2008气动试卷及答案.doc

2008 2009 学年度第 一 学期 气动控制及自动化考试试卷及答案（考试时间：150分钟 考试方式：开卷）专业班级： 学号： 姓名： 题号一二三四五六得分一问答题：1为何不同的气动设备可以由统一的空压站集中供气？不同的液压设备需要配置专用的液压站？（10分）解：空气具有可压缩性，便于能量的存储；空气的粘度很小，即使远距离输送，空气在管道中的压力损失也很小；常用的气动设备工作压力大致相同，都小于1MPa；空气被压缩后必需进行净化、降温、稳压等处理；所以应采用空压站集中供气。另外，空压站中的装置和设备大多包含有压力容器，从安全角度考虑，这些设备必须与生产设备分离，单独布置，远距离送气。集中供气能节省投资成本、便于安排专人日常管理和维护、便于提高压缩空气的质量和流量稳定性、减少主厂区噪声污染。 用同一个液压站给不同液压设备供油，如果用溢流阀调压，则只能有一台设备工作，如果用减压阀或顺序阀调压，则能量损失大。另外液压油粘性较空气大，远距离输送损失大。 2为何每台气动设备都要配置气动三大件？指出图所示气动三大件布置的错误，请正确布置并说明各元件的名称。（10分）解：分水滤气器、减压阀和油雾器一起称为气动三大件，它是每台气动设备中不可缺少的压缩空气处理装置。选用气动三大件时，应与气动设备对压缩空气的质量要求相适应，配置过低，会使气动设备事故频繁、寿命缩短，配置过高，会增加设备成本。各元件的名称及作用：元件1分水滤气器，滤去空气的固态灰尘、杂质，分离空气中的液态水分。元件2减压阀，起减压作用，按用气设备要求调整压力。元件3油雾器是一种特殊的注油装置，它将润滑油在高速气流中雾化，并随压缩空气进入需要润滑的部件，达到润滑的目的。供气系统的错误：图a中油雾器应布置在减压阀之后，尽量接近需要润滑的元件。正确布置图略。图b中，因用气设备为气动仪表或逻辑元件，不需要润滑，因此应删去油雾器3为何气动系统中没有调速阀？（10分）解：在液压系统中液压油为不可压缩流体，液压缸的运动速度表示为：。其中：为进入液压缸的流量；为液压缸的作用面积。由于液压缸的作用面积不变，因此，液压系统中采用调速阀控制进入液压缸的流量，就能直接控制液压缸的运动速度。气动系统中压缩空气通过流量控制阀时也可视为不可压缩流体（压缩空气流速低于100m/s时，其密度变化小于5），气动流量控制阀也能控制通过的压缩空气流量。但是，气缸的运动是由气缸进、排气两腔的压力差作用于活塞产生的加速度引起。气动流量控制阀控制的气缸进、排气流量只是影响气缸进、排气腔压力变化的因素之一。气缸两腔的体积变化同样能改变气缸两腔的压力，气缸两腔的体积随气缸活塞的运动而变化。因此，在气动系统中，即使不考虑摩擦力、外负载变化、气体的运动速度和活塞获得的动能、气体泄漏等因素，而且假定用流量控制阀能控制的稳定的进、排气流量，但是气缸的运动速度仍然随活塞的位置而变化。这也是气动系统中只有节流阀而没有调速阀的原因。二计算题1 空压机向贮气罐充气时，用贮气罐中的压力控制空压机的运行和停止，要求控制贮气罐中的绝对压力小于0.7106Pa。空压机吸入的气体为自由空气，其状态为：T1293K，0.1106Pa，空压机吸入气体流量为1m3/min，空压机输出压缩空气状态为：1.0106Pa，T0=333K。贮气罐初始状态为自由空气，体积V3m3；问空压机从启动到第一次停止的时间？此时贮气罐中的温度为多少？考虑实际的充气过程，贮气罐中的温度应比计算温度高还是低？为什么？假定充气过程为绝热过程。（15分）解：空压机运行到第一次停止时，贮气罐中气体压力为0.7106Pa，此时，贮气罐中气体温度： 429（K）气罐充气后气体质量： 17.06（kg）气罐充气前气体质量：3.62（kg）空压机每分钟吸入气体体积1m3，每分钟吸入气体质量：1.19（kg）空压机运行时间t：（min）解题中假设充气过程为绝热充气，进而得出充气后的贮气罐温度。实际上，由于贮气罐表面与空气接触，实际温度会低于计算值，而充气时间也相应要大于计算值。2 空气由温度为300K的大容器中流出，当空气密度变化小于5时，可认为是不可压缩流动，问此时气体流速为多少？（5分）解：由 5%得T1293.9K由两个流动截面的伯努利方程 其中为大容器中的流动速度，0。得：111m/s3从室温（18）时把压力为1MPa的压缩空气通过有效截面积为25mm2的阀口，充入容积为100L的气罐中，压力从0.25MPa上升到0.7MPa时，充气时间及气罐内的温度T2为多少？（10分） 解：气源的绝对压力p0(1+0.1013)106Pa，气罐内初始绝对压力p1(0.25+0.1013) 106Pa，充气终止绝对压力p2(0.7+0.1013)106Pa，气源绝对温度T0（18273）K。 气源向容器充气，容器内气体压力由p1充到临界压力所需的时间为： 式中：p0为气源的绝对压力（Pa）；p1为容器中的初始绝对压力（Pa）；为充气放气过程时间常数（s）；V为容器体积（m3）；S为管道有效截面积（m2）；T0为气源的绝对温度（K）；k1.4。使用上式时，注意p1的范围为：p10.528 p0。计算充气放气时间常数 13.5(s)由绝对压力p1 (0.25+0.1013) 106Pa充气到临界压力需要的时间：t1 2.82（s）由临界压力充气到终止绝对压力p2(0.7+0.1013)106Pa需要的时间：t2 3.15（s）由临界压力充气到绝对压力(0.7+0.1013) 106Pa需要的时间：tt1+ t25.97（s）4单活塞杆双作用气缸内径D100mm，活塞杆直径d32mm，工作压力p0.5MPa，负载率0.5。求该气缸的推力和拉力。（10分）解：气缸推力 1963.5（N）气缸拉力 1762.4（N）三设计题1分别用气动换向阀和气动逻辑元件实现“与非”逻辑功能。（10分）解：略2设计气动行程程序A1B1B0A0。设计方法不限，要求写出设计过程和步骤，绘出控制逻辑原理图或气路图。（20分） 解：2空气压缩机吸入的空气状态为：压力0.1013MPa，温度t20，相对湿度80，空气压缩机吸入空气流量为1，问工作多少分钟后，压缩机吸入1kg水分？（10分）解：由t20，查表得饱和水蒸气分压力0.023105Pa则，水蒸气的密度（绝对湿度） 0.0136（kg/m3）空压机吸入1kg水分的工作时间 t1/(q) 1/(0.01361) 73.5（min）1空气被空压机压缩后，经过空压站中各的基准状态为：温度T1273K，压力p10.1013106Pa，气体常数R287.1J/(Kkg)求基准状态下的干空气被绝热压缩到绝对压力0.4106Pa时的密度。（10分）解：根据气体状态方程可得此时气体的密度为 1.293（kg/m3）被绝热压缩到p20.4106Pa时的温度为 404（K）根据气体状态方程可得此时气体的密度为 3.45（kg/m3）例题132 借助重力返回的垂直柱塞式气缸内径D100mm，活塞杆直径d50mm，工作压力p0.6MPa，负载率0.3。求气缸推力。（5分）解：气缸推力 353.4（N）例题134 例题133中的气缸推动质量为m100kg的物体运动，忽略摩擦力，当速度达到v2m/s时，求气缸最小运动行程L。（10分）解：根据能量平衡方程其中：（N）得 0.1（m）例题135 单杆双作用气缸内径D100mm，活塞杆直径d32mm，行程L200mm，双向作用时压力p0.5MPa，容积效率0.