《液压与气压传动》(第二版)课后习题答案

液压传动 2017 第一章 1液压油在大气压下的体积是 3350 10 m ，当压力升高后，0 m ，取油压的体积模量为 7 0 0 ，求压力升高值。 解： 3 3 4 30 4 9 . 9 1 0 5 0 1 0 1 1 0V V V m 64307 0 0 1 0 1 1 0 1 . 45 0 1 0 p 1- 3图示为一粘度计，若 D=100d=98mm,l=200筒转速 n=8r/得转矩 T=40N 求其油液的动力粘度。 解：外筒内壁液体粘度： 024222/2/ 2 0408 3 . 1 4 0 . 1 2 . 5 1 2 /2 2 2 4 0 1 04 1 0 /0 . 1 3 . 1 4 0 . 2/ 2 / 2 4 1 0 0 . 0 5 0 . 0 4 90 . 0 5 12 . 5 1 2 m A D y y 1示一液压缸，其缸筒内径 D 12 厘米，活塞直径 d 米，活塞长度 L 14 厘米，若油的粘度 塞回程要求的稳定速度为v=s，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力 解： F 力受到液体粘性的影响，根据液体的粘性有 F= A( 其中， A d L 又 dy=v/h=v/(2 液压传动 2017 所以 F A( v/(2=14 2 ( 图 所示，一具有一定真空不度的容器用一根管子倒置一液面与大气相通的水槽中，液体与大气相通的水槽中，液体在管中上升的高度 h=1m,设液体的密度为 31 0 0 0 /kg m ，试求容器内真空度。 解：取水槽液面为基面。列出静力学基本方程： 则真空度为： 31 0 0 0 9 . 8 1 9 . 8 1 0ap p g h 压缸直径 D=150塞直径 d=100压缸中充满油液。如果柱塞上作用着 F=50000力，不计油液的重量，求图示的两种情况下液压缸中压力分别等于多少？ 解 : 002246 . 346 . 3a a p g h p p M p p M 缸缸缸图 中图 中1示容器 A 中的液体的密度 A 900Kg/ 中液体的密度为 B 1200 Kg/ 00180mm,h=60形管中的测试介质是汞，试求 A, 解：此为静压力问题，可列出静压力平衡方程解决： A g B g 水银 g h + 以 B g 水银 g h g 为 76厘米高水银柱为 60毫米高水银柱形成的压力 P (60/760) 以（取 g=10 105 液压传动 2017 1200 10 180 10 3 60/760 105 900 10 200 10 3 2160 103 1800 8250 图所示，已知水深 H=10m,截面 22120 . 0 2 , 0 . 0 4A m A m，求孔子的出流流量以及点处的表压力（取 1 ，不计损失） 解：取面为基面，据图示两截面列出的能量方程： 221 1 2 2p V p Vg g g g 由于截面与大气接触，则 1 ap p 且有连续方程：1 1 2 2V A V A q32 2 2 2122 2 1 0 1 0 0 . 3 2 6 /1 1 1 10 . 0 2 0 . 0 4m 则处的表压力即 32 1 1 0 1 0 1 0 0 . 1ap p p g H M p a 1一液压缸，流量为 25L/油管直径 25的吸油口比油箱液面高出 400只考虑吸油管中的沿程压力损失，油液的运动粘度为 30 610 2/液的密度为 900 3/kg m ，问泵的吸油腔处的真空度为多少？ 解：如图，对 1 221 1 2 2121 1 2 21 1 2 23222212352,)22/ , /2 2 1 0 1 00 . 3 2 6 /1 1 1 1( ) ( ) ( )0 . 6 2 0 . 0 41 0 1 0 1 0 1 0 0 . 1v p vh p p p p g hg g g v A qv q A v q m g h M p a 其 中 （又故液压传动 2017 1量为 q 150L/液的运动粘度 =34 10 6m2/s,油液密度 =900 kg/油管直径 d 60 厘米，并设泵的吸油管弯头处局部阻力系数 油口粗滤网的压力损失 p希望泵入口处的真空度 泵的吸油高度h（液面到滤网之间的管道沿程损失可忽略不计） 解：以油池液面为基准，定为 1 1截面，泵吸油处为 2 2截面泵吸油口液 体流速： 4 q/ 150 10 3/( 602 10 6) =s =60 10 3/(34 10 6)=m a xm a x 0 m a 8 13 . 8 1c v M p p p M p a （ 3） t=于间接冲击 m a xm a x 0 m a 7 22 . 7 2p M p ap p p M p a 液压传动 2017 第二章 2知液压泵的额定压力和额定留量，不计管道内压力损失，说明图示各种工况下液压泵出口处的工作压力值。 解 ： a) 0p b) 0p c) d) e) 2 2流阀的调整压力是 不计管道压力损失，试说明，在节流阀通流截面不断增大时，液压泵的出口压力怎样变化？ 答：当阀 y， B 打开。 阀 大到最大值时， P=0,B 不打开。 2因素。 答：容积效率表征容积容积损失的大小。 由 1v 可知：泄露量 q 越大，容积效率越小 而泄露量与泵的输出压力成正比，因而有 111k 由此看出，泵的输出压力越高，泄露系数越大，泵 排液压传动 20170 量越小，转速越底，那么容积效率就越小。 200L/定压力为 转速为 1450r/， 机械效率为 m 实验测得，当泵出口压力为零时，流量为 106 L/力为 ，流量为 ，试求： 泵的容积效率； 如泵的转速下降到 500r/额定压力下工作时，计算泵的流量为多少？ 上述两种转速下泵的驱动功率。 解： 通常将零压力下泵的流量作为理想流量，则 106 L/实验测得的压力为 ，则 v 106=5% 泄漏流量 q 只于压力有关 ,由 于压力没变 所以则有 = 500/1450= 当 n=1450r/ , P= v m)=25 105 10 60 = n=500r/ , P= v m )=25 105 10 60 =50r/量 168L/r，在额定压力 得的实际流量为 150L/定工况下的总功率为 求： (1)泵的理论流量； (2)泵的容积效率； (3)泵的机械效率； (4)泵在额定工况下，所需电机驱动功率； (5)驱动泵的转速。 解： 68 950= v =q/50/ m = / v = P=p q/ =106 150 10 60 = 因为 =p q/T 液压传动 20171 所以 T=p q/ = p q/（ 2 n） =106 150 10 2 950） =析双作用叶片泵配油盘的压油窗口端开三角须槽，为 什么能降低压力脉动和噪声？ 答：液压泵在工作过程中，由于西油容积突然和压油腔接通，或压油容积突然和吸油腔接通时，会产生流量和压力突变而产生噪声。泵的流量脉动引起压力脉动。在压油窗口端开三角须槽，油液留经压油窗口的三角须槽到压油口，从而消除泵内液压急剧变化，降低压力脉动和噪声。 2作用叶片泵两叶片之间夹角为 ,配油盘上封油区夹角为 ，定子区表面曲线圆弧段的夹角为 ，它们之间应满足怎样的关系？为什么？ 答：为了保证配油盘的吸、压油窗口在工作中能隔开，必须 2 /Z ； 为了防止产生困油、气穴现象，必须 。 2分析外反馈压力式变量叶片泵 特性曲线，并叙述改变 的位置的调节方法。 答： 由于力增加时，泄漏量增加，实际输出量略有减少， ，泵的实际输出流量随着工作压力增加而减 少。调节流量调节螺钉 b，可改变泵的最大流量。 曲线上下平移；变更刚 度不同的弹簧，则可以改变簧越软， 节弹簧预压量 X，便可改变作压力0 /cp x， 液压传动 20172 第三章 3示三种结构的液压缸，活塞和活塞杆直径分别为 D， d，如进入液压缸的流量为 q ，压力 为 p ，试分析各缸产生的推力，速度大小以及运动方向。 解：对于图 a 22()4F p D d22()4d 受拉，液压缸左移 对于图 b 24F 24d受压，液压缸右移 对于图 c 24F 24d受压，液压缸右移 3示两个结构和尺寸均相同相互串联的液压缸，无杆腔面积 100杆腔面积 80 1 输入压力 入流量 12 L/计损失和泄漏，试求： 两缸承受相同负载时（ 负载和速度各为多少？ 缸 1不受负载时（ 0），缸 2能承受多少负载？ 缸 2不受负载时（ 0），缸 1能承受多少负载？ 解 ： 1 2 1 因为 以 1 2 1 106 100 1080 10100 102=106有 1=106 100 10000N 2 10 3/（ 100 10=为 2= 1 所以 2/ 1 2=0 所以 1/ 2= 1=106 100 101250 N 液压传动 20173 1=0 所以 0 所以 1 106 100 109000 N 3入压力为1p，活塞直径为 D，柱塞直径为 d，求输出压力2p，为多少？ 解：由受力可知： 1 1 2 222122211144()p A p p 即 3杆腔面积 100杆腔面积 40 入油压力 p 2 入流量 q 40 L/有损失忽略不计，试求： 液压缸能产生最大推力； 差动快进时管内允许流速为 4m/s，进油管径应选多大？ 解： 因为 F= m 所以 1 2 106（ 100 40） 101 102 V =q/（ =40 1060 60 10 1/9 m/s V V 管 A 管 所以 A 管 (1/9) 100 10 有 d=取 20示一个与工作台相连的柱塞缸，工作台质量 980筒柱塞间摩擦阻力1960N， D=100mm,d 7030求：工作台在 间内从静止加速到最大稳定速度 v 7m/的供油压力和流量各为多少？ 解： 根据动 量定理， Ft=以 F 总 =m(t=980 7/(60)=作台开始上升时 总 液压传动 20174 则 F=F 总 +G+ 80 10+1960=根据柱塞缸推力公式 可得 F=p m/4, m=1注意 此处应取 30mm p=4F/ (30 10=根据柱塞缸速度公式 v=4q v/ v=1 可得 q= =(30 10 7 103/4=单杆油压快进时采用差动连接，快退时油压输入缸的有杆腔，设缸的快进快退速度均为 s,工作时杆受压，推力为 25000N。已知输入流量q=25L/压2 试求：（ 1）缸和活塞直径 D， d; (2)缸筒壁厚，缸桶材料为 45号钢 解：（ 1）由3 24 d 其中 1v334 4 2 5 1 0 / 6 0 7 30 . 1 3 . 1 4qd m 取 d=75为快进快退得速度相同，所以 D= 2 103d D=105 2） 45号钢 6 0 0 , 6 0 0 / 5 1 2 0b M p a M p a 设此时为薄壁 1 . 5 3 1 0 5 22 2 1 2 02 . 5 取 其中表 8输出压力 10 量 10 mL/r，转速 1450r/械效率 积效率 达排量 10 mL/r，机械效率 积效率 出口和马达进口间管道压力损失 它损失不计，试 求： 泵的驱动功率； 泵的输出功率； 液压传动 20175 马达输出转速、转矩和功率。 解： P 驱 = 10 106 10 101450/(60 = P 出 =0 106 10 101450 0 = 泵的输出等于马达的输入量 Vm vm=以 10 101450 10 10=达的输出功率 P= 10 106 10 10(0) 达的转矩 T=p/2 n=1730/(2 (0)=示系统，泵和马达的参数如下：泵的最大排量m a x 1 1 5 /pV m L r，转速1 0 0 0 / m i ，机械效率 ，总效率 ；马达排量m a x 1 4 8 /pV m L r，机械效率 ，总效率 ，回路最大允许压力不计管道损失，试求： 1）马达最大转速及 该转速下的的输出功率和输出转矩。 2）驱动泵所需的转矩。 解：泵的流出流量等于流入马达的流量 有 m a x p v p q m a 8 4 0 . 8 41 0 0 0 1 1 50 . 9 0 . 9 6 7 6 . 9 /148p p v p v r m i 液压传动 20176 输出转矩 6611 8 . 3 1 0 1 4 8 1 0 0 . 9 1 7 622r m m mT p V N m 输出功率 0 6 7 6 . 92 2 1 7 6 1 2 . 560mp n T k w 驱动泵所需的转矩m a x m a x 1 6 8 . 822P r Pm p m p m 3示为变量泵和定量马达系统，低压辅助泵输出压力的最大排量m a x 1 0 0 /pV m L r，转速 1 0 0 0 / m i 容积效率 ，机械效率 。马达相应参数为 5 0 /m L r， 0 . 9 5， 。不计管道损失，当马达的输出转矩为 40 m，转速为1 6 0 / m 时，求变量泵的排量，工作压力和输入功率。 解：泵的流出流量等与流入马达的流量 . 9 0 . 9 5 1 0 0 5 0 6 09 . 3 6 /m L r 由马达的输出转矩 12m m mT 62 2 4 0 5 . 5 85 0 1 0 0 . 9 p 5 . 9 8yp p p M p a 由 p 得 1 0 0 0 9 . 3 6 1 7 3 /6 0 0 . 9m l s 功率 661 7 3 1 0 5 . 9 8 1 0 1 . 0 3p p pP p q k w 液压传动 20177 第四章 4 4 示液压缸， 22123 0 , 1 2 0 , 3 0 0 0 0 ,A c m A c m F N 液控单向阀作用锁以防止液压缸下滑，阀的控制活塞面积的 3倍。若摩擦力，弹簧力均忽略不计，试计算需要多大的控制压力才能开启液控单向阀？开启前液压缸中最高压力为多少？ 解：对刚缸体作受力分析有 1 1 2 P A F由于控制面积倍 故开启阀需 1 p A即13 临界条件13 13 p A F123 . 8 53k p 开启最高压力 1 3 1 1 . 5 5kp p M p a4簧对中型三位四通电液换向阀的先导阀及主阀的中位机能能否任意选定？ 答：不能。 4位四通阀用作二位三通或而为二通阀时应如何连接？ 答：作二位三通，将 通路接成共路 作二位二通，将 通路接通，且将 通路接通 液压传动 20178 4求当系统外负载为无穷大时，泵的出口压力为多少？如将溢流阀 的出口压力为多少？ 答：系统负载无穷大即系统超载，此时溢流阀对系统起保护作用。 A 支路的调整压力为 3 C 控制 的调整压力，即 2统的稳定压力为较小值，即 2以此时泵的出口压力 P=2 若溢流阀 时 A 支路的调整压力为3样保持较小值，此时，由 A 起安全阀作用，使系统的出口压力维持在 3 泵的出口压力 P=3 43系统外负载为无穷大时，泵的出口压力各为多少？对图 说明溢流量是如何分配的？ 解：对（ a）系统： A 中 K 口接到 B 中 K 口接到 C 阀上，则 来决定， A 的溢流压力由 B 决定，所以系统出口压力保持在 C 的溢流压力即调整压力为2 （ b）系统： B 中 时 统出口压 力应等于三个溢流阀的调整压力之和 ，即 4 0 2 6 对图 流量分配应是 部； ;. 4 4示溢流阀的调定压力为 4不计先导油流经主阀心阻尼小孔时的压力损失，试判断下列情况下的压力表读数： 液压传动 20179 1） 负载为无穷大 2） 负载为 2 )负载压力为 2： 1） 磁阀处于关闭状态，因为负载为无穷大，溢流阀溢流，其两端的压力为 4压力表读数为42)电，电磁阀关闭，负载只有 2有达到调定压力，故溢流阀不溢流，压力表读数为 2)电，电磁阀打开，产生的吸力和阀的输出压力及弹簧力平衡，故压力表读数为 04 4示系统溢流阀的调定压力为 5分析下列各工况，并说明减压阀阀口处于什么状态？ 1）当泵口压力等于溢流阀调定压力时，夹紧缸使工件夹紧后， A， 2）当泵出口压力由于工作缸快进，压力降低到 件原处于夹紧状态）， 压力各为多少？ 3）夹紧缸在夹紧工件前作空载 运动时， 压力各为多少？ 答： 1）泵的出口压力等于溢流阀调定压力时，夹缸使工件夹紧，由于减压阀基本可维持出口压力恒定， 等于减压阀调定压力，同样单向阀后的口处于关小状态。 2）当降到 ，即 1 . 5p M p a，阀口处于开大状态， ）如夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时 C 处压力为 0， 0 , 0，阀口不工作。 液压传动 20170 4 4- 121所示回路，溢流阀的调定压力为 5塞运动时负载压力为 1它损失不计，试求： 1）活塞在运动期间和碰到死档板后 2）如果减压阀的外泄油口堵死，活塞碰到死档板后 答： 1）活塞在运动中有 1减压阀不工作 1碰到挡铁后，减压阀相当于外负荷无穷大， ）减压阀外泄油口堵住后，阀口无法移动 ，不起减压作用， 5p M p a，溢流阀相当于接近无穷大负载。 4 4示的减压回路，一只液压缸无杆腔，有杆腔的面积分别为1000大负载 4000N,250N,背压 p=节流阀 2的压差 p=： 1） A,B,略管路阻 力）； 2）泵和阀 1， 2， 3应选多大的额定压力？ 解： 1）由上面的缸的活塞杆力的平衡，可有 (100 10处压力与 C 处压力相差节流阀 2的压差，可有 下面的缸的活塞杆力的平衡，可有 1 = P 以 （ P +50 10 4 106/100 10 4 ）为了回路能符合要求，并保证安全，泵和阀 1， 2， 3应选为 液压传动 20171 4 4示回路，顺序阀的调整压力 3溢流阀的调整压力5，问在下列情况下 1） 液压缸运动时，负载压力 2） 如负载压力3） 活塞运动到右端时 解：（ 1） 4于 4， ，此时顺序阀应为开启状态， 4 M p a（ 2） 1 , 1 ,l A l A p a p p M p a p p 顺序阀关闭，由于马达处 于工作状态， 3 (3)活塞运动到右端时，液压缸中压力已达到最大值，且顺序阀开启，油道中压力最高。因溢流阀的调整压力为 5油道中最高压力为55p M p a 4 , 上的外负载力 0000N,0000N，有效工作面积都是 A=50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）不计管路阻力损失，缸 动作时，顺序阀进， 出口压力分别为多少？ 解： 1）缸承受力 作时 P= =30000/50 10 以 P 溢 6 于要保证缸先于缸动作，而缸承受 6 压传动 20172 2） 缸 承受力 作时 P= =20000/50 10以，顺序阀的出口压力应为 4 缸动作时，缸也 在运动，所以顺序阀进口压力又要保证缸的运动，所以顺序阀的进口压力应大于或等于顺序阀的调定压力 4序阀和溢流阀串联，调整压力分别为 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？ 解： 1）由于两阀是串联接法，且其为先顺序阀，后溢流阀，则泵的出口压力为两者中压力较大的一者（顺序阀的出口压力由负荷决定）所以若 y，则 P 出 = 若 y，则 P 出 = 2）调换位置，则成为先通过溢流阀后通过 顺序阀，则压力应等于其两者压力求和， P 出 = 4压缸无杆腔面积 2A=50负载0000 N各阀的调定压力如图所示，试分别确定两回路在运动到终端停止时 A ，解： 41000 25 0 1 0p M p (a)活塞运动时， B 处的压力为 2塞运动到终端停止时， b)活 塞运动时， 的压强为 2止时， 3 , 2 p a p M p a4 4 示 回 路 中 ，2122 5 0A A c m ，溢流阀的调定压力 3试回答下列问题： 液压传动 20173 1）回油腔背压2 2）当负载 0时，2的工作压力是多少？ 3）当泵的流量略有变化时，上述结论是否需要修改？ 解：（ 1）回油腔的背压2 （ 2）当 0时，由于溢流阀的调定压力3，故 3， ，即有213p p M ，此时泵的工作压力，3p p M (3)当泵的流量略有变化时，由于溢流阀的作用，进口压力基本保持恒定，无需修改。 4压缸活塞面积 A=100载在 50040000N 的范围内变化，为使负载变化是活塞运动速度恒定，在液压缸进口处使用一个调速阀。如将泵的工作压力调到其额定压力 问这是否合适？ 解：不合适。太大了，将引起速度不恒定 所以 P=F/A=40000/10 计管道压力损失， P= 4示为插装 式 锥阀组成换向阀的两个例子。如果阀关闭时 A， 判断电磁阀通电和断电时，图 a和 分析各自是作何种换向阀使用的。 答：插装式锥阀组成换向阀作二位二通阀使用，且阀关闭时 A 电磁铁通电时，对于 a 图，控制口 C 接控制压力，阀心开启，此时 0174 接油箱，液从 ，换向阀相当于一开关；对于 b 图，阀心开启，油液 ，电磁铁断电时，二位三通电磁阀不工作，阀心关闭，对于 a,A 液压传动 20175 第六章 6图示回路中，若溢流阀的调整压力分别为126 , 4 . 5 p a p M p a。泵出口处的负载阻力为无限大，试问在不计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 点的压力各为多少？ 解： 1）换向阀下位接入回路时，即关闭2 1 6 , 6 , 0p y B cp p M p a p M p a p M p a 2）换向阀上位接入回路时，2由于21则2 压 作 用 2 4 . 5p M p a，4 . 5 , 0 p a p M p a。 6图示回路中，已知活塞运动时的负载 F 1200N，活塞面积 A 15 10 4，溢流阀调整值为 个减压阀的调整压力分别为 2 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, 解： 运动时， （ 15 10 4） 个减压阀并没有起减压作用 停在终端位置时， 系统负载为无穷大，此时各个阀都起作用了。 A=c =2 压传动 20176 6图 6液压缸无杆面积为 421 8 0 1 0 ，有杆面积 422 4 0 1 0，活塞与运动部件自重 G=6000N，运动时活塞上的摩擦力为 2000，向下运动时要克服负载阻力为 24000试问顺序阀和溢流阀的最小调整压力各为多少？ 解：顺序阀