开放大学2025年春《液压与气压传动》机考期末参考答案

开放大学2025年春《液压与气压传动》机考期末参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.液压系统中，动力元件的作用是将原动机的机械能转换为（）。正确答案：液体的压力能。解析：液压泵作为动力元件，通过容积变化吸入油液并加压输出，实现机械能到压力能的转换。2.外啮合齿轮泵的泄漏途径不包括（）。正确答案：齿轮端面与侧板的轴向间隙。解析：齿轮泵泄漏主要来自齿顶与泵体的径向间隙（约占50%70%）、齿轮端面与侧板的轴向间隙（约占20%25%）及齿啮合处的间隙（约占5%），题目中“不包括”的选项应为干扰项，实际轴向间隙是主要泄漏途径之一，需注意题目可能设置反向陷阱。3.先导式溢流阀主阀弹簧的作用是（）。正确答案：维持主阀关闭状态。解析：先导阀负责调定系统压力，主阀弹簧仅用于平衡主阀上下腔压差，确保无压力时主阀关闭，系统压力需克服先导阀弹簧力后，主阀才开启溢流。4.气动系统中，油雾器的作用是（）。正确答案：向压缩空气中添加润滑油。解析：油雾器属于气动辅助元件，通过气流引射将润滑油雾化，随压缩空气进入气动元件，实现润滑，区别于液压系统的集中润滑方式。5.单杆活塞液压缸差动连接时，活塞的运动速度（）。正确答案：大于无杆腔进油时的速度。解析：差动连接时，无杆腔进油与有杆腔回油汇合，进入无杆腔的实际流量为泵输出流量加有杆腔回油量，活塞有效面积减小（A无杆A有杆），根据v=Q/A，速度增大。6.叶片泵按结构分为单作用和双作用，其中双作用叶片泵（）。正确答案：输出流量均匀。解析：双作用叶片泵定子曲线对称，每转两吸两排，流量脉动小；单作用叶片泵为变量泵，流量脉动较大。7.压力继电器的作用是（）。正确答案：将压力信号转换为电信号。解析：通过检测系统压力，当压力达到设定值时，推动微动开关动作，输出电信号，用于顺序控制或安全保护。8.气压传动系统中，压缩空气的干燥处理主要是为了（）。正确答案：防止元件锈蚀和冰堵。解析：空气中的水蒸气在压缩冷却后会凝结成水，导致金属元件锈蚀，低温下结冰堵塞管路，故需通过干燥器（如冷冻式、吸附式）去除水分。9.调速阀由（）串联组成。正确答案：定差减压阀与节流阀。解析：定差减压阀保持节流阀前后压差恒定，抵消负载变化对流量的影响，确保通过节流阀的流量稳定，区别于普通节流阀的流量受负载影响大的特点。10.柱塞泵的排量取决于（）。正确答案：柱塞直径、行程和柱塞数。解析：柱塞泵排量V=πd²/4×S×z（d为柱塞直径，S为行程，z为柱塞数），通过改变斜盘倾角（轴向柱塞泵）或偏心距（径向柱塞泵）可改变行程S，实现变量。二、简答题（每题8分，共40分）1.简述液压传动的工作原理及优缺点。工作原理：基于帕斯卡原理，利用密封容积的变化实现吸油和压油，通过液压油传递压力和流量，驱动执行元件（液压缸或马达）输出力和速度。优点：功率密度大（单位体积输出功率高）、调速范围宽（可无级调速）、传动平稳（油液缓冲吸振）、易于实现自动化（与电气控制结合）。缺点：泄漏不可避免（影响效率和精度）、油液性能受温度影响大（高温粘度下降，低温流动性差）、污染敏感（油液污染易导致元件卡滞）、维护要求高（需定期过滤和更换油液）。2.说明外啮合齿轮泵困油现象的产生原因及解决措施。产生原因：齿轮泵工作时，为保证连续供油，重叠系数ε>1（即前一对轮齿未脱开时，后一对轮齿已进入啮合），导致两对轮齿同时啮合，形成封闭容积。该容积随齿轮旋转先减小（压缩被困油液，压力剧增，引起振动噪声）后增大（形成局部真空，产生气穴，加剧磨损）。解决措施：在泵体或侧板上开设卸荷槽，使封闭容积减小时与压油腔相通，增大时与吸油腔相通，避免困油现象。卸荷槽的位置需对称于齿轮中心线，宽度略大于齿顶宽，防止高低压腔串通。3.比较溢流阀、减压阀和顺序阀的区别。（1）控制功能：溢流阀用于稳定系统压力（并联在泵出口，超压溢流）；减压阀用于降低支路压力（串联在支路，出口压力稳定）；顺序阀用于控制执行元件的动作顺序（利用进口压力驱动阀芯，控制另一油路通断）。（2）连接方式：溢流阀出口接油箱（常闭，系统压力达设定值时开启）；减压阀出口接负载（常开，出口压力低于进口时起减压作用）；顺序阀出口接后续油路（常闭，进口压力达设定值时开启）。（3）弹簧刚度：溢流阀弹簧较软（主要调定系统压力）；减压阀弹簧较硬（需精确控制出口压力）；顺序阀弹簧刚度介于两者之间（需敏感响应进口压力变化）。4.气动系统中为何需要设置后冷却器和储气罐？后冷却器：压缩空气温度随压力升高而急剧上升（如大气压力0.1MPa、20℃的空气压缩至0.7MPa时，温度可达140170℃），高温会加速润滑油氧化，降低后续干燥设备效率。后冷却器通过水冷或风冷将压缩空气冷却至4050℃，使水蒸气和油蒸气凝结成液态，便于后续分离。储气罐：作用包括①稳定气压（缓冲空气压缩机的周期性排气，减少压力波动）；②储存能量（应急情况下短时间提供压缩空气）；③进一步分离油水（气流在罐内流速降低，液态水、油滴因重力沉降）。5.分析液压系统中执行元件速度不稳定的可能原因。（1）流量不稳定：①液压泵磨损（容积效率下降，输出流量减少）；②节流阀或调速阀堵塞（油液污染导致阀口通流面积变化）；③变量泵变量机构故障（无法稳定输出流量）。（2）负载变化：①液压缸或马达泄漏（内部泄漏随压力升高而增大，导致实际进入执行元件的流量减少）；②溢流阀压力波动（系统压力不稳定，影响泵输出流量）。（3）油液问题：①油液粘度太低（泄漏增加）或太高（流动阻力大，泵吸入困难）；②油中混入空气（压缩性增大，导致速度脉动）。（4）机械故障：①液压缸活塞密封磨损（内外泄漏）；②导轨润滑不良（摩擦阻力变化）；③马达内泄漏增加（容积效率下降）。三、计算题（每题10分，共30分）1.某齿轮泵的模数m=2mm，齿数z=12，齿宽b=25mm，转速n=1450r/min，容积效率ηv=0.9，求泵的实际输出流量Q（L/min）。解：齿轮泵排量V=2πm²zb（经验公式，适用于外啮合齿轮泵）。代入数据：m=2mm=0.2cm，z=12，b=25mm=2.5cm。V=2×3.14×(0.2)²×12×2.5=2×3.14×0.04×12×2.5=2×3.14×1.2=7.536cm³/r。理论流量Qt=V×n=7.536×1450=10927.2cm³/min=10.9272L/min。实际流量Q=Qt×ηv=10.9272×0.9≈9.83L/min。2.单杆活塞液压缸的无杆腔面积A1=50cm²，有杆腔面积A2=25cm²，泵输出流量Q=25L/min，系统压力p=6MPa。求：（1）无杆腔进油时活塞的推力F1和速度v1；（2）有杆腔进油时活塞的推力F2和速度v2。解：（1）无杆腔进油时，推力F1=p×A1=6×10^6Pa×50×10^4m²=6×10^6×0.005=30000N=30kN。速度v1=Q/A1=25×10^3m³/min/(50×10^4m²)=0.025/0.005=5m/min=0.0833m/s。（2）有杆腔进油时，推力F2=p×(A1A2)=6×10^6×(5025)×10^4=6×10^6×0.0025=15000N=15kN（或F2=p×A2，但实际推力为工作腔压力乘以有效面积，有杆腔进油时，无杆腔回油通油箱，故有效面积为A1A2？需注意：有杆腔进油时，活塞受力为p×A2（进油腔压力）减去无杆腔背压×A1（假设背压为0），则F2=p×A2=6×10^6×25×10^4=15000N=15kN，正确）。速度v2=Q/A2=25×10^3/(25×10^4)=10m/min=0.1667m/s。3.某轴向柱塞泵的柱塞直径d=20mm，柱塞数z=9，斜盘倾角α=20°，行程S=2Rtanα（R为柱塞分布圆半径，R=60mm），转速n=1500r/min，容积效率ηv=0.92，总效率η=0.85。求：（1）泵的排量V；（2）实际输出流量Q；（3）驱动泵所需的电动机功率P电。解：（1）行程S=2×60×tan20°≈120×0.3640≈43.68mm=4.368cm。单柱塞排量v=πd²/4×S=3.14×(2cm)²/4×4.368cm=3.14×1×4.368≈13.71cm³/柱塞。泵的排量V=v×z=13.71×9≈123.39cm³/r。（2）理论流量Qt=V×n=123.39×1500=185085cm³/min=185.085L/min。实际流量Q=Qt×ηv=185.085×0.92≈170.28L/min。（3）泵的输出功率P出=p×Q/60（p为系统压力，题目未给出，假设p=10MPa）。若题目未给p，可能需用总效率公式η=P出/P电，P电=P出/η=(pQ/60)/η。假设p=10MPa=100bar，Q=170.28L/min=0.17028m³/min=0.002838m³/s。P出=pQ=10×10^6Pa×0.002838m³/s≈28380W=28.38kW。P电=28.38/0.85≈33.4kW（注：若题目未给系统压力，可能需补充假设条件或检查题目是否遗漏参数）。四、综合分析题（20分）某液压系统出现“液压缸运动时爬行”的故障，试分析可能原因及排查步骤。可能原因：（1）空气混入系统：油液中溶解的空气在低压区析出形成气泡，压缩和膨胀导致速度不均匀。（2）油液污染：颗粒杂质堵塞节流阀或伺服阀阀口，导致流量脉动；污染还会加剧液压缸密封件磨损，引起内泄漏。（3）液压缸故障：活塞与缸筒间隙过大（内泄漏）；密封件老化（摩擦阻力变化）；导轨润滑不良（动静摩擦系数差异大）。（4）液压泵输出不稳定：泵内零件磨损（如齿轮泵齿顶间隙过大），导致流量脉动；变量泵变量机构卡滞，无法稳定输出流量。（5）压力控制元件故障：溢流阀主阀卡滞（压力波动）；减压阀出口压力不稳定（影响支路流量）。排查步骤：（1）检查油液状态：观察油液是否浑浊（含气泡），用精密滤油机过滤，必要时更换油液并排气（打开排气阀，使液压缸全行程往复运动排出空气）。（2）检测液压缸性能：关闭泵，手动推拉活塞，感受阻力是否均匀；测量内泄