液压课后习题.doc

第一章 液压传动概述11. 什么叫液压传动？液压传动有哪两个工作特性？液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？液压传动：以液体为工作介质，主要利用液体压力能来进行能量传输的传动方式。两个工作特性：液体压力的大小取决于负载，与流量大小无关。速度或转速的传递按“容积变化相等”原则进行液压系统的组成：1）能源装置（或称动力元件）： 把机械能转化成液体压力能的装置。液压泵。 2）执行装置（或称执行元件）： 把液体压力能转化成机械能的装置。液压缸和液压马达。3）控制调节装置（或称控制元件）： 对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。各类控制阀。4）辅助装置（或称辅助元件）： 保证系统有效、稳定、持久地工作。指以上三种组成部分以外的其它装置。如各种管接件、油管、油箱、过滤器、蓄能器、压力表等。2. 液压传动与机械传动（以齿轮传动为例）、电传动比较有哪些优点？为什么有这些优点？比较优点：（1）在同等功率情况下，液压执行元件体积小、结构紧凑；（2）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置； （3）液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向；（4）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000：1），它还可以在运行的过程中进行调速；（5）一般采用矿物油为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长；（6）容易实现直线运动；（7）既易实现机器的自动化，又易于实现过载保护，当采用电液联合控制甚至计算机控制后，可实现大负载、高精度、远程自动控制。（8）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。3. 试讨论液压传动系统图形符号的特点。特点： 图形符号仅表示元件的功用，不表示其结构； 图形符号通常按元件地静止位置或零位（初始位置）画出； 图形符号系统图只表示元件间的连接关系，不表示其实际安装位置； 对无规定的元件图形符号可以派生。 使液压系统图简单明了，便于工程技术的交流。 便于绘制，使液压系统简单明了。第二章 液压泵和液压马达22.1液压泵、马达概述1、液压泵能正常工作的条件有哪些？试分析之。必须有“能形成容积变化的密封工作空间”；必须有与密封工作空间容积变化相协调的配油机构。或者：具有密封性好的工作腔； 密封工作腔容积大小交替变化，变大时与吸油口相通，变小时与压油口相通；吸、压油腔的转换必须有一个过渡。2、有一液压泵，当负载压力为p80105Pa时，输出流量为96l/min，而负载压力为100105Pa时，输出流量为94l/min。用此泵带动一排量V=80cm3/r的液压马达，当负载扭矩为120时，液压马达机械效率为0.94，其转速为1100r/min。求此时液压马达的容积效率。3、有一液压马达，其平均输出扭矩T=24.5Nm，工作压力p=5MPa，最小转速nmin=2 r/min，最大转速nmax=300 r/min， 容积效率v=0.9，求所需的最小流量和最大流量为多少？（m3/s）(m3/r) （m3/s） （m3/s）32.2齿轮泵1、什么是液压泵的困油现象？有何危害？如何防止？困油现象：在液压泵运行的过程中，由于存在闭死容积（工作中不希望存在的）大小的变化，使闭死容积内的液体压力急剧升高或降低。这种现象称为液压泵的困油现象。困油危害：压力急剧上升，轴承上突然受到很大的冲击载荷，泵剧烈振动，高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出，造成功率损失，油液发热等。当封闭容积增大时，由于没有油液补充，形成局部真空，产生气泡，引起噪声、气蚀等一系列恶果。同时，由于困油现象的存在，降低了液压泵的容积效率。总之，极为严重地影响着泵的工作平稳性和使用寿命。防止措施：消除困油的方法，通常是在两端盖板上开困油卸荷槽。在保证吸压油腔互不相通的条件下，使闭死容积与吸或压油腔相通。当封闭容积减小时，通过卸荷槽与压油腔相通，避免压力急剧升高；当封闭容积增大时，通过卸荷槽与吸油腔相通，避免形成局部真空。2、齿轮泵的困油现象是怎样产生的？产生过程：齿轮泵要平稳地工作，齿轮啮合时的重叠系数必须大于1，即至少有一对以上的齿轮同时啮合，因此，在工作过程中，就有一部分油液困在两对齿轮啮合时所形成的封闭油腔之内，如下图所示，这个密封容积的大小随齿轮的转动而变化。从图（a）到图（b）,密封容积逐渐减小；从图（b）到图（c）密封容积逐渐增大。如此产生了密封容积周期性的增大减小。受困油液受到挤压而产生瞬间高压，密封容腔的受困油液若无油道与排油口相通，油液将从缝隙中被挤出，导致油液发热，轴承等零件也受到附加冲击载荷的作用；若密封容积增大时，无油液补充，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。3、提高齿轮泵的使用压力主要解决哪两大问题？有何措施？两大问题：1、齿轮泵的齿轮和轴以及轴承所受的径向力不平衡问题2、齿轮泵的泄漏问题采取的措施：1、为延长轴承使用寿命，采取了减小径向不平衡液压力的卸荷措施：（1）力平衡法：开平衡槽、缩短间隙密封区、过渡区连通。（2） 减小高压腔尺寸 吸油口径压油口径2、为提高容积效率，采用了轴向间隙自动补偿的措施：浮动轴套、浮动侧板、二次密封。4、齿轮泵的模数m=4mm,齿数z=9,齿宽b=18mm,在额定压力下，转速n=2000r/min时，泵的实际输出流量q=30L/min.求泵的容积效率。qt= (34.5336.288)L/min 因为齿数z=9比较少，所以效率应尽量接近82.7%。42.3叶片泵1、单作用与双作用叶片泵在结构原理上有哪些主要区别？为什么？ 单作用叶片泵主要由定子、转子、叶片和配油盘组成。在定子和转子之间有一个偏心距。通过调整偏心距的方向和大小就可以改变泵的吸压油方向和排量。单作用叶片泵在转子转一转的过程中，吸油、压油各一次，故称为单作用叶片泵。双作用叶片泵主要由定子、转子、叶片和配油盘组成。定子和转子同心。双作用叶片泵在转子转一转的过程中，吸油、压油各两次，故称为双作用叶片泵。2、叶片泵能否实现正转、反转？请说出理由并进行分析。叶片泵能实现正转。叶片泵不能实现反转，因为叶片安装倾角的问题。3、YB63型叶片泵的最高压力Pmax=6.3Mpa,叶片宽度B=24mm,叶片厚度=2.25mm,叶片数z=12,叶片倾角=130，定子曲线长径R=49mm,短径r=43mm,泵的容积效率v=0.90, 机械效率m=0.90,泵轴转速n=960r/min,试求（1）叶片泵的实际流量是多少？（2）叶片泵的输出功率是多少？（1）叶片泵的实际流量=0.00108m3/s 或者65l/min（2）叶片泵的输出功率Nout=Pq=6.3*106*0.00108=6804(w) 52.4 柱塞泵1、试叙述斜盘泵主要零件的作用。（1）柱塞和缸：完成吸压油的主要零件。（2）斜盘（变量头）：控制柱塞行程。（3）传动轴 ：机械能输入轴。（4）返程盘：强行把柱塞拉出。（5）定心弹簧：通过返程盘把滑靴压紧斜盘表面。（6）滑靴：改善柱塞头部与斜盘的磨损。（7）配油盘：保证泵能正常工作，完成配油。（8）变量机构：用来改变斜盘倾角大小和方向的机构。2、斜盘式轴向柱塞泵的斜盘倾角=200，柱塞直径d=22mm,柱塞分布圆直径D=68mm,柱塞数z=7，机械效率m=0.90,容积效率v=0.97,泵转速n=1450r/min,泵输出压力p=28MPa,试计算：（1）平均理论流量；（2）实际输出的平均流量；（3）泵的输入功率。（1）平均理论流量（2）实际输出的平均流量（3）泵的输入功率 第三章 液压缸61. 试叙述各类液压缸的特点。液压缸按其结构分为：活塞缸（单杆活塞缸和双杆活塞缸）、柱塞缸、伸缩缸、摆动缸。双杆活塞缸：两侧有效工作面积相等。它的进、出油口位于缸筒两端。当工作压力和输入流量相同时，两个方向上输出的推力F和速度v是相等的。单杆活塞缸：两侧有效作用面积不等，两腔分别输入相同的情况下，活塞的往复运动输出的力和速度不相等。柱塞缸：柱塞粗、受力好；简化加工工艺。伸缩缸：由两个或多个活塞套装而成，前一级活塞缸的活塞杆是后一级活塞缸的缸筒。伸出时，可以获得很长的工作行程，缩回时可保持很小的结构尺寸。在各级活塞依次伸出时，液压缸的有效面积是逐级变化的。在输入流量和压力不变的情况下，则液压缸的输出推力和速度也逐级变化。摆动缸：实现了执行原件的往复摆动。它有单叶片式和双叶片式两种类型。相同输入情况下，双叶片式摆动缸的输出转矩是单叶片式2倍，角速度是单叶片的一半。增压缸：将输入的低压油转变为高压油供液压系统中的高压之路使用，起参数为增压比。2. 多级伸缩缸在外伸、内缩时，不同直径的柱塞以什么样的顺序动作？为什么？动作顺序：多级伸缩缸在外伸时，活塞伸出的顺序是从大到小伸出；在回缩时，活塞回缩的顺序是从小到大缩回。原因：活塞缸的结构决定的。伸出时外载荷决定缸内的液压油的压力，由于大柱塞的工作面积大，液压油所需的压力就相应较低，所以伸出的顺序是由大到小。同理可得出活塞缩回的顺序是从小到大。3. 已知单杆液压缸钢筒直径D=50mm,活塞杆直径d=35mm,液压泵供油量为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）？（1） （2） 4. 一柱塞缸的柱塞固定，钢筒运动，压力油从空心柱塞中通入， 压力为P=10Mpa,流量为q=25 L/min, 钢筒直径D=100mm,柱塞外径为d=80mm，柱塞内孔直径为d0=30mm，试求柱塞缸所产 生的推力和运动速度。5. 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,回油背压为0.25Mpa，采用额定压力为6.3 Mpa、额定流量为25 L/min的液压泵，试确定：（1）钢筒内径和活塞杆直径各是多少？（2）钢筒壁厚最小值（钢筒材料选用无缝钢管）是多少？(1) 设快进时的速度为v1,快退时的速度为v2,钢筒内径为D，活塞杆直径为d.则： 根据GB/T2348-1993,取d=70mm,D=100mm.(2) 因为泵的额定压力为6.3Mpa,属于中低压。一般采用无缝钢管做钢筒。即第四章 液压辅助元件第五章 液压阀7思考题：1、控制阀可分为几大类?为什么要这样划分?液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。根据液压阀在系统中的作用，分为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀三大类。压力控制阀：用来控制和调节液压系统液流压力的阀类如溢流阀、减压阀、顺序阀等。流量控制阀：用来控制和调节液压系统液流流量的阀类如节流阀、调速阀、分流集流阀、比例流量阀等。方向控制阀：用来控制和改变液压系统液流方向的阀类如单向阀、液控单向阀、换向阀等。2、对方向阀的性能的主要要求是什么?方向阀有几种控制方式?它们的图形符号是什么?方向阀有什么功用?（1）方向阀分为单向阀和换向阀两种类型。对于单向阀的主要要求是：正向液流通过时压力损失小，反向截止时密封性能好。对于换向阀的主要要求是：流经阀的压力损失要小；互不相通的通口间的泄漏要小；换向要平稳、迅速且可靠。 （2）方向阀有以下几种控制方式： 手动、机动、电磁、液动、电液动等控制方式。（3）（4）方向阀的功用：通断控制、换向控制、锁紧、保压等方面。3、何谓换向阀的“位”和“通”。试以滑阀式换向阀和转阀式换向阀为例加以分析说明。位-阀内阀芯可移动的工作位置数。通-阀上各种接油管的进、出口，且这些进出口各不相通。进油口通常标为P，回油口则标为O或T，出油口则以A、B来表示。4、单向阀能否当背压阀用?为什么?单向阀当作背压阀用时，需采取什么措施?单向背压阀的开启压力大约是多少?单向阀能当作背压阀来使用，因为单向阀的开启需要一定的压力。但其开启的压力只需0.030.05Mpa,所以当它作为背压阀使用的时候，为了增大背压，需要增加单向阀中弹簧的刚度。此时，单项背压阀的开启压力大约是0.30.5 Mpa。5、试说明小流量三位换向滑阀(O、H、P、Y、M型的)中位机能，各应用于什么场合?O型：液压缸双向紧锁，系统保压。H型：液压缸浮动，泵卸荷。P型：差动回路。Y型：液压缸浮动，泵不卸荷。M型：液压缸双向紧锁，泵卸荷。6、选用换向阀时应考虑哪些问题?如何考虑? 换向可靠性：换向信号发出后阀芯能灵敏地移到工作位置； 换向信号撤除后阀芯能自动复位。同一通径的电磁阀，机能不同，可靠换向的压力流量范围不同，一般用工作极限曲线表示。 压力损失：包括阀口压力损失和流道压力损失。换向阀的压力损失除与通流量有关，还与阀的机能、阀口流动方向有关，一般不超过1MPa。 内泄漏量：滑阀式换向阀为环形间隙密封，工作压力越高， 内泄漏越大。泄漏不仅带来功率损失，而且引起油液发热。因此阀芯与阀体要同心，并要有足够的封油长度。 换向平稳性：就是要求换向时压力 冲击要小。手动换向阀和电液换向阀可以控制换向时间来减小换向冲击。 换向时间和换向频率：交流电磁铁的换向时间约为0.030.15s，直流电磁铁的换向时间约为0.10.3s；换行频率为60240次/min。5.3 说明o型、m型、p型、H型三位四通换向阀在中间位置时的特点。O型：液压缸双向紧锁，系统保压。M型：液压缸双向紧锁，泵卸荷。P型：差动回路。H型：液压缸浮动，泵卸荷。5.5 O型机能的三位四通电液换向阀中的先导电磁阀一般选用何种中位机能？由双液控单向阀组成的锁紧回路中换向阀又选用什么机能？为什么？O型机能的三位四通电液换向阀中的先导电磁阀一般选用Y型中位机能；使主阀的对中性更好。双液控单向阀组成的锁紧回路中换向阀选用H中位机能。锁紧回路的安全性更好。 5.6 在图5.22（a）所示液动换向阀和图5.23（a）所示电液换向阀中，主阀和先导阀各是几台肩式？T、A、P、B、T所对应的阀体环形沟槽，何处为构成阀口节流边的工作槽？图5.22（a）所示的液动换向阀是3台肩式。图5.23（a）所示电液换向阀中，主阀和先导阀分别是4台肩式和3台肩式的。第六章 压力控制阀86.1 分析比较溢流阀、减压阀和顺序阀的作用和差别。作用：溢流阀 实现调压稳压（保持系统压力恒定）、限压功能（防止系统过载）。减压阀 在一个液压系统中，一个泵向多个执行元件供油时，各个执行元件所要求的压力不一样，通过串联减压阀，实现各个执行元件的压力要求。顺序阀 利用压力信号控制阀口通断，实现多缸顺序动作。差别：溢流阀 进口压力控制 常闭 弹簧腔的泄露油可内泄，也可外泄（一般为内泄）。减压阀 出口压力控制 常开 弹簧腔有单独的泄油口。顺序阀 进口压力控制 常闭 弹簧腔的泄露油只可外泄（作背压阀和卸荷阀时为内泄）。6.3 现有两个压力阀，由于铭牌脱落，分不清哪个是溢流阀，哪个是减压阀，又不希望把阀拆开，如何根据其结构特点做出正确判断？判断方法有二：1. 减压阀有单独的泄油口，而溢流阀没有。所以阀体上有三个油口的就是减压阀。2. 溢流阀是常闭的，减压阀是常开的。吹入烟，能透过的是减压阀。6.7 为什么高压、大流量时溢流阀要采用先导型结构？对于高压大流量的直动溢流阀，要求调压弹簧具有较大的刚度，这样不仅使阀的调节性能（启闭特性）变差，结构上也难以实现。由于采用先导式结构，使得主阀中的弹簧的刚度变小，有利于提高阀的启闭特性。即在溢流量发生大幅度的变化时，被控压力只有很小的变化，定压精度高。6.11 先导式溢流阀的阻尼孔起什么作用？如果它被堵塞将会出现什么现象？如果弹簧腔不与回油腔相接，会出现什么现象？由于阻尼孔的存在，使得主阀芯在上下两个方向上具有一定的压差，主阀芯在压差的作用下移动。先导式溢流阀上有一个阻尼孔，如果被堵塞，主阀口常开，泵卸荷。先导式溢流阀将不起调压作用。如果弹簧腔不与回油腔相接，那么弹簧腔里油液的压力将升高，此时导致溢流阀的进口压力上升。第七章 流量控制阀97.1在节流调速系统中，如果调速阀的进出油口接反了，将会出现怎样的情况？试根据调速阀的工作原理进行分析。如果调速阀的进出油口接反了，即P3为进油口，P1为出油口。那么减压阀的阀口将全开。此时的调速阀只相当于一个固定的节流阀在工作。7.2 将调速阀和溢流节流阀分别装在负载（油缸）的回油路上，能否起速度稳定作用？将调速阀安装在负载的回油路上，能起到速度稳定的作用。因为此时P2-P3仍是一个定值。将溢流节流阀安装在负载的回油路上，不能起到速度稳定的作用。虽然P1-P2是一个定值，那也只能说明经过节流阀的流量是一个定值。而溢流阀的溢流量却是一个变值。所以不能起到速度稳定的作用。7.3 溢流阀和节流阀都能作背压阀使用，其差别何在？溢流阀作为背压阀使用，那么系统的背压将是一个定值（近似的）。回油的速度的变化不会影响到背压的大小。节流阀作为背压阀使用，回油速度的变换将会影响到背压的大小。引起上述差别的根本原因在于压力流量方程的作用。当使用溢流阀作为背压阀时，当回油量变化时，溢流阀通过调整A来实现背压的稳定。当使用节流阀作为背压阀时，A不会变，那么只能改变阀进出口的压差。7.4 将调速阀中的定差减压阀改为定值输出减压阀，是否仍能保证执行元件的速度的稳定？为什么？如果将调速阀中的定差减压阀改为定值输出减压阀，如上图所示。那么P2将是一个定值。当负载变化引起P3变化时，P2-P3将是一个变值。那么经过节流阀的流量也就是一个变值。因此不能保证执行元件速度的稳定。第八章 液压基本回路108.8 试分析图8.32所示的平衡回路的工作原理。8.9 在图8.33所示的系统中，A1=80cm2,A2=40cm2,立式液压缸活塞与运动部件自重FG=6000N,活塞在运动时的摩擦阻力Ff=2000N,向下进给时工作负载R=24000N。系统停止工作时，应保证活塞不因自重下滑。试求：（1）顺序阀的最小调定压力为多少？（2）溢流阀的最小调定压力为多少？8.10 如图8.34所示液压回路，原设计是要求夹紧缸把工件夹紧后，进给缸才能动作，并且要求夹紧缸的速度能够调节。实际试车后发现该方案达不到预想目的，试分析其原因并提出改进的方法。118.2 在图8.26所示的系统中，液压缸两腔面积A1=2A2.液压泵和阀的额定流量均为q。在额定流量下，通过各换向阀的压力损失相同为0.2Mpa .液压缸空载快速前进时，忽略摩擦力及管道压力损失。试填写该系统实现“快进（系统最高可能达到的速度）、工进、快退、停止”工作循环的电磁铁动作顺序表，并计算：（1）空载差动快进时，液压泵的工作压力为多少？（2）当活塞杆的直径较小时，若泵无足够的高压，差动缸的推力连本身的摩擦力和元件的阻力都不能克服，因而不能使活塞运动。试分析差动连接的液压缸在这种情况下活塞两腔的压力是否相等。8.3 图8.27所示回路中的活塞在其往返运动中受到的阻力F大小相等、方向和运动方向相反，试比较活塞向左和向右的速度哪个大？8.4 图8.28所示回路中，液压泵的输出流量QP=10L/min,溢流阀调整压力py=2Mpa,两个薄壁孔口型节流阀的流量系数均为Cq=0.67,两个节流阀的开口面积分别为AT1=2*10-6m2, AT2=1*10-6m2,液压油密度=900kg/m3,试求当不考虑溢流阀的调节偏差时：（1）液压缸大腔的最高工作压力；（2）溢流阀的最大溢流量。128.5 图8.29所示回路为带补偿装置的液压马达制动回路。试分析图中三个溢流阀和两个单向阀的作用。8.6 图8.30所示为采用调速阀的双向同步回路，试分析该同步回路工作原理及特点。