Гидравлика и гидропневмопривод

УДК 62-82(075.8) 
ББК 30.123:34.447 
         H62 
 
Рецензенты: 
кафедра «Автомобили» Московского государственного  
технического университета «МАМИ»  
(заведующий кафедрой канд. техн. наук, доц. П.А. Красавин); 
д-р техн. наук, проф. А.Н. Нарбут; 
д-р техн. наук, проф. Г.О. Котиев 
 
 
Никитин О. Ф. 
Гидравлика 
и 
гидропневмопривод : 
учеб. 
пособие /  
О. Ф. Никитин. – 2-е изд., испр. и доп. – М. : Изд-во МГТУ  
им. Н. Э. Баумана, 2012.  – 430, [2] с. : ил. 
 
ISBN 978-5-7038-3591-3 
 
Рассмотрены механика жидкости и газа, теория гидравлического и пневматического приводов. Приведены расчеты основных параметров и общие 
сведения по составлению схем гидроустройств и гидроприводов. 
Учебное пособие состоит из двух частей. Первая часть посвящена теоретическим основам статики и кинематики жидкости, расчетам трубопроводов и силового воздействия потока жидкости на ограничивающие его 
преграды. Во второй части рассмотрены рабочие схемы и характеристики 
объемных нерегулируемых и регулируемых гидроприводов и их устройство, а также лопастные насосы и турбины, гидродинамические передачи и 
пневматический привод. Приведены решения типовых задач. 
Второе издание (первое вышло в 2010 г.) дополнено контрольными 
вопросами по каждой главе, позволяющими оценить уровень усвоения 
предлагаемого учебного материала. 
Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций «Гидравлика 
и гидропневмопривод», читаемому автором в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Для студентов специальности «Многоцелевые гусеничные и колесные 
машины», может быть полезно студентам других специальностей, изучающим дисциплины «Гидравлика», «Механика жидкости и газа», «Техническая гидромеханика» и «Объемный гидропривод». 
             
                                                                                           УДК 62-82(075.8) 
                                                                                              ББК 30.123:34.447 

© Никитин О.Ф., 2010 
© Никитин О.Ф., 2012, с изменениями 
© Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3591-3                                МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012 

Н62 

Развитие гидравлики как науки 

3 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций 
«Гидравлика и гидропневмопривод» и предназначено студентам, 
обучающимся по специальности «Многоцелевые гусеничные и 
колесные машины». Цель пособия – подготовить студентов к изучению специальных дисциплин направления «Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы». 
Настоящее пособие позволяет студентам освоить теорию и выработать навыки применения теоретических сведений к решению 
конкретных задач и, следовательно, научиться проводить гидравлические расчеты. Первая часть «Гидравлика» посвящена основам статики и кинематики жидкости (гл. 1, 2), расчетам трубопроводов  
(гл. 3) и силового воздействия потока жидкости на ограничивающие 
его преграды (гл. 4); содержит краткие теоретические сведения, базирующиеся на положениях теоретической механики с применением 
дифференциальных уравнений движения жидкости, теоремы о количестве движения и методов подобия и размерностей.  
Вторая часть «Гидропневмопривод» включает в себя материалы по гидравлическому и пневматическому приводам. Рассмотрены объемный гидропривод и его элементы, принципы действия, 
конструктивные схемы, параметры и характеристики объемных 
гидравлических агрегатов и устройств, на базе которых построены 
современные объемные гидроприводы, а также различные способы регулирования скорости движения выходных звеньев гидроприводов; приведены их рабочие характеристики (гл. 5–8). 
Глава 9 посвящена изучению гидродинамических агрегатов и 
передач (описаны принципы действия, конструктивные схемы, 
параметры и рабочие характеристики). 
Особенности конструкции и рабочего процесса пневматических агрегатов и устройств, обусловленные специфическими свойствами газа как рабочего тела, описаны в гл. 10. Приведены примеры использования пневмоприводов в транспортных машинах, а 
также пневмосистем в технологических процессах. 

 

Ч. I. Гидравлика 

4 

Каждая глава содержит примеры решения конкретных типовых 
задач. 
Второе издание дополнено контрольными вопросами по каждой из десяти глав, позволяющими оценить уровень усвоения 
предлагаемого учебного материала. 
Объем и порядок изложения материала представлены в соответствии с требованиями Государственного образовательного 
стандарта и программой Министерства образования и науки Российской Федерации для указанного направления подготовки дипломированного специалиста. 
Автор признателен рецензентам и ведущим преподавателям 
кафедры «Гидромеханика, гидромашины и гидропневмоавтоматика» МГТУ им. Н.Э. Баумана за внимательное прочтение рукописи 
и высказанные пожелания. 
Автор с благодарностью примет и учтет предложения и замечания по изложенным вопросам, присланные по адресу: 105005, 
Москва, 2-я Бауманская ул., 5. МГТУ им. Н.Э. Баумана; кафедра 
Э-10. E-mail: e10 bmstu@rambler.ru 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Развитие гидравлики как науки 

5 

Часть I 

ГИДРАВЛИКА 
 
 
Всякий раз, когда имеешь дело с водой, 
прежде всего обратись к опыту, а потом 
уже рассуждай.  

Леонардо да Винчи 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

Ч. I. Гидравлика 

6 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

Развитие гидравлики как науки 

7 

КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК  
РАЗВИТИЯ ГИДРАВЛИКИ КАК НАУКИ 

Развитие гидравлики как науки исторически обусловлено и 
тесно связано с использованием человеческим обществом такого 
элемента природы, как вода. Зачаточные, несистематические знания некоторых вопросов гидравлики, по всей вероятности, возникли еще в доисторические времена, однако до нас дошли сведения 
лишь о более поздних открытиях. 
Термин «гидравлика» впервые появился в Древней Греции и 
первоначально обозначал «искусство сооружения музыкальных 
инструментов типа органов, использующих вертикальные трубы, 
частично заполненные водой». Этимология термина связана с 
двумя греческими словами: υδωρ – вода и   αὐλος – труба, желоб, 
что свидетельствует о важности вопросов, относящихся к движению жидкостей по трубам. Вначале этот термин охватывал только 
учение о движении воды по трубам. В настоящее время различные 
гидравлические устройства, основанные на использовании гидравлических законов, применяют почти во всех областях техники. 

Фундамент гидравлики как прикладной науки закладывался в 

античные времена. Первым научным трудом в области гидравлики 
считают трактат Архимеда (287–212 до н.э.)  «О плавающих телах», написанный за 250 лет до н.э. В Древнем Риме строились 
сложные для того времени гидротехнические сооружения: акведуки, системы водоснабжения и т.п. В своих сочинениях римский 
инженер-строитель Фронтин (40–103 г. н.э.) указывает, что во 
времена Траяна в Риме было 9 водопроводов, а общая длина водопроводных линий составляла 436 км. Можно полагать, что римляне имели понятие о живом сечении и неразрывности потока воды, о сопротивлении движению жидкости в трубах. Например, 
Фронтин писал, что количество воды, поступившей в трубу, должно равняться количеству воды, вытекающей из нее.  
В период средневековья гидравлика как наука не развивалась. 
Это было вполне закономерно, так как эпоха феодализма с ее 
натуральным хозяйством и отсутствием развитой промышленно
 

Ч. I. Гидравлика 

8 

сти не ставила перед гидравликой никаких задач, требующих разрешения. 
В эпоху Возрождения начался новый период расцвета науки и 
искусства, были заложены основы экспериментальной гидравлики. 
Становление гидравлики как науки неразрывно связывают с 
именем гениального итальянского живописца, скульптора, ученого 
Леонардо да Винчи (1452–1519), который вел свои научные (экспериментальные и теоретические) исследования в различных областях: в частности истечение жидкости через отверстия и водосливы, 
образование водоворотных зон и другие вопросы. Изучая сохранившиеся 7 тыс. страниц его рукописей, хранящихся в библиотеках 
Лондона, Виндзора, Парижа, Милана и Турина, справедливо будет 
причислить Леонардо да Винчи к основоположникам механики 
жидкости, явившейся фундаментом гидравлики как науки. Леонардо да Винчи обладал обширнейшими достижениями в живописи, 
музыке, скульптуре, физике, анатомии, биологии, архитектуре и 
строительстве. Многие труды великого Леонардо стали известны 
сравнительно недавно. В конце XV в. Леонардо да Винчи написал 
труд «О движении воды и измерении воды в речных сооружениях», 
обобщил собственные лабораторные эксперименты, отдельные элементы знаний по гидравлике,  сделал попытку связать гидравлические закономерности с общетехническими принципами. Хотя этот 
труд был опубликован лишь через 400 с лишним лет после его создания, существуют обоснованные предположения, что рукопись 
Леонардо да Винчи была известна ученым С. Стевину, Г. Галилею, 
Э. Торричелли, Б. Паскалю. 
Голландский инженер и математик Симон Стевин (1548–1620) 
в 1585 г. опубликовал книгу «Начала гидростатики», в которой 
описал правила определения силы давления, действующей на 
плоскую фигуру – дно и стенки сосудов. Он также впервые объяснил гидростатический парадокс. 
Великий итальянский физик Галилео Галилей (1564–1642) 
опубликовал трактат «Рассуждение о телах, пребывающих в воде, 
и о тех, которые в ней движутся» (1612), где рассмотрел основные 
законы плавания тел. Он также отметил, что сила гидравлического 
сопротивления увеличивается с повышением скорости движущегося в жидкости твердого тела и плотности жидкой среды. 
Бенедетто Кастелли (1577–1644), преподаватель математики в 
Пизе и Риме, четко изложил принцип неразрывности движения 
жидкости (уравнение расхода). 

Развитие гидравлики как науки 

9 

Ученик Галилея Эванджелист Торричелли (1608–1647), выдающийся математик и физик, в 1643 г. изобрел ртутный барометр и 
получил формулу для истечения жидкости через отверстия в сосуде с использованием закона подобия, а также впервые исследовал 
движение невязкой жидкости из резервуаров через отверстия. 
В 1650 г. французский ученый Блез Паскаль (1623–1662) опубликовал в трактате «О равновесии жидкостей» основной закон 
гидростатики о независимости значения гидростатического давления от ориентировки поверхности в рассматриваемой точке и закон о передаче давлений в жидкостях. Он же показал возможность 
использования различных жидкостей для измерения атмосферного 
давления, решил вопрос о природе вакуума. Прямым следствием 
этих открытий явилось появление большого числа простых гидравлических машин (гидравлические прессы, домкраты и т. п.). 
Гениальный английский ученый Исаак Ньютон (1643–1727)  
в труде «Математические начала натуральной философии» (1687) 
не только обосновал законы механики, но и привел приближенное 
описание закона внутреннего трения в жидкости, установил квадратичный закон сопротивления при обтекании тел в движущейся 
жидкости и закон динамического подобия, открыл явление уменьшения сечения струи при истечении через отверстие. Следует отметить, что основные законы равновесия и движения жидкости, 
несмотря на элементарные способы доказательства, не утратили 
своего значения и сейчас. 
В период с начала XVII до конца XVIII в. формируются теоретические основы механики жидкости и газа, гидравлика становится самостоятельной наукой. Ее основоположниками являются 
крупнейшие математики и механики XVIII в., члены Российской 
Академии наук Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765),  
Даниил Иванович Бернулли (1700–1782) и Леонард Павлович  
Эйлер (1707–1783). 
Научную базу современной гидравлики составляют общие законы физики, особенно теоретической механики, а также закон 
Ломоносова о сохранении материи и движения. Ломоносов в 
письме к Эйлеру в 1748 г. изложил принцип открытого им всеобщего закона сохранения материи и энергии, а в 1760 г. в диссертации «Рассуждение о твердости и жидкости тел» сформулировал 
законы сохранения вещества и энергии. Он также выполнил ряд 
работ по механике газа (тяга в дымоходной трубе) и прикладным 
вопросам механики жидкости. 

Ч. I. Гидравлика 

10 

В 1738 г. в Страсбурге была издана книга основоположника 
инженерной гидравлики Д.И. Бернулли «Гидродинамика, или записки о силах и движении жидкости», где он описал уравнение, 
служащее основой теоретических построений и практических расчетов в области гидравлики. Бернулли, который впервые ввел термин «гидромеханика», установил общую связь между давлением, 
нивелирной высотой и скоростью движения жидкости, выразив 
это как зависимость между удельными энергиями при движении 
жидкости (потенциальной и кинетической). В настоящее время эту 
зависимость называют уравнением Бернулли. Кроме того, он исследовал задачу о воздействии струи жидкости на пластинку. 
В основу важнейшего принципа гидравлики – принципа непрерывности Эйлера – положено представление о жидкости как о  
непрерывной среде (континууме), в которой происходит неограниченное деление ее материальных частичек. Согласно этому 
принципу, такие важные для гидравлических исследований величины, как плотность, давление, количество движения, кинетическая энергия и другие, можно описать функциональными зависимостями (дифференциальными уравнениями равновесия и движения идеальной жидкости), не имеющими в исследуемых объемах 
жидкости разрывов непрерывности. В трактате «Общие принципы 
движения жидкости» (1755) Эйлер представил вывод дифференциальных уравнений равновесия и движения идеальной жидкости и 
газа, указал некоторые интегралы этих уравнений и сформулировал закон сохранения массы применительно к жидкому телу, ввел 
понятие давления в точке объема жидкости, сформулировал закон 
изменения количества движения и момента количества движения 
жидких и газообразных сред, дал вывод уравнения сплошности 
потока жидкости (или постоянства расхода). Он также исследовал 
некоторые вопросы движения тел в жидкости и полученные результаты применил к практическим задачам судостроения и конструирования гидравлических машин. Перечисленные теоретические работы положили начало бурному развитию гидравлики. 
Зародившаяся в глубокой древности гидравлика оформляется в 
самостоятельную науку лишь в начале мануфактурного периода 
капитализма. Это нашло отражение в XVIII и XIX вв. в работах 
многих ученых и инженеров европейских стран: 
Д. Полени (1685–1761) изучал истечение жидкости через отверстия и водосливы; 
А. Пито (1695–1771) изобрел прибор для измерения скорости 
жидкости (трубка Пито);