液压传动作业及答案

0617液压传动作业及答案

2-1、如图2-4（a）所示U型管测压计内装有水银，U型管左端与装有

液体的容器相连，右端开口与

33h?20mm,h?30mmi3.6?10kg/ml大气相通，已知：，容器内液体为水,

水银的密度为。

（1）（1）试利用静压力基本方程中等压面的概念，计算A点

的相对压力和绝对压力。

（2）（2）又如图2-4（b）所示，容器内装有同样的水，

h?15mm,hl?30mm试求A点处的真空

度和绝对压力。

（3）

解：（1）取B-C为等压面（见图2-4a）

U形测压计右支pc??汞g?h?hl?

U形测压计右支pB?pA??水ghl

因为pB?pC,所以pAc??水ghl??汞g?h?hl?

pAc??汞gh?（?汞??水）ghl=13.6X103X9.81X0.20+9.81X0.3（13.6X

103-103）

=63765N/m2

以上所得结果为相对压力，A处的压力为绝对压力

pa^?0.101+0.064=0.165MPa

（2）取B-C为等压面（见图2-4b）,压力pc等于大气压力pa,故

pB?pC?pa

所以pA?pB?(?水ghl??汞gh2)

=101325-103x9.81x0.15-13.6x103x9.81x0.3

=59828Pa^0.06MPa

以上计算结果为绝对压力，真空度为

pa?pA?101325-59828?41497Pa?0.04MPa

2-2.如图2-7所示的两种安全阀，阀芯的形状分别为球形和圆锥形,

阀座孔直径d=10mm,钢球和锥阀的最大直径D=15mm。当油液压力

pl=10MPa时，压力油克服弹簧力顶开阀芯而溢油，溢油腔有背压

p2=0.5MPa,试求两阀弹簧的预紧力。

1

答：球阀受pl作用向上的力为

?Fl?d2pl4受p2作用向下的力为

?F2?d2p24列出球阀受力平衡方程式

?

44

式中Fs为弹簧的预紧力，故

Fs?dpl?Fs?p22?d2?

4dpl?p2

62?d24?d2??pl?p2?4

4?746N?(10-0.5)?10???0.01?2

锥阀阀芯受力情况和球阀相同。故Fs也相同。

2-3汝口图2-10所示，液压泵以Q=25L/min的流量向液压缸内径D=

50mm,活塞杆直径d=30mm,油管直径dl=d2=15mm,试求活塞的运

动速度及油液在进回油管中的流速。

2

解：计算液压缸进、回油管的流速时，不能直接应用连续性方程，因

为进油管何回油管已为活塞所

隔开。

有已知流量可求得进油管流速

Q25?103?4vl???14147cm/min?2.36m/s22?dl??1.5

4由进入液压缸的流量可求得活塞运动速度

Q25?103?4v???1273cm/min?0.21m/s?D2??52

4由连续性方程

4

故回油路中流速为v?(D2?d2)?v2?dl24

?

v2?v(D2?d2)

?dl2D2?d252?32?v?0.21??1.50m/s22dll.5

42-4.试用连续性方程和伯努利方程分析图2-12所示的变截面水平管

道各截面上的

压力。设管道通流面积A1>A2>A3

解：由连续性原理Alvl?A2V2?A3V3?Q

因为A1>A2>A3,所以vl〈v2Vv3,再由伯努利方程

22P3V3plvl2P2V2??zl???z2???z3?常量?g2g?g2g?g2g

由于管道水平放置，故zl?z2?z3,上式可改写为

22p3v3plvl2p2v2??????g2g?g2g?g2g

因为vl<v2<v3,所以pl>p2>p3。

.图所示为文氏流量计原理图。已知

2-52-15Dl=200mm,D2=100mmo

当有一定流量的水通过时，水

3

银柱的压力计读数h=45mm水银柱。不计流量损失，求通过流量计

的流量。(提示：用伯努利方程，连续性方程和静压力基本方程联立求解)。

解：取D1处断面I-ID2处断面并以中心线为基准，列出伯

努利方程

22由于zl=z2=0,并不计压力损失Ap,故上式可简化为

22

由连续性方程vlAl?v2A2得

pl?p2?2?v2pl??vl2??gzl?p2?2?v2??gz2??p??vl2??22(v2?vl2)

代入上式后得AlD12v2?vl?vl2A2D2

pl?p2??vl2D14

2(4D2?1)所以

vl?2(pl?p2)

D14?(4?1)D2由静压力基本方程

pl?p2?(?汞??)gh??gh(?共？1)?

2?0.045?9.81(13.6?l)?27L/s42?114Q?vlAl??D124

22gh(?共?1)???4所以D14(4?l)D2?0.22?2-6.运动粘度??40mm/s

的液压油以2.6L/S的流量通过内径为20mm的光滑金属管道。试求其雷

诺数，并判别其流态。又要使管中的液流为层流，管径应至少为多少？

解：油液在圆管中的流速

故为紊流

Re?Q2.6?103v???828cm/s2?d?2244vd828?2Re???4138?2320?0.4

vd?4Q4Qd?Re?????d以临界雷诺数代入上式得

4?2.6?103

d??3.59cm?36mm2320???0.4即管径至少为36mm才能得到层流流动。

3?622-7.密度??900kg/m,运动粘度??40?10m/s得油液，以流量

Q?03.L/s

通过管长I?25m,内径d?20mm的管道时，其压力损失是多少？又若

流量增加到2.6L/S时，压力4

损失又是多少？

解：首先求雷诺数判别流动状态，当流量为0.3L/S时

v?0.3?103

?95cm/s

4

vd2Re??95??475?2320?0.4故为流层，压力损失？22

l?v27525900?0.952

?p???????80156Pa?0.08MPad24750.022

当流量为2.6L/S时，由上题可知v?828cm/s,Re?4138,流态为紊态。

??0.3164Re?0.25?0.3146?4138?0.25?0.04

I?v2258.282

?p????0.04??900??1542564Pa?1.5MPad20.022

例1：图1中，两个

液压缸水平放置，活

塞5用以推动一个工

作台，工作台的运动

阻力为Fr。活塞1上

施加作用力F,缸2

的孔径为20mm,缸4

的孔径为50mm,

Fr=1962,5No计算以

下几种情况下密封容

积中液体压力并分析

两活塞的运动情况。

(1)(1)当

活塞1上

作用力F

为314N

时；

(2)(2)当

F为157N

时；

(3)(3)作

用力F超

过314N

时。

解：

(1)密封腔内液体压力为

p?F31462??l?10N/m?lMpa2Al?/4?0.02

液体作用在活塞5上的力为

5

'FR?F?A2?314?0.052/0.022?1962.5NAl

由于工作台上的阻力FR为1963.5N,故活塞1通过液体使活塞5和工

作台作等速

运动，工作台速度为活塞1速度的4/25。

(2)密封腔内液体压力为

p?F157??0.5?106N/m2?0.5Mpa2Al?/4?0.02

作用于活塞5上的力为

'FR?F?A225?157??981NA14

不足以克服工作台的阻力，活塞1和活塞5都不动。

(3)由于工作台上阻力为1962.5N,由(a),当活塞1上作用力为314N

时，两活塞即以各自的速度作等速运动。故作等速运动时，活塞1上的力

只能达到314N例2：图1-8中有两

个同心圆筒，内筒外

径?100mm,内筒外壁

与外筒内孔在半径方

向的间隙为0.05mm。

筒长200mm,间隙内

充满某种液体。当外

筒不转，内筒以每分

钟120转的速度旋转

时，测得所需转距

1.44N,m（不计轴承

上的摩擦转距）。已

知液体密度为

870kg/m3o

求液体的动力粘度和

运动粘度。

解：

由F=RAdu/dz因为间隙很小，所以可以看成

F=|iAU/h

轴上的转距为

DUDM?F??A2h2

所以??2MhAUD

6

2?1.44?0.5?10?4

?120??0.1?0.2???0.1??0.160

=3.6xlO-2Pa-S

3.67102

????0.41?10-4m2/s?870u

<![endif]>所以图1-8表示了一种测量油液粘度的方法。

例题3.1

某泵的排量q=50cm3/r,总泄露量△Q=cp,c=29X10-5

cm3/Pa・min。泵以1450r/min的转速转动,分别计算p=0,2.5,5和lOMpa

时泵的实际流量和容积效率。如泵的摩擦损失转距为2N•M,且与压力无

关，试计算上述几种压力下的总效率。当用电机带动时，电机功率为多大？

解：泵的实际流量Q=QT-△Q=qn-cp=(50X1450-29•p

X10-5)cm3/min

泵的容积效率nPV=l-AQ/QT=1-(29•pX10-5)/(50X1450)

泵的机械效率nPm=MT/MP=M/(MT+AM)

其中M=pq/2Ji=(pX50X10-6)/2JiN•m

△M=2N•m

所以

根据以上算式计算的结果列如下：

p?5?10?5?55p?10?Pm???5p?5?105p?10?5?4??22?

7

电动机功率N=PQ/nP=(10X106X69.6X10-3)/(0.936X60)

=12400W=12.4KW例题3.2

如果柱塞泵的配流盘偏离正确位置一定角度，会产生什么现象？当偏

离90。时又将有怎样的结果？解答：配流盘的正确位置应使其二配流槽

对称于斜盘的顶点分布。如果错开一角度，则配流槽将同时与密封容积处

于减小和处于增大位置的柱塞相通，其实际吸入或排出的油液为这两部分

体积之差，即实际排量减小。当错开角度90。时，减小和增加的密封容积

相等，泵不再有流量输出。故一般在装配时应保持配流盘的正确位置，

但在个别泵中利用这一原理来改变泵的排量，成为变量泵。例题33

液压马达的排量q等于50cm3/r,泄漏量△Q=cp,c=3义1

0—4cm3/Pa,min。液压马达的摩擦转矩为4N•m,且假设与负载

无关。输入流量为50L/min。分别计算液压马达负载转矩为0,

20,40,60,80N•m时的转速和总效率。

解：液压马达的理论转矩

MT=M+4N,ma

马达的工作压力p?

2?MT2?(M?4)

?Pa?6

q5?10

一43

泄露△Q=cp=3,pX10cm/min

Q??Q50?103?3p?10?4

转速n??r/min

q50

Q??Q3p?10?4

容积效率？MV??l??l?6p?10?94

Q5?10MM

机械效率？Mm??

MTM?4

总效率nM=n

Mm

-n

Mv

例1速度v及作用力F将如何变化？要使v31V2=2,则活塞与活塞杆

直径之比应该为多少？

8

解：因为差动连接时活塞杆截面积为其有效工作面积，故活塞杆直径

减小时，作用力减小，速度提高。

因为vl?Q?4Q2AlD----------------（向右）

v2?Q?A2?4QA2（D2?d2）-------（向左）

v3?Q?4Q2A2?Al）d---------（差动连接）

所以

v3D2?d2

??22v2dD?d即

例2：为什么说伸缩式液压缸活塞伸出的顺序是从大到小，而空载缩

回的顺序是由小到大？

答：如果活塞上的负载不变，大活塞所需的压力较低，故伸出的大活

塞先动。但一般大活塞以及活

塞杆上的摩擦力比小活塞大的多，故空载缩回时推动小活塞所需的压

力较低，小活塞先动。例3：一个单活塞杆液压缸，无杆腔进压力油时为

工作行程，此时负载为55000N,有杆腔进油时为

快速退回，要求速度提高一倍。液压缸工作压力为7MPa,不考虑背

压。计算选用活塞和活塞杆直径和校核活塞杆的强

度。？F?pA?pD2,F?55000N,p?7?106Pa4解：由式

所以D?4F4?5.5?10??0.1m,取D?100mm6?p??7?104

v2D2

?2，所以2?2,D?2d,取d?70mm.2vD?d因为题中要求1

活塞杆所受的压力为

4F55000?4??2??1.43?107Pa2?d??0.07

远小于一般钢材的许用应力。

9

例题5-1

一定量泵供油的液压系统，

其四个液压缸顺序伸出，但

同时缩回。系统的最高压力

p2=10MPa

最低工作压力

pl=7MPa0

一个工作循环的时间为

10s,工作循环中各阶段所

需的流量及持续时间如图

所示。

求：

(1)(1)该系统使用蓄能器和不使用蓄能器时泵所需流量。

(2)(2)蓄能器的总容积。

解：(1)当不用蓄能器时，泵按系统中需要的最大流量选取，即

Q=Qmax=0.95L/s。？Qi?ti(0.183?0.6?0.317?0.25?0.95)?2采取蓄能器后，

泵流量为Qp???0.46L/sT10

nl(2)蓄能器应有的工作容积极限为VW??(Qp?Qi?ti)2i?l-3-3=

1/2[|0.46X10-0.183X10I+I0.46X10-3-0.6X10-3|+|

0.46X10-3-0.317

X10-3|+|0.46X10-3-0.25X10-3|+|0.46X10-3-

0.95X10-3|]X2

=1.26x10-3m3

各阶段需要的容积为

△Vl=(0.46-0.183)X10-3X2=0.554X10-3m3

△V2=(0.46-0.6)X10-3X2=-0.28X10-3m3

△V3=(0.46-0.317)X10-3X2=0.286X10-3m3

△V4=(0.46-0.25)X10-3X2=0.42X10m3

△△V5=(0.46-0.95)X10-3X2=-0.98X10m3

其中4V3和ZW4连续储存，相加为ZW3+AV4=0.706X

10-3m3。蓄能器的工作过程如下：

存储0.554X10-3m3,释放0.28X10-3m3,存储0.706X10

-3m3,释放

0.98X10-3m3o

可见，取蓄能器的工作容积V=0.98X10-3m3足够了。

系统工作时，流量在2秒内完全释放出来，故可以认为是绝热过程,

取n=1.4。选波纹形气囊式蓄能器，取p0/pl=0.6。给定pl=7Mpa

（绝对压力），p2=10Mpa,贝Up0=0.6pl=4.2Mpa10

例题6-1

指出下图所示各换向阀图形符号的错误，并予以改正。

错误的符号正确的符号

解：图（a）中右框内箭头画成对角线是错误的，应将方框的上、下

边四等份（仅对四通阀而言，如两通阀应画在方框的中间），上、下两个

接口分别位于上下边框上的第一、第三等份处。正确图形符号如图：

图（b）中两个方框内油路连通关系完全一样，应改成如图：

图（c）换向阀的中位少一个通油口，正确表示如图：

例题2

某执行元件要求随时能停止并锁紧，且停止时要求压力油卸荷，应选

用何种机能的三位四通换向阀。

答：应选用M型中位机能。M型中位机能使油口A,B封闭，所以执

行元件可在任意位置上停止;

而P与T连通，压力油直接回油箱而卸荷。

例题3

试用两个二位三通电磁球阀

组成一个三位四通换向阀

如图所示

例题7-1

如果先导式溢流阀阻尼孔堵塞，会出现怎样的情况？若用直径较大的

孔代替原阻尼孔又会出现怎样的情况？

答：若先导式溢流阀中主阀芯的阻尼孔堵塞，如果此时主阀芯上腔充

满油液（在刚开始堵塞时11

往往这样），则下腔压力（进油压力）必须大于先导阀的调整压力和

主阀芯上部的软弹簧力，才能使主阀向上移动，上腔中的油液通过先导阀

回油箱，这和阻尼孔没有堵塞的情况相似。但是这种情况不会持续很久，

因为主阀上腔无油液补充。在主阀上腔出现空隙时，进油压力只要克服主

阀上部的软弹簧力就能使主阀芯向上移动，二使进回油路接通，油液流回

油箱，这时相当于溢流阀处于卸荷状态，系统压力建立不起来，系统不能

工作。

若用一直径较大的孔代替阻尼孔时，需要有足够大的流量通过先导阀,

才能在主阀两端产生足以使主阀芯移动的压差。实际上，由于锥阀座上的

孔较小，通过流量受到限制，阻尼孔较大时，其两端就无法形成足够压差

使主阀开启。所以主阀芯在上部弹簧作用下使进油孔和回油孔始终处于切

断状态。这时只有先导阀起作用，相当于一个流量很小的溢流阀。

例题7—2

图7—14为一个二级调速回

路，图中1为溢流阀，2为

远程调压阀，试分析二级调

速原理。

解：在图示状态，活塞向右移动，这时系统的最大压力决定于溢流阀

的调整压力。虽然远程调压阀2的调整压力较溢流阀1低，但由于远程调

压阀的回油口接在高压管路上，因此远程调压阀无法打开。当换向阀换

位，活塞向左移动时，原来的高压管路切换为通油箱的低压管路，系统压

力由远程调压阀的调整压力决定。所以图示回路能使活塞在左右两个方向

运动时，其最高（安全）压力不同。

12

例题7—3

一夹紧油路如图7-20所示，

若溢流阀的调整压力pl=

5MPa,减压阀的调整压力p2

=2.5MPa,试分析夹紧缸活

塞空载时A,B两点的压力

各为多少？减压阀的阀芯处

于什么状态？夹紧时活塞停

止运动后，A,B两点压力又

各为多少？减压阀阀芯又处

于什么状态？

解：当回路中的二位二通电磁阀处于图示状态时，在活塞为空载的运

动期间，如忽略活塞运动时的摩擦力，惯性力，和管路损失等，则B点压

力为零，这时减压阀中的先导阀关闭，主阀芯处于开口最大位置，若不考

虑流过溢流阀的压力损失，则A点压力也为0。夹紧时，活塞停止运动，B

点压力升高到减压阀的调整压力2.5MPa,并保持此压力不变。这时减压阀

中的先导阀打开，主阀芯开口很小。而液压泵输出油液中仅有极少量流过

减压阀中的先导阀，绝大部分经溢流阀溢回油箱。A点压力为溢流阀的调

整压力5MPa。

例题7-4

如图7-26所示，溢流阀的调

定压力为5MPa。顺序阀的

调定压力为3MPa,液压缸

无杆腔有效面积为A=

50cm3,负载FL=10000N。

当换向阀处于图示位置时，

试问活塞运动时和活塞到终

点停止运动时，A,B两点的

压力各为多大？又负载

FL=20000N时，A,B两点的

压力又为多大？（管路损失

忽略不计）

解:

13(1)活塞运动时，B点压力为

PB710000

?4?2?106Pa?2MP50?10

A点压力为3MPa。

(2).活塞到终点停止运动后，液压泵输出的压力油不能进入液压缸而只

能从溢流阀溢出，这时

A点的压力PA=5MPaB点的压力PB=5MPa

(3).当负载FL=20000N,活塞运动时，

200006PB??4?10Pa?4MPa?450?10

PA=4Mpa

活塞停止运动后

PA=PB=5MPa

例题7-1

如果先导式溢流阀阻尼孔堵塞，会出现怎样的情况？若用直径较大的

孔代替原阻尼孔又会出现怎样的情况？

答：若先导式溢流阀中主阀芯的阻尼孔堵塞，如果此时主阀芯上腔充

满油液(在刚开始堵塞时往往这样)，则下腔压力(进油压力)必须大于

先导阀的调整压力和主阀芯上部的软弹簧力，才能使主阀向上移动，上腔

中的油液通过先导阀回油箱，这和阻尼孔没有堵塞的情况相似。但是这种

情况不会持续很久，因为主阀上腔无油液补充。在主阀上腔出现空隙时，

进油压力只要克服主阀上部的软弹簧力就能使主阀芯向上移动，二使进回

油路接通，油液流回油箱，这时相当于溢流阀处于卸荷状态，系统压力建

立不起来，系统不能工作。

若用一直径较大的孔代替阻尼孔时，需要有足够大的流量通过先导阀,

才能在主阀两端产生足以使主阀芯移动的压差。实际上，由于锥阀座上的

孔较小，通过流量受到限制，阻尼孔较大时，其两端就无法形成足够压差

使主阀开启。所以主阀芯在上部弹簧作用下使进油孔和回油孔始终处于切

断状态。这时只有先导阀起作用，相当于一个流量很小的溢流阀。

14

例题7—2

图7—14为一个二级调速回

路，图中1为溢流阀，2为

远程调压阀，试分析二级调

速原理。

解：在图示状态，活塞向右移动，这时系统的最大压力决定于溢流阀

的调整压力。虽然远程调压阀2的调整压力较溢流阀1低，但由于远程调

压阀的回油口接在高压管路上，因此远程调压阀无法打开。当换向阀换

位，活塞向左移动时，原来的高压管路切换为通油箱的低压管路，系统压

力由远程调压阀的调整压力决定。所以图示回路能使活塞在左右两个方向

运动时，其最高（安全）压力不同。

例题7—3

一夹紧油路如图7-20所示,

若溢流阀的调整压力pl=

5MPa,减压阀的调整压力p2

=2.5MPa,试分析夹紧缸活

塞空载时A,B两点的压力

各为多少？减压阀的阀芯处

于什么状态？夹紧时活塞停

止运动后，A,B两点压力又

各为多少？减压阀阀芯又处

于什么状态？

解：当回路中的二位二通电磁阀处于图示状态时，在活塞为空载的运

动期间，如忽略活塞运动时的摩擦力，惯性力，和管路损失等，则B点压

力为零，这时减压阀中的先导阀关闭，主阀芯处于开口最大位置，若不考

虑流过溢流阀的压力损失，则A点压力也为0。夹紧时，活塞停止运动，B

点压15

力升高到减压阀的调整压力2.5MPa,并保持此压力不变。这时减压阀

中的先导阀打开，主阀芯开口很小。而液压泵输出油液中仅有极少量流过

减压阀中的先导阀，绝大部分经溢流阀溢回油箱。A点压力为溢流阀的调

整压力5MPa。

例题7-4

如图7-26所示，溢流阀的调

定压力为5MPa。顺序阀的

调定压力为3MPa,液压缸

无杆腔有效面积为A=

50cm3,负载FL=10000N。

当换向阀处于图示位置时，

试问活塞运动时和活塞到终

点停止运动时，A,B两点的

压力各为多大？又负载

FL=20000N时，A,B两点的

压力又为多大？(管路损失

忽略不计)

解：

PB710000

?4?2?106Pa?2MP50?10

点压力为

A3MPa0

(2).活塞到终点停止运动后，液压泵输出的压力油不能进入液压缸而只

能从溢流阀溢出，这时

A点的压力PA=5MPaB点的压力PB=5MPa

(3).当负载FL=20000N,活塞运动时，

20000PB??4?106Pa?4MPa?450?10

PA=4Mpa

活塞停止运动后

PA=PB=5MPa

例8-1：如图(a)(b)所示，节流阀同样串联在液压泵和执行元件之

间，调节节流阀通流面积，能

否改变执行元件的运动速度？为什么？

(1)活塞运动时，B点压力为

16

答：图(a)(b)所示的回路中，调节节流阀的通流面积不能达到调

节执行元件运动速度的目的。对

于(a)的回路，定量泵只有一条输出油路，泵的全部流量只能经节

流阀进入执行元件，改变节流阀的通流面积只能使液流流经节流阀时的压

力损失以及液压泵的出口压力有所改变，如将节流阀通流面积调小，节流

阀压力损失增大，液压泵压力增高，通过节流阀的流量仍是泵的全部流量。

图(b)的回路与(a)基本相同，在节流阀后面并联的溢流阀，只能起限

制最大负载作用，工作时是关闭的，对调速回路不起作用。

例8-2：如图所示的进油路节流调速回路中，液压缸有效面积

A1=2A2=5Ocm2,Qp=10L/min,溢流阀

的调定压力ps=24X105Pa,节流阀为薄壁小孔，其通流面积调定为

a=0.02cm2,取Cq=0.62,油液密度P=870kg/m3,只考虑液流通过节流阀

的压力损失，其他压力损失和泄漏损失忽略不计。试分别按照FL=10000N,

5500N和0三种负载情况，计算液压缸的运动速度和速度刚度。

解：(1)当FL=10000N时

FQl?Ka(ps?L)2

Al

2K?Cq?0.而1?2?0.0297870

17

Ql?0.0297?2?10?62.4?106?

v?Q137.6??0.75cm/sA15010000?623?37.6?10m/s?37.6cm/s?450?10

(2)当FL=5500N时

2(psAl?FL)2(2.4?106?50?10?4?10000)kv???5333N?s/cmv0.75

lF22Ql?Ka(ps?L)2K?Cq?0.?0.0297A?8701,

Ql?0.0297?2?10?62.4?106?

v?Q167.73??1.35cm/sA1505500?67.73?10?6m2/s?67.73cm3/s?450?10

2(psAl?FL)2(2.4?106?50?10?4?5500)kv???9629N?s/cmvl.35(3)当

FL=O时

?66?623Ql?0.0297?2?102.4?10?92.02?10m/s?92.02cm/s

Q92.02v?l??1.84cm/sA150

上述计算表明，空载时速度最高，负载最大时速度最低，其速度刚度

亦然。2(psAl?FL)2?2.4?106?50?10?4kv???13044N?s/cmvl.84

例8-3：图示回路中，泵的输出流量QP=10L/min,溢流阀调定压力

ps=2MPa,两节流阀均为薄壁小孔

型,流量系数Cq=0.62,开口面积al=0.02cm2,a2=0.01cm2,P

=870kg/m3o当液压缸克服阻力向右运

动时，如不考虑溢流阀的调压偏差，试求：s

(1)(1)液压缸大腔的最大工作压力能否达到2MPa；

(2)(2)溢流阀的最大溢流量。

答：(1)图示回路中，无论活塞是否运动到端点位置，始终有流量通

过节流阀1,2回油箱。节流阀1两端必然有

压差。故大腔压力始终比溢流阀调定压力2MPa要低，不可能达到

2MPa。

当液压缸大腔压力不足以克服负载阻力时(或活塞运动到端点位置

时)，活塞停止向右运动，这时液压缸大腔的压18

力P为最高，并且通过节流阀1的流量全部经节流阀2流回油箱。通

过节流阀1的流量Ql?Kal(ps?p)

通过节流阀2的流量Q2?Ka2(p?0)

由于Ql?Q2?Kal(ps?p)?Ka2p

即0.02(2?p)?0.01p

得p=1.6MPa

(3)(3)当活塞停止运动时，大腔压力p最高，节流阀1

两端压差最小，通过节流阀1的流量最小，通

过溢流阀的流量最大，这时，通过节流阀1的流量121212121212

Ql?Ka?p?Cql22

?a(pa?p)l

2

通过溢流阀的流量

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2?0.02?10?4(2?1.6)?106870?33?0.0376?10m/s?2.26L/min?0.Q

溢?QP?Ql?10?2026?7.74L/min返回

例题1：某变量泵和定量马达组成的容积调速回路，变量泵的排量可

在0~50cm3/r范围内调节，泵的

转速为1000r/min,马达的排量为50cm3/r,在满载压力为10MPa时

泵和马达的泄漏量各为

lL/mino如果定义转速变化率为

式中？?n

n0——空载时马达的转速；

n——满载时马达的转速。

分别取允许的转速变化率为0.1,0.3,0.5o求：

(1)(1)回路的最低转速和调速范围；

(2)(2)回路在最低转速下的容积效率。

npqp??Qn?qM解：(1)由于

式中?Q为满载时泵和马达泄漏量之和。nO?nl

nO?n?Q?nOnpqp所以

题中设?Q与泵的排量无关，则在pq为最小值qpmin时最大。亦即限

制了6可使用的qpmin之数值，即

?Qqpmin?np?------------------------------(*)??

调速范围

--------------------------------(1)

?Q?Qlnmin?(??Q)/qM?(?l)?qlVl?--------------------------------(2)

19nmax?npqpax??QqM

R?

?--------------------------------(3)

根据题中给出的数据：np=1000r/min,qpmax=50cm3/r,qM=50cm3/r,

AQ=2000cm3/min等，并取6=0.1,0.3,0.5,利用式(1)~(3)计算所

的结果如下：

nqqpmin??Q

nmaxnpqpmax??Q?lnmin?Q(?l)

(2)最低转速下的容积效率nv=

利用式(*),得?Q?npqpmin?npqpmin

代入上式得?V?1??

故在6=0.1,0.3,0.5时，回路的容积效率分别为0.9,0.7和0.5。

例题2：画出高速段改变泵的

排量，低速段改变马达的排

量调速时的输出特征。与图

9-8相比，能得出什么结论？

20

答：低速段调节马达排量时的特性见图9-13(a)。两种调速方法的

输出转距和功率的比较见图9-13

(b)和(c)。图中曲线1为低速段用变量泵调速的输出特性，曲线2

则为低速段用马达调速的输出特性。阴影线部分表示两者之差，可见低速

段用马达调速时不能充分利用元件的潜力，在调速范围内，能输出的功率

和转距都比较小。

例题3：用变量泵和变量马达组成的调速回路中，已知变量泵的排量

为0~50cm3/r,转速np=1000r/min,

马达的排量为12.5~50cm3/r,安全阀的调定压力为lOMPa,要求:

(1)(1)泵和马达的容积效率和机械效率均为100%时，列表计

算液压马达的输

出转速以及能输出的转距和功率，并画图表示(低速段调节变量泵的

排量)。

(2)(2)设泵和马达的泄漏量随负载压力而先行增加，在压力

为10MPa时，泄

漏量均为lL/min。泵和马达的机械效率在工作范围内不变，为0.8。

重复完成

(1)的要求。

解：(1)容积效率为100%时的转速表达式为

qpnpnM?qM

pqMM?2?机械效率为100%的转距表达式为

功率表达式(总效率为100%)为N?pqpnp

计算结果列表如下：

21

(2)、泵和马达泄漏量均为lL/min时马达的转速为

pqMM???0.82?机械效率为0.8时马达的转距为

既考虑泄漏又考虑机械效率时马达的功率为

nqpnp?2?103pqMN???2??MmqM2?

3?p(qn?2?10)?0.8pp计算结果列表如下：

?nM?npqp?2?103qM

按表可画出下图(9-14)

22

9-4、根据泵的容积效率随负载压力的增加而降低这一特性，具体分

析泵的容积效率（泄漏）对图

9-9.9-11两种调速回路的速度负载特性各有什么影响？

答：图9-10中曲线已把变量泵的容积效率考虑在内。再者，进入液压

缸的流量是调0速阀调定的流

量，所以对图9-9所示的回路中不存在泵的容积效率对速度产生影响

的问题。在图9-11所示的回路中如考虑泵的容积效率时，则当负载压力升

高时泵的泄漏量增加，输出流量减小，泵流量的下降会引起节流阀两端的

压差（pl-p2）减小，这时定子左移，使泵的流量和节流阀的压差增加，在

新的位置上取得平衡。这一平衡点上的压差和流量和原来的数值相比略

有变化。其原因在于负载压力增加后，泵的实际输出流量均略有减小。如

图9-15所示，原来的泵输出流量曲线2将向下平移至2,，它和节流阀流

量曲线1的交点也将随之变化，即其工作点由A改为B。由于在这一区域

内曲线1的效率较小，工作点变化所引起的流量变化很小，因此，负载变

化引起的速度变化不显著。

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11-1.试画出中位机能为“H”的三位四通插装式换向阀的原理。

解：中位机能为“H”的三位四通阀插装式换向阀原理如图11-23所

示。为使四个插装阀在中位时都不关闭，采用中位机能为“Y”的先导阀。

控制油路中单向阀（梭阀）当然就不需要了。

23

112试用插装阀实现图11-13所示的三位四通阀。

解：初步分析需用四个插装阀和四个二位二通先导阀来实现图示机能,

并选用其序号为6,15,13三种状态（图11-9）。进一步分析发现：在三

种状态下，插装阀1及控制其启闭的先导阀可以取消；而插装阀2始终保

持开启，故插装阀2及控制其启闭的先导阀液可以取消，在P口与A口间

用一固定连通管道代替即可。这样，只剩下插装阀3、4需要控制，不难

用一个三位四通先导阀来实现，如图11-24所示。可见，设计合理时可用

较少的插装阀来实现某些特殊功用的三位四通阀。

24

113用一个小型电动机通过一定机构带动一般溢流阀或调速阀的调

节手柄，是否就成为电液比例阀？为什么？

解：用小型电动机可以对溢流阀或调速阀进行调节，但这只能实现遥

控而不是比例控制。如果电动机能按输入而转动相应的角度，则用它来带

动手柄可使一般的溢流阀或调速阀成为电液比例阀。

11-4.如何将图11-19所示比例调速阀改为手动调速阀（采用同样原理）。

解：取消图11-19中的比例电磁铁，在先导阀右侧加一个弹簧，并用

螺钉对弹簧作用于先导阀的力进行调节，即成为采用同一原理的手动调速

阀。

例题1、有一液压缸，快速运动时需油40L/min,工作进给（采用节流

阀的进油路节流调速）时，最

大需油量QL为9L/min,负载压力为pL为3MPa。试问：

(1)(1)当采用图10-2所示的双泵供油系统时，工进速度最

大情况下的回路效率是多少？

（2）（2）若采用单个定量泵供油时，同一情况下的效率又是

多少？

解：（1）根据题设条件，取泵1的流量为QPl=32L/min,泵2的流量

为QP2=10L/min

（根据泵的样本选取）。由于采用了节流阀进油路节流调速，取

pP2?3MPa?0.3MPa?3.3MPao阀3卸荷时的压力损失?p?0.3MPa,贝U

pLQL3?9????0.6卸P2QP2??pQP23.3?10?0.3?32（3）（3）当采

用一个定量泵供油时，泵的流量应能满足快速运动的需要，为此Qp最少

取40L/min,可求得最大工进速度下的效率，得

pQ3?9?c?LL??0.0205pPQP3.3?40

25

例题2：图10-8中，在液压缸负载压力不能改变的条件下，假如要求

缸1和缸2的动作顺序为②一①一③一④，仍采用压力控制,应如何实现？

答：可在缸2的进油路上增加一个单向顺序阀，其调整压力取为

2.5MPa（调整压力不能过小，否则动作顺序不可靠）。此时缸1将先动，

缸2后动。由于单向阀的存在，返回时仍保持图10-8原先的动作顺序，见

图10-22。

例题3：如果取消10-10

中的单向阀6,回路所完

成的自动循环将产生什

么样的变化？如果采用

二位二通电磁阀代替二

位二通行程阀4,同时取

消单向阀6,能否保持原

有的工作循环？

26

答：图10-10中取消单向阀6后，由于在缸1退回的开始阶段，挡块

2仍使行程阀处于被压下的位置，此时为慢

速退回，直到挡块2离开行程阀后才能转为快退状态。如改用二位二

通电磁阀，并在二位四通电磁阀复位、工进转为快退的同时，使二位二通

电磁阀切换成导通状态，则系统仍能保持图10-10原来的工作循环。

例题4：图10-21是组合机床的液压系统原理图。该系统中具有进给

和夹紧两个液压缸，要求它完

成的动作循环已在图10-21（a）中表明。读懂该系统并完成以下几项

工作：

（1）（1）写出从序号1到21的液压元件名称；

（2）（2）根据动作循环作出电磁阀和压力继电器的动作顺序

表。用符号“+”表示电磁铁

通电或压力继电器接通，符号“一”则表示断电或断开；

（3）（3）分析该系统中包含哪几种液压基本回路；

（4）（4）指出序号为7,10,14等元件在系统中所起的作用。

答：（1）油箱1,滤油器2（粗滤用），定量泵3,滤油器4（精滤用），

压力表5,溢流阀6,阻尼器

7（或称节流器），二位二通电磁阀（H型）8,减压阀9,单向阀10,

开关（截止阀）11,隔离式气体蓄能器12,二位四通电磁阀13,压力继

电器14,杆固定的单活塞杆液压缸15,16,二位三通电磁阀17,18,调

速阀19,20,二位二通电磁阀（0型）21。

（2）电磁阀和压力继电器动作顺序表如下：

（3）该系统包含由17,18和进给缸16组成的差动连接快速运动回

路；由阀19,快进的顺序动作

回路，由单向阀10和蓄能器12组成的夹紧缸的防干扰及夹紧系统的

保压回路；由阀6和8组成的卸荷回路；由减压阀9构成的减压回路以及

由电磁换向阀组成的换向回路等。

（4）（4）阻尼器7的作用是使阀6卸荷过程较平稳。单向阀

10的作用是配合蓄能器12等组成

防干扰保压回路。压力继电器的作用14的作用是保证夹紧缸的夹紧

力达到调定值时，进给缸才可以开始进给并进行加工，起到两缸的互锁作

用。

例题1、有一液压缸，快速运动时需油40L/min,工作进给（采用节流

阀的进油路节流调速）时，最

大需油量QL为9L/min,负载压力为pL为3MPa。试问：

（5）（1）当采用图10-2所示的双泵供油系统时，工进速度最

大情况下的回路效率是多少？

(6)(2)若采用单个定量泵供油时，同一情况下的效率又是

多少?

解：（1）根据题设条件，取泵1的流量为QPl=32L/min,泵2的流量

为QP2=10L/min

（根据泵的样本选取）。由于采用了节流阀进油路节流调速，取

阀卸荷时的压力损失?贝

pP2?3MPa?0.3MPa?3.3MPao3p?0.3MPa,U

pLQL3?9????0.63pP2QP2??pQP23.3?10?0.3?32（7）（3）当采

用一个定量泵供油时，泵的流量应能满足快速运动的需要，为此Qp最少

取40L/min,可求得最大工进速度下的效率，得

pQ3?9?c?LL??0.0205pPQP3.3?40

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例题2：图10-8中，在液压缸负载压力不能改变的条件下，假如要求

缸1和缸2的动作顺序为②一①一③一④，仍采用压力控制,应如何实现？

答：可在缸2的进油路上增加一个单向顺序阀，其调整压力取为

2.5MPa（调整压力不能过小，否则动作顺序不可靠）。此时缸1将先动，

缸2后动。由于单向阀的存在，返回时仍保持图10-8原先的动作顺序，见

图10-22。

例题3：如果取消10-10

中的单向阀6,回路所完

成的自动循环将产生什

么样的变化？如果采用

二位二通电磁阀代替二

位二通行程阀4,同时取

消单向阀6,能否保持原

有的工作循环？

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答：图10-10中取消单向阀6后，由于在缸1退回的开始阶段，挡块

2仍使行程阀处于被压下的位置，此时为慢

速退回，直到挡块2离开行程阀后才能转为快退状态。如改用二位二

通电磁阀，并在二位四通电磁阀复位、工进转为快退的同时，使二位二通

电磁阀切换成导通状态，则系统仍能保持图10-10原来的工作循环。

例题4：图10-21是组合机床的液压系统原理图。该系统中具有进给

和夹紧两个液压缸，要求它完

成的动作循环已在图10-21（a）中表明。读懂该系统并完成以下几项

工作：

（5）（1）写出从序号1到21的液压元件名称；

（6）（2）根据动作循环作出电磁阀和压力继电器的动作顺序

表。用符号“+”表示电磁铁

通电或压力继电器接通，符号“一”则表示断电或断开；

（7）（3）分析该系统中包含哪几种液压基本回路；

（8）（4）指出序号为7,10,14等元件在系统中所起的作用。

答：（1）油箱1,滤油器2（粗滤用），定量泵3,滤油器4（精滤用），

压力表5,溢流阀6,阻尼器

7（或称节流器），二位二通电磁阀（H型）8,减压阀9,单向阀10,

开关（截止阀）11,隔离式气体蓄能器12,二位四通电磁阀13,压力继

电器14,杆固定的单活塞杆液压缸15,16,二位三通电磁阀17,18,调

速阀19,20,二位二通电磁阀(0型)21。

(2)电磁阀和压力继电器动作顺序表如下：

(3)该系统包含由17,18和进给缸16组成的差动连接快速运动回

路；由阀19,快进的顺序动作

回路，由单向阀10和蓄能器12组成的夹紧缸的防干扰及夹紧系统的

保压回路；由阀6和8组成的卸荷回路；由减压阀9构成的减压回路以及

由电磁换向阀组成的换向回路等。

(8)(4)阻尼器7的作用是使阀6卸荷过程较平稳。单向阀

10的作用是配合蓄能器12等组成

防干扰保压回路。压力继电器的作用14的作用是保证夹紧缸的夹紧

力达到调定值时，进给缸才可以开始进给并进行加工，起到两缸的互锁作

用。

.一台立式多轴钻孔专用机床，钻削头部件的上、下运动采用液压

传

动，其工作循环是：快速下降一工作进给一快速上升一原位停止。为

防

止钻削头部件因自重下滑，装有平衡回路(设计时不考虑重力的影响)。

已知数据如下：最大钻削力Fmax?2500N；钻削头部件质量m=255kg；

快速下降行程sl=200mm,工作进给行程s2=50mm；快速上升行程

s3=250mm；快速下降速度vl=75mm/s,工作进给速度v2?lmm/s,快

速

上升速度v3?100mm/s,力口、减速时间?t?0.2s；钻削头部件上下运动

时，静摩擦力为Ffs?1000N；动摩擦力为Ffd?500N；液压系统中的执

行元件采用液压缸，且活塞杆固定。液压缸采用V型密封圈密封，其

机

械效率为?cm?0.90。试绘制液压缸负载、

29

解：⑴.负载分析

由于系统采用平衡重，因此钻削头部件重量产生的向下作用力不再计

入。钻削头部件启动、减速和制动过程中的惯性力（取平衡重质量和钻削

头部件质量相等）为

vl?v75?10?3启动时：Fal?2m?2m?2?255??191.25N?t?t0.2

vl?v2?v（75?l）?10?3

减速时：Fa2?2m?2m?2?255??188.70N?t?t0.2

?vv2?0（l?0）?10?3

制动时：Fa3?2m?2m?2?255??2.55N?t?t0.2

v3?vl00?10?3

反向启动时：Fa4?2m?2m?2?255?255N?t?t0.2

v3?0?vl00?10?3

反向制动时：Fa5?2m?2m?2?255?