Рабочая программа учебной дисциплины " гидропривод и гидропневмоавтоматика в системах управления " Цикл
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа учебной дисциплины " технические средства автоматизации и управления", 221.12kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «нетрадиционная энергетика» Цикл, 157.65kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "проектирование гэу" Цикл, 188.12kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "теория автоматического управления" Цикл, 208.81kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины " охрана окружающей среды в теплотехнологических, 146.78kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины " организационное поведение" Цикл, 132.79kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "Надежность электроснабжения" Цикл, 141.8kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "теория автоматического управления" Цикл, 168.41kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины Локальные системы автоматизации и управления, 283.55kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «Возобновляемые источники энергии» Цикл, 181.93kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ)
___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 141100 Энергетическое машиностроение
Магистерская программа: Исследование и проектирование автоматизированных гидравлических и пневматических систем, машин и агрегатов
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
" ГИДРОПРИВОД И ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКА В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ "
| Цикл: | профессиональный | |
| Часть цикла: | Вариативная часть | |
| № дисциплины по учебному плану: | ЭнМИ; М.2.5, М.2.5.1 | |
| Часов (всего) по учебному плану: | 108 | |
| Трудоемкость в зачетных единицах: | 3 | 1 семестр – 3 |
| Лекции | 36 час | 1 семестр |
| Практические занятия | | |
| Лабораторные работы | 18 час | 1 семестр |
| Расчетные задания, рефераты | | |
| Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 54 час | |
| Экзамен | | 1 семестр |
| Курсовой проект | 72 (18 час – аудитор. и 54 час – самостоятельной работы) | 1 семестр – 2 з.е. |
Москва - 2011
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является формирование знаний в области автоматизированного гидравлического привода и систем гидропневмоавтоматики, предназначенных для использования в системах управления рабочими органами машин и установок широкого круга назначения.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
- формировать обоснованные технические задания на разработку новой конкурентоспособной техники (ПК-23);
- осуществлять анализ различных вариантов, искать и вырабатывать компромиссные решения (ПК-10);
- на основе системного подхода строить и использовать модели для описания и прогнозирования различных процессов, осуществлять их качественный и количественный анализ (ПК-16);
- использовать углублённые теоретические и практические знания, которые находятся на передовом рубеже науки и техники в области профессиональной деятельности (ПК-2).
Задачами дисциплины являются:
- познакомить обучающихся с устройством, принципом действия электрогидравлического следящего гидропривода, способами и средствами регулирования, особенностью статических характеристик и областями применения;
- научить выбирать рациональную схему построения электрогидравлических усилителей мощности и системы регулирования в целом по совокупности показателей работоспособности и качества;
- научить принципам формирования технических заданий на проектирование автоматизированных гидравлических приводов на заданные технические условия;
- научить рассчитывать и анализировать основные параметры и характеристики гидравлического следящего привода;
- познакомить с гидравлической и электротехнической элементной базой, особенностью характеристик и областью применения устройств гибридной технологии - «пропорциональной гидравлики».
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров по магистерской программе "Исследование и проектирование автоматизированных гидравлических и пневматических систем, машин и агрегатов" направления 141100 «Энергетическое машиностроение».
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах бакалаврской подготовки: «Объемные гидромашины», «Гидроаппаратура», «Гидравлические приводы и системы автоматики», «Пневматические системы и устройства», а также на дисциплине магистерской программы «Основы научных исследований и проектирования гидравлических и пневматических систем и агрегатов».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплин «Динамика и регулирование автоматизированных гидро- и пневмосистем», «Надежность и диагностика гидравлического оборудования и систем», а также при выполнении магистерской диссертации.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
- устройство, принцип действия и характеристики современных электрогидравлических систем регулирования (ПК-13);
- устройство, принцип действия, сравнительные характеристики современных типов электрогидравлических усилителей мощности, используемых в системах управления (ПК-2, ПК-10);
- отличительные особенности распределителей с пропорциональным электрическим управлением (пропорциональная гидравлика) по сравнению с электрогидравлическими усилителями мощности (сервогидравлика) (ПК-2, ПК-10);
- структуру пневматических систем автоматического регулирования (ПК-13).
Уметь:
- формировать обоснованные технические задания на разработку новых конкурентоспособных автоматизированных гидропневматических систем регулирования (ПК-23, ПК-13);
- разрабатывать рациональную электрогидравлическую систему регулирования, рассчитывать основные параметры и выбрать оборудование на заданные технические условия (ПК-10);
- самостоятельно разбираться в принципе действия, способах и средствах регулирования новейших автоматизированных гидравлических приводов и применять их в рамках своей профессиональной деятельности (ПК-2, ПК-13);
- разрабатывать математические модели рабочих процессов устройств и систем гидропневмоавтоматики, рассчитывать и анализировать основные параметры и характеристики гидравлического следящего привода (ПК-9, ПК-16);
- использовать инновационные теоретические и практические знания для совершенствования гидроприводов и систем гидропневмоавтоматики (ПК-2).
Владеть:
- методами обеспечения качественных показателей электрогидравлических следящих приводов (ПК-13, ПК-16);
- методами анализа различных вариантов, поиском и выработкой компромиссных решений при проектировании автоматизированных гидравлических приводов и систем гидропневмоавтоматики (ПК-10, ПК-13);
- совершенствованием гидравлических систем автоматического регулирования с использованием передовых знаний в области электрических и гидравлических способов регулирования (ПК-2).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.
| № п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
| лк | пр | лаб | сам. | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | Гидравлические следящие приводы | 13 | 1 | 10 | | - | 3 | Контрольный опрос |
| 2 | Золотниковые дросселирующие распределители | 11 | 1 | 6 | | 2 | 3 | Защита лабораторной работы |
| 3 | Электрогидравлические следящие приводы | 11 | 1 | 6 | | 2 | 3 | Защита лабораторной работы |
| 4 | Струйные гидроусилители | 8 | 1 | 4 | | - | 4 | Контрольный опрос |
| 5 | Электрогидравлические шаговые приводы | 6 | 1 | 2 | | - | 4 | Контрольный опрос |
| 6 | Пропорциональная гидравлика | 12 | 1 | 2 | | 6 | 4 | Защита лабораторных работ |
| 7 | Источники энергопитания гидроприводов | 10 | 1 | 4 | | 2 | 4 | Контрольный опрос |
| 8 | Пневматические системы автоматического регулирования | 10 | 1 | 2 | | 6 | 2 | Защита лабораторных работ |
| | Зачет | 3 | 1 | -- | -- | -- | 3 | Устный |
| | Экзамен | 24 | 1 | | | | 24 | |
| | Итого: | 108 | | 36 | | 18 | 54 | |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции
1. Гидравлические следящие приводы
Гидропривод как современное техническое средство автоматизации. Функциональная структура системы управления (СУ). Гидропривод (ГП) как исполнительная подсистема СУ. Укрупненное структурное представление ГП. Понятие управляющей, энергетической и исполнительной подсистем ГП. Показатели работоспособности (ПР) и качества (ПК). Взаимосвязь и подчиненность ПР и ПК отдельных подсистем в целом. Сравнительный анализ гидравлического, пневматического и электрического привода. Классификация регулируемых ГП по задаче управления.
Обобщенная структура гидравлического следящего привода (ГСП). Технические подсистемы ГСП. ГСП с четырех-, двух- и однощелевыми дросселирующими распределителями. Принцип действия. Математические модели. Образование ошибки регулирования и зоны нечувствительности. Скоростная и нагрузочная составляющая ошибки регулирования. Влияние подводимого давления, рабочей площади гидроцилиндра, длины рабочей щели золотника, числа рабочих щелей и величины начального открытия рабочих щелей золотника на точность и чувствительность ГСП. Статические характеристики ГСП: нагрузочная, регулировочные по расходу и перепаду давления в полостях гидродвигателя. Области применения и примеры схем ГСП в системах управления.
Методика расчета параметров ГСП при заданных допустимых значениях ошибки регулирования и зоны нечувствительности в установившемся режиме работы привода.
2. Золотниковые дросселирующие распределители
Дросселирующие золотниковые распределители. Классификация. Основные конструктивные схемы цилиндрических и плоских золотниковых распределителей. Геометрия рабочих щелей. Требования, предъявляемые к точности изготовления дросселирующих распределителей. Течение жидкости через рабочие щели. Экспериментальные и теоретические регулировочные характеристики по расходу. Аппроксимирующие характеристики. Расходно-перепадная характеристика и способы ее линеаризации. КПД дросселирующего распределителя. Силы, действующие на золотники распределителей: силы контактного и вязкого трения, облитерационные усилия и гидравлические. Механизм образования радиальной гидравлической силы, ее вредное влияние и способы уменьшения. Осевая составляющая гидродинамической силы. Механизм образования, методы учета и способы компенсации.
Расчет конструктивных параметров цилиндрических золотниковых дросселирующих распределителей.
3. Электрогидравлические следящие приводы
Электрогидравлические следящие приводы с дроссельным регулированием. Структурная схема. Основные особенности и области применения. Классификация электрогидравлических усилителей (ЭГУ). Однокаскадные и двухкаскадные ЭГУ. Двухкаскадные ЭГУ с синхронизирующими пружинами, гидравлической, механической и электрической обратными связями (устройство, принцип действия, математические модели и особенности характеристик). Использование обратных связей для улучшения динамических характеристик. Применение трехкаскадных ЭГУ. Расчет электрогидравлических усилителей следящих приводов. Повышение эффективности гидроприводов с дроссельным регулированием.
Электрогидравлические следящие приводы с машинным регулированием. Структурные схемы. Выбор системы подпитки гидропривода с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости. Линейные математические модели. Диапазон регулирования скорости в гидроприводах при изменении рабочих объемов насосов и гидромоторов. Области применения.
4. Струйные гидроусилители
Гидроусилители первого каскада ЭГУ. Предъявляемые к ним требования. Преимущества струйных усилителей. Принципиальные схемы усилителей с соплом-заслонкой. Характер течения рабочей жидкости. Определение силового воздействия струи на заслонку. Выбор основных конструктивных размеров гидроусилителей. Регулировочные характеристики по расходу и перепаду давления. Обобщенные статические характеристики. Линеаризация расходно-перепадной характеристики. Потери энергии и КПД усилителей с соплом-заслонкой. Расчет силы, действующей на заслонку. Гидроусилители со струйной трубкой. Характер течения жидкости и выбор основных конструктивных размеров. Статические характеристики. Вибрация струйной трубки и способы ее уменьшения. Струйные усилители с механическим отклонением струи. Особенности полнопоточных струйно-дроссельных распределителей.
5. Электрогидравлические шаговые приводы
Назначение электрогидравлических шаговых приводов (ЭГШП). Структурная схема, устройство и принцип действия ротационного ЭГШП. Угловая дискрета привода. Преимущества, недостатки и области применения. Выбор передаточного отношения редуктора. Точность и наибольшая скорость перемещения выходного звена привода. Линейные электрогидравлические шаговые приводы. Способы реализации внутренней обратной связи. Электронный способ деления дискреты шагового двигателя. Управление ЭГШП от свободно программируемых контроллеров. Номенклатура ЭГШП.
6. Пропорциональная гидравлика
Гидроприводы с пропорциональным электрическим управлением – гибридная технология, объединяющая гидравлический способ передачи энергии и электронное управление. Назначение. Технико-экономические показатели. Основные компоненты.
Пропорциональные электромагниты. Требования к статической характеристике. Применение обратной связи по положению якоря электромагнита для повышения точности отработки входных сигналов. Электронные блоки управления и их функциональное назначение. Порядок прохождения сигналов управления. Применение широтно- импульсной модуляции входного сигнала.
Гидравлические аппараты с пропорциональным электрическим управлением. Конструктивные схемы, принцип действия, математические модели, статические характеристики, показатели качества предохранительного клапана, двухлинейного регулятора расхода и пропорционального распределителя. Особенности пропорциональных распределителей в сравнении с дросселирующими(серво) распределителями. Устранение зоны нечувствительности из-за наличия перекрытий рабочих проходных сечений в исходных положениях золотников. Форма рабочих проходных сечений. Реализация плавных движений гидродвигателей с помощью настройки рамп сигналов управления. Пропорциональный распределитель с клапаном постоянной разности давлений на рабочих щелях. Реализация функции трёхлинейного регулятора расхода. Примеры применения аппаратов с пропорциональным электрическим управлением.
Использование свободно-программируемых контроллеров и персональных ЭВМ в управлении гидроприводами.
7. Источники энергопитания гидроприводов
Источники подачи рабочей жидкости в ГП. Насосные установки (НУ) и станции. Функциональное назначение и требования, предъявляемые к ним. Гидравлические баки НУ: функциональные элементы, конструктивные особенности, расчет минимально необходимой вместимости гидробака. Тепловые условия работы гидроприводов. Применение воздушных, водяных и криогенных теплообменников. Тепловой расчет гидропривода. Расчет и выбор основных параметров теплообменников. Гидравлические аккумуляторы: функциональное назначение, конструктивные схемы, физические процессы, расчет основных параметров. Насосно-аккумуляторный гидропривод. Кондиционирование рабочей жидкости. Очистка рабочей жидкости. Основные виды фильтров и схемы их установки в НУ.
Принципиальные схемы НУ: с одним или несколькими насосами постоянной подачи, с двумя насосами, соединенными разделительной панелью, с насосом, регулируемым по давлению, с электрогидравлическими механизмами управления подачей насоса, с регулированием подачи насосов за счет изменения частоты вращения приводного двигателя. Технико-экономическая эффективность применения различных видов НУ.
Автоматическое регулирование подачи насосов в режиме постоянной мощности: принцип действия и структура регуляторов мощности прямого и непрямого действия, математическое описание и расчет регуляторов.
8. Пневматические системы автоматического управления
Структура пневматических систем автоматического управления. Энергетическая, информационная, логико-вычислительная и исполнительная подсистемы. Типовые схемы пневмоавтоматики и электропневмоавтоматики: прямое и непрямое управление, регулирование скорости, реализация логических функций «и» и «или» на входных сигналах, системы управления по времени и давлению, реверсирование с помощью конечных выключателей, бесконтактных датчиков положения и реле давления, отключение сигналов, системы с продолжительным циклом работы, применение тактовых модулей. Устройства электропневмоавтоматики.
4.2.2. Практические занятия
Практические занятия учебным планом не предусмотрены.
4.3. Лабораторные работы
№ 1. Характеристики четырехщелевого дросселирующего распределителя.
№ 2. Статические характеристики электрогидравлического следящего гидропривода.
№ 3. Тепловой режим работы насосной установки постоянной подачи.
№ 4,5. Автоматизированные гидросистемы с пропорциональным электрическим управлением.
№ 6,7. Разработка и реализация на физических моделях электрогидравлических систем управления типовыми технологическими процессами.
№ 8,9. Разработка и реализация на физических моделях электропневматических систем управления типовыми технологическими процессами.
№ 10. Реализация на физической модели гидропривода с управлением от свободно-программируемого контроллера
4.4. Расчетные задания
Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.
4.5. Курсовой проект
Разработка гидропривода конкретной машины или установки (станок, робот, летательный аппарат, мобильная машина, технологическое оборудование и т.п.). В объем проекта входит: формирование технического задания, составление функциональной схемы; разработка принципиальной гидравлической схемы; составление циклограммы работы гидропривода; расчет параметров и выбор гидродвигателей, насосной установки, гидроаппаратуры, трубопроводов и др., тепловой расчет гидропривода; разработка конструкции одного из устройств гидропривода и чертежей одной – двух её деталей.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и рисунков в виде слайдов и на электронных носителях. Студентам выдаются раздаточные материалы с используемыми рисунками и гидравлическими схемами в электронном виде.
Лабораторные работы выполняются на учебных стендах фирмы «Фесто», позволяющих вести самостоятельный монтаж и наладку заданных или разрабатываемых гидравлических и пневматических систем, а также на оригинальных стендах промышленных гидроприводов. Студентам демонстрируется компьютерная программа, позволяющая проводить проверку функционирования гидро- и пневмосистем с механическим и электрическим управлением по обеспечению выполнения заданной циклограммы работы оборудования.
Самостоятельная работа включает подготовку к лекционным занятиям, изучение дополнительных вопросов, подготовку к контрольным опросам, подготовку к выполнению лабораторных работ и оформление отчетов по ним, подготовку к зачету.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются: два контрольных опроса и защита каждой выполненной лабораторной работы.
Аттестация по дисциплине – зачет.
Оценка за зачет определяется как среднеарифметическая оценок за: а) защиты лабораторных работ, б) ответы на контрольных опросах и в) ответы на вопросы по курсу лекций.
Оценка за освоение дисциплины, выносимая в приложение к диплому, определяется как оценка за экзамен.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. Попов Д.Н. Механика гидро- и пневмоприводов. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.
2. Казмиренко В.Ф. Электрогидравлические мехатронные модули движения. – М.: Радио и связь, 2001.
3. Свешников В.К. Станочные гидроприводы. Справочник. – М.: Машиностроение, 2008.
б) дополнительная литература:
- Математические модели систем пневмоавтоматики. Ю.Л. Арзуманов, Е.М. Халатов, В.И. Чекмазов, К.П. Чуканов. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.
- Редько П.Г. Повышение безотказности и улучшение характеристик электро-гидравлических следящих приводов. ИЦ МГТУ «Станкин», 2002.
- Фомичев В.М. Проектирование электрогидравлических усилителей следящих приводов. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.
4. Гойдо М.Е. Проектирование объемных гидроприводов. – М.: Машиностроение, 2009.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
- Компьютерная программа «Fluid Sim-Н» и «Fluid Sim-Р»» фирмы «Фесто».
- Интернет-ресурсы: www.boschrexroth.ru, www.hydrapac.com, www.atos.com, www.hydac.com, www.gsktb.com, www.hydrav.ru, www.vickers.spb.ru.
б) другие:
Интерактивное пособие и видео материалы фирмы «Фесто».
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, слайдов, желательно с интерактивной доской. Для проведения лабораторных работ рекомендуется использовать учебные стенды фирмы «Фесто» или др. фирм, свободно-программируемый контроллер, а также учебные стенды отечественных производителей. При чтении лекций и проведении лабораторных работ должны использоваться натуральные образцы гидравлических устройств и их элементов.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 141100 «Энергетическое машиностроение» и магистерской программе "Исследование и проектирование автоматизированных гидравлических и пневматических систем, машин и агрегатов".
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к.т.н., профессор Голубев В.И.
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой гидромеханики и гидравлических машин им. В.С. Квятковского
к.т.н., доцент Грибков А.М.