в трубах и законы
сопротивления.
Истечение несжимаемой жидкости. Классификация трубопроводных систем. Основные
задачи и расчетные формулы. Определение воздействия напорного потока и свободной струи на
твердые стенки.
Одномерные неустановившиеся потоки. Основные уравнения. Случай малых ускорений,
истечение при переменном напоре. Роль инерционного напора в трубах с поршневым насосом.
Гидравлическй удар в трубах.
Неодномерные течения вязкой жидкости. Примеры точных решений уравнений На- вьеСтокса. Общая характеристика приближенных методов. Основные результаты гидродинамической
теории смазки. Пограничный слой, структура течения и основные уравнения. Расчет ламинарного
и турбулентного слоя на пластике. Влияние градиента давления и отрыв.
Одномерные потоки газа, основные уравнения. Параметры торможения и критическая
скорость. Газодинамические функции. Влияние воздействия на поток и условие перехода через
критическое состояние.
Прямой скачок уплотнения. Истечение газа через сужающее сопло. Элементарный расчет
сопла Ловаля.
2. ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ И ГИДРОПЕРЕДАЧИ
Общие сведения. Основные термины и определения. Преимущества гидропривода.
Принцип действия объемного гидропривода. Схемы гидроприводов. Условные графические
обозначения объемных гидравлических и пневматических машин.
Рабочие параметры и характеристика объемных гидромашин. Определения. Рабочий
объем гидромашины и расчетная подача жидкости. Характерный объем. Параметры
регулирования. Объемные потери и объемный к.п.д. насоса. Мощность и крутящий момент на валу
гидромашины. Механические потери мощности и механический к.п.д. гидромашины. Суммарные
потери мощности в гидромашине.
Поршневые гидромашины. Принцип действия поршневой гидромашины. Кинематика
поршневой гидромашины: перемещение, скорость и ускорение поршня. Инерционные потери
напора. Индикаторная диаграмма поршневого насоса. Утечки и перетечки рабочей жидкости.
Динамика самодействующего клапана. Основы математического моделирования рабочих
процессов. Динамика поршневой гидромашины. Определение действующих сил в кривошипношатунном механизме. Определение сил инерции. Определение крутящего момента. Расчет
маховика. Неравномерность подачи насоса и способы ее выравнивания.
Радиально-поршневые гидромашины. Общие сведения и типовые конструкции. Подача
насоса. Кинематика радиально-поршневой гидромашины: перемещение, скорость и ускорение
поршня. Неравномерность подачи жидкости. Действующие силы и крутящий момент. Колебания
угловой скорости гидромотора. Контакт поршня со статорным кольцом. Распределение жидкости.
Распределение с помощью цапфы. Индикаторная диаграмма поршневого насоса. Расчет цапфы.
Радиально-поршневые
насосы
с
клапанным
распределением.
Радиально-поршневые
высокомоментные гидромоторы. Последовательность расчета основных параметров радиальнопоршневых гидромашин.
Аксиально-поршневые гидромашины. Общая характеристика и принципиальная схема.
Средняя подача насоса. Кинематика и динамика аксиально-поршневых машин. Механизм
карданной связи. Равномерность подачи жидкости. Особенность расчета насоса с наклонным
диском. Предельные частоты вращения насоса. Процесс всасывания. Крутящий момент на валу
машины. Распределение жидкости. Расчет окон питания узла распределителя. Силы, действующие
в распределительном узле. Парциальная смазка зеркала распределителя. Аксиальные роторнопоршневые насосы биккардной схемы. Основные вопросы изготовления деталей аксиальнопоршневых насосов. Последовательность расчета основных параметров аксиально-поршневой
гидромашины.
Пластинчатые
гидромашины.
Пластинчатые
насосы
одинарного
действия.
Многопластинчатые насосы. Расчетная подача многопластинчатого насоса. Равномерность подачи.
Пластинчатые насосы двукратного действия. Расчетная подача. Равномерность подачи. Выбор
4
основных параметров. Разгрузка пластин. Конструктивные варианты пластинчатых машин.
Пластинчатые гидромоторы.
Шестеренные гидромашины. Преимущества и недостатки. Общие сведения. Расчетная
подача. Объемные потери. Влияние на подачу центробежных сил жидкости. Усилия давления
жидкости. Компрессия жидкости во впадинах шестерен. Методы устранения защемленного
объема. Пульсации подачи. Крутящий момент на валу шестеренной гидромашины. Выбор
параметров шестеренного насоса. Насосы с косозубыми и шевронными шестернями.
Винтовые гидромашины. Общие сведения. Подача насоса. Двухвинтовой насос. Однороторный насос.
Объемные гидропередачи. Принципиальные схемы. Регулирование частоты вращения
вала гидромотора. Потери мощности и к.п.д. гидропередачи. Открытые и закрытые гидропередачи.
3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД И СРЕДСТВА АВТОМАТИКИ
Общее понятие гидравлического привода и определение. Понятие и определение
гидравлических средств автоматики. Основные элементы гидропривода. Области применения
гидроприводов. Преимущества и недостатки гидроприводов сравнительно с электрическими и
пневматическими приводами. Принцип действия объемного гидропривода. Классификация
гидроприводов по методу управления (механический, электрический, пневматический,
гидравлический: ручное, автоматическое). Гидроприводы с открытой и закрытой циркуляцией
рабочей жидкости. Классификация гидроприводов по типу движения выходного звена.
Принципиальная схема гидропривода прямолинейного движения. Принципиальные схемы
гидропривода вращательного движения.
Исполнительные устройства гидроприводов прямолинейного движения.
Определение. Гидроприводы одностороннего действия. Основные схемы и принцип
действия. Силовой цилиндр со ступенчатым поршнем. Силовой цилиндр с гидравлическим
аккумулятором и принципиальная схема. Методика расчета конструктивных, скоростных и
нагрузочных параметров гидроцилиндров.
Исполнительные устройства гидроприводов поворотного движения. Определение.
Принцип действия гидроцилиндров поворотного действия. Ограничение на угол поворота.
Принципиальная схема и устройство поворотного гидроцилиндра с одной лопастью.
Принципиальные схемы поворотных гидроцилиндров с несколькими лопастями и их
конструктивные особенности. Методика расчета поворотных гидроцилиндров. Механический и
объемный к.п.д.
Исполнительные
устройства
гидроприводов
вращательного
движения
и
преобразования прямолинейного движения в поворотное. Определение исполнительных
устройств вращательного движения и схема. Теоретическая и эффективная мощность и крутящий
момент на валу. Механические потери и к.п.д. гидромотора. Устройства и схемы преобразования
прямолинейного движения в поворотное. Расчет крутящего момента.
Распределители жидкости. Определение и назначение. Классификация распределителей
жидкости по конструктивному исполнению. Золотниковые цилиндрические распределители.
Принцип действия и основные схемы. Понятие линейности и позиционности золотника.
Уравновешивание плунжера от осевых сил давления. Понятие перекрытия рабочих окон золотника
(отрицательное, положительное, нейтральное).
Гидравлические характеристики золотника и действующие в нем силы.
Методика расчета площади проходного сечения щели золотника и расхода. Понятие
коэффициента усиления по расходу. Расходная характеристика идеального золотника. Диапазоны
изменения коэффициента расхода и числа Рейнольдса. Гидравлическое сопротивление. Расчет
зазора золотника с учетом температурного расширения. Распределение сил давления в зазоре
золотника. Силы трения, действующие на плунжер. Способы снижения сил трения и схемы
разгрузки золотника от действия неуравновешенных радиальных сил давления жидкости. Расчет
гидродинамических сил потока жидкости в золотнике.
Плоские золотники и крановые распределители. Конструкции принципиальные схемы
плоских золотников, их преимущества и недостатки. Расчет плоского золотника. Понятие
крановых распределителей. Диапазоны применения расходов и давлений.
5
Клапанные распределители. Определение и достоинства клапанных распределителей,
основные конструкции и принципиальные схемы, принцип действия. Действующие силы и
различные случаи равновесия затвора клапана. Схемы клапанных распределителей питания
гидродвигателей двустороннего действия. Способы разгрузки клапана от осевых сил давления на
затвор. Расчет клапанных распределителей.
Предохранительные клапаны прямого действия. Назначение, принцип действия и
основные конструкции. Характеристики конусного клапана (расход, перепад давления, высота
подъема клапана, площадь проходного сечения клапана). Силы, действующие на затвор клапана.
Различные случаи равновесия конусного затвора клапана. Методика расчета предохранительного
клапана прямого действия. Способы стабилизации давления клапанов. Схема и принцип действия
переливного клапана плунжерного типа. Условие статического равновесия плунжера клапана под
действием гидростатических сил. Расчет основных характеристик (расход, перепад давления, ход
плунжера, площадь проходного сечения). Клапаны плоского или пластинчатого типа, их
достоинства. Силы, действующие на затвор клапана. Равновесие затвора клапана до и после
открытия. Расчет основных характеристик (расход жидкости, перепад давления, высота подъема
клапана). Дифференциальные клапаны и их применение, методика расчета.
Редукционные клапаны постоянного давления. Основные конструкции и схемы,
принцип действия. Силы, действующие на клапан. Условия равновесия клапана в начале открытия
и после открытия щели. Рассчет основных характеристик клапана (расход жидкости, эффективная
площадь щели, ход затвора клапана, редукционное давление).
4. ДИНАМИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРО- И ПНЕВМОСИСТЕМ
Виды гидро- и пневмосистем. Примеры гидравлических и пневматических управляющих
систем.
Основные модели нестационарных процессов рабочих сред в гидро- и пневмосистемах.
Задачи динамики гидро- и пневмосистем. Общая нестационарная модель движения рабочих сред.
Линейная модель нестационарного движения рабочей среды в трубе. Передаточная функция для
определения касательного напряжения на стенке трубы. Замкнутая модель для ламинарного
движения вязкой сжимаемой жидкости в трубе. Сопротивление трения трубы при колебаниях
рабочей среды. Анализ колебательного процесса методом малых отклонений. Гармонические
колебания и метод частотных характеристик.
Динамические характеристики гидравлических и пневматических линий. Переходные
характеристики линии с сосредоточенными параметрами. Коэффициент распространения
возмущений. Волновое сопротивление. Коэффициент затухания. Коэффициент фазы.
Передаточные функции и частотные характеристики линии с распределенными параметрами.
Согласованная и несогласованная нагрузки. Комплексное сопротивление нагрузки. Активное и
реактивное сопротивления нагрузки. Переходные характеристики линии. Операционный метод
расчета переходных процессов в линии. Расчет давления при скачке давления на входе линии без
учета гидравлического сопротивления. Особенности расчета с учетом гидравлического
сопротивления
Характеристики основных регулирующих и распределительных устройств. Виды
регулирующих и распределительных устройств. Принцип действия этих устройств. Статическая
характеристика. Идеальный четырехдроссельный золотниковый распределитель. Удельная
проводимость. Расход через золотник. Размерная и безразмерная форма расхода. Расходноперепадные характеристики. Линеаризация нелинейной функции расхода методом малых
отклонений. Коэффициент передачи в линеаризованной функции расхода. Действующие силы на
элементы дроссельных регулирующих и распределительных устройств. Силы внешнего трения.
Силы жидкостного трения. Аналитический метод определения силы жидкостного трения для
установившегося ламинарного течения среды в плоском канале. Гидростатические и
гидродинамические силы давления. Теорема об изменении количества движения среды.
Гидродинамические силы, действующие на заслонку. Расчетная схема потока среды из сопла с
острыми кромками. Расчетная схема с управляющим каналом большого диаметра. Особенности
расчетной схемы для сопла с притуплёнными кромками. Гидродинамические силы, действующие
на клапан. Расчетные схемы клапанов различной конфигурации. Условия возникновения
колебаний клапана. Гидродинамические силы, действующие на золотник. Расчетная схема
6
четырехдроссельного золотника. Инерционный коэффициент. Коэффициент гидродинамической
пружины. Условия расходящихся колебаний золотника
Математическая модель следящего гидропривода с дроссельным регулированием.
Прийципйальная расчетная схема. Механическое управление. Отрицательная обратная связь.
Инерционная и позиционная нагрузки. Силы трения. Нелинейная математическая модель
следящего гидропривода. Приведение нелинейной модели к системе дифференциальных
уравнений первого порядка. Линейная модель следящего гидропривода с дроссельным
регулированием. Ограничения и допущения. Линейные характеристики силы трения и расхода.
Приведенный
модуль
упругости
гидроцилиндра.
Сведение
линейной
модели
к
дифференциальному уравнению третьего порядка. Преобразование уравнения по Лапласу и
сведение его к уравнению в изображениях.
Характеристики следящего гидропривода. Структурная схема гидропривода.
Интегрирующее и колебательное звено прямой цепи. Пропорциональное звено обратной связи.
Анализ частотных характеристик. Причина возможной неустойчивости гидропривода.
Добротность гидропривода. Метод расчета следящего гидропривода по линейной модели.
Устойчивость
следящего
гидропривода.
Устойчивость
нагруженного
гидропривода.
Характеристическое уравнение для замкнутой системы. Условие устойчивости по критерию
Гурвица. Анализ условий устойчивости для случая нагрузки без трения при абсолютно жесткой
связи штока с нагрузкой и для случая нагрузки с трением. Влияние сухого трения на устойчивость
следящего гидропривода. Критерий Михайлова при анализе устойчивости колебаний
гидропривода. Условия сходящихся и расходящихся колебаний выходного звена при действии
только сил сухого трения. Методы корректирования гидроприводов с дроссельным
регулированием. Обеспечение устойчивости гидропривода применением корректирующих
устройств. Методы корректирования гидроприводов с дроссельным регулированием.
Корректирование перетечками жидкости между полостями гидроцилиндра. Корректирование
упругости опоры гидроцилиндра для получения дополнительной обратной связи. Корректирование
подключением демпфера к золотнику. Корректирование включением дополнительных обратных
связей, создающих сигналы по производным от давления в полостях гидроцилиндра или по
производным от перемещения выходного звена.
5. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД И СРЕДСТВА АВТОМАТИКИ
Предмет пневмоавтоматики и подготовка рабочей среды в пневмосистемах.
Пневмоавтоматика как наука. Основные разделы и применение пневмоавтоматики. Этапы
развития и создание универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики
(УСЭППА). Диапазоны давлений промышленной пневмоавтоматики. Требования, предъявляемые
к подготовке рабочей среды для систем пневмоавтоматики.
Термодинамические и газодинамические процессы в элементах и системах
пневмоавтоматики. Рабочая среда. Основные термодинамические параметры и процессы.
Уравнение состояния. Установившийся поток газа из отверстия в тонкой стенке. Массовый и
критический массовый расход воздуха. Установившийся поток газа по трубопроводу постоянного
сечения. Критерий Рейнольдса. Основная формула массового расхода газа через цилиндрические
каналы и капилляры.
Пневматические сопротивления. Назначение. Классификация пневмосопротивлений
(пневмодроссели) по характеру течения газа и по функциональному назначению. Основные
конструкции пневмосопротивлений. Соединения пневмосопротивлений. Параллельное и
последовательное соединение ламинарных и турбулентных пневмосопротивлений. Расчёт и
условные обозначения пневмосопротивлений.
Пневматические емкости и конденсаторы. Понятие пневматической емкости и
пневматического заряда. Классификация пневмоемкостей по функциональному значению.
Основные конструкции. Понятие пневматического конденсатора. Основные виды пневмоконденсаторов. Соединение и расчет пневматических емкостей и конденсаторов.
Пневматические камеры. Понятие и основные виды пневматических камер. Статика
проточных пневмокамер с турбулентными пневмосопротивлениями. Статика проточных
пневмокамер с разными типами пневмосопротивлений. Динамика пневматических камер.
Пневматические провода.
7
Механопневматические преобразователи типа сопло-заслонка. Принцип действия и
устройство преобразователя. Статическая характеристика преобразователя и способы улучшения
этой
характеристики.
Механопневматические
компенсационные
преобразователи.
Преобразователи
по
схеме
компенсации
сил.
Принципиальные
схемы.
Расчет
пневмообразователей.
Пневматические усилители. Понятие пневматического усилителя. Классификация
пневмоусилителей. Принципиальные схемы пневмоусилителей на базе преобразователей типа
сопло-заслонка. Расчет пневмоусилителей. Коэффициенты усиления. Пневматические двух- и
четырехвходовые усилители давления УСЭППА. Принципиальные и символические схемы.
Пневматические повторители. Специальные повторители и повторители со сдвигом.
Пневматические усилители мощности и основная схема.
Пневматические непрерывные вычислительные устройства. Понятие непрерывных
вычислительных устройств. Непрерывные сильфонные и мембранные суммирующие устройства.
Структурная схема сумматора. Сильфонное суммирующие устройство и расчет. Суммирующие
устройства на пневмосопротивлениях. Основные схемы и расчёт. Пневматические устройства
умножения и деления на постоянный коэффициент. Основные схемы и расчет коэффициентов
умножения и деления. Пневматические и интегрирующие устройства. Интегрирующие устройства
разомкнутого и замкнутого типов. Динамика интегратора. Интегрирующие устройства замкнутого
типа. Принцип действия и схемы таких интеграторов с положительной и отрицательной обратной
связью. Пневматические дифференцирующие устройства. Принцип действия и схемы
дифференцирующих устройств разомкнутого и замкнутого типа. Непрерывные пневматические
устройства памяти, задержки и запаздывания сигналов - основные устройства и схемы.
Пневматические дискретные вычислительные устройства. Основные конические
функции в дискретной технике. Мембранные пневматические реле. Основные конструктивные и
символические схемы. Методика расчета. Схемы реализации логических функций (конъюнкция,
дизъюнкция, отрицание, повторение, импликация, запрет, равнозначность, неравнозначность,
стрелка Пирса, штрих Шеффера). Шариковые и пневматические реле. Пневматические клапаны.
Основные схемы и принцип действия. Пневматические дискретные устройства памяти, задержки
на такт, триггеры - принцип действия и основные схемы.
Пневматические
исполнительные
устройства.
Исполнительные
устройства
поступательного движения. Исполнительные устройства вращательного движения. Классификация
по принципу действия и по конструктивному исполнению. Основные схемы и методика расчета.
6. СРЕДСТВА ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ В ГИДРО- И ПНЕВМОСИСТЕМАХ
Роль средств электроавтоматики в управлении гидро- и пневмосистемами.
Технологии и оборудование, в которых применяется гидро- и пневмоавтоматика,
необходимость автоматизации и преимущество автоматизированных систем. Преимущество
электрических и электронных средств автоматизации, возможность их сопряжения со средствами
вычислительной техники и информационными системами
Основные виды и назначение средств электроавтоматики. Дискретные и следящие
системы, принципы действия и основы устройства. Общие принципы построения схем
электроавтоматики, основные понятия, принципиальные и структурные функциональные схемы,
источники питания схем. Схемы пуска — остановки, включения, переключения, блокировки и
остановки по условию.
Электромагнитные
муфты
и
шаговые
электродвигатели.
Конструкция
электромагнитной муфты в составе исполнительного устройства, схемы управления, динамические
и статические характеристики, основные расчетные зависимости, выбор приводного двигателя.
Принцип работы и параметры шаговых электродвигателей, устройство управления,
математическое описание и моделирование динамических режимов.
Электромеханические преобразователи сигналов. Реле и переключающие устройства —
общие сведения, классификация и основные характеристики. Электромеханические реле
(электродинамические и электромагнитные преобразователи), реле времени, специальные виды
реле, путевые переключатели.
Датчики устройств обратной связи. Электрические датчики — классификация и
устройство: потенциометрические, тензометрические, электромагнитные, пьезоэлектрические,
8
емкостные, термоэлектрические, фотоэлектрические, ультразвуковые датчики, терморезисторы,
датчики Холла.
Электронные устройства формирования и преобразования сигналов управления.
Назначение устройств усиления и преобразования сигналов и предъявляемые к ним требования,
коэффициент усиления, линейные и нелинейные искажения, шумы. Структурные схемы
усилителей, принцип построения усилительных каскадов на транзисторах, практические схемы.
Применение интегральных операционных усилителей. Преобразующие каскады усилителей,
усилители непрерывных и импульсных следящих приводов. Оптоэлектронные устройства
электроавтоматики: элементы аналогового типа, электронные полупроводниковые и
фотоэлектрические реле, оптроны и их применение.
Электрические следящие системы (ЭСС). Общие сведения, ЭСС с электродвигателями
постоянного, переменного тока и с электромагнитной порошковой муфтой {типовые схемы,
основы расчета). Электрогидравлические следящие системы с гидроприводом с дроссельным и
объемным регулированием {типовые схемы и основы расчета).
Применение микропроцессоров (МП) и микро-ЭВМ в управлении гидро- и пневмосистемами. Организация взаимодействия МП с системой: интерфейс, порты ввода- вывода,
обмен информацией, АЦП и ЦАП, языки программирования и состав команд, типы программ.
Основная литература
1.
Объемные гидравлические машины. Конструкция, проектирование, расчет / Ю. М.
Орлов. - М. : Машиностроение, 2006. - 222 с.
2.
Г. С. Аверьянов Гидравлический привод летательных аппаратов. Гидравлика и
гидромашины / ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. - 80 с.
3.
А. В. Лепешкин Гидравлика и гидропневмопривод Ч. 2 : Гидравлические машины и
гидропневмопривод / под ред. А. В. Шейпака - М. : Изд-во МГИУ - 2005. - 350 с.
4.
Т. В. Артемьева Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод / под ред. С. П.
Стесина. - М. : Академия, 2005. - 334 с.
5.
Д. Н. Попов Гидромеханика / Под ред. Д. Н. Попова. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э.
Баумана, 2003. - 382с.
6.
А. А. Шейпак Гидравлика и гидропневмопривод Ч. 1 : Основы механики жидкости и
газа - М. : Изд-во МГИУ - 2005. - 192 с.
Дополнительная литература
1.
Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем: Учебник. М.:
Машиностроение, 1987.
2.
Штеренлихт Д.В. Гидравлика: Учебник. М.: Энергоатомиздат, 1991. З.Чупраков Ю.И.
Гидропривод и средства гидроавтоматики. М.: Машиностроение, 1979.
3.
Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б.
Некрасов и др. М.: Машиностроение. 1982.
4. Грянко Л.П., Исаев Ю.М. Гидродинамические и гидрообъемные передачи в
трансмиссиях транспортных средств: Учеб. пос. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2000.
5.
Проектирование гидравлических систем машин: Учеб. пос. / Г.М. Иванов и др. М.:
Машиностроение. 1992.
6.
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учебник. М.: Наука. 1987.
7.
Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов: Учебник /
Машиностроение, 1991.
8.
Обратимые гидромашины / Л.П. Грянко, Н.И. Зубарев, В.А. Умов, И.С. Шумилин Л.:
Машиностроение, 1981. Ю.Попов Д.Н. Механика гидро- и пневмоприводов: Учебник. М.: Изд-во
МГТУ, 2001.
9