液压与气压传动典型习题.docx
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液压与气压传动典型习题
江苏工业学院教案
教学内容（讲稿）
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（包括：
教学手段、时间分配、临时更改等）
习题课重点、难点习题讲解
2－4泵的额定流量为100L/min，额定压力为，当转速为1450r/min时，机械效率为ηm＝。
由实验测得，当泵出口压力为零时，流量为106L/min，压力为时，流量为min，试求：
1）泵的容积效率；
2）如泵的转速下降到500r/min，在额定压力下工作时，计算泵的流量为多少
3）上述两种转速下泵的驱动功率。
解：
1）ηv1＝q1/qt1=106==95%
*额定流量反映的是同类型泵的指标，而q1则是这台泵的实际情况。
2）该泵的排量为V＝qt1/n1=L/r；泄漏流量为Δq=qt1-q1=L/min；
*缝隙流动分为压差流和剪切流，转速不同只带来剪切流的变化；而与压差流相比，剪切流比例很小。
故当压差相同时，泄漏流量亦不变。
∴q2＝Vn2－Δq＝L/min
此时泵的容积效率为ηv2＝q2/qt2＝（Vn2－Δq）/Vn2＝＝85％
*显然，对液压泵而言，在不同的转速下，其容积效率是不同的。
3）P＝pq/ηmηv
*机械效率反映机械摩擦所带来的损失，可以认为其与转速变化无关。
则在上式中带入不同转速下的相应参数，即可计算出两种转速下泵的驱动功率。
3－9图示为变量泵和定量马达系统，低压辅助泵输出压力py＝，泵最大排量Vpmax＝100mL/r，转速np＝1000r/min，容积效率ηvP＝，机械效率ηmp＝，马达的相应参数为Vm＝50mL/r，ηvm＝，
ηmm＝。
不计管道损失，当马达的输出转矩为Tm＝40Nm，转速为nm＝160r/min时，求变量泵的排量、工作压力和输入功率。
解：
*变量泵定量马达系统，为实现马达的调速范围，必须变量泵的供给流量满足马达的需要；因此泵的最大排量只体现系统的一种能力指标，而变量泵的排量应根据马达的转速来确定。
则：
qp＝qm；VpnpηvP＝Vmnm/ηvm；∴Vp＝Vmnm/npηvPηvm。
*马达的转矩是由其进出口的压差产生，从系统图可见泵、马达进出口两端的压差是相等的，即
pp－py＝pm－py＝2πTm/Vmηmm；∴pp＝2πTm/Vmηmm＋py。
*泵的输入功率由泵的流量、进出口压差和效率决定。
Ppi＝（pp－py）qp/ηP＝2πnmTm/ηmpηvPηmmηvm。
带入实际参数计算即可。
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4－4图4－116所示系统中溢流阀的调整压力分别为pA＝3MPa，pB＝，pC＝2MPa。
试求1）当系统外负载为无穷大时，泵的出口压力为多少2）如将溢流阀B的遥控口堵住，泵的出口压力又为多少
解：
1）泵启动后，当系统压力升至时，先导式溢流阀B的先导阀开启，其主阀也开启（对应的开口量），但这时阀B的出口还接有阀C，而阀C的调整压力为2MPa，故下支路并不能接通；当系统压力（这时由阀B的出口压力所决定）继续升至2MPa时，直动式溢流阀C开启，此时由于先导式溢流阀B的遥控口直接接在其出口，阀B上并不产生压力降（其主阀芯全开），所以系统压力为阀C所调节的压力，即等于2MPa。
阀A调整压力为3MPa，不开启。
2）因为此时溢流阀B的遥控口被堵住，下支路相当于阀B、阀C两个直动型溢流阀串连，所以下支路的开启压力为＋2MPa＝MPa；而上支路的开启压力为阀A所调整的压力3MPa，所以系统压力即泵的出口压力为3MPa。
*系统压力由外负载决定，外负载包括系统中各种调控装置；系统压力由系统中所有起作用的外负载、调控装置中的最小值所决定！
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4－5图4－117所示两系统中溢流阀的调整压力分别为pA＝4MPa，pB＝3MPa，pC＝2MPa，当系统外负载为无穷大时，1）泵的出口压力各为多少2）对图a的系统，请说明溢流量是如何分配的
解：
1）图a，A、B、C三阀并联，系统压力由其中最小设定压力决定，所以泵出口压力为阀C的调整压力2MPa。
图b，A、B、C三阀串联，系统压力为三阀之和，但由于阀B之遥控口直接接油箱，故阀B进出口压差为零，所以泵出口压力为阀A、B之和，即6MPa。
2）对图a的系统，经先导式溢流阀A、B之遥控口流过溢流量的极少部分液压油，到达直动式溢流阀C使其开启，而主溢流量仍要通过阀A的主阀芯流回油箱。
4－6图4－118所示溢流阀的调定压力为4MPa，若不计先导油流经主阀芯阻尼小孔时的压力损失，试判断下列情况下的压力表的读数：
1）YA断电，且负载为无穷大时；
2）YA断电，且负载压力为2MPa时；
3）YA通电，且负载为2MPa时；
答：
压力表接在先导式溢流阀的遥控口上，其读数直接反映泵出口的压力。
1）4MPa；压力值由先导式溢流阀的调定压力决定。
2）2MPa；压力值由系统的负载压力决定。
3）0MPa；压力值由先导式溢流阀的遥控口决定。
*全面、正确理解系统的压力由外负载决定。
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4－7试确定图示回路在下列情况下液压泵的出口压力：
1）全部电磁铁断电；答：
2）电磁铁2YA通电，1YA断电；
3）电磁铁2YA断电，1YA通电；
4－8图4－120所示系统溢流阀的调定压力为5MPa，减压阀的调定压力为。
试分析下列各工况，并说明减压阀阀口处于什么状态
1）泵出口为溢流阀调定压力，缸夹紧工件，A、C点压力各为多少
2）泵出口压力降到（工件原夹紧），A、C点压力各为多少
3）夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时，A、B、C点压力各为多少
答：
1）pA＝pC＝5MPa，减压阀口似开非开；2）pA＝，pC＝，减压阀口开；3）pA＝pB＝pC＝0，减压阀口开。
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4－9图4－121所示回路，溢流阀的调定压力为5MPa，减压阀的调定压力为，活塞运动时负载压力为1MPa，其它损失不计，试求：
1）活塞运动期间和碰到死档铁后A、B处压力。
2）如果减压阀的外泄油口堵死，活塞碰到死档铁后A、B处压力。
答：
1）活塞运动期间A、B处压力均为1MPa；碰到死档铁后A处压力为，B处压力为5MPa。
2）此时，AB处压力均为5MPa。
*减压阀外泄油口被堵死后，阀芯将不能动作，减压阀仅相当于通道。
4－10图4－122所示的减压回路，已知液压缸无杆腔、有杆腔面积分别为100cm2、50cm2，最大负载F1＝14000N、F2＝4250N，背压p＝，节流阀的压差Δp＝，求：
1）A、B、C各点的压力（忽略管路阻力）；
2）泵和阀应选多大的额定压力
3）若两缸的进给速度分别为v1＝s，v2＝4cm/s，泵和各阀的额定流量应选多大
解：
1）*应考虑减压回路和节流回路动作次序的问题。
pBA1＝pA2＋F2，pB＝pJ＝pA2/A1+F2/A1＝
故当系统压力升至pA＝pB＝pC=时，缸2先伸出；
pC＝F1/A1＝；
pA＝pY＝pC＋Δp＝；
pA＝pY＝>pB＝pJ＝，系统压力级别合理。
2）考虑一定余量和标准压力系列，可选泵及各阀的额定压力为。
3）q1＝A1v1＝21l/min，q2＝A1v2＝24l/min，q3＝q2A2/A1＝12l/min；
*两缸不同时动作，稍留余量和额定流量系列，可选泵、阀1、阀2、节流阀额定流量为25l/min，阀3额定流量为16l/min。
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4－11图4－123所示回路，顺序阀的调整压力pX＝3MPa，溢流阀的调整压力pY＝5MPa，问载下列情况下A、B点的压力为多少
1）液压缸运动，负载压力pL＝4MPa时；
2）如负载压力pL变为1MPa时；
3）活塞运动到右端时。
答：
1）pA＝pB＝4MPa；2）pA＝1MPa，pB＝3MPa；3）pA＝pB＝5MPa。
*可见，顺序阀进、出口压力是随着外负载的大小而变化的。
4－12图4－124所示系统，缸Ⅰ、Ⅱ上的外负载力F1＝20000N，F2＝30000N，有效工作面积都是A＝50cm2，要求缸Ⅱ先于缸Ⅰ动作，问：
1）顺序阀和溢流阀的调定压力分别为多少
2）不计管路损失，缸Ⅰ动作时，顺序阀进、出口压力分别为多少
解：
1）液压缸驱动负载所需压力：
p1＝F1/A＝4MPa；p2＝F2/A＝6MPa。
所以，溢流阀和顺序阀调定压力应为：
pP＝pY>pX>6MPa。
2）pX进>6MPa，pX出＝4MPa。
*此时，顺序阀并未全开，其进、出口之间有>2MPa的压降。
4－13图4－125所示回路，顺序阀和溢流阀串联，调整压力分别为pX和pY，当系统外负载为无穷大时，问：
1）泵的出口压力为多少
2）若把两阀的位置互换，泵的出口压力又为多少
答：
1）当pX>pY，pP＝pX（此时顺序阀出口压力为pY），当pX第125页
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2）无论pX>*顺序阀进出口之间的压差不是固定不变的，这点与溢流阀不同。
4－14图4－126a、b回路参数相同，液压缸无杆腔面积A＝50cm2，负载FL＝10000N，各阀的调定压力如图示，试分别确定两回路在活塞运动时和活塞运动到终端停止时A、B两处的压力。
解：
驱动负载所需压力pB＝FL/A＝2MPa。
图a，A、B之间为减压阀，故
运动时pA＝pB＝2MPa，
停止时pA＝5MPa，pB＝3MPa；
图b，A、B之间为顺序阀，故
运动时pA＝3MPa，pB＝2MPa，
停止时pA＝pB＝5MPa。
4－15图4－127所示系统，液压缸的有效面积A1＝A2＝100cm2，缸Ⅰ负载FL＝35000N，缸Ⅱ运动时负载为零，不计摩擦阻力，惯性力和管路损失。
溢流阀、顺序阀和减压阀的调定压力分别为4MPa，3MPa和2MPa。
求下列三种工况下A、B和C处的压力。
1）液压泵起动后，两换向阀处于中位；
2）1YA通电，液压缸Ⅰ运动时和到终端停止时；
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3）1YA断电，2YA通电，液压缸Ⅱ运动时和碰到固定档块停止运动时。
解：
驱动外负载FL所需压力为p＝FL/A1＝。
1）pA＝pB＝4MPa，pC＝2MPa；
2）缸Ⅰ运动时，pA＝pB＝，pC＝2MPa；
终端停止时，pA＝pB＝4MPa，pC＝2MPa；
3）缸Ⅱ运动时，pA＝pB＝pC＝0MPa；
档块停止时，pA＝pB＝4MPa，pC＝2MPa。
*注意，即使1YA、2YA同时通电，而且FL＝0，两缸的动作顺序也是缸Ⅱ先动，缸Ⅰ后动，这就是顺序阀的功能。
*4－16下列八种回路，已知：
液压泵流量qP＝10L/min，液压缸无杆腔面积A1＝50cm2，有杆腔面积A2＝25cm2，溢流阀调定压力pP＝，负载FL及节流阀流通面积AT均已标在图上，试分别计算各回路中活塞的运动速度和液压泵的工作压力（设Cd＝，ρ＝870kg/m3）。
解：
a）pP＝p1＝FL/A1=2MPa，v＝q/A1＝200cm/min；
b）pP＝p1＝FL/A1=，v＝q/A1＝200cm/min；
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c）设系统处于节流调速工作状态：
p1＝pP＝，
活塞力平衡p1A1＝p2A2＋FL，p2＝（p1A1－FL）/A2，
节流阀流量q2＝CdAT（2p2/ρ）1/2，v＝q2/A2，
解得：
v＝min，pP＝，可见节流阀确实处于节流状态。
d）设系统处于节流调速工作状态：
p1＝pP＝，
活塞力平衡p1A1＝p2A2＋FL，
解得：
p2＝（p1A1－FL）/A2＝，
节流阀流量q2＝CdAT（2p2/ρ）1/2＝×10－4m3/s＝19500cm3/min，
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活塞运动速度v＝q2/A2＝q1/A1＝780cm/min，
*所需流量及速度已大于泵全流量及所能实现的活塞速度200cm/min，故前面节流阀处于调速工作状态的假设是不正确的，节流阀相当于通道。
所以活塞运动速度为v＝200cm/min，q2＝vA2＝CdAT（2p2/ρ）1/2，由此推出p2＝ρ（vA2/CdAT）2/2＝，带入活塞力平衡方程中，得
p1＝（p2A2＋FL）/A1＝，
故：
v＝200cm/min，pP＝p1＝，即溢流阀是不工作的。
e）设系统处于节流调速工作状态：
pP＝，
活塞力平衡p1A1＝p2A2＋FL，
解得：
p1＝（p2A2+FL）/A1＝，
节流阀流量q1＝CdAT（2（pP－p1）/ρ）1/2＝×10－4m3/s＝7134cm3/min故活塞运动速度v＝q1/A1＝min，
f）分析方法同e），但要得到节流阀不起节流作用的结果，即答案：
pP＝和v＝200cm/min，则应使节流阀开口面积大于（200×140）才行，而不是图中所给出的。
g）pP＝pT＝FL/A1＝2MPa，qP＝q1＋qT，qT＝CdAT（2pT/ρ）1/2＝min，q1＝qP－qT＝min，v＝q1/A1＝150cm/min。
h）设能推动外负载，则
pP＝pT＝FL/A1＝2MPa，qP＝q1＋qT，qT＝CdAT（2pT/ρ）1/2＝12612cm3/min，可见，需要的旁路节流流量已经大于泵所能提供的流量，所以能推动外负载的假设不对。
其实，泵的流量都从节流阀走了，负载不动。
故q1＝0，v＝q1/A1＝0；泵的工作压力pP＝pT＝ρ（qP/CdAT）2/2＝
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4－17图4－29所示回路中，A1＝2A2＝50cm2，溢流阀的调定压力pY＝3MPa，试回答下列问题：
1）回油腔背压p2的大小由什么因素来决定
2）当负载FL＝0时，p2比p1高多少泵的工作压力是多少
3）当泵的流量略有变化时，上述结论是否需要修改
解：
1）这是回油节流调速，由活塞的力平衡方程p1A1＝p2A2＋FL，节流阀流量公式q2＝CdAT（2p2/ρ）1/2，可见p2与节流阀开口量、负载力、泵的工作压力和流量及液压缸结构参数等因素有关。
2）当FL＝0时，p2＝p1A1/A2＝2p1＝6MPa，p1＝pY＝3MPa。
3）泵的流量略有变化时，压力会有少许波动，但不影响上述结论。
4－18液压缸活塞面积A＝100cm2，负载在500～40000N的范围内变化，为使负载变化时活塞运动速度恒定，在液压缸进口处使用一个调速阀。
如将泵的工作压力调到其额定压力，试问这是否合适。
解：
系统驱动最大负载所需压力为p＝FLmax/A＝4MPa，调速阀正常工作应保证的压差，所以泵的工作压力调到稍大于即可。
而将泵的工作压力调到其额定压力，造成调速阀上压力损失过大，不合适。
4－19图4－130所示为插装式锥阀组成换向阀的两个例子。
如果阀关闭时A、B有压差，试判断电磁铁通电和断电时，图a和图b的压力油能否开启锥阀而流动，并分析各自是作何种换向阀使用的。
答：
图a，断电时，当A>B，则A、B之间不通，当B>A，则由B流向A；
通电时，当A>B，则由A流向B，当B>A，则由B流向A。
图b，断电时，当A>B，则由A流向B，当B>A，则A、B之间不通；
通电时，当A>B，则由A流向B，当B>A，则由B流向A。
都实现液控单向阀的功能。
电磁铁通电与否相当于控制油是否起作用。
4－24在气动控制元件中，哪些元件具有记忆功能记忆功能是如何实现的
答：
双控换向阀具有记忆功能。
记忆功能可以通过阀的操控方式来实现，有双气控、双电磁铁等形式。
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6－1在图示回路中，若溢流阀的调整压力分别为py1＝6MPa，py2＝。
泵出口处的负载阻力为无限大，试问在不计算管道损失和调压偏差时：
1）换向阀下位接入回路时，泵的工作压力为多少B点和C点的压力各为多少
2）换向阀上位接入回路时，泵的工作压力为多少B点和C点的压力又是多少
答：
1）泵的工作压力为6MPa，B点和C点的压力均为6MPa；
2）泵的工作压力为，B点压力为、C点压力为零。
6－2在图示回路中，已知活塞运动时的负载F＝1200N，活塞面积A＝15×10－4m2，溢流阀调整值为pP＝，两个减压阀的调整值分别为pJ1＝和pJ2＝2MPa，如油液流过减压阀及管路时的损失可略去不计，试确定活塞在运动时和停在终端位置处时，A、B、C三点压力值。
解：
运动时，驱动负载所需液压缸大腔的压力为p＝F/A＝，
故pA＝pB＝pC＝。
停止时，pA＝，pB＝，pC＝2MPa。
6－3如图6－7所示的平衡回路中，若液压缸无杆腔面积为A1＝80×10－4m2，有杆腔面积A2＝40×10－4m2，活塞与运动部件自重G＝6000N，运动时活塞上的摩擦力为Ff＝2000N，向下运动时要克服负载阻力为FL＝24000N，试问顺序阀和溢流阀的最小调整压力应为多少
解：
顺序阀的作用是平衡竖直安装液压缸的活塞与运动部件自重。
所以pX＝G/A2=；
溢流阀调整压力应满足平衡后驱动负载阻力和摩擦力的需要。
所以pY＝（Ff+FL）/A1=。
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6－6在图6－58所示的调速阀节流调速回路中，已知qP＝25L/min，A1＝100×10－4m2，A2＝50×10－4m2，F由零增至30000N时活塞向右移动速度基本无变化，v＝min，若调速阀要求的最小压差为Δpmin＝，试求：
1）不计调压偏差时溢流阀调整压力py是多少泵的工作压力是多少
2）液压缸可能达到的最高工作压力是多少
3）回路的最高效率为多少
解：
1）溢流阀应按保证调速阀正常工作，并能驱动最大负载来调整压力。
由活塞力平衡方程pyA1＝ΔpminA2＋Fmax
即py＝pP＝（ΔpminA2＋Fmax）/A1＝
2）当负载为零时，液压缸小腔具有最大压力。
即p2＝Δp＝pyA1/A2＝2py＝
3）当回路所驱动的负载为最大值时，效率最高。
此时回路效率为η＝Fmaxv/qPpP＝％
工进时所需流量为q1＝A1v＝2L/min
*回路效率如此之低的原因是低速运动时泵的流量太大。
6－9如图6－59所示，已知两液压缸的活塞面积相同，无杆腔面积A1＝20×10－4m2，但负载分别为F1＝8000N，F2＝4000N，如溢流阀的调定压力为py＝，试分析减压阀压力调整值分别为1MPa，2MPa，4MPa时，两液压缸的动作情况。
解：
两缸驱动各自负载时的大腔压力分别为
p1＝F1/A1＝4MPa，p2＝F2/A1＝2MPa。
1MPa时，2缸不动，系统压力升至后，1缸动作；
2MPa时，2缸动作的同时，1缸也动作，两缸可同时动；
4MPa时，系统压力升至2MPa，2缸先动，到终端后，1缸才动作。
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6－10试分析如图6－60所示的气动回路的工作过程，并指出各元件的名称。
答：
图示状态下，A、B两缸均退回。
按下两位三通手动换向阀E（随即释放），两位四通气控换向阀2右位接入系统，气缸A伸出；到右端点后，单向顺序阀C接通，使两位四通气控换向阀1左位接入系统，气缸B伸出；此时阀2换为左位接入系统，缸A缩回；到左端点后单向顺序阀D接通，使阀1换为右位接入系统，缸B缩回。
这样每按动一次阀E，就使上述过程重复一次，即缸A伸出－缸B伸出－缸A缩回－缸B缩回。
各元件名称
A、B：
气缸；
阀1、阀2：
两位四通气控换向阀；
E：
两位三通手动换向阀；
C、D：
单向顺序阀
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7－1附图所示的液压系统是怎样工作的按其动作循环表中的提示进行阅读，将该表填写完整，并作出系统的工作原理说明。
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动作名称
电气元件
1YA
2YA
11YA
12YA
21YA
22YA
YJ
定位夹紧
－
－
－
－
－
－
＋
快进
＋
－
＋
＋
＋
＋
＋
工进卸荷（低）
－
－
＋
－
＋
－
＋
快退
＋
－
－
＋
－
＋
＋
松开拔销
－
＋
－
－
－
－
－
原位卸荷（低）
－
＋
－
－
－
－
－
系统工作原理说明：
按系统所要实现的各个功能要求（动作），结合液压系统原理图走通油路（包括进油路和回油路），由此即可决定系统中各控制元件的工作状态。
在此基础上，根据系统所使用基本回路的原理、功能和特点，即可对整个液压传动系统的性能、特色进行分析讨论。
7－2分析评述上述液压系统的特点。
答：
1）低压大流量和高压小流量双泵供油，区分快进、工进节省能源。
2）Ⅰ、Ⅱ两回路各自独立循环工作，互不干扰。
3）定位夹紧辅助工作使用了减压阀减压回路，保证可靠夹紧。
4）单向顺序阀保证先定位后夹紧；并采用压力继电器与主回路通讯。
5）Ⅰ、Ⅱ两回路均采用大泵供油，差动快进，缩短了辅助工作时间。
6）工进时大泵卸荷，Ⅰ回路为调速阀出口节流调速，可承受反向负载。
7）工进时大泵卸荷，Ⅱ回路为调速阀进油节流调速，单向阀做背压。
8）系统中，各动作转换均用电磁换向阀实现，便于实现电气控制。
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7－3试写出图示液压系统动作循环表，并评述这个液压系统的特点。
答：
1YA2YA3Y
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