完整版液压与气压传动学习及实验答案

完整版液压与气压传动学习及实验答案一、填空题（每空1分，共20分）1.液压传动以液体为工作介质，依靠液体的压力能传递运动和动力，其核心元件是液压泵、液压缸和液压阀。2.气压传动以压缩空气为工作介质，具有清洁、防火、动作迅速等优点，但系统刚性差、定位精度低。3.液压油的粘度指数越高，温度变化对粘度的影响越小，系统工作越平稳。4.齿轮泵的困油现象可通过在端盖开卸荷槽的方法缓解，槽口必须对称布置于啮合点两侧。5.溢流阀在系统中起定压溢流和安全保护双重作用，其开启压力由弹簧预紧力决定。6.节流阀与调速阀的根本区别在于后者带有压力补偿功能，可使流量不受负载变化影响。7.气动三联件由过滤器、减压阀和油雾器组成，安装顺序不可颠倒，否则油雾器易被污染。8.液压缸缓冲装置有间隙缓冲、可变节流缓冲和卸荷缓冲三种形式，其中可变节流缓冲效果最佳。9.蓄能器在回路中可充当辅助动力源、吸收压力脉动和缓和液压冲击，充气压力一般取系统最低工作压力的0.8倍。10.比例阀的输入信号为0～10V或4～20mA，阀芯位移与输入电流成比例，可实现无级调速。11.液压系统效率η=输出功率/输入功率，其中输出功率P_out=F·v，输入功率P_in=p·Q。12.气马达的转速与流量成正比，输出扭矩与进气压力成正比，排气口必须安装消声器降低噪声。13.液压泵的容积效率η_v=理论流量/实际流量，机械效率η_m=理论扭矩/实际扭矩，总效率η=η_v·η_m。14.同步回路中，若两缸有效面积相等，可采用刚性连接或分流集流阀；若面积不等，则需采用比例阀或伺服阀闭环控制。15.气动逻辑元件包括“与”、“或”、“非”、“记忆”四种基本功能，其中“记忆”元件常用双稳态阀实现。16.液压油污染度等级按ISO4406表示，如18/16/13，数字越大污染越严重，伺服系统一般要求不高于16/14/11。17.齿轮马达与齿轮泵结构相似，但马达需设置外泄油口，以带走内部泄漏油液并冷却轴承。18.电液伺服阀由力矩马达、喷嘴挡板前置级和滑阀功率级组成，其频宽可达200Hz以上，用于高速高精度系统。19.气动系统的自由空气流量q=标准状态下流量，有压流量q_p=q·(p+0.1013)/0.1013，单位均为L/min。20.液压系统调试时，应先空载点动，再逐步升压至额定压力，每次升压后稳压5min，检查泄漏与温升。二、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）1.液压泵的转速越高，输出压力一定越大。（×）2.气动系统排气时产生的噪声可用消声器或膨胀腔削弱。（√）3.节流调速回路效率高于容积调速回路。（×）4.蓄能器充气压力高于系统最高压力时，蓄能器无法蓄能。（√）5.液压缸活塞杆表面镀铬是为了提高耐磨性和防锈蚀。（√）6.溢流阀作安全阀使用时，其开启压力应比系统最高工作压力高5%～10%。（√）7.比例溢流阀不能用于远程调压。（×）8.气动马达在低速时易出现爬行现象，可加装减速器解决。（√）9.液压系统油温升高会导致油液粘度下降，泄漏增加，容积效率降低。（√）10.伺服阀的零漂指标越小，阀的静态性能越好。（√）三、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列泵中，抗污染能力最强的是：A.齿轮泵B.叶片泵C.轴向柱塞泵D.径向柱塞泵答案：A2.液压系统出现高频噪声，最可能的原因是：A.油液粘度过高B.泵吸空C.溢流阀弹簧疲劳D.油液温度过低答案：B3.气动系统分水滤气器滤芯颜色由蓝变红，说明：A.滤芯堵塞B.滤芯破损C.滤芯寿命到期D.滤芯结冰答案：C4.液压缸活塞密封采用V形组合圈，其安装方向应：A.唇口朝向低压侧B.唇口朝向高压侧C.双向均可D.垂直于压力方向答案：B5.在回油节流调速回路中，液压缸速度：A.随负载增大而增大B.随负载增大而减小C.与负载无关D.先增大后减小答案：B6.下列元件中，属于气动信号元件的是：A.减压阀B.行程开关阀C.快速排气阀D.梭阀答案：B7.液压泵的实际流量小于理论流量，主要原因是：A.电机转速低B.油液泄漏C.油液粘度高D.吸油过滤器堵塞答案：B8.电液比例方向阀的中位机能采用Y型，其目的是：A.泵卸荷B.执行元件浮动C.执行元件锁紧D.防止冲击答案：B9.气动逻辑回路中，实现“或”功能常用：A.双压阀B.梭阀C.顺序阀D.快速排气阀答案：B10.液压系统采用恒功率变量泵，其目的是：A.节能B.提高压力C.降低噪声D.简化回路答案：A四、简答题（每题6分，共30分）1.简述液压冲击产生的原因及常用抑制措施。答：液压冲击由流速突变引起，如阀口快速关闭、执行元件突然停止。冲击压力可达正常压力3～4倍，易损坏密封和管件。抑制措施：（1）延长阀口关闭时间，采用电磁阀时加阻尼器；（2）设置溢流阀作安全阀，限制最高压力；（3）在冲击源附近安装蓄能器吸收脉动；（4）采用橡胶软管或膨胀节降低压力波传播速度；（5）液压缸端部设置缓冲装置，使活塞在行程末端减速。2.比较节流调速与容积调速的优缺点。答：节流调速通过改变回路阻力实现调速，结构简单、成本低，但效率低、发热大，适用于小功率场合。容积调速通过改变泵或马达排量实现调速，效率高、发热小，可实现恒转矩或恒功率控制，但结构复杂、成本高，适用于大功率或频繁变速系统。3.说明气动三联件安装顺序及反向安装的危害。答：正确顺序：过滤器→减压阀→油雾器。反向安装时，油雾器位于减压阀上游，高压油雾会冲刷减压阀内部精密零件，导致阀芯磨损、压力波动，且油雾器滤芯易被液态水堵塞，失去过滤功能，缩短元件寿命。4.写出液压泵容积效率、机械效率、总效率的计算公式，并说明如何提高总效率。答：η_v=Q_实际/Q_理论η_m=T_理论/T_实际η_总=η_v·η_m提高途径：选用精密配合零件减少泄漏；采用浮动侧板或轴向间隙补偿结构降低摩擦；控制油液粘度在最佳范围；提高加工精度降低机械摩擦；采用复合材料轴承减少磨损。5.简述电液伺服阀的调试步骤及注意事项。答：（1）清洗系统，污染度达NAS6级以下；（2）给阀供油前，先通10Hz小幅信号，使阀芯高频振荡排除卡滞；（3）逐步升压至额定压力，检查零位偏移，调整调零弹簧使零漂<1%；（4）输入±100%阶跃信号，观察阶跃响应，超调<10%，调整阻尼孔；（5）频响测试，从5Hz扫频至额定频宽，幅值比-3dB、相位差-90°对应频率应达标；（6）调试完毕，锁紧调节螺母，贴封漆，连续运行2h无异常方可交付。五、计算题（共30分）1.某液压系统使用排量V=36mL/r的轴向柱塞泵，转速n=1500r/min，容积效率η_v=0.92，系统溢流阀调定压力p=14MPa，泵出口实际流量Q=？若系统负载为F=50kN，液压缸无杆腔面积A=100cm²，求活塞匀速运动速度v=？（8分）解：Q_理论=V·n=36×10⁻³×1500=54L/minQ_实际=Q_理论·η_v=54×0.92=49.68L/min≈49.7L/minv=Q_实际/A=(49.7×10⁻³)/(100×10⁻⁴)=4.97m/min≈0.083m/s2.如图示回油节流调速回路，液压缸无杆腔面积A₁=100cm²，有杆腔面积A₂=50cm²，负载F=20kN，泵流量Q_p=40L/min，溢流阀调定压力p_y=7MPa，节流阀流量方程Q_L=0.08·a·√Δp（a为开口面积mm²，Δp为阀压降MPa，Q_LL/min）。求：（1）当节流阀开口a=20mm²时，活塞速度v=？（2）回路效率η=？（10分）解：（1）力平衡：p₁A₁=F+p₂A₂泵出口压力p₁=p_y=7MPa7×10⁶×100×10⁻⁴=20×10³+p₂×50×10⁻⁴70×10²=20×10³+0.5×10⁻²p₂p₂=(7000-2000)/0.5=1MPa节流阀压降Δp=p₂=1MPaQ_L=0.08×20×√1=1.6L/minv=Q_L/A₂=1.6×10⁻³/(50×10⁻⁴)=0.32m/min≈0.0053m/s（2）回路输入功率：P_in=p_y·Q_p=7×10⁶×(40×10⁻³/60)=4.67kW输出功率：P_out=F·v=20×10³×0.0053=106Wη=P_out/P_in=0.106/4.67≈2.3%3.某气动系统要求气马达在0.5MPa表压下输出扭矩T=15N·m，转速n=800r/min，气马达容积效率η_v=0.85，机械效率η_m=0.75，求：（1）理论排量V_m（mL/r）（2）自由空气消耗量q（L/min）（12分）解：（1）实际输出扭矩T=T_理论·η_mT_理论=T/η_m=15/0.75=20N·m理论排量V_m=2π·T_理论/(p·η_v)p=0.5+0.1013=0.6013MPaV_m=2π×20/(0.6013×10⁶×0.85)=2.47×10⁻⁴m³/r=247mL/r（2）理论流量Q_理论=V_m·n=247×800=197600mL/min=197.6L/min自由空气流量q=Q_理论·(p_abs/p_atm)=197.6×(0.6013/0.1013)≈1173L/min六、实验题（共40分）实验一：液压泵性能测试（20分）1.实验目的测定齿轮泵的容积效率、机械效率、总效率随压力变化规律，绘制Q-p、η-p曲线。2.实验设备CB-B25齿轮泵、Y-100溢流阀、LW-25涡轮流量计、ZJ-25扭矩仪、0.5级压力表、Y160M-4电机、变频器、油温控制装置。3.实验步骤（1）清洗油箱，加注46抗磨液压油至液位上限，启动加热器将油温稳定在40±2℃；（2）点动电机，确认泵转向正确，空载运行5min排气；（3）调节溢流阀，使压力从1MPa逐级升至额定6MPa，每级稳压3min；（4）记录每级压力对应的流量计读数Q、扭矩仪读数T、电机转速n；（5）计算理论流量Q_t=V·n，容积效率η_v=Q/Q_t；（6）计算理论扭矩T_t=p·V/(2π)，机械效率η_m=T_t/T；（7）总效率η=η_v·η_m；（8）绘制曲线：横坐标p，纵坐标Q、η_v、η_m、η，用光滑曲线连接。4.数据处理示例p=4MPa时：n=1440r/min，Q=33.8L/min，T=11.2N·mQ_t=25×1440=36L/minη_v=33.8/36=93.8%T_t=4×10⁶×25×10⁻⁶/(2π)=15.9N·mη_m=15.9/11.2=71.4%η=0.938×0.714=67.0%5.思考题（1）当压力升高时，η_v为何下降？答：内泄漏随压差增大而增加，导致实际流量减少。（2）η_m为何先升后降？答：低压时摩擦扭矩占比大，随压力升高占比减小，但高压时粘性摩擦及泵体变形导致摩擦再增大。实验二：气动逻辑回路设计与搭接（20分）1.实验目的用气动逻辑元件实现“双缸顺序往复+急停+手动/自动切换”功能，验证逻辑关系。2.实验元件双作用气缸A、B（缸径32mm，行程200mm），双气控换向阀4V210-08，手动按钮阀1/8"，行程开关阀S3-02，梭阀ST-01，双压阀SY-01，快速排气阀QE-02，三联件，Φ8PU管。3.逻辑要求（1）按下启动按钮，缸A前进到位，缸B才前进；（2）缸B到位后，缸A先退回，缸B再退回；（3）任意时刻按下急停，两缸立即退回；（4）切换开关可在手动点动与自动循环间切换。4.真值表启动急停手动自动A缸B缸1001前进跟随01××退回退回0010点动点动5.回路图（文字描述）启动信号与急停常闭串联，经梭阀分两路：一路至自动循环记忆阀，一路至手动按钮。自动循环中，A缸前进压下行程开关a1，发出信号经双压阀与启动信号“与”后控制B缸前进；B缸压下b1，信号经另一记忆阀使A缸退回；A缸退至a0，信号使B缸退回。急停信号经梭阀直接作用于两换向阀复位端，确保快速退回。6.搭接步骤（1）按图裁管，管口垂直剪切，插入快插接头到底；（2）先接气源侧，后接执行元件，避免带压插拔；（3）检查逻辑，手动推阀芯确认换向正常；（4）先低压0.3MPa试运行，排除漏气后升至0.6MPa；（5）用秒表测循环时间，要求≤6s，若迟缓，在排气口加快速排气阀。7.故障排查现象：A缸到位后B缸不前进。排查：用压力表测双压阀输出，发现无信号；检查a1行程开关阀，发现滚轮卡滞，更换后正常。8.实验报告要求（1）绘制实际搭接照片示意图，标注管径、颜色；（2）列出元件清单及型号；（3）计算自由空气消耗量：单循环气缸总容积=2×(π·0.016²×0.2)=0.322L，循环6次/分，q=0.322×6×(0.7/0.1)=13.5L/min；（4）提出节能改进：采用快速排气阀+梭阀组合，可将压力降至0.5MPa，节能约15%。七、综合设计题（共20分）设计一台小型液压升降平台，要求：1.额定载荷2kN，升降高度500mm，升降时间≤10s；2.使用单作用柱塞缸，回程靠自重，手动泵应急升降；3.系统最高压力≤8MPa，需设置安全保护；4.给出计算书、系统图、元件选型、操作说明。解：（1）参数计算负载F=2000N，取缸径d=25mm，柱塞面积A=π·0.0125²=4.91×10⁻⁴m²所需压力p=F/A=2000/(4.91×10⁻⁴)=4.08MPa，留余量选5MPa行程L=0.5m，升降时间t=