《液压传动》课后答案(第2版可用).pdf 36页

'第1章思考题和习题解1.1液体传动有哪两种形式？它们的主要区别是什么？答：用液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式被称之为液体传动。按照其工作原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动，其中液压传动是利用在密封容器内液体的压力能来传递动力的；而液力传动则的利用液体的动能来传递动力的。1.2什么叫液压传动？液压传动所用的工作介质是什么？答：利用液体的压力能来传递动力的的传动方式被称之为液压传动。液压传动所用的工作介质是液体。1.3液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？答：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是液压系统的动力源。（2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作机构的工作要求。（3）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出力和速度（或转矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。（4）辅助装置：除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。（5）工作介质：工作介质指传动液体，在液压系统中通常使用液压油液作为工作介质。1.4液压传动的主要优缺点是什么？答：优点：（1）与电动机相比，在同等体积下，液压装置能产生出更大的动力，也就是说，在同等功率下，液压装置的体积小、重量轻、结构紧凑，即：它具有大的功率密度或力密度，力密度在这里指工作压力。（2）液压传动容易做到对速度的无级调节，而且调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行。（3）液压传动工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。（4）液压传动易于实现过载保护，能实现自润滑，使用寿命长。（5）液压传动易于实现自动化，可以很方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地和电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作。（6）液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。答：缺点：（1）由于液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格的传动比。（2）液压传动中有较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等），因此，传动效率相对低。（3）液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在较高或较低的温度下工作。第1页 （4）液压传动在出现故障时不易找出原因。1.5如题1.5图所示的液压千斤L顶，小柱塞直径d=10mm，行lF1F程S1=25mm，大柱塞直径D=250mm，重物产生的力F=502000N，手压杠杆比L：l=500：25，试求：（1）此时密封容积中的液体压力p是多少？（2）杠杆端施加力F1为多少时，才能举起重物？（3）在不计泄漏的情况题1.5图下，杠杆上下动作一次，重物的上升高度S是多少？2F2500006解：（1）p===25.4610×Pa=25.46MPaAπ−322⋅(5010)×46π−32（2）F=pA=25.4610×××(1010)×=2000N14l25F=F=2000×=100N1L500A1d2102（3）S=S=S()=25(×)=1mm211AD502答：密封容积中的液体压力p=25.46MPa，杠杆端施加力F1=100N，重物的上升高度S=1mm。2第2页 第2章思考题和习题解2.1液压油液的粘度有几种表示方法？它们各用什么符号表示？它们又各用什么单位？Ff答：（1）动力粘度η：动力粘度又称为绝对粘度，由式：η=确定。液体动力duAdy粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动或有流动趋势时，相接触的液层间单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的法定计量单位为Pa⋅s（N⋅s/m2）。（2）运动粘度ν：液体的动力粘度与其密度的比值被称为液体的运动粘度，即：ην=ρ液体的运动粘度没有明确的物理意义，但它在工程实际中经常用到。因为它的单位只有长度和时间的量纲，类似于运动学的量，所以被称为运动粘度。它的法定计量单位为m2/s，常用的单位为mm2/s。（3）相对粘度：相对粘度又称为条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的粘度。用相对粘度计测量出它的相对粘度后，再根据相应的关系式换算出运动粘度或动力粘度，以便于使用。我国采用恩氏度°E。相对粘度无量纲。2.2国家新标准规定的液压油液牌号是在多少温度下的哪种粘度的平均值？答：我国液压油的牌号是用它在温度为40℃时的运动粘度平均值来表示的。例如32号液压油，就是指这种油在40℃时的运动粘度平均值为32mm2/s。−32.3密闭容器内液压油的体积压缩系数κ为1.5×10/MPa，压力在1MPa时的容积为2L。求在压力升高到10MPa时液压油的容积为多少？解：根据体积压缩系数公式：1∆Vκ=−∆PV0可得：−96∆V=−κ⋅V∆p=−1.5×10×2×9×10=−0.027L则：压缩后油的容积为Vt=2−0.027=1.973L答：压缩后油的容积为1.973L2.4某液压油的运动粘度为68mm2/s，密度为900kg/m3，求其动力粘度和恩氏粘度各是多少？−6−2解：动力粘度：ηνρ==6890010××=6.1210×Pa⋅s恩氏粘度：由恩氏粘度与运动粘度间的换算关系式：⎛6.31⎞68=⎜7.31E°−⎟⎝°E⎠得：恩氏粘度：°E=9.4−2答：动力粘度η=6.1210×Pa⋅s，恩氏粘度°E=9.4。2.520℃时200mL蒸馏水从恩氏粘度计中流尽的时间为51s，如果200mL的某液压油在第3页 40℃时从恩氏粘度计中流尽的时间为232s，已知该液压油的密度为900kg/m3，求该液压油在40℃时的恩氏粘度、运动粘度和动力粘度各是多少？t2322解：恩氏粘度：°E===4.55t511运动粘度：⎛6.31⎞−6⎛6.31⎞−6−62ν=⎜7.31E�−⎟×10=⎜7.314.55×−⎟×10=31.8710×m/s⎝°E⎠⎝4.55⎠−6−2动力粘度：ηνρ==31.8710××900=2.8710×Pa⋅s答：恩氏粘度°E=4.55，运动粘度：ν=31.8710×−6m2/s，动力粘度η=2.8710×−2Pa⋅s。2.6液压油的选用应考虑几个方面？答：对液压油液的选用，首先应根据液压传动系统的工作环境和工作条件来选择合适的液压油液类型，然后再选择液压油液的粘度。2.7液压传动的介质污染原因主要来自哪几个方面？应该怎样控制介质的污染？答：液压油液被污染的原因是很复杂的，但大体上有以下几个方面：（1）残留物的污染：这主要指液压元件以及管道、油箱在制造、储存、运输、安装、维修过程中，带入的砂粒、铁屑、磨料、焊渣、锈片、棉纱和灰尘等，虽然经过清洗，但未清洗干净而残留下来的残留物所造成的液压油液污染。（2）侵入物的污染：液压传动装置工作环境中的污染物，例如空气、尘埃、水滴等通过一切可能的侵入点，如外露的活塞杆、油箱的通气孔和注油孔等侵入系统所造成的液压油液污染。（3）生成物的污染：这主要指液压传动系统在工作过程中所产生的金属微粒、密封材料磨损颗粒、涂料剥离片、水分、气泡及油液变质后的胶状物等所造成的液压油液污染。控制污染的方法主要有：（1）减少外来的污染：液压传动系统在装配前后必须严格清洗。组成液压系统的管件，用机械的方法除去残渣和表面氧化物，然后进行酸洗。液压传动系统在组装后要进行全面清洗，最好用系统工作时使用的油液清洗，特别是液压伺服系统最好要经过几次清洗来保证清洁。油箱要加空气滤清器，给油箱加油要用滤油机，对外露件应装防尘密封，并经常检查，定期更换。液压传动系统的维修，液压元件的更换、拆卸应在无尘区进行。（2）滤除系统产生的杂质：应在系统的相应部位安装适当精度的过滤器，并且要定期检查、清洗或更换滤芯。（3）控制液压油液的工作温度：液压油液的工作温度过高会加速其氧化变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限。所以要限制油液的最高使用温度。（4）定期检查更换液压油液：应根据液压设备使用说明书的要求和维护保养规程的有关规定，定期检查更换液压油液。更换液压油液时要清洗油箱，冲洗系统管道及液压元件。第4页 第3章思考题和习题解3.1什么叫压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的压力与外界负载有什么关系？答：液体在单位面积上所受的内法线方向的法向应力称为压力。压力有绝对压力和相对压力，绝对压力是以绝对真空为基准来度量的，而相对压力是以大气压为基准来进行度量的。F由公式p=可知液压系统中的压力是由外界负载决定的。A43.2如题3.2图中，液压缸直径D=150mm，柱塞直径d=100mm，负载F=5×10N。若不计液压油自重及活塞或缸体重量，试求图示两种情况下液压缸内的液体压力是多少？FFdDDd题3.2图2πd解：两种情况下柱塞有效作用面积相等，即：A=444F4×5×10则其压力：p===6.37MPaπd2(−3)2π×100×10答：在这两种情况下液体压力均等于6.37MPa。33.3如题3.3图所示的连通器内装两种液体，其中已知水的密度ρ1=1000kg/m，h1=60cm，h2=75cm，试求另一种液体的密度ρ2是多少？第5页 pPadρ1211"h1"h11ρ1题3.3图解：在1-1等压面上，有：ρgh+p=ρgh+p11a22aρh100060×则：ρ=11==800kg/m32h752答：另一种液体的密度ρ是800kg/m3。23.4解释下述概念：理想流体、定常流动、通流截面、流量、平均流速、层流、紊流和雷诺数。答：理想液体：既无粘性又不可压缩的假想液体。定常流动：流体流动时，流体中任何点处的压力、速度和密度都不随时间而变化，称这种流动为定常流动。通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。流量：在单位时间内流过某一通流截面的液体体积称为体积流量，简称流量。∫udAqA平均流速：流量与通流截面积的比值即为平均流速。υ==。AA层流：液体质点互不干扰、液体的流动呈线状或层状、且平行于管道轴线。紊流：液体质点的运动杂乱无章，除了平行于管道轴线的运动外，还存在剧烈的横向运动。雷诺数：由平均流速υ、管径d和液体的运动粘度ν三个参数组成的无量纲数用来表明液体的流动状态。3.5说明连续性方程的本质是什么？它的物理意义是什么？答：连续性方程的本质是质量守恒定律。它的物理意义是单位时间流入、流出的质量流量的差等于体积V中液体质量的变化率。3.6说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程有什么区别？答：伯努利方程表明了流动液体的能量守恒定律。实际液体的伯努利方程比理想液体伯努利方程多了一项损耗的能量h和比动能项中的动能修正系数。w2pυ理想液体伯努利方程：z++=constρg2g第6页 22pαυpαυ111222实际液体伯努利方程：z++=z+++h12wρg2gρg2g3.7如题3.7图中所示的压力阀，当p1=6MPa时，液压阀动作。若d1=10mm，d2=15mm，p2=0.5MPa，试求：（1）弹簧的预压力Fs；（2）当弹簧刚度k=10N/mm时的弹簧预压缩量x0。题3.7图π2π2解：（1）F+pd=pds211144π26π2−6F=(p−p)d=(6−0.5)×10××10×10=431.75（N）≈432（N）s12144F431.75s（2）x====0.043（m）=43（mm）03k1010×答：弹簧的预压力Fs为432N，预压缩量x为43mm。03.8压力表校正装置原理如题3.8图所示，已知活塞直径d=10mm，丝杆导程S=23mm，装置内油液的体积弹性模量K=1.2×10MPa。当压力为1个大气压（pa≈0.1MPa）时，装置内油液的体积为200mL。若要在装置内形成21MPa压力，试求手轮要转多少转？题3.8图第7页 11∆V∆⋅pV0解：由：=−.得：∆V=−K∆pVK0∆⋅pV0∆VK4∆⋅pV0则：∆=L==ππ2A2Kdd46−6∆L4∆p⋅V4×(21−0.1)×10×200×100因此：n====22.1929−3−3SπKdSπ×1.2×10×(10×10)×2×10答：手轮要转22.19转。3.9如题3.9图所示，液压泵的流量q=25L/min，吸油管直径d=25mm，泵口比油箱液面高出400mm。如果只考虑吸油管中的沿程压力损失∆p，当用32号液压油，并且沿3油温为40℃时，液压油的密度ρ=900kg/m。试求油泵吸油口处的真空度是多少？解：吸油管路中液压油的流速：−3q4q2510×υ====0.849m/s2-32Aπd60××π（2510）×−3υd0.8492510××雷诺数：R===663<2320e−6ν3210×吸油管路中液压油的流动为层流。在吸油管路1—1截面（液面）和2—2截面（泵吸油口处）列写伯努利方程：22pαυpαυ111222z++=z+++h12wρg2gρg2g式中：z=0，p=0，υ=0（因为υ≪υ）。11112ρ2则：p=−(ρgz+αυ+∆p)22222其中：ρ=900kg/m3，z=0.4m，α=2，υ=0.849m/s，22222lρυ750.4900(0.849)×∆=pλ==587Pa−3d2Re2510×2将已知数据代入后得：p=−(3528648.27587)++=−4764Pa2答：液压泵吸油口真空度为0.004764MPa。3.10如题3.10图所示，液压泵从一个大容积的油池中抽吸润滑油，流量为q=1.2L/s，3油液的粘度°E=40，密度ρ=900kg/m，假设液压油的空气分离压为2.8m水柱，吸油管长度l=10m，直径d=40mm，如果只考虑管中的摩擦损失，求液压泵在油箱液面以上的最大允许安装高度是多少？解：运动粘度：�6.31−66.31−6−42ν=(7.31E−)10×＝(7.3140×−)10×=2.9210×m/s�E40−4动力粘度：η=ρν=900×2.92×10=0.263Pa⋅s第8页 −31.210×液压油的流速：υ=qA/==0.955m/s2π2−6×40×104υd0.95540.04×由于Re===130.8<2320−4ν2.9210×则液压油在管路中为层流，α=2。2只考虑沿程压力损失：1212p+ρgh+αvρ=p+ρgh+αvρ+∆p11112222沿2222lρυ7510900(0.955)×∆=pλ==0.588Pad2130.80.0425式中：υ=0（因为υ≪υ），p=2.8m水柱=0.2744×10Pa，112212p−p−ραv−∆p1222沿52p=p=1.013×10Pa，h=0，h=1012ρg525(1.0130.2744−)×10−0.590020.955×××−0.58810×h==1.615m29009.8×答：最大允许安装高度1.615m。题3.9图第9页 题3.10图第10页 第4章思考题和习题解4.1从能量的观点来看，液压泵和液压马达有什么区别和联系？从结构上来看，液压泵和液压马达又有什么区别和联系？答：从能量的观点来看，液压泵是将驱动电机的机械能转换成液压系统中的油液压力能，是液压传动系统的动力元件；而液压马达是将输入的压力能转换为机械能，输出扭矩和转速，是液压传动系统的执行元件。它们都是能量转换装置。从结构上来看，它们基本相同，都是靠密封容积的变化来工作的。4.2液压泵的工作压力取决于什么？液压泵的工作压力和额定压力有什么区别？答：液压泵的工作压力取决于负载，负载越大，工作压力越大。液压泵的工作压力是指在实际工作时输出油液的压力值，即液压泵出油口处的压力值，也称为系统压力。额定压力是指在保证泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下，泵连续运转时允许使用的压力限定值。4.3如题4.3图所示，已知液压泵的额定压力和额定流量，设管道内压力损失和液压缸、液压马达的摩擦损失忽略不计，而题图4.3（c）中的支路上装有节流小孔，试说明图示各种工况下液压泵出口处的工作压力值。题4.3图1⎛q⎞φF2πTn答：p=p=0，p=∆=p⎜⎟，p=，p=。abcdecAAV⎝T⎠M4.4如何计算液压泵的输出功率和输入功率？液压泵在工作过程中会产生哪两方面的能量损失？产生这些损失的原因是什么？答：液压泵的理论输入功率为P=ωT=2πnT，输出功率为P=Fυ=pAυ=pq。i0功率损失分为容积损失和机械损失。容积损失是因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩而造成的流量上的损失；机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。4.5试说明齿轮泵的困油现象及解决办法。第11页 答：齿轮泵要正常工作，齿轮的啮合系数必须大于1，于是总有两对齿轮同时啮合，并有一部分油液因困在两对轮齿形成的封闭油腔之内。当封闭容积减小时，被困油液受挤压而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热并使轴承等机件受到附加的不平衡负载作用；当封闭容积增大时，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵的困油现象。消除困油的办法，通常是在两端盖板上开卸荷槽。4.6齿轮泵压力的提高主要受哪些因素的影响？可以采取哪些措施来提高齿轮泵的工作压力？答：齿轮泵压力的提高主要受压力油的泄漏的影响。通常采用的方法是自动补偿端面间隙，其装置有浮动轴套式和弹性侧板式齿轮泵。4.7试说明叶片泵的工作原理。并比较说明双作用叶片泵和单作用叶片泵各有什么优缺点。答：叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子间便形成了一个个密封的工作腔。当转子旋转时叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生真空，于是通过吸油口和配油盘上窗口将油吸入。叶片往里缩进，密封腔的容积逐渐缩小，密封腔中的油液往配油盘另一窗口和压油口被压出而输到系统中去，这就是叶片泵的工作原理。双作用叶片泵结构复杂，吸油特性不太好，但径向力平衡；单作用叶片泵存在不平衡的径向力。4.8限压式变量叶片泵的限定压力和最大流量怎样调节？在调节时，叶片泵的压力流量曲线将怎样变化？答：调节弹簧预紧力可以调节限压式变量叶片泵的限定压力，这时BC段曲线左右平移；调节流量调节螺钉可以改变流量的大小，AB段曲线上下平移。qqtABA’B’C0pp’ppccmax4.9液压泵的额定流量为100L/min，液压泵的额定压力为2.5MPa，当转速为1450r/min时，机械效率为η=0.9。由实验测得，当液压泵的出口压力为零时，流量为106L/min；m压力为2.5MPa时，流量为100.7L/min，试求：（1）液压泵的容积效率η是多少？（2）V如果液压泵的转速下降到500r/min，在额定压力下工作时，估算液压泵的流量是多少？（3）计算在上述两种转速下液压泵的驱动功率是多少？第12页 q100.7解：（1）η===0.95vq106tn5001（2）q=Vnη=qη=×106×0.95=34.7L/min11vtvn1450（3）在第一种情况下：6−3P0tpqt2.5×10×106×103P====4.9×10Wiηη0.9×60mm在第二种情况下：6−3P0t1pqt12.5×10×34.7×103P====1.69×10Wi1ηη0.9×60×0.95mm答：液压泵的容积效率η为0.95，在液压泵转速为500r/min时，估算其流量为V34.7L/min，液压泵在第一种情况下的驱动功率为4.9×103W，在第二种情况下的驱动功率为1.69×103W。4.10某组合机床用双联叶片泵YB4/16×63，快速进、退时双泵供油，系统压力p=1MPa。工作进给时，大泵卸荷（设其压力为0），只有小泵供油，这时系统压力p=3MPa，液压泵效率η=0.8。试求：（1）所需电动机功率是多少？（2）如果采用一个q=20L/min的定量泵，所需的电动机功率又是多少？解：（1）快速时液压泵的输出功率为：6−3110××(1663)10+×P=pq==1316.7W011160工进时液压泵的输出功率为：6−3310××1610×P=pq==800W022260电动机的功率为：P011316.7P===1646W电η0.86−3pq3×10×20×10（2）电动机的功率为：P===1250W电η0.8×60答：所需电动机功率是1646W，如果采用一个q=20L/min的定量泵，所需的电动机功率是1250W。第13页 第5章思考题和习题5.1已知单杆液压缸缸筒直径D=100mm，活塞杆直径d=50mm，工作压力p=21MPa，流量为q=10L/min，回油背压力为P=0.5MPa，试求活塞往复运动时的推力和运2动速度。π22解：（1）无杆腔进油时：F=pA−pA=[(p−p)D+pd]111221224=π×⎡×6−×6×2+×6×2⎤4F1⎣(2100.510)0.10.5100.05⎦=1.08×10N4−3q1010×υ===0.021m/s1Aπ21×0.1×604π22（2）有杆腔进油时：F=pA−pA=[(p−p)D−pd]212211214=π×⎡×6−×6×2−×6×2⎤4F2⎣(2100.510)0.12100.05⎦=0.785×10N4−3q1010×υ===0.028m/s2Aπ222×(0.1−0.05)60×4答：当无杆腔进油时的活塞推力是1.08×104N，运动速度是0.021m/s；当有杆腔进油时活塞的推力是0.875×104N，运动速度是0.028m/s。5.2已知单杆液压缸缸筒直径D=50mm，活塞杆直径d=35mm，泵供油流量为q=10L/min，试求：（1）液压缸差动连接时的运动速度；（2）若缸在差动阶段所能克服的外负载F=1000N，缸内油液压力有多大（不计管内压力损失）？−3q1010×解：（1）υ===0.17m/sπ2π2d×0.035×6044F1000（2）p===1.04MPaπ2π2d×0.03544答：液压缸差动连接时的运动速度是0.17m/s；若缸在差动阶段所能克服的外负载F=1000N时，缸内油液压力是1.04MPa。5.3一柱塞缸柱塞固定，缸筒运动，压力油从空心柱塞中通入，压力为p，流量为q，缸筒直径为D，柱塞外径为d，内孔直径为d，试求柱塞缸所产生的推力F和运动速度υ。0π2qq4q解：F=pA=dp，υ===ππ24A2dd4π24q答：柱塞缸所产生的推力等于F=dp，运动速度等于υ=。24πd第14页 5.4如题5.4图所示的叶片泵，铭牌参数为q=18L/min，p=6.3MPa，设活塞直径D=90mm，活塞杆直径d=60mm，在不计压力损失且F=28000N时，试求在各图示情况下压力表的指示压力是多少？（p=2MPa）2题5.4图F28000解：（a）p===4.4MPaAπ2×0.0946π(22)28000+2×10××0.09−0.06F+p2A24（b）p===5.5MPaAπ2×0.094（c）p=p05.5如题5.5图所示的串联油缸，A和A为有效工作面积，F和F是两活塞杆的外负1212载，在不计损失的情况下，试求p，p，υ和υ各是多少？1212⎧F2p=⎪2⎧pA11=F1+pA21⎪A2qpqp解：由⎨，得⎨；υ1=，υ2=⎩pA=FFFAA222⎪p=1+2121⎪AA⎩12题5.5图5.6如题5.6图所示的并联油缸中，A=A，F>F，当油缸2的活塞运动时，试求1212第15页 υ1、υ2和液压泵的出口压力p各是多少？题5.6图解：已知：F1>F2，A1=A2，当油缸2动作时，而油缸1不运动，此时qpF2υ=，υ=0，p=21AA225.7设计一单杆活塞液压缸，要求快进时为差动连接，快进和快退（有杆腔进油）时的速度均为6m/min。工进时（无杆腔进油，非差动连接）可驱动的负载为F=25000N，回油背压力为0.25MPa，采用额定压力为6.3MPa、额定流量为25L/min的液压泵，试确定：（1）缸筒内径和活塞杆直径各是多少？（2）缸筒壁厚（缸筒材料选用无缝钢管）是多少？−34q4×25×10×60解：（1）活塞缸直径：d===0.073mπvπ×60×60−34q24×25×10×602缸筒直径：D=+d=+0.073=0.103mπvπ×60×62按国家标准规定，取活塞杆直径d=70mm，d=100mm。（2）p=6.3MPa≤16MPa，p=1.5P=1.56.39.45×=MPa，nynpDnyδ=，取n=5；材料取普通碳素钢Q235，则：2σb69.4510××0.15×σ=420MPa==5.625mmb6242010××第16页 第6章思考题和习题6.1现有一个二位三通阀和一个二位四通阀，如题6.1图所示，请通过堵塞阀口的办法将它们改为二位二通阀。问：（1）改为常开型的如何堵？（2）改为常闭型的如何堵？请画符号表示（应该指出：由于结构上的原因，一般二位四通阀的回油口O不可堵塞，改作二通阀后，原O口应作为泄油口单独接管引回油箱）。答：（1）二位四通阀；（2）改为常开（常通）型二位二通阀，堵住B口（但由于特殊结构O口不接）；（3）改为常闭（常断）型二位二通阀，堵住A口。ABPOAB堵住B口，但由于特殊结构O口不接POAB堵住A口PO（1）二位三通阀；（2）改为常开（常通）型二位二通阀，堵住B口；（3）改为常闭（常断）型二位二通阀，堵住A口。ABPAB堵住B口，即为常开PAB堵住A口，即为常开P6.2题6.2图中溢流阀的调定压力为5MPa，减压阀的调定压力为2.5MPa，设液压缸的2无杆腔面积A=50cm，液流通过单向阀和非工作状态下的减压阀时，其压力损失分别为0.2MPa和0.3MPa。求：当负载分别为0kN、7.5kN和30kN时，（1）液压缸能否移动？（2）A、B和C三点压力数值各为多少？解：F=0，液压缸快速空载运动，p=0，考虑到单向阀的压力损失，则c第17页 p=0.2MPa，考虑到非工作状态下的减压阀压力损失，p=0.5MPa。BA3F7.510×F=7.5kN，p===1.5MPaC−4A5010×考虑到单向阀的压力损失，则p=1.7MPa，小于减压阀的调定压力，考虑非工作状B态下的减压阀的压力损失，则3F3010×p=2.0MPa液压缸能运动；F=30kN，p===6MPaAC−4A5010×液压缸不能运动，单向阀不能打开，液压阀处于工作状态，p=2.5MPa，Bp=5MPa。A题图6.1题图6.26.3两腔面积相差很大的单杆活塞缸用二位四通阀换向。有杆腔进油时，无杆腔回油流量很大，为避免使用大通径二位四通阀，可用一个液控单向阀分流，请画回路图。缺答案！6.4用先导式溢流阀调节液压泵的压力，但不论如何调节手轮，压力表显示的泵压都很低。把阀拆下检查，看到各零件都完好无损，试分析液压泵压力低的原因；如果压力表显示的泵压都很高，试分析液压泵压力高的原因。（分析时参见先导式溢流阀工作原理图6.16）答：液压泵压力低的原因可能是阻尼孔被堵死，液压泵压力高的原因可能是先导阀被堵死。6.5如题6.5图所示的液压系统中，各溢流阀的调定压力分别为p=4MPa、ApB=3MPa和pC=2MPa。试求在系统的负载趋于无限大时，液压泵的工作压力是多少？答：（a）图中，三个溢流阀串联。当负载趋于无穷大时，则三个溢流阀都必须工作，则p=p+p+p=9MPa；泵ABC第18页 （b）图中，三个溢流阀并联。当负载趋于无穷大时，A必须工作，而A的溢流压力取决于远程调压阀B，B取决于C，所以p=p=2MPa。泵C6.6在题6.6图所示两阀组中，设两减压阀调定压力一大一小（pA>pB），并且所在支路有足够的负载。说明支路的出口压力取决于哪个减压阀？为什么？答：（a）图中，两个减压阀串联，且pA>pB，当负载趋于无穷大时，支路出口压力取决于B阀。因为调定压力低的B阀先工作，然后是调定压力高的A阀工作，故支路压力取决于调定压力低的B阀。（b）图中，两个减压阀并联，支路出口压力取决于A阀，当负载趋于无穷大时，出口压力达到pB时，B阀工作，而此时A阀阀口全开，由于A阀出口压力高于B阀出口压力，则B阀立刻关闭，当压力升高达到pA时，A阀工作，故支路压力取决于调定压力高的A阀。6.7在系统有足够负载的情况下，先导式溢流阀、减压阀及调速阀的进、出油口可否对调工作？若对调会出现什么现象？答：若是先导式溢流阀的进、出油口对调工作，则溢流阀不起溢流作用，液压泵的工作压力不能恒定，泵的压力将超过额定压力，泵将损坏；若是减压阀的进、出油口对调工作，则减压阀不起减压作用；若是调速阀的进、出油口对调工作，则调速阀不起调速作用。6.8在题图6.8所示的系统中，溢流阀的调定压力为4MPa，如果阀芯阻尼小孔造成的损失不计，试判断下列情况下压力表的读数是多少？（1）YA断电，负载为无穷大；（2）YA断电，负载压力为2MPa；（3）YA通电；负载压力为2MPa。答：（1）YA断电，负载为无穷大时，压力表的读数pA=4MPa；（2）YA断电，负载压力为2MPa时，pA=2MPa；（3）YA通电；负载压力为2MPa时，pA=0。6.9如题6.9图所示，顺序阀的调整压力为pA=3MPa，溢流阀的调整压力为p=5MPa，试求在下列情况下A、B点的压力是多少？（1）液压缸运动时，负载压力yp=4MPa；（2）负载压力p=1MPa；（3）活塞运动到右端时。LL答：（1）液压缸运动pL=4MPa时，则pA=pB=4MPa；（2）pL=1MPa时，则pA=1MPa，pB=3MPa；（3）活塞运动到右端时，则pA=pB=5MPa。第19页 题图6.5题图6.6题图6.8题图6.9第20页 第7章思考题和习题解7.1某气囊式蓄能器用作动力源，容量为3L，充气压力p=3.2MPa。系统最高和0最低工作压力分别为7MPa和4MPa。试求蓄能器能够输出的油液体积。解：因蓄能器作动力源使用，n=1.41111⎡⎛1⎞n⎛1⎞n⎤⎡⎛3.2⎞1.4⎛3.2⎞1.4⎤∆=1/n⎢−⎥=×⎢−⎥=VVp00⎜⎟⎜⎟3⎜⎟⎜⎟0.84L⎢⎝p⎠⎝p⎠⎥⎢⎝4⎠⎝7⎠⎥⎣21⎦⎣⎦答：蓄能器能够输出的油液体积是0.84L。7.2液压系统最高和最低工作压力各是7MPa和5.6MPa。其执行元件每隔30s需要供油一次，每次输油1L，时间为0.5s。若用液压泵供油，该泵应有多大流量？若改用气囊式蓄能器（充气压力为5MPa）完成此工作，则蓄能器应有多大容量？向蓄能器充液的泵应有多大流量？1解：q=×60120=L/min；泵0.51n1⎛p⎞⎛5.6⎞1.42∆V⎜⎟1×⎜⎟⎝p0⎠⎝5⎠n=1.4，V===7.36L；011n5.61.4⎛p⎞⎛⎞1−⎜2⎟1−⎜⎟⎝p⎠⎝7⎠11q=×60=2L/min蓄30答：若用液压泵供油，该泵的流量是120L/min；若改用气囊式蓄能器（充气压力为5MPa）完成此工作，则蓄能器的容量是7.36L，向蓄能器充液的泵的流量是2L/min。7.3一单杆缸，活塞直径D=10cm，活塞杆直径d=5.6cm，行程L=50cm。现从有杆2腔进油，无杆腔回油。问由于活塞的移动使有效底面积为2000cm的油箱液面高度发生多大变化？π2π22π2DL−(D−d)L×5.6×50444解：H===6mmA2000答：活塞移动50mm行程时，油箱液面升高6mm。7.4有一液压泵向系统供油，工作压力为6.3MPa，流量为40L/min，试选定供油管尺寸。q解：选用钢管供油，d=2，πv−34010×取υ=3m/s，d=2≈17mm，π×603×第21页 pdnδ=，取n=8，材料取普通碳素钢Q235，σ=420MPa，b2σb66.310××0.0178×则δ=≈1.02mm6242010××答：油管尺寸d=17mm，δ=1.02mm第22页 第8章思考题和习题8.1如题8.1图所示，液压泵输出流量qp=10L/min，液压缸无杆腔面积A1=5022cm，液压缸有杆腔面积A2=25cm。溢流阀的调定压力py=2.4MPa，负载F=103kN。节流阀口视为薄壁孔，流量系数C=0.62。油液密度ρ=900kg/m。试求：q22（1）节流阀口通流面积AT=0.05cm和AT=0.01cm时的液压缸速度υ、液压泵2压力pp、溢流阀损失∆Ty和回路效率η；（2）当AT=0.01cm和AT=0.022cm时，若负载F=0，求液压泵的压力p和液压缸两腔压力p和p各为多大？（3）当p12F=10kN时，若节流阀最小稳定流量为q−3L/min，所对应的A和液压缸速=50×10jminT度υ多大？若将回路改为进油节流调速回路，则A和υ多大？把两种结果相比较能minTmin说明什么问题？A2解：（1）A=0.05时：如果溢流阀不溢流，则通过节流阀的流量q=，TTA1q=5L/min。p2∆p由q=CA，2dTρ22−8q2ρ0.833×10×900有∆p===0.325MPa，2222−82CA2×0.62×0.05×10dT36F∆pA210×100.325×10×25p=+=+=2.163MPaP−4AA50×105011pp，Py则有：p=p=2.4MPaPy第23页 63pPA1F2.4×10×5010×10∆p=−=−=0.8MPa−4AA2525×102262∆p−420.810××−53q=CA=0.620.0110×××=2.61410×m/s2dTρ900−5q22.61410×−2液压缸速度：υ===1.04610×m/s，−4A2510×2q=υA=1.04610×−2×5010×−4=5.2310×−5m3/s，11−31010×−5−53∆=qq−q=−5.2310×=11.43710×m/s。P1606−5溢流损失：∆P=p∆=q2.410××11.43710×=274.48WyP3−2Fυ1010××1.04610×回路效率：η===0.2615−3qpPP1010×6×2.410×60（2）由（1）可知，假设溢流阀不工作时，A=0.01cm2，∆=p8.125MPa，因为TF=0，pA=∆pA则有p=4.06MPa>p，由此可知与假设矛盾，因此假设不成立。1121yA=0.02cm2，∆=p2.03MPa，因为F=0，pA=∆pA则有T112p=1.02MPaF。已知节流阀能调节液压缸速度21并不计压力损失。试判断在图（a）和图（b）的两个液压回路中，哪个液压缸先动？哪个第24页 液压缸速度快？请说明道理。答：图（a）中，A缸先动。因为A缸的进油腔压力小于B缸；A缸、B缸速度相等，这是因为节流阀安装在进油路上，调节着A缸、B缸的流量，qA=qB。图（b）中，A缸先动，速度快。因为节流阀安装在出油路上，两个液压缸并联，液压泵调定的压力相同，所以负载小的A缸回油压力大，即节流阀压差大，故A缸速度大，此时B缸不动。当A缸运动到缸底，B缸运动，由于其负载大，回油压力小，即节流阀压差小，故B缸运动速度小。8.3如题图8.3所示，图示为采用调速阀的进口节流加背压阀的调速回路。负载F=900022N。液压缸两腔面积A=50cm，A=20cm。背压阀的调定压力p=0.5MPa。12b液压泵的供油流量q=30L/min。不计管道和换向阀的压力损失。试问：（1）欲使液压缸速度恒定，不计调压偏差，溢流阀最小调定压力p多大？（2）卸荷时的能量损失有多y大？（3）若背压阀增加了∆p，溢流阀调定压力的增量∆p应有多大？by解：（1）因为p=p，2bFA29000206所以p=+p=+×0.510×=2MPa1b−4AA5010×5011由于不计调压偏差，所以p=p=2MPa。y1−363010×（2）P=pq=0.510××=250Wloss260FA2（3）因为p=p，p=p，所以p=+p。1y2bybAA11FA′=+2+∆，当p=p=p时，溢流阀调定压力p(pp)2bybbAA11FAAA′=+2+2∆=+2∆，pppppybbybAAAA1111A22溢流阀调定压力的增加量∆p=∆p=∆p。ybbA51第25页 (a)(b)题图8.1题图8.28.4如题图8.4所示，双泵供油，差动快进-工进速度换接回路有关数据如下：液压泵的输3出流量q=16L/min，q=4L/min；输送油液密度ρ=900kg/m，运动粘度12−6m2/s，液压缸两腔面积A2，A2，快进时的负载ν=20×10=100cm=60cm12F=1kN，油液流过方向阀时的压力损失∆p=0.25MPa，连接液压缸两腔的油管ABCD的内径为d=1.8cm，其中ABC段因较长（L=3m），计算时需考虑其沿程损失，其它损失及由速度、高度变化形成的影响皆可忽略。试求：（1）快进时液压缸的速度v和压力表读数；（2）工进时如果压力表读数为8MPa，此时液压缸承受载荷能力有多大（因流量很小，可不计损失）？液控顺序阀的调定压力宜选多大？−3q(164+)×10解：（1）快进时为差动连接υ===0.083m/s−4A−A604010××12q=υA=0.0836010××−4=×510−4m3/s12−44q510××4υ===1.966m/s022πdπ×(1.810×−2)−2υ0d1.9661.810××3Re===1.7710×−6ν2010×75取λ=，所以Re2237.5Lvρ037.539001.966×××4∆p===0.89610×Pa沿3−2Red1.7710××1.810×⎧pA=F+pAp122由⎨p=p+∆p+∆p⎩2p沿36−4F+∆（p沿+∆pA）210+（0.25+0.009）×10×6010×有p==0.64MPap−4A−A4010×126−4（2）F=pA=×810×10010×=80kNp1液控顺序阀的压力应为0.64MPa至8MPa8.5如题图8.5所示的调速回路，液压泵的排量Vp=105mL/r，转速np=1000r/min，容积效率ηVp=0.95，溢流阀调定压力py=7MPa，液压马达排量VM=160mL/r，容积效率η=0.95，机械效率η=0.8，负载转矩T=16Nm。节流阀最大开度VMmM2A=0.2cm（可视为薄刃孔口），其流量系数C=0.62，油液密度Tmaxd3ρ=900kg/m。不计其它损失。试求：（1）通过节流阀的流量和液压马达的最大转速第26页 n、输出功率P和回路效率η，并请解释为何效率很低？（2）如果将p提高到Mmaxy8.5MPa时，n将为多大？Mmax题图8.3题图8.4题图8.5题图8.6−610510××1000−33解：（1）qVn=η=×0.951.662510=×m/s，PPVP602πnT=pVnηηMMMMmMVM2πT2π×16p===0.8267MPa。M−6Vηη16010××0.80.95×MmMVM6′=2∆p=××−4×2×(70.8267−)×10=×−33qCA0.620.2101.4510m/sdTρ900q′=87.1L/min，第27页 q′η87.10.95×VMn===517r/minMmax−3V16010×MP=2πnT=2π×51716/60866.5×=W出MP出2πnTM866.5η====0.07456−3Ppq710××1.662510×入P这是因为存在溢流损失和节流损失.6−42×(8.50.8267−)×10（2）q=0.620.210×××=97.15L/min90097.150.95×n==576.8r/minMmax−316010×P=2π×576.816/60×=966.5W出966.5η==0.0836−3710××1.662510×8.6试说明题图8.6所示容积调速回路中单向阀A和B的功用。在液压缸正反向移动时，为了向系统提供过载保护，安全阀应如何接？试作图表示。答：单向阀A：液压缸右行时，小腔回油满足不了液压泵的吸油要求，需要从油箱吸油。单向阀B：液压缸左行时，大腔回油多于液压泵的吸油流量，多余的液压油从液控单向阀排回油箱。为了给液压缸进行过载保护，将如所示油路接入回路，M和N两点分别接到液压缸的进出口处。8.7如题图8.7所示的液压回路，限压式变量叶片泵调定后的流量压力特性曲线如图所2示，调速阀的调定流量为2.5L/min，液压缸两腔的有效面积A=2A=50cm，不计12管路损失，试求：（1）液压缸的大腔压力p；（2）当负载F=0和F=9000N时的小腔压1力p；（3）设液压泵的总效率为0.75，求液压系统的总效率。25解：（1）p=+2×（2.4-2）=2.2MPa。110pF1（2）p=A−；当F=0时，p=4.4MPa；当F=9000N时，212AA22p=0.8MPa2qFFυAF90002（3）液压回路的效率η=====0.826−4pqpqpA2.210××5010×111111系统总效率η=0.820.75×=0.628.8如题图8.8所示的液压回路中，如果液压泵的输出流量q=10L/min，溢流阀的调p第28页 整压力py=2MPa，两个薄壁孔型节流阀的流量系数都是Cd=0.67，开口面积223A=0.02cm，A=0.01cm，油液密度ρ=900kg/m，试求在不考虑溢流阀T1T2的调压偏差时：（1）液压缸大腔的最高工作压力；（2）溢流阀可能出现的最大溢流量。解：（1）当液压缸被顶死时，大腔达到最高工作压力，则有2p1max2(py−p1max)q=CA，q=CAT2dT2T1dT1ρρ因为q=q，所以有：T1T2Ap=Ap−pT21maxT1y1max得Ap=1.6MPa1max（2）溢流阀的最大溢流量2(p−p)2(p−p)y1maxy1max∆q=q−=qq−CA=q−CAyPPdT1PdT1ρρ6=1010×−3−0.670.0210××−4×2(21.6)10−×=1.26710×−4m3/s609008.9请列表说明题图8.9示压力继电器式顺序动作回路是怎样实现1→2→3→4顺序动作的？在元件数目不增加的情况下，排列位置容许变更的条件下如何实现1→2→4→3的顺序动作，画出变动顺序后的液压回路图。答：1234原位1YA+－－－－2YA－－+－3YA－+－－－4YA－－+－－1PD－+－－－2PD－－－+－1XK－－－－+2XK－－+－－要实现1→2→4→3的顺序动作，2XK与其左端死挡铁换个位置，2PD移到左缸进口处。8.10如题图8.10所示的液压回路，它能否实现“夹紧缸I先夹紧工件，然后进给缸II再移动”的要求（夹紧缸I的速度必须能调节）？为什么？应该怎么办？答：不能实现“夹紧缸I先夹紧工件，然后进给缸II再移动”的要求。因为系统压力恒定在py，若px>py，则夹紧缸I先夹紧而进给缸II在I夹紧后不动作，若px