《液压与气压传动》期末考试试题(附标准答案)

《液压与气压传动》期末考试试题(附标准答案)一、填空题（每空1分，共20分）1.液压系统中的压力取决于（负载），执行元件的运动速度取决于（流量）。2.液压传动装置由（动力元件）、（执行元件）、（控制调节元件）、（辅助元件）和工作介质五部分组成。3.液体在管道中存在两种流动状态，（层流）时粘性力起主导作用，（紊流）时惯性力起主导作用，液体的流动状态可用（雷诺数）来判断。4.单作用叶片泵的特点是改变（偏心距）的大小，就可以改变泵的排量，因此它是（变量）泵。5.三位换向阀的中位机能有（O型）、（H型）、（Y型）、（P型）、（M型）等。6.气动三大件是气动系统中（过滤器）、（减压阀）和（油雾器）的组合。7.液压泵按结构特点一般可分为（齿轮泵）、（叶片泵）和（柱塞泵）三类。8.溢流阀为（进口）压力控制，阀口常（闭），先导阀弹簧腔的泄漏油与阀的出口相通。定值减压阀为（出口）压力控制，阀口常（开），先导阀弹簧腔的泄漏油必须（单独引回油箱）。二、选择题（每题2分，共20分）1.液压系统的工作压力取决于（）。A.泵的额定压力B.溢流阀的调定压力C.负载2.有两个调整压力分别为5MPa和10MPa的溢流阀串联在液压泵的出口，泵的出口压力为（）。A.5MPaB.10MPaC.15MPa3.顺序阀在系统中作背压阀时，应选用（）型。A.内控内泄式B.内控外泄式C.外控内泄式D.外控外泄式4.单活塞杆液压缸两腔面积A1=2A2，液压泵供油流量为q，如果将液压缸差动连接，活塞实现差动快进，那么进入大腔的流量是（）。A.qB.2qC.3q5.在下面几种调速回路中，（）中的溢流阀是安全阀，（）中的溢流阀是稳压阀。①定量泵和调速阀的进油节流调速回路②定量泵和旁通型调速阀的节流调速回路③定量泵和节流阀的旁路节流调速回路④定量泵和变量马达的闭式调速回路A.①②B.①③C.②④D.②③6.双作用叶片泵具有（）的结构特点；单作用叶片泵具有（）的结构特点。A.作用在转子和定子上的液压径向力平衡B.所有叶片的顶部和底部所受液压力平衡C.不考虑叶片厚度，瞬时流量是均匀的D.改变定子和转子之间的偏心可改变排量7.一水平放置的双伸出杆液压缸，采用三位四通电磁换向阀，要求阀处于中位时，液压泵卸荷，液压缸浮动，其中位机能应选用（）；要求阀处于中位时，液压泵卸荷，且液压缸闭锁不动，其中位机能应选用（）。A.O型B.M型C.Y型D.H型8.为保证压缩空气的质量，气缸和气马达前必须安装（）；气动仪表前必须安装（）。A.分水滤气器-减压阀-油雾器B.分水滤气器-油雾器-减压阀C.减压阀-分水滤气器-油雾器D.分水滤气器-减压阀9.当控制阀的开口一定，阀的进、出口压力差Δp<（3～5）×10⁵Pa时，随着压力差Δp变小，通过节流阀的流量（）；通过调速阀的流量（）。A.增加B.减少C.基本不变D.无法判断10.容积调速回路中，（）的调速方式为恒转矩调节；（）的调节为恒功率调节。A.变量泵-变量马达B.变量泵-定量马达C.定量泵-变量马达三、判断题（每题1分，共10分）1.液压缸活塞运动速度只取决于输入流量的大小，与压力无关。（）2.液体流动时，其流量连续性方程是能量守恒定律在流体力学中的一种表达形式。（）3.理想流体伯努利方程的物理意义是：在管内作稳定流动的理想流体，在任一截面上的压力能、势能和动能可以互相转换，但其总和不变。（）4.雷诺数是判断层流和紊流的判据。（）5.薄壁小孔因其通流量与油液的粘度无关，即对油温的变化不敏感，因此，常用作调节流量的节流器。（）6.双作用叶片泵因两个吸油窗口、两个压油窗口是对称布置，因此作用在转子和定子上的液压径向力平衡，轴承承受径向力小、寿命长。（）7.限压式变量叶片泵当泵的压力达到最大时，泵的输出流量为零。（）8.当溢流阀的远控口通油箱时，液压系统的工作压力为零。（）9.在先导式溢流阀中，先导阀的作用是调定系统的压力，主阀的作用是溢流。（）10.调速阀是由定差减压阀和节流阀串联而成，节流阀前后的压力差是由定差减压阀保证其基本不变。（）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述液压传动的优缺点。优点：（1）液压传动能方便地实现无级调速，调速范围大。（2）在相同功率情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、结构紧凑，如液压马达的重量只有同功率电动机重量的10%-20%。（3）工作平稳，换向冲击小，便于实现频繁换向。（4）便于实现过载保护，而且工作油液能使传动零件实现自润滑，因此使用寿命长。（5）操纵简单，便于实现自动化，特别是和电气控制联合使用时，易于实现复杂的自动工作循环。（6）液压元件实现了标准化、系列化、通用化，便于设计、制造和使用。缺点：（1）液压传动中的泄漏和液体的可压缩性使传动无法保证严格的传动比。（2）液压传动有较多的能量损失（泄漏损失、摩擦损失等），因此，传动效率相对较低。（3）液压传动对油温的变化比较敏感，不宜在很高和很低的温度条件下工作。（4）液压传动出现故障时不易找出原因，使用和维修要求有较高的技术水平。2.齿轮泵的困油现象是怎么引起的，对其正常工作有何影响？如何解决？困油现象产生的原因：齿轮泵要能连续地供油，就要求齿轮啮合的重叠系数ε>1，也就是当一对轮齿尚未脱开啮合时，另一对轮齿已进入啮合。这样，在两对同时啮合的轮齿之间就形成了一个封闭容积，一部分油液也就被困在这一封闭容积中。对正常工作的影响：（1）随着齿轮的旋转，封闭容积V的大小发生变化。当容积V减小时，被困油液受到挤压，压力急剧升高，使轴承受到很大的附加载荷，同时，一部分油液从缝隙中强行挤出，使油液发热；（2）当容积V增大时，由于困油区形成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴现象，引起噪声、振动和气蚀，影响齿轮泵的工作平稳性和使用寿命。解决方法：在齿轮泵的泵盖上开卸荷槽，使困油区容积变化时，能通过卸荷槽与压油腔或吸油腔相通，避免困油现象的影响。3.溢流阀在液压系统中有何功用？（1）溢流稳压：在定量泵节流调速系统中，溢流阀与节流阀配合，调节进入系统的流量，并使系统压力基本保持恒定。（2）安全保护：当系统工作正常时，溢流阀处于关闭状态；当系统压力超过预先调定的压力值时，溢流阀开启，将系统中的部分油液排回油箱，使系统压力不超过允许值，从而保证系统安全。（3）使泵卸荷：通过先导式溢流阀的遥控口接电磁换向阀，可使泵在空载下运行，实现泵的卸荷。（4）形成背压：将溢流阀安装在系统的回油路上，可以产生背压，使执行元件运动平稳。4.什么是气动三联件？它由哪些部分组成，各部分的作用是什么？气动三联件是气动系统中常用的气源净化装置，一般由分水滤气器、减压阀和油雾器组成。（1）分水滤气器：其作用是分离压缩空气中的水分、油滴及杂质，以保证供给气动系统清洁干燥的压缩空气。它通过旋风分离、惯性碰撞等原理，将水分和杂质从压缩空气中分离出来，并通过排水装置排出。（2）减压阀：用于将较高的进口压力调节到符合使用要求的出口压力，并保证出口压力的稳定。它通过调节弹簧力来改变阀口的开度，从而控制压缩空气的流量和压力。（3）油雾器：它的作用是将润滑油雾化后混入压缩空气中，随压缩空气一起输送到需要润滑的气动元件中，实现对气动元件的润滑。五、计算题（每题10分，共20分）1.如图所示的液压系统，已知液压缸无杆腔面积A1=50cm²，有杆腔面积A2=25cm²，负载F=10×10³N，各阀的调定压力如图所示。试分析：（1）当泵的出口压力pB分别为2MPa、4MPa、6MPa时，液压缸能否运动？若能运动，其运动速度如何变化？若不能运动，各阀的工作状态如何？（2）当泵的出口压力pB=6MPa时，活塞运动时和运动到终点停止时，A、B、C各点的压力分别为多少？解：（1）①首先计算液压缸克服负载所需的压力：根据公式\(p=\frac{F}{A}\)，当液压缸运动时，克服负载所需压力\(p_1=\frac{F}{A_1}=\frac{10\times10^{3}}{50\times10^{-4}}=2\times10^{6}Pa=2MPa\)。当\(p_B=2MPa\)时，此时泵的出口压力刚好等于液压缸克服负载所需的压力，溢流阀2关闭，顺序阀3打开（因为顺序阀3的调定压力为1MPa），换向阀4处于图示位置时，液压缸开始运动。此时节流阀5起调速作用，液压缸以一定速度运动。②当\(p_B=4MPa\)时，溢流阀2仍关闭，顺序阀3打开，液压缸继续运动。由于泵的压力升高，进入液压缸的流量增加（在节流阀开度一定的情况下），所以液压缸的运动速度增大。③当\(p_B=6MPa\)时，此时泵的出口压力大于溢流阀2的调定压力5MPa，溢流阀2打开溢流，泵的一部分流量通过溢流阀流回油箱。顺序阀3打开，液压缸继续运动，且由于泵压力较高，进入液压缸的流量进一步增加，液压缸运动速度进一步增大。（2）①当活塞运动时：-A点压力：\(p_A=\frac{F}{A_1}=\frac{10\times10^{3}}{50\times10^{-4}}=2MPa\)。-B点压力：因为顺序阀3打开，有一定的压力损失，设顺序阀的压力损失为\(\Deltap_3\)，一般较小可忽略不计，所以\(p_B=6MPa\)（泵的出口压力）。-C点压力：由于节流阀5有压力损失，设节流阀压力损失为\(\Deltap_5\)，\(p_C=p_A+\Deltap_5\)，若忽略节流阀压力损失，\(p_C=p_A=2MPa\)。②当活塞运动到终点停止时：-A点压力：此时液压缸停止运动，负载不再消耗压力，压力上升，直到达到溢流阀2的调定压力，所以\(p_A=5MPa\)。-B点压力：\(p_B=6MPa\)（泵的出口压力）。-C点压力：\(p_C=p_A=5MPa\)。2.已知某液压泵的转速为950r/min，排量V=168mL/r，在额定压力29.5MPa和同样转速下，测得的实际流量为150L/min，额定工况下的总效率为0.87，求：（1）泵的理论流量qt；（2）泵的容积效率ηv；（3）泵的机械效率ηm；（4）泵在额定工况下，所需电动机驱动功率Pi；（5）驱动泵的转矩Ti。解：（1）泵的理论流量\(q_t\)：根据公式\(q_t=nV\)，其中\(n=950r/min\)，\(V=168mL/r=0.168L/r\)，则\(q_t=nV=950\times0.168=159.6L/min\)。（2）泵的容积效率\(\eta_v\)：容积效率\(\eta_v=\frac{q}{q_t}\)，已知\(q=150L/min\)，\(q_t=159.6L/min\)，则\(\eta_v=\frac{150}{159.6}\approx0.94\)。（3）泵的机械效率\(\eta_m\)：因为总效率\(\eta=\eta_v\eta_m\)，已知\(\eta=0.87\)，\(\eta_v\approx0.94\)，则\(\eta_m=\frac{\eta}{\eta_v}=\frac{0.87}{0.94}\approx0.926\)。（4）泵在额定工况下，所需电动机驱动功率\(P_i\)：泵的输出功率\(P_o=pq\)，其中\(p=29.5MPa=29.5\times10^{6}Pa\)，\(q=150L/min=\frac{150}{60}\times10^{-3}m^{3}/s=2.5\times10^{-3}m^{3}/s\)，则\(P_o=pq=29.5\times10^{6}\times2.5\times10^{-3}=73750W=73.75kW\)。因为\(\eta=\frac{P_o}{P_i}\)，所以\(P_i=\frac{P_o}{\eta}=\frac{73.75}{0.87}\approx84.77kW\)。（5）驱动泵的转矩\(T_i\)：根据公式\(P_i=2\pinT_i/60\)，可得\(T_i=\frac{60P_i}{2\pin}\)，\(n=950r/min=\frac{950}{60}r/s\)，\(P_i=84770W\)，则\(T_i=\frac{60\times84770}{2\pi\times\frac{950}{60}}\approx525.8N\cdotm\)。六、分析题（10分）分析下图所示的液压系统，说明该系统的工作原理，并指出图中各元件的名称。解：1.各元件名称：-元件1：液压泵，其作用是将机械能转换为液压能，为系统提供压力油。-元件2：溢流阀，用于溢流稳压或安全保护，当系统压力超过溢流阀调定压力时，溢流阀打开溢流，保证系统压力稳定。-元件3：三位四通电磁换向阀，通过电磁铁的通电和断电来改变阀芯的位置，从而控制油液的流向，实现液压缸的换向运动。-元件4：液压缸，是执行元件，将液压能转换为机械能，实现直线往复运动。-元件5：节流阀，用于调节进入液压缸的流量，从而控制液压缸的运动速度。-元件6：单向阀，只允许油液单向流动