液压与气压传动第7章习题解最新版本.doc

第7章 液压与气压传动基本回路思考题和习题7.1 减压回路有何功用？答：减压回路的功用是：使系统中的某一部分油路具有较低的稳定压力；也可采用两级或多级调压的方法获得两级或多级减压；还可采用比例减压阀来实现无级减压。7.2 在什么情况下需要应用保压回路？试绘出使用蓄能器的保压回路。答：执行元件在工作循环的某一阶段内，若需要保持规定的压力，就应采用保压回路。参见图7.10。7.3 卸荷回路的功用是什么？试绘出两种不同的卸荷回路。答：卸荷回路的功用是使液压泵在接近零压的情况下运转，以减少功率损失和系统发热，延长泵和电机的使用寿命。参见图7.13。7.4 什么是平衡回路？平衡阀的调定压力如何确定？答：为了防止立式液压缸及其工作部件因自重而自行下落，或在下行运动中由于自重而造成失控失速的不稳定运动，在回路中设置平衡阀，这就是平衡回路。平衡阀的调定压力应由液压缸及其工作部件重量而定。7.5 进口节流阀调速回路有何特点？答：进口节流阀调速回路特点从三方面分析：1. 速度负载特性，a. 在节流阀通流面积一定时，负载越小，这种回路的速度刚度越大：b. 在负载一定时，节流阀通流面积越小，回路的速度刚度越大；c. 增大液压缸有效面积和提高液压泵供油压力可提高这种回路的速度刚度。2. 最大承载能力：在供油压力调定后，这种回路的最大承载能力是不变的。3. 功率特性：这种回路既有溢流损失，又有节流损失，故回路效率低，特别是在负载和速度变化较大时。故这种回路常用于负载恒定或变化小调速范围不大和无速度稳定性要求的小功率系统中。7.6 出口节流阀调速回路有何特点？答：出口节流阀调速回路与进口节流阀调速回路的特性基本相同。但承受负值负载能力比进口节流阀调速回路强，运动平稳性也比进口节流阀调速回路好。又因油经节流阀直接回油箱，故散热条件比进口节流阀调速回路好。 故这种回路的应用场合也与进口节流阀调速回路基本相同，特别适用于负值负载。7.7 旁路节流阀调速回路有何特点？答：旁路节流阀调速回路特点：1. 速度负载特性：a. 在节流阀通流面积一定时，负载越大，这种回路的速度刚度越大；b. 在负载一定时，节流阀通流面积越小，回路的速度刚度越大；c. 增大液压缸有效面积和降低液压泵供油能力可提高这种回路的速度刚度；2. 最大承载能力：随着节流面积的增加，这种回路的最大承载能力减小；3. 功率特性：这种回路只有流量损失，无压力损失，故回路效率较高。这种回路适用于功率较大，对速度稳定性要求不高的场合。7.8 为什么采用调速阀能提高调速性能？答：由于调速阀有定差减压阀能自动保持节流阀前后压力差不变，故能保证通过节流阀的流量不受外界负载变化的影响，故能提高调速性能。7.9 试分析比较三种容积式无级调速回路的特性。答：变量泵和定量马达的调速回路：这种回路执行元件的速度取决于变量泵的流量，调速范围较大，可以连续的无级调速；执行元件输出力由负载决定，不因调速而变化，又称恒转矩调速回路。由于泵和执行元件的泄漏，引起速度下降，故有速度随负载增加而下降的特性。 定量泵和变量马达的调速回路：这种回路执行元件的速度取决于变量马达的排量。当负载功率恒定时，若调小马达的排量则马达的转数增加、转矩减小，故又称恒功率调速。由于马达的转速不能太高，排量不能调的过小，故调速范围很小。变量泵和变量马达的调速回路：这种回路执行元件的速度可通过调节变量泵和变量马达的排量实现，因而扩大了调速范围。有较高的工作效率，适用于大功率的场合。7.10 试绘出三种不同的快速运动回路。答：三种不同的快速运动回路是：差动连接回路；采用蓄能器的快速运动回路；双泵供油回路，参见图7.37，7.38，7.39。7.11 什么叫差动回路？答：利用液压缸的差动连接，使泵输出的油液和缸有杆腔返回的油液合流，进入缸的无杆腔，实现活塞快速运动，这种连接方法的回路称差动回路。7.12 如何利用行程阀实现两种不同速度的换接？答：正常时，泵输出的油直接流入油缸，活塞快速运动；当活塞杆上的挡块压下行程阀，使液压泵的油经节流阀进入油缸，这时转为慢速。这种方法可实现两种不同速度的换接。7.13 如何利用两个调速阀实现两种不同速度的换接？答：利用两个调速阀并联，由换向阀换接，两调速阀各自独立调节流量，互不影响，实现两种不同速度的换接，还可以利用两个调速阀串联，当电磁阀将第2个调速阀短路时，得到一种进给速度，第2个调速阀不短路时，得到第2种进给速度，在第2个调速阀开口面积比第1个调速阀开口面积小的情况下可以各自调节流量。7.14 如何使用行程阀实现执行机构顺序动作？答：A，B两缸，正常运动时油经行程阀一侧流往A缸，当A缸运动到位，活塞杆上的挡块，压下行程阀，行程阀换向，油经行程阀另一侧流往B缸，从而实现执行机构顺序动作。7.15 如何使用顺序阀实现执行机构顺序动作？答：利用顺序阀的压力调节实现执行机构顺序动作。例如A，B两缸，缸B接一顺序阀，调定顺序阀的压力，使之大于缸A的最大工作压力。压力油先进入缸A，实现动作，A缸行至终点后压力上升，压力油打开顺序阀进入B缸，实现动作。如此实现A，B两缸顺序动作。7.16 如何使用延时阀实现执行机构时间控制顺序动作？答：利用延时阀的时间控制实现执行机构时间控制顺序动作。例如A，B两缸，缸B接一延时阀，调定延时时间。当压力油进入缸A，缸A动作。同时，压力油也进入延时阀通往缸B，由于延时阀延续一定时间后，才进入缸B，使缸B动作。调节延时阀的时间，便可调节缸A与缸B的先后动作的时间差，实现执行机构时间控制顺序动作。7.17 试绘出两种不同的容积式同步回路？答：参见图7.177.18 怎样实现串联液压缸同步？答：两串联液压缸A，B要实现同步，需使缸A的有杆腔的有效面积与缸B的无杆腔的有效面积相等。当压力油进入缸A的无杆腔，缸A动作，有杆腔的油进入缸B的无杆腔，使缸B动作。由于缸A的有杆腔的有效面积与缸B的无杆腔的有效面积相等，故两缸的动作同步。7.19 怎样实现并联液压缸同步？答：用同步缸来实现并联液压缸同步。即用一个由两个尺寸相同的双杆缸（也称同步缸）连接此面积相等的并联液压缸A与B，使双杆缸的a与b腔接缸A缸B的无杆腔。当同步缸的活塞左移时，a与b腔中的油进入缸A缸B的无杆腔，使之缸A缸B的无杆腔运动。由于a与b腔的面积相等，进入缸A缸B的油流量相等，故缸A缸B的速度也相等，如此实现并联液压缸同步。7.20 绘出机械联结的同步回路。答：参见图7.527.21 如何利用分流集流阀使执行机构实现同步？答：将分流集流比与两油缸面积比相同的分流集流阀的两分流接口接在两油缸的无杆或有杆腔，分流集流阀的两股油进入两油缸的无杆或有杆腔，使缸同步运动。当换向后，分流集流阀的集流口起集流作用，使缸同步返回。7.22 如何利用电液比例阀使执行机构实现位置同步？答：将电液比例阀的接口接往缸A，缸B与缸A接有位置检测装置。当缸B与缸A出现位置误差时，检测装置发出信号，调节电液比例阀的开口度，实现位置同步。7.23 如何利用电液伺服阀使两个执行机构实现同步？答：将电液伺服阀的接口接往缸A，缸B与缸A接有检测装置。当缸B与缸A出现位置误差时，检测装置发出信号，持续不断地调节电液伺服阀的开口度，使缸A跟随B缸，实现位置同步。7.24 试设计一双手控制气缸往复运动回路。答：参见图7.247.25 试设计一个可使双作用气缸快速返回回路。用下列气阀：一个单电控二位五通阀，一个单向节流阀，一个快速排气阀。答：参见图7.25。7.26 如图7.60所示，液压泵输出流量 L/min，液压缸无杆腔面积 cm，液压缸有杆腔面积 cm。溢流阀的调定压力 MPa，负载F=10 kN。节流阀口视为薄壁孔，流量系数。油液密度 kg/m。试求：（1）节流阀口通流面积cm和cm时的液压缸速度、液压泵压力、溢流阀损失和回路效率；（2）当 cm和 cm时，若负载F= 0，求液压泵的压力和液压缸两腔压力和各为多大？（3）当F=10 kN时，若节流阀最小稳定流量为 L/min，所对应的和液压缸速度多大？若将回路改为进油节流调速回路，则和多大？把两种结果相比较能说明什么问题？解：1 图示为出口节流调速回路，用液压缸活塞受力平衡方程可求出节流阀的压差： （Pa） 流过节流阀的流量： （1）当0.05 cm2 时， =1.30710-4 （m3/s）=7842 cm3/min m/s = 313.68 cm/min 大腔需要流量： cm3/min = 15.684 L/min qp，阀口开得太大，不可能。 所以： = 0.033 m/s = 200 cm/min 流过节流阀的实际流量为： = 5000 cm3/min = 5 L/min 节流阀的前后实际压差为： Pa 21105 Pa = 2.1 MPa 0.94 （2）当0.01 cm2 时， = 26.14106 m3/s = 1568.4 cm3/min m/s = 62.7 cm/min 0.01045650104 = 5.2285105 m3/s = 3.136.8 L/min qp=10 L/min 2.4 MPa。 103.137 = 6.8632 L/min。 溢流损失：= 241056.865103/60 = 274.5 W = 0.26 2 当F0 当Ar = 0.01 cm2 Pa 24105 Pa，48105Pa。= 4.8 MPa。 3 当F10 kN时 Pa = 0.8 MPa 流过节流阀的流量： 50103 L/min =3.19108 m2 =3.19104 cm2= 3.3104 m/s 改为进口节流调速回路： = 2106 Pa = 2 MPa = 2.42 = 0.4 MPa =4.510-8 m2= 0.04510-2 cm2 = 0.000 17m/s 两种结果比较，说明在节流阀同样的最小稳定流量时：进口节流调速回路的最小速度比出口节流调速回路小，速度调节范围大些；进口节流调速回路的节流损失比出口节流调速回路小。7.27 如图7.61所示，各液压缸完全相同，负载。已知节流阀能调节液压缸速度并不计压力损失。试判断在图（a）和图（b）的两个液压回路中，哪个液压缸先动？哪个液压缸速度快？请说明道理。答：（a）在图液压回路中，A缸先动。负载的大小决定了缸压力，因为， ， ，所以A缸先动。 A缸动作时，流过节流阀的流量为，。 B缸动作时，流过节流阀的流量为，。 因为 ，所以 ， 。 又因，所以 F1， F1， ，A2 =B2，有所以A缸速度快。7.28 如图7.62所示，图示为采用调速阀的进口节流加背压阀的调速回路。负载F=9 000 N。液压缸两腔面积 cm， cm。背压阀的调定压力 MPa。液压泵的供油流量 L/min。不计管道和换向阀的压力损失。试问：（1）欲使液压缸速度恒定，不计调压偏差，溢流阀最小调定压力多大？（2）卸荷时的能量损失有多大？（3）若背压阀增加了，溢流阀调定压力的增量应有多大？ 解：图示回路中活塞受力平衡方程： = 20105 Pa （1）欲使液压缸速度恒定，不计调压偏差，溢流阀最小调定压力： 调速阀稳定工作的条件是两端压差最小为5105。所以 (20+5) 105 = 2.5 MPa （2）卸荷时的能量损失 = 250 W = 0.25 kW （3）溢流阀调定压力的增量应为的增量 = 0.4 7.29 如图7.63所示，双泵供油，差动快进工进速度换接回路有关数据如下：液压泵的输出流量 L/min， L/min；输送油液密度 kg/m，运动粘度 m/s，液压缸两腔面积 cm， cm，快进时的负载F=1 kN，油液流过方向阀时的压力损失 MPa，连接液压缸两腔的油管ABCD的内径为 cm，其中ABC段因较长（L=3 m），计算时需考虑其沿程损失，其它损失及由速度、高度变化形成的影响皆可忽略。试求：（1）快进时（差动连接）液压缸的速度和压力表读数；（2）工进时如果压力表读数为 MPa，此时回路承受载荷能力有多大（因流量很小，可不计损失）？液控顺序阀的调定压力宜选多大？解：（1）快进时液压缸的速度和压力表读数 活塞腔的流量：， 差动快进时液压缸的速度： = 0.083 m/s 雷诺数： = 75 ，所以是层流。 层流流动： = 516.7 Pa = 0.00516105Pa = 6.3105 Pa = 6.3105 Pa （2）= 80105 Pa 工进时若不计损失：p1A1 = F + p2A2 = F F = 80105100104 = 80000 N 液控顺序阀的调定压力宜选略大于6.3105Pa。7.30 如图7.64所示的调速回路，液压泵的排量 mL/r，转速 r/min，容积效率，溢流阀调定压力MPa，液压马达排量mL/r，容积效率，机械效率，负载转矩Nm。节流阀最大开度cm（可视为薄壁孔口），其流量系数，油液密度kg/m。不计其它损失。试求：（1）通过节流阀的流量和液压马达的最大转速、输出功率P和回路效率，并请解释为何效率很低？（2）如果将提高到8.5MPa时，将为多大？解：（1）由公式得液压马达入口压力为：7.85105 Pa = 1.7510-3 m3/s 通过节流阀的流量： =14.57104 m3/s 液压马达的最大转速：= 8.65 r/s 输出功率： = 869.6 W 回路效率： = 0.071 回路效率低的原因是进油调速回路有两部分功率损失（溢流损失和节流损失）。 （2）通过节流阀的流量： = 16.24104 m3/s = 97.42 L/min 液压马达的最大转速：= 9.64 r/s 输出功率： = 969 W 回路效率： = 0.0657.31 试说明图7.65所示容积调速回路中单向阀A和B的功用。在液压缸正反向移动时，为了向系统提供过载保护，安全阀应如何接？试作图表示。答：这是个闭式容积调速回路。 单向阀A用于防止液压泵输出给活塞杆腔的油回油箱；当液压泵输出给活塞腔油时，又能给液压泵吸油侧补油，保证液压泵的供油。 液控单向阀B用于当液压泵输出给活塞杆腔油时，压力油能打开B阀，让液压泵吸油侧多余油回油箱；当马达输出给活塞腔油时，B阀关闭，防止液压泵输出给活塞腔的油回油箱。 在液压缸正反向移动时，为了向系统提供过载保护，安全阀应如图示连接。见图表示。7.32 如图7.66所示的液压回路，限压式变量叶片泵调定后的流量压力特性曲线如图所示，调速阀的调定流量为2.5 L/min，液压缸两腔的有效面积 cm，不计管路损失，试求：（1）液压缸的大腔压力；（2） 当负载F = 0 N和F = 9 000 N时的小腔压力；（3）设液压泵的总效率为0.75，当F = 9 000 N时，求液压系统的总效率。 解：（1）液压缸的大腔压力 流量方程：，=2.5 L/min，=0.0167 m/s。= 5 L/min 根据限压式变量叶片泵调定后的流量压力特性曲线查得，p12.2 MPa （2）当负载F = 0 和F = 9 000 N时的小腔压力， F = 0，MPa F = 9000 N， 0.8 MPa （3）液压泵的总效率为0.75，液压系统的总效率h为：= 0.6157.33 如图7.67示的液压回路中，如果液压泵的输出流量 L/min，溢流阀的调整压力 MPa，两个薄壁孔型节流阀的流量系数都是，开口面积 cm， cm，油液密度 kg/m，试求在不考虑溢流阀的调压偏差时：（1）液压缸大腔的最高工作压力；（2）溢流阀可能出现的最大溢流量。解：（1）液压缸大腔在最高工作压力时，（既大腔的液压油经过流回油箱，而没有进入大腔。即：）液压缸大腔最高工作压力为。 = 其中， ，=1.6 MPa = 410-5 m3/s = 2.4 L/min （2）溢流阀可能出现的最大溢流量=10 2.4 = 7.6 L/min7.34 请列表说明图7.68示压力继电器式顺序动作回路是怎样实现1234顺序动作的？在元件数目不增加的情况下，排列位置容许变更的条件下如何实