液压与气压传动习题课--重点.doc

_ 习题课 重点、难点习题讲解 24 泵的额定流量为100L/min，额定压力为2.5Mpa，当转速为1450r/min时，机械效率为m0.9。由实验测得，当泵出口压力为零时，流量为106L/min，压力为2.5Mpa时，流量为100.7L/min，试求： 1）泵的容积效率； 2）如泵的转速下降到500r/min，在额定压力下工作时，计算泵的流量为多少？ 3）上述两种转速下泵的驱动功率。解：1）v1q1/qt1=100.7/106=0.95=95% * 额定流量反映的是同类型泵的指标，而q1则是这台泵的实际情况。 2）该泵的排量为Vqt1/n1=0.0731 L/r；泄漏流量为q=qt1-q1=5.3 L/min； * 缝隙流动分为压差流和剪切流，转速不同只带来剪切流的变化；而与压差流相比，剪切流比例很小。故当压差相同时，泄漏流量亦不变。 q2Vn2q31.25 L/min 此时泵的容积效率为v2q2/qt2（Vn2q）/ Vn20.8585 * 显然，对液压泵而言，在不同的转速下，其容积效率是不同的。 3）Ppq/mv * 机械效率反映机械摩擦所带来的损失，可以认为其与转速变化无关。则在上式中带入不同转速下的相应参数，即可计算出两种转速下泵的驱动功率。 39 图示为变量泵和定量马达系统，低压辅助泵输出压力py0.4Mpa，泵最大排量Vpmax100mL/r，转速np1000r/min，容积效率vP0.9，机械效率mp0.85，马达的相应参数为Vm50mL/r，vm0.95，mm0.9。不计管道损失，当马达的输出转矩为Tm40Nm，转速为nm160r/min时，求变量泵的排量、工作压力和输入功率。解：* 变量泵定量马达系统，为实现马达的调速范围，必须变量泵的供给流量满足马达的需要；因此泵的最大排量只体现系统的一种能力指标，而变量泵的排量应根据马达的转速来确定。 则：qpqm；VpnpvPVmnm/vm； VpVmnm/npvPvm。 * 马达的转矩是由其进出口的压差产生，从系统图可见泵、马达进出口两端的压差是相等的，即 pppypmpy2Tm/Vmmm； pp2Tm/Vmmmpy。 * 泵的输入功率由泵的流量、进出口压差和效率决定。Ppi（pppy）qp / P2nmTm / mpvPmmvm。带入实际参数计算即可。 44 图4116所示系统中溢流阀的调整压力分别为pA3MPa，pB1.4MPa，pC2MPa。试求1）当系统外负载为无穷大时，泵的出口压力为多少？2）如将溢流阀B的遥控口堵住，泵的出口压力又为多少？解：1）泵启动后，当系统压力升至1.4MPa时，先导式溢流阀B的先导阀开启，其主阀也开启（对应1.4MPa的开口量），但这时阀B的出口还接有阀C，而阀C的调整压力为2MPa，故下支路并不能接通；当系统压力（这时由阀B 的出口压力所决定）继续升至2MPa时，直动式溢流阀C开启，此时由于先导式溢流阀B的遥控口直接接在其出口，阀B上并不产生压力降（其主阀芯全开），所以系统压力为阀C所调节的压力，即等于2MPa。阀A调整压力为3MPa，不开启。2）因为此时溢流阀B的遥控口被堵住，下支路相当于阀B、阀C两个直动型溢流阀串连，所以下支路的开启压力为1.4MPa2MPa3.4 MPa；而上支路的开启压力为阀A所调整的压力3MPa，所以系统压力即泵的出口压力为3MPa。 * 系统压力由外负载决定，外负载包括系统中各种调控装置；系统压力由系统中所有起作用的外负载、调控装置中的最小值所决定！45 图4117所示两系统中溢流阀的调整压力分别为pA4MPa，pB3MPa，pC2MPa，当系统外负载为无穷大时，1）泵的出口压力各为多少？2）对图a的系统，请说明溢流量是如何分配的？解：1）图a，A、B、C三阀并联，系统压力由其中最小设定压力决定，所以泵出口压力为阀C的调整压力2MPa。图b，A、B、C三阀串联，系统压力为三阀之和，但由于阀B之遥控口直接接油箱，故阀B进出口压差为零，所以泵出口压力为阀A、B之和，即6MPa。 2）对图a的系统，经先导式溢流阀A、B之遥控口流过溢流量的极少部分液压油，到达直动式溢流阀C使其开启，而主溢流量仍要通过阀A的主阀芯流回油箱。 46 图4118所示溢流阀的调定压力为4MPa，若不计先导油流经主阀芯阻尼小孔时的压力损失，试判断下列情况下的压力表的读数： 1）YA断电，且负载为无穷大时； 2）YA断电，且负载压力为2MPa时； 3）YA通电，且负载为2MPa时；答：压力表接在先导式溢流阀的遥控口上，其读数直接反映泵出口的压力。1）4MPa；压力值由先导式溢流阀的调定压力决定。 2）2MPa；压力值由系统的负载压力决定。 3）0MPa；压力值由先导式溢流阀的遥控口决定。 * 全面、正确理解系统的压力由外负载决定。 47 试确定图示回路在下列情况下液压泵的出口压力： 1）全部电磁铁断电； 答：5.5MPa 2）电磁铁2YA通电，1YA断电； 3.5MPa 3）电磁铁2YA断电，1YA通电； 0.5MPa48 图4120所示系统溢流阀的调定压力为5MPa，减压阀的调定压力为2.5MPa。试分析下列各工况，并说明减压阀阀口处于什么状态？ 1）泵出口为溢流阀调定压力，缸夹紧工件，A、C点压力各为多少？ 2）泵出口压力降到1.5MPa（工件原夹紧），A、C点压力各为多少？ 3）夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时，A、B、C点压力各为多少？答：1）pApC2.5MPa，减压阀口似开非开；2）pA1.5MPa，pC2.5MPa，减压阀口开；3）pApBpC0，减压阀口开。 49 图4121所示回路，溢流阀的调定压力为5MPa，减压阀的调定压力为1.5MPa，活塞运动时负载压力为1MPa，其它损失不计，试求： 1）活塞运动期间和碰到死档铁后A、B处压力。 2）如果减压阀的外泄油口堵死，活塞碰到死档铁后A、B处压力。答：1）活塞运动期间A、B处压力均为1MPa；碰到死档铁后A处压力为1.5MPa，B处压力为5MPa。 2）此时，AB处压力均为5MPa。 * 减压阀外泄油口被堵死后，阀芯将不能动作，减压阀仅相当于通道。 410 图4122所示的减压回路，已知液压缸无杆腔、有杆腔面积分别为100cm2、50cm2，最大负载F114000N、F24250N，背压p0.15MPa，节流阀的压差p0.2MPa，求： 1）A、B、C各点的压力（忽略管路阻力）； 2）泵和阀应选多大的额定压力？ 3）若两缸的进给速度分别为v13.5cm/s，v24cm/s，泵和各阀的额定流量应选多大？解：1）* 应考虑减压回路和节流回路动作次序的问题。 pB A1p A2F2，pBpJpA2/A1+F2/A10.5MPa 故当系统压力升至pApBpC =0.5MPa时，缸2先伸出； pCF1/A11.4MPa；pApYpCp1.6MPa；pApY1.6MPa pBpJ0.5MPa，系统压力级别合理。 2）考虑一定余量和标准压力系列，可选泵及各阀的额定压力为2.5MPa。 3）q1A1v121 l/min，q2A1v224 l/min，q3q2 A2/A112 l/min； * 两缸不同时动作，稍留余量和额定流量系列，可选泵、阀1、阀2、节流阀额定流量为25 l/min，阀3额定流量为16 l/min。 411 图4123所示回路，顺序阀的调整压力pX3MPa，溢流阀的调整压力pY5MPa，问载下列情况下A、B点的压力为多少？ 1）液压缸运动，负载压力pL4MPa时； 2）如负载压力pL变为1MPa时； 3）活塞运动到右端时。答：1）pApB4MPa；2）pA1MPa，pB3MPa；3）pApB5MPa。 * 可见，顺序阀进、出口压力是随着外负载的大小而变化的。 412 图4124所示系统，缸、上的外负载力F120000N，F230000N，有效工作面积都是A50cm2，要求缸先于缸动作，问： 1）顺序阀和溢流阀的调定压力分别为多少？ 2）不计管路损失，缸动作时，顺序阀进、出口压力分别为多少？解：1）液压缸驱动负载所需压力：p1F1/A4MPa；p2F2/A6MPa。所以，溢流阀和顺序阀调定压力应为：pPpY pX 6MPa。 2）pX进 6MPa，pX出4MPa。 * 此时，顺序阀并未全开，其进、出口之间有 2MPa的压降。 413 图4125所示回路，顺序阀和溢流阀串联，调整压力分别为pX和pY，当系统外负载为无穷大时，问： 1）泵的出口压力为多少？2）若把两阀的位置互换，泵的出口压力又为多少？答：1）当pX pY，pPpX（此时顺序阀出口压力为pY），当pX pY，pPpX+ pY。* 顺序阀进出口之间的压差不是固定不变的，这点与溢流阀不同。 414 图4126a、b回路参数相同，液压缸无杆腔面积A50cm2，负载FL10000N，各阀的调定压力如图示，试分别确定两回路在活塞运动时和活塞运动到终端停止时A、B两处的压力。解：驱动负载所需压力pBFL/A2MPa。 图a，A、B之间为减压阀，故运动时 pApB2MPa， 停止时 pA5MPa，pB3MPa； 图b，A、B之间为顺序阀，故运动时 pA3MPa，pB2MPa， 停止时 pApB5MPa。 415 图4127所示系统，液压缸的有效面积A1A2100cm2，缸负载FL35000N，缸运动时负载为零，不计摩擦阻力，惯性力和管路损失。溢流阀、顺序阀和减压阀的调定压力分别为4MPa，3MPa和2MPa。求下列三种工况下A、B和C处的压力。 1）液压泵起动后，两换向阀处于中位； 2）1YA通电，液压缸运动时和到终端停止时； 3）1YA断电，2YA通电，液压缸运动时和碰到固定档块停止运动时。解：驱动外负载FL所需压力为pFL/A13.5MPa。 1）pApB4MPa，pC2MPa； 2）缸运动时，pApB3.5MPa，pC2MPa； 终端停止时，pApB4MPa，pC2MPa； 3）缸运动时，pApBpC0MPa； 档块停止时，pApB4MPa，pC2MPa。 * 注意，即使1YA、2YA同时通电，而且FL0，两缸的动作顺序也是缸先动，缸后动，这就是顺序阀的功能。 *416 下列八种回路，已知：液压泵流量qP10L/min，液压缸无杆腔面积A150cm2，有杆腔面积A225cm2，溢流阀调定压力pP2.4MPa，负载FL及节流阀流通面积AT均已标在图上，试分别计算各回路中活塞的运动速度和液压泵的工作压力（设Cd0.62，870kg/m3）。解：a） pPp1FL/A1=2MPa，vq/A1200cm/min； b） pPp1FL/A1=0.2MPa，vq/A1200cm/min；c） 设系统处于节流调速工作状态：p1pP2.4MPa，活塞力平衡 p1A1p2A2FL，p2（p1A1FL）/ A2， 节流阀流量 q2CdAT（2p2/）1/2， vq2/A2，解得：v6.3cm/min，pP2.4MPa，可见节流阀确实处于节流状态。d） 设系统处于节流调速工作状态：p1pP2.4MPa，活塞力平衡 p1A1p2A2FL，解得：p2（p1A1FL）/ A24.8MPa，节流阀流量 q2CdAT（2p2/）1/23.25104m3/s19500cm3/min，活塞运动速度vq2/A2q1/A1780cm/min，* 所需流量及速度已大于泵全流量及所能实现的活塞速度200cm/min，故前面节流阀处于调速工作状态的假设是不正确的，节流阀相当于通道。所以活塞运动速度为v200cm/min，q2v A2CdAT（2p2/）1/2，由此推出p2（v A2/ CdAT）2/21.257MPa，带入活塞力平衡方程中，得p1（p2A2FL）/ A12.15MPa， 故：v200cm/min，pPp12.15MPa，即溢流阀是不工作的。e） 设系统处于节流调速工作状态： pP2.4MPa，活塞力平衡 p1A1p2A2FL，解得：p1（p2A2+FL）/ A12.15MPa， 节流阀流量 q1CdAT（2（pPp1）/）1/21.19104m3/s7134cm3/min B，则A、B之间不通，当BA，则由B流向A； 通电时，当AB，则由A流向B，当BA，则由B流向A。 图 b，断电时，当AB，则由A流向B，当BA，则A、B之间不通； 通电时，当AB，则由A流向B，当BA，则由B流向A。 都实现液控单向阀的功能。电磁铁通电与否相当于控制油是否起作用。424 在气动控制元件中，哪些元件具有记忆功能？记忆功能是如何实现的？答：双控换向阀具有记忆功能。记忆功能可以通过阀的操控方式来实现，有双气控、双电磁铁等形式。61 在图示回路中，若溢流阀的调整压力分别为py16MPa，py24.5MPa。泵出口处的负载阻力为无限大，试问在不计算管道损失和调压偏差时：1）换向阀下位接入回路时，泵的工作压力为多少？B点和C点的压力各为多少？2）换向阀上位接入回路时，泵的工作压力为多少？B点和C点的压力又是多少？答：1）泵的工作压力为6MPa，B点和C点的压力均为6MPa；2）泵的工作压力为4.5MPa，B点压力为4.5MPa、C点压力为零。 62 在图示回路中，已知活塞运动时的负载F1200N，活塞面积A15104m2，溢流阀调整值为pP4.5MPa，两个减压阀的调整值分别为pJ13.5MPa和pJ22MPa，如油液流过减压阀及管路时的损失可略去不计，试确定活塞在运动时和停在终端位置处时，A、B、C三点压力值。解：运动时，驱动负载所需液压缸大腔的压力为pF/A0.8MPa，故pApBpC0.8MPa。 停止时，pA3.5MPa， pB4.5MPa ，pC2MPa。 63 如图67所示的平衡回路中，若液压缸无杆腔面积为A180104m2，有杆腔面积A240104m2，活塞与运动部件自重G6000N，运动时活塞上的摩擦力为Ff2000N，向下运动时要克服负载阻力为FL24000N，试问顺序阀和溢流阀的最小调整压力应为多少？解：顺序阀的作用是平衡竖直安装液压缸的活塞与运动部件自重。 所以pXG/A2=1.5MPa； 溢流阀调整压力应满足平衡后驱动负载阻力和摩擦力的需要。 所以pY（Ff+FL）/A1=3.25MPa。 66 在图658所示的调速阀节流调速回路中，已知qP25L/min，A1100104m2，A250104m2，F由零增至30000N时活塞向右移动速度基本无变化，v0.2m/min，若调速阀要求的最小压差为pmin0.5MPa，试求：1）不计调压偏差时溢流阀调整压力py是多少？泵的工作压力是多少？ 2）液压缸可能达到的最高工作压力是多少？ 3）回路的最高效率为多少？解：1）溢流阀应按保证调速阀正常工作，并能驱动最大负载来调整压力。 由活塞力平衡方程 py A1pmin A2Fmax即 pypP（pmin A2Fmax）/ A13.25MPa 2）当负载为零时，液压缸小腔具有最大压力。 即 p2ppy A1/ A22 py6.5MPa 3）当回路所驱动的负载为最大值时，效率最高。此时回路效率为 Fmax v/qP pP7.4工进时所需流量为 q1A1v2L/min * 回路效率如此之低的原因是低速运动时泵的流量太大。 69 如图659所示，已知两液压缸的活塞面积相同，无杆腔面积A120104m2，但负载分别为F18000N，F24000N，如溢流阀的调定压力为py4.5MPa，试分析减压阀压力调整值分别为1MPa，2MPa，4MPa时，两液压缸的动作情况。解：两缸驱动各自负载时的大腔压力分别为 p1F1/A14MPa，p2F2/A12MPa。 1MPa时，2缸不动，系统压力升至4.5MPa后，1缸动作； 2MPa时，2缸动作的同时，1缸也动作，两缸可同时动； 4MPa时，系统压力升至2MPa，2缸先动，到终端后，1缸才动作。610 试分析如图660所示的气动回路的工作过程，并指出各元件的名称。答：图示状态下，A、B两缸均退回。按下两位三通手动换向阀E（随即释放），两位四通气控换向阀2右位接入系统，气缸A伸出；到右端点后，单向顺序阀C接通，使两位四通气控换向阀1左位接入系统，气缸B伸出；此时阀2换为左位接入系统，缸A缩回；到左端点后单向顺序阀D接通，使阀1换为右位接入系统，缸B缩回。这样每按动一次阀E，就使上述过程重复一次，即缸A伸出缸B伸出缸A缩回缸B缩回。 各元件名称 A、B：气缸； 阀1、阀2：两位四通气控换向阀； E：两位三通手动换向阀； C、D：单向顺序阀71 附图所示的液压系统是怎样工作的？按其动作循环表中的提示进行阅读，将该表填写完整，并作出系统的工作原理说明。系统工作原理说明：按系统所要实现的各个功能要求（动作），结合液压系统原理图走通油路（包括进油路和回油路），由此即可决定系统中各控制元件的工作状态。在此基础上，根据系统所使用基本回路的原理、功能和特点，即可对整个液压传动系统的性能、特色进行分析讨论。 72 分析评述上述液压系统的特点。答：1）低压大流量和高压小流量双泵供油，区分快进、工进节省能源。 2）、两回路各自独立循环工作，互不干扰。3）定位夹紧辅助工作使用了减压阀减压回路，保证可靠夹紧。4）单向顺序阀保证先定位后夹紧；并采用压力继电器与主回路通讯。 5）、两回路均采用大泵供油，差动快进，缩短了辅助工作时间。 6）工进时大泵卸荷，回路为调速阀出口节流调速，可承受反向负载。 7）工进时大泵卸荷，回路为调速阀进油节流调速，单向阀做背压。8）系统中，各动作转换均用电磁换向阀实现，便于实现电气控制。动 作 名 称电 气 元 件1YA2YA11YA12YA21YA22YAYJ定位夹紧快 进工进卸荷（低）快 退松开拔销原位卸荷（低） 73 试写出图示液压系统动作循环表，并评述这个液压系统的特点。答： 1YA 2YA 3YA快进工进停留快退停止特点：1）限压变量泵供油，自动适应系统工况。2）快进时，泵工作于低压大流量，且回路构成差动快进。3）工进时，泵工作于高压小流量，回路为调速阀出口容积节流调速。 4）停留时，泵压力最大，无流量；压力继电器加电控决定停留时间。 5）快退时，泵为低压大流量，且由单向阀提供背压。 6）停止时，泵通过背压单向阀卸荷，并维持控制油路有一定的压力。 74 读懂图示液压系统，并说明：1）快进时油液流动路线；2）这个系统的特点。答：1）差压式变量泵低压大流量供油，加上液压缸小腔通过阀4流出的油，通过阀2、阀3，一起进入液压缸大腔，从而构成差动快进。 2）系统特点：差压式变量泵加节流阀的容积节流调速回路；快进时，泵低压大流量供油，回路差动快进；两个节流阀串连实现一、二两种工进；工进结束，压力继电器发信快退；停止时，泵工作于最高压力，无输出流量。 75 试将图示液压系统图中的动作循环表填写完整，并分析讨论系统的特点。答：与习题71、72的系统和要求相同。动作名称电气元件状态1YA2YA3YA4YA5YA6YAYJ定位夹紧快进工进（卸荷）快退松开拔销原位（卸荷） 76 图示的压力机液压系统能实现“快进慢进保压快退停止”的动作循环。试读懂此系统图，幷写出：1）包括油液流动情况的动作循环表；2）标号元件的名称和功用。答：1）快进：进油路