流体传动与控制课后作业答案

1-1什么是流体传动？除传动介质外，它由哪几部份组成？各部份的主要作用是

什么？

答：以流体为工作介质，在密闭容器中实现各种机械的能量转换、传递和自

动控制的技术称为流体传动。

动力元件一一将原动机的机械能转换为执行机构所需要的流体液压能。包括

液压泵、空压机。

执行元件一一将由动力元件输入的流体液压能转换为负载所需的新的机械

能。包括液压气动缸和液压气动马达。

控制元件一一对系统中流体的压力、流量或者流动方向进行控制或者调节。

包括压力阀、流量阀和方向阀等。

辅助元件——流体传动系统中的各种辅助装置。如油箱、过滤器、油雾器等。

1-2液压系统中的压力取决于什么？执行元件的运动速度取决于什么？液压传

动是通过液体静压力还是液体动压力实现传动的？

答：液压系统中的压力取决于外负载的大小，与流量无关。

执行元件的运动速度取决于流量Q,与压力无关。

液压传动是通过液体静压力实现传动的。

1-3用职能符号表示液压系统，可以简单明了地表示液压系统结构组成及其功能，

且便于绘制

1-4优点：体积小，质量轻，结构紧凑；

工作较平稳；

易于实现无极调速

操作简单、安全、经济

易实现过载保护

设计、创造和使用较简便

缺点：不能保证严格的传动比

传动效率不高

对温度较敏感

创造精度要求高

故障不易排查

2-3液压油液的黏度有几种表示方法？它们各用什么符号表示？它们又各用什么

｛立？

答：（1）动力黏度（绝对黏度）：用p表示，国际单位为：Pa・s（帕•秒）；工程

单位:P（泊）或者cP（厘泊）。

（2）运动黏度：用v表示，法定单位为m4,工程制的单位为st

（泡,cm^/）,cSt（厘海）。

（3）相对黏度：中国、德国、前苏联等用恩氏黏度。E,美国采用赛氏黏度

SSU,英国采用雷氏黏度R,单位均为秒。

2-11解：由题意」几D2V=q：v=4q/几D2=0.094m/s

41111

又Vq=l^D2VAv=0.034m/s

4222

q=J_几(D2-d2)v=3.86x10-4m3/S=23.16L/min

14iii

q=(D2-d2)v=3.74x10—4m3/s=22.44L/min

24222

2-13解：设吸油管入口处截面为截面，泵入口处的截面为2-2截面

列1-1、2-2截面处的伯努利方程：

p+a〔P42_|_pgh=P+AP?pgh.|_p

121222飞

由uA=uAVA»A所以u«uu可忽稍不计，且h忽稍不计

112212121w

p=OU=0,h=0

・・1J11;

u二二瑞湛)：二5669外11n-%)

2rtd/

4

Re二四9943人60人1664,12想2300

v0.34人10—4

=a=2

:该状态是层流状态，即2

P2=-2AW4(pa)为=0.943(%)也=Hs

P=飞=0,5人900人(0.943)2=20Q08(p)

飞22a

代入伯努利方程：

,2人900人(0.943)2,,

0+0+0=—2人104^_——U900A9.8AH+200.08

2s

2人900人(0.943)2

H=2人.―-200.08「一、

/2=2.15(m)

S900A9.8

:液压泵的吸油高度H为2.15m.

s

2-14解：当柱塞往下运动时，缸套中的油液可以看成是缝隙流动

c/LclhsJldh由口百心,D—d.

:Q='c,AP—cwv由题息h=八=1mm

12WI2o2

以柱塞为研究对象有

F-F

F+PA=F+PA：】p=P-P=t_

0f1L10AA

又F=.A四k几dl工

fdyh

•4F曲।v

Jld2hd

而Q=Av=r几d2V

:」几d2V=几加3Ap

412从I2o12Hl儿d2hd2。

4h、F

V=4

科kh(3d+6万+一力2)

4x0.0013x40

=0.32m/s

3.14x78.4x10-3x0.07x0.022x(3x0.02+6x0.001+4X0.0012)

0.02

0.1

=0.3125s

,-032

3-1要提高齿轮泵的压力须解决哪些关键问题？通常都采用哪些措施？

答：要解决：1、径向液压力不平衡2、轴向泄漏问题

为了减小径向不平衡力的影响，通常可采取：

1）缩小压油腔尺寸的办法，压讪腔的包角通常＜45。；

2）将压油腔扩大到吸油腔侧，使在工作过程中惟独1~2个齿起到密封作用。利用对称区域

的径向力平衡来减小径向力的大小；

3）还可合理选择齿宽B和齿顶圆直径De。高压泵可tB,tDe；中、低压泵B可大些，

这样可以减小径向尺寸，使结构紧凑。

4）液压平衡法：在过渡区开设两个平衡油槽，分别和高低压腔相同。这种结构可使作用在轴

承上的力I,但容积效率（nv）I

齿轮泵的泄漏途径主要有三条：

端面间隙泄漏（也称轴向泄漏，约占75~80%）,指压油腔和过渡区段齿间的压力油由齿间

根部经端面流入轴承腔内（其与吸油腔相通）。

径向间隙泄漏（约占15~20%）,指压油腔的压力油经径向间隙向吸油腔泄漏。

齿面啮合处（啮合点）的泄漏，在正常情况下，通常齿面泄漏很小，可不予考虑。

因此适当的控制轴向间隙的大小是提高齿轮泵容积效率的重要措施。

3-2叶片泵能否实现正反转？请说出理由并进行分析。

答：不能。因为定量叶片泵前倾130,是为了减小压力角，从而减轻磨损。而变量叶片泵后

倾240,有利于叶片紧贴定子内表面，有利于它的伸出，有效分割吸压油腔。

3-3简述齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的优缺点及应用场合。

齿轮泵一一优点：体积小、分量轻、结构简单，生产、维护成本低，自吸性能好，对油污染

不敏感；缺点：流量脉动大，噪声大，排量不变，磨损不易修复，互换性差；场合：对稳定

性要求不高、定量等场合。

叶片泵一一优点：结构紧凑，工作压力较高，流量脉动小，工作平稳，噪声小，寿命较长；

缺点：吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感，结构复杂，创造工艺要求比较高；场合：

稳定性要求高，压力不太大等场合。

柱塞泵一一优点：柱塞泵的工艺性能好（主要零件均为圆柱形），配合精度高，密封性能好，

工作压力较高，效率高；缺点：创造成本高；场合：高压、大流量、大功率的场合。

34解：

理论流量q=qn=100x1450=145000ml/min=145l/min

v=工=>实际流量q=0.90x145=130.5l/min

q=vvq

V

t

P.q10x106x145x10-3

jT=t==26851.8

（i）TV0.90x60

m

P=3T=26852w

3-5解:

在图上标出D点(2MPa,20L/min),过D点作线段AB的平行线，交q轴于G点。在

图上再标出E点(4.5MPa,2.5L/min),过E点作线段BC的平行线，交p轴于H点。

GD,EH相交于F点。

A(0,27.5)B(45,25)D(20,20)所以G(0,21.1)

B(45,25)C(63,0)E(45,2.5)所以H(48.5,0)

所以GF为y=-0.06x+21.1HF为y=-1.39x+67.42

所以F点(34.8,19)

Ppg34.8x105x19x10-3

所以Pj于=1574.3w

n0.7x60

P

p/(x105Pa)

3-6

解：理论流量q=n.V=1450x40mUmin=58L/min

*tM

n='idr=—=92.06%

vq63

理论输出转矩

T=—Ap.V=—x6.3MPx40mL/min

Mt2几M2几a

=40.13N.m

n=2L_=93.45%

可得MT

Mt

n=n.n=86.03%

VM

3-7某液压马达的进油压力p=10Mpa,理论排量q=200mL/「，总效率n=0.75,机械效率

o

n=0.9。试计算：

m

(1)该马达所能输出的理论转矩M。

o

(2)若马达的转速n=500r/min,则进入马达的实际流量应是多少？

(3)当外负载为200N.m(n=500r/min)时，该马达的输入功率和输出功率各为多少？

解：

(1)理论转矩M------pq--------------X10X106X200X10-3X103=318.5N.m

o2几Mo2x3.14

n500x200x10-3

(2)实际流量qm=nqQ/nv=nqq/^—=-----°”--------=120L/min

m0.9

(3)输入功率P=pq=10X106x120X10-3/60=20kw

MiMM

9vQ14、500

输出功率p=2几nT='x200=10.5kw

MoM60

第四章

4-1套筒缸在外伸时是大直径柱塞先运动，小直径柱塞后运动；内缩时正好相反。因为前一

级柱塞是后一级柱塞的缸套。

4-2当液压缸速度较高且驱动质量较大的部件时，其惯性很大。活塞运动到液压缸终端住手

时，会产生很大的冲击和噪声，严重的可能使活塞和端盖发生撞击，使液压元件受损。

当活塞行程接近端盖时，利用对油液的节流作用，增大液压缸的回油阻力，使回油腔中

产生足够大的缓冲压力，使活塞减速，从而防止活塞撞击缸盖。

4-3液压系统在安装和停车后，会混入空气；油液中也往往溶入空气。这些空气会引起运动

部件的不稳定性运动和振动，同时会加速油液的氧化和部件的腐蚀。

4-4

4-8一单杆液压缸，快速伸出时采用差动连接，快速退回时高压油输入缸的有杆腔。假设此

缸往复快动时的速度都是0.1m/s,慢速挪移时，活塞杆受压，其推力为25000N；已知输入

流量q=25X103cm3/min,背压吃=0.2MPa。

(1)试决定活塞和活塞杆的直径；

(2)如缸筒材料采用45钢，试计算缸筒的壁厚；

(3)如缸的活塞杆较接，缸筒固定，其安装长度1=1.5m,试校核活塞杆的纵向稳定性。

解：丁匕=v2=0.1m/s则:

(1)活塞杆的直径由丫3=4/=的冗~2

,14)25)103)10^60

=72.8mm

3.14)0.1

查缸径及活塞杆标准系列取d=80mm

4q.

活塞直径D=!—+d2=108.2mm

Y冗v

12

查缸径及活塞杆标准系列取D=150mm

⑵缸筒材料为45钢时，[o]=ob/n==600/4=150MPa

冗冗

F1=[—D2P.4(D2-d2)PoLn=0.95,Po=O.2MPa

二+2(D2-d2)P

亭P=P=lk_______________-=1.49MPaK16MPa

n几

一D2

4

:P=1.5P=1.49>3.12=4.65MPa

yn

P4.65

r1=—:------=0.016<0.1

2kJ2)150

「pD4.65)150

：按薄壁圆筒计算壁厚6>亚~]=2)[so=233mm(取2.5mm)

(3)纵向稳定性校核

查表得

Q1=85;Q2=2;E=2.06)10i/Nm2;f=4.9)108Mm2;a=%。00

计算得人受苦电=2。。皿Q

1.5x103

'4x200.96x104

\3.14X(80K"

%纥=85应120>

H

4.9x10sTO.O82

fAx

临界负载F==1.58x106N

k1+亘(％1+1/^5002752

0r2

2k

取安全系数n=2

贝UFR=25000<%=1.58x106,790000N所以满足稳定性要求

第五章

5-1稳态液动力是使阀芯关闭的力，其方向是使阀芯关闭的方向。瞬态液动力的方向：在油

液流出阀口时，瞬态液动力与阀芯运动方向相反；油液流入阀口时，瞬态液动力与阀芯运动

方向相同。

5-2液压卡紧的原因除污物进入缝隙和阀芯与阀体间隙过小因热膨胀卡死外，主要原因是滑

阀阀芯与阀体间的几何形状误差所产生的径向不平衡力造成的。

危害：是阀芯不能顺畅挪移，影响滑阀工作甚至使其不能正常工作。

减小措施：提高阀芯、阀孔的创造精度；要求阀芯的圆度和锥度允差为0.003-0.005mm,且

要求顺锥布置；控制表面粗糙度，阀芯W0.20pm；阀孔W0.40pm,配合间隙不宜过大。

5-3说明。形、M形、P形、和H形三位四通换向阀在中间位置时的特点。

答：

O形：中位时，各油口互不相通，系统保持压力，油缸两腔的油液被封闭，处于锁紧状态，

停位精度高。油缸进/回油腔充满压力油，故启动时较平稳。

M形：中位时，P、T口连通，A、B口封闭；泵卸荷，不可并联其他执行机构；油缸两

腔的油液被封闭，处于锁紧状态，停位精度高。缸启动较平稳，与。型相似。

P形：中位时，P、A、B连通，T口封闭；可形成差动回路；泵不卸荷，可并联其他执行机

构；缸启动平稳；换向最平稳，常用。

H形：中位时各油口互通，泵卸荷，油缸活塞处于浮动状态，其他执行元件不能并联使用（即

不能用于并联多支路系统）；执行元件住手位置精度低；由于油缸油液回油箱，缸启动有冲

击。

5-4分析比较溢流阀、减压阀和顺序阀的作用和差别

溢流阀在系统可以起到保压、防止系统过载、背压、远程调压及卸荷的作用。减压阀在系统

中的作用有：降压、稳压等。顺序阀可用于实现多缸顺序动作、平衡回路、卸荷等。溢流阀

的溢流口是常闭状态；减压阀的减压口是常开状态；顺序阀阀口常闭，出口不接回油箱而接

入下一回路。

5-5现有三个外观形状相似的溢流阀、减压阀和顺序阀，铭牌己脱落，如何根据其特点做出

正确的判断？

答：溢流阀的先导阀泄油方式是内泄，常态下阀口常闭。工作时，进、出口相通，进油口压

力为调整压力，普通并联于系统。出油口普通直接接回油箱，用于定压溢流或者安全保护。

减压阀的先导阀泄油方式是外泄，常态下阀口常开。工作时，出油口压力稳定在调定值

上，普通串联于系统。

顺序阀的先导阀泄油方式多数情况是外泄，压力很低时是内泄，阀口处于常闭状态。工

作时，进、出油口相通，进油口压力允许随负载的增加而进一步增加。实现顺序动作时串联

于系统，出油口与负载油路相连，不控制系统的压力，只利用系统的压力变化控制油路的通

断。作卸荷阀用时并联于系统。

可将三个阀分别接于油路中，通过测试进出口压力及与负载的关系来判断阀的类型。具

体内容可参照上述部份。

5-6先导式溢流阀的阻尼小孔起什么作用？如果它被阻塞或者加工成大的通孔，将会浮现什

么问题？

答：先导式溢流阀中的阻尼孔的作用是使油液流过时，使主阀芯上下端形成压力差。当做用

于先导阀上压力达到调定压力后主阀上腔油液产生流动，阻尼孔使下腔油液来不及补充上

去，主阀芯上下端形成压力差，作用在主阀芯上产生的液压力超过主阀弹簧力、磨擦力和主

阀芯自重时，主阀打开，油液经主阀阀口流回油箱，实现溢流作用。

如果先导式溢流阀主阀芯上的阻尼孔阻塞，进口油液无法进入主阀上腔，亦无法作用于

先导阀上，溢流阀变成一个以主阀软弹簧为阻力的直动式溢流阀，很小的压力即使主阀芯打

开而成为一个低压卸荷阀，不能控制系统压力。

如果把阻尼孔加工成通孔，主阀芯上下腔压力相等，主阀始终关闭不能溢流，会导致系

统压力失控而引起危（wei）险或者破坏。

5-7为什么高压、大流量时溢流阀要采用先导型结构？

答：由于在高压大流量下，直动式溢流阀的弹簧力变形量较大，人工操作旋转调整螺母很费

力，压力稳定性差。故直动式溢流阀合用于低压、小流量系统。而先导式溢流阀则因其调压

偏差小，主阀芯上的平衡弹簧刚度小，开启比大，定压精度高，调节省力。因为调压弹簧刚

度虽然很大，但导阀锥阀的有效承压面积很小，故弹簧力自然减小，调节省力、灵便而合用

于高压大流量系统。

5-8单向阀与普通节流阀能否都可以作背压阀使用？

答：都可以作背压阀。

若将单向阀软弹簧更换成合适的硬弹簧，安装在液压系统的回油路上，可做背压阀使用，

其压力通常为：0.3~0.5MPa

普通节流阀通过改变阀的节流口的面积来控制阀的流量，液体通过节流阀会产生压差，

因此，亦有背压作用。

5-9若减压阀调整压力为5MPa,而减压阀前的一次压力为4MPa。试问经减压后的二次压

力为多少？为什么？

答：4MPa。因为一次压力小于二次压力，不能推动调压弹簧以改变阀口通流面积的大小，

无法实现压力调整，故先后压力不改变，减压阀不起作用。

5-10将调速阀和溢流阀分别装在执行元件的回油路上，能否起到速度稳定的作用。

答：可以。调速阀是通过改变通流面积，改变回路的流速，可以稳定执行元件的速度；溢流

阀在回油路会产生背压，改变速度，也能起到速度稳定的作用。

5-11电液比例阀与普通开关阀比较，有何特点？

①能实现自动控制、远程控制和程序控制；

②能连续地、按比例地控制执行元件的力、速度和方向，并能防止压力或者速度变化及换

向时的冲击现象；

③把电传动的快速灵便等优点与液压传动功率大等特点结合起来。

④简化了系统，减少了元件的使用量。

⑤创造简便，价格比普通液压阀高。

⑥使用条件、保养和维护与普通液压阀相同，抗污染性能好。

5-13利用两个插装阀单元组合起来作为主级，以适当的电磁换向阀作为先导级，构成相当

于二位三通电液换向阀。

解：

PT

二位三通

5-14利用四个插装阀单元组合起来作为主级，以适当的电磁换向阀作为先导级，构成相当

于二位四通、三位四通电液换向阀。

解:

i：1rrlXIIIM

Sf

CZEIIW^

it

PT

二位四通

三位四通

5-15如题5-15图所示，当节流阀彻底关闭时，液压泵的出口压力各为多少？

(b)

(C)

(d)

答：⑻30X105P；(b)12O10sp；(c)30x105P；(d)110x105P。

aaaa

5-16如题5-16图(a)、(b)所示，回路参数相同，液压缸无杆腔面积A=50cm2,负载

F=10000N,各液压阀的调整压力如图所示，试分别确定两回路在活塞运动时和活塞运动

L

到终点住手时A、B两点的压力。

1、当活塞运动时：

图（a）负载压力小于减压阀的调定压力，出口压力由负载决定，所以B点压力为2MPa,

A点压力为2MPa

图(b)顺序阀调定压力为3MPa,故A点压力为3MPa,B点压力为2MPa。

2、当活塞运动到终点时，无杆腔的压力升高。

图(a)由于压力升高，减压阀工作，所以B点压力为3MPa,A点压力为5MPa

图(b)B点压力为5MPa,A点压力为5MPa

7-1图示回路，最多可实现几级调压？各个溢流阀调定压力Py1,Py2,Py3什么关系？

解：三个溢流阀，当P>P>P时，可实现三级调压。

y1y2y3

7-2如题7-2图所示，液压缸A和B并联，要求液压缸A先动作，速度可调，且当A缸的

活塞运动到终点后，液压缸B才动作。试问图示回路能否实现要求的顺序动作？为什么？

在不增加元件数量(允许改变顺序阀的控制方式)的情况下应如何改进？

7-4如题7-4图所示，一个液压系统，当液压缸固定时，活塞杆带动负载实现“快速进给一

一工作进给快速退回一一原位住手一一油泵卸荷”五个工作循环。试列出各电磁铁的动

作顺序表。（“+”表示电磁铁通电，”表示电磁铁断电）

环快进工进快退原位住手油泵卸荷

电磁铁、\

1YA+

2YA+

3YA++(-)

4YA+

,负载

cm2F=25KNO

max

(1)若节流阀的压降在F时为3MP，问液压泵的工作压力P和溢流阀的调整压力各

maxap

为多少？

(2)若溢流阀按上述要求调好后，负载从F=25KN降为15KN时，液压泵工作压力和

max

活塞的运动速度各有什么变化？

F25x103

(1)P=一=--------=2.5MPP=P+AP=2.5+3=5.5MP

1100x10-4ap1Ta

(2)液压泵工作压力降低，PP=P1+T=1.5+3=4.5MPa,压力取决于负载！

根据V=3_=‘A(p—_E)m节流阀(AT)的面积一定时，随负载(F)的I,速度(v)

AAPA

111

to

7-6如题7-6图所示，如变量泵的转速n=1000r/min,排量V=40mUr,泵的容积效率n=0.9,

机械效率n=0.9,泵的工作压力P=6MP,进油路和回油路压力损失AP=AP=1

mpa进回

MPa,液压缸大腔面积A「1。°cm2,小腔面积A2=5°cm2,液压缸的容积效率n「°.98,

机械效率n=0.95,试求：

(1)液压泵机电驱动功率;

(2)活塞推力；

(3)液压缸输出功率;

(4)系统的效率。

(1)v=—=o,9=>q=vVn=0.9x1000x40=36000mL/min=36L/min

vqVnv

t

6

Po=pq=Ppq=6x10x36x10-3/60=3.6kw

pp3.6

P.=F=o—==4.44kw

।vvv0.9x0.9

vm

(2)F=(Ap-Ap)v=(100x10-4x5x106-50x10-4x1x106)x0.95=42750N

120m

qv36x10-3x0.98

(3)P=FB=F--=42750x---------------------=2.5Kw

。缸A100x10-4x60

1

P

(4)v(^=£,5/4.44=56.3%

总

7-7改正如题7-7图所示的进口节流调速回路中的错误，并简要分析浮现错误的原因(压力

继电器用来控制液压缸反向)。

7-8分别用电磁换向阀、行程阀、顺序礴讪计实现两缸顺序各作的回路，并分析比较其特点。

6

用电磁换向阀实现的顺序动作回路

这种回路调整行程方便，只需改变电气控制路线就可以组成多种动作顺序，可利用电气实现

互锁，动作可靠。

用行程阀实现的顺序动作回路

这种控制方式工作可靠，但行程阀安装位置受到限制，改变动作顺序较艰难。

用顺序阀实现的顺序动作回路

行程控制单一，改变动作顺序较艰难

7-9如题7-9图所示，液压缸I和口固定，由活塞带动负载。试问:

(1)图示回路属于什么液压回路？说明回路的工作原理。

(2)各种液压阀类在液压回路中起什么作用？

(3)写出工作时各油路流动情况。

(1)此回路属于用调速阀的同步回路。压力油同时进入两液压缸的无杆腔，活塞上升。调

速阀4、5采用单向阀桥式整流油路，改变调速阀开口大小以调节流量，使两缸活塞同步运

动。

(2)溢流阀：应作定压溢流阀用。

电磁换向阀、单向阀：控制油液流动方向。单向阀桥式整流油路能保证活塞上下运动

均能通过调速阀4调速。

调速阀：控制油液流量大小。

(3)换向阀中位时，泵卸荷。

换向阀1DT通电，进油：油液从泵1.换向阀左位t单向阀6T调速阀单向阀

9T缸I的无杆腔；油液从泵1T换向阀左位T单向阀U调速阀5T单向阀13T缸n

的无杆腔。回油：I、n缸的有杆腔t换向阀左位t油箱。

换向阀2DT通电，进油：油液从泵1T换向阀右位TI、n缸的有杆腔。回油：缸

I的无杆腔T单向阀8T■调速阀单向阀7T换向阀右位T油箱；缸n的无杆腔T

单向阀12一调速阀―单向阀11一换向阀右位一油箱。

第八章

8-1列出如题8-1图所示的液压系统实现“快进一一工进一一挡铁停留一一，快退一一住手”

工作循环的电磁铁压力继电器动作顺序表，说明系统图中各元件的名称和作用，并分析该系

统由哪些基本回路组成。

动作1DT_2DT3DTYJ

快进+

工进_+_+

挡铁停留+_+

快退++

原位住手

各个元件名称和作用：

变量泵(1):提供