液压与气压传动
YEYA YU QIYA CHUANDONG
习题详解XI TI XIANG JIE
天津职业技术师范大学
主审：孟庆国
冯 娜
解题：机师1111班
排版：郝祥兵
1
目录
§1 绪论 ………………………………………………………………………………………3
1-1 …………………………………………………………………………………………4 1-2 …………………………………………………………………………………………4 1-3 …………………………………………………………………………………………5 §2 液压流体力学基础 ………………………………………………………………………5 2-1 …………………………………………………………………………………………5 2-2 …………………………………………………………………………………………6 2-3 …………………………………………………………………………………………6 2-4 …………………………………………………………………………………………7 2-5 …………………………………………………………………………………………8 2-6 …………………………………………………………………………………………8 2-7 …………………………………………………………………………………………9 2-8…………………………………………………………………………………………10 2-9…………………………………………………………………………………………12 2-10 ………………………………………………………………………………………12 2-11 ………………………………………………………………………………………13 2-12 ………………………………………………………………………………………15 2-13 ………………………………………………………………………………………15 §3 液压泵 ……………………………………………………………………………………16 3-1…………………………………………………………………………………………16 3-2…………………………………………………………………………………………17 3-3…………………………………………………………………………………………17 3-4…………………………………………………………………………………………17 3-5…………………………………………………………………………………………18 3-6…………………………………………………………………………………………18 3-7…………………………………………………………………………………………19 3-8…………………………………………………………………………………………19 3-9…………………………………………………………………………………………20 3-10 ………………………………………………………………………………………21 3-11 ………………………………………………………………………………………22 §4 液压马达与液压缸 ………………………………………………………………………23 4-1…………………………………………………………………………………………23 4-2…………………………………………………………………………………………24 4-3…………………………………………………………………………………………25 4-4…………………………………………………………………………………………27 4-5…………………………………………………………………………………………28 4-6…………………………………………………………………………………………28 §5 液压控制阀 ………………………………………………………………………………30 5-1…………………………………………………………………………………………30 5-2…………………………………………………………………………………………30
第 1 页
2
5-3……………………………………………………………………………………………32
5-4……………………………………………………………………………………………32 5-5……………………………………………………………………………………………34 §6 液压辅助装置 ………………………………………………………………………………35 6-1……………………………………………………………………………………………35 6-2……………………………………………………………………………………………37 §7 液压基本回路 ………………………………………………………………………………39 7-1……………………………………………………………………………………………39 7-2……………………………………………………………………………………………39 7-3……………………………………………………………………………………………40 7-4……………………………………………………………………………………………40 7-5……………………………………………………………………………………………42 7-6……………………………………………………………………………………………43 7-7……………………………………………………………………………………………46 7-8……………………………………………………………………………………………47 §8 典型液压系统 ………………………………………………………………………………48 8-1……………………………………………………………………………………………48 8-2……………………………………………………………………………………………53 §10 气压传动基础知识 ………………………………………………………………………54 10-1 …………………………………………………………………………………………54 10-3 …………………………………………………………………………………………54 10-4 …………………………………………………………………………………………55 10-5 …………………………………………………………………………………………55 10-6 …………………………………………………………………………………………57 10-7 …………………………………………………………………………………………57
第 2 页
3
第一章绪论
1-1液压传动，与机械传动相比，有哪些优缺点？列举所熟悉的液压传动应用实例。
优点：（1）能在运行过程中进行无极调速，调速方便，调速范围比较大。
（2）操纵简便，易于实现远距离操纵和自动控制。 （3）简化机器结构，减少零件数目。
缺点：（1）由于油液到的可压缩性和泄露等原因，不能保证严格的传动比。
（2）由于受油液流动阻力和泄露的影响，液压传动效率一般不高，并带来系统发热，需要冷却等问题。 （3）制造维护要求均较高，造价较贵。
实例 液压千斤顶、自卸式汽车、挖掘机、气垫船、塑料注射机等等 1-2液压系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？为什么要将工作介质列入系统的一部分？ 液压系统一般由五部分组成如下：
（1）动力部分。其作用是将厡动力的机械能转换为油液的压力能。 （2）执行部分。其作用是将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机器的机械能。
（3）控制部分。其作用是用来控制和调节油液的压力、流量和流动
第 3 页
4
方向。
（4）辅助部件。作用是将前面三部分连接在一起，组成一个系统，进行储油、过油、测量和密封。
（5） 工作介质。作用是传递信号和动力。
工作介质在液压系统中主要是指各种油液，之所以液压系统可以运行就是因为工作介质为其传递动力和信号。如果没有工作介质那么液压系统就没法正常工作，所以把工作介质列入系统的一部分。 1-3
举例说明目前液压传动技术发展的方向。
一、提高元件性能，创制新元件、体积不断缩小。目前市场出现的微型元件主要用于精密的机械加工，如电子工业，制药工业。 二、高度组合化，集成化和模块化。
三、与微电子结合走向智能化。现在国外已经着手开发多种行业能通用的只能组合硬件，它们只需配上不同的软件就可以在不同的行业中完成不同的任务。
第二章 液压流体力学基础 2-1 何谓液压油的黏度？影响黏度的因素有哪些？
答：液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。
影响黏度的因素有：
（1）温度的影响 油液的粘度对温度的变化十分敏感，当油液
第 4 页
5
的温度升高时，其粘度显著降低；反之，则黏度会显著升高。
（2）压力的影响 液体所受的压力增大时，其分子间的距离将减小，内摩擦力增大，黏度也随之增大。
2-2 液压油有哪几种类型？液压油的牌号与黏度有什么关系？如何选用液压油？
答：液压油分为矿物性和难燃性两大类。矿物性液压油包括HH液压油、HL液压油、HR液压油、HM液压油、HG液压油、HV液压油、HS液压油和专用液压油八类。难燃性液压液包括高水基液压液、合成液压液和纯水。
液压油的牌号是指液压油在40℃时运动粘度中心值，所以牌号的数字越大表示液压油的黏度液越大。
液压油的选用需要根据液压系统的工作环境和工作条件选择合适的液压油类型，然后选择液压油的牌号。
（1）液压系统的工作压力。工作压力较高的液压系统宜选用黏度较大的液压油，以便于密封，减少泄漏；反之，可选用黏度较小的液压油。
（2）环境温度。环境温度较高时宜选用黏度较大的液压油，主要目的是减少泄漏，因为环境温度高会使液压油的黏度下降；反之，选用黏度较小的液压油。
（3）运动速度。当工作部件的运动速度较高时，为了减少液流的摩擦损失，宜选用黏度较小的液压油；反之，为了减少泄漏，宜选用黏度较大的液压油。
第 5 页
6
2-3 用恩氏黏度计测得?????kg/m3的某种液压油200mL流过的时间t1?153s。20℃时200mL蒸馏水流过的时间t2?51s。问该液压油的?E为多少？动力黏度μ（Pa·s）为多少？运动粘度ν（m2/s）为多少？
解：液压油的恩氏黏度：
t1153 ?E= = ?3
t251 液压油的运动粘度：
6.31??(7.31?E?)?10?6?E6.31 ?(7.31?3?)?10?6
3?2.07?10?5(m/s) 动力粘度：
? 由??得，?????2.07?10?5?850?0.176（Pa·s）
?2-4 如题2-4图所示，容器A内充满着ρ?900kg/m3的液体，汞U形测压计的h=1m，zA?0.5m，求容器A中心的压力。 解：取BC为基面，列出静力学基本方程： pA??gzA?p0??汞gh ?pA?p0??汞gh??gzA
?105?13.6?103?9.8?1?900?9.8?0.5 ?2.289?105Pa
第 6 页
7
2-5 如题2-5图所示，具有一定真空度的容器用一根管子倒置于液面与大气相通的槽中，液体在管中上升的高度为h=0.5m，设液体的密度为1000kg/m3，试求容器内真空度。
解：由平衡方程可得P0?P+ρgh 即真空度为：
P0-P=ρgh=103×10×0.5Pa=5×103Pa
2-6 压差测量计如题2-6图所示，工作介质水银的密度为ρ1，水的密度为ρ2。水银的液面差为h,容积A、B的页面与基准面0-0的距离分别为ha 和h 相应的页面上的压力分别为pa 和pb ，设h =50mm，b ，ha =150mm，hb =200mm，试确定压差△p(pa -pb)的大小。
第 7 页
8
ρ2 BPbAhaPahb00ρ1
解：由图可知，液体在基准面0-0所受压强相同
P空=Pa??2(ha?h)g??1ghP右?Pb??2ghP左?P右即Pa??2(ha?h)g??1gh?Pb??2gh?P?Pa?Pb??2ghb??2gha??2gh??1gh??2g(hb?ha?h)??1gh?1?103?10?(0.2?0.15?0.05)?1.36?103?10?0.05??5.8?103Pa(注：?水=1g/cm3 ?水银=13.6g/cm3)答： 压差?P为-5.8?103Pa
h 第 8 页
9
2-7 水平截面是圆形的容器如题2-7图所示，上端开口，试求作用在
容器底的作用力。如在开口端加一活塞，连活塞重力在内，作用力为30kN，问容器底面的总作用力为多少?
F底 Pa 不加活塞 解：
（1）上端开口时，受力分析如图所示
NK03活塞d=0.5m2m1D=1mA?D21?4?d2 A1?4
NK03活塞F底GPa加活塞 第 9 页
10
F底?PaA1?1?105?0.785?7.85?104N
（2）加活塞时，受力分析如图所示
F底?G?F?PaA2?mg?F?PaA2??gh(A2?A2)?F?PaA2?1.29?10?2?0.98?30000?1?10?0.19625?4.965?104N答：上端开口时，作用在容器底的力为7.85×104 N；
加活塞时，作用在容器底的力为4.965×104 N.
2-8 如图2-8所示，已知水深H=10m，截面A1=0.02㎡，截面A2=0.04㎡，求孔口的出流流量以及点2处的表压力（取a=1，ρ=1000kg/m3，不计损失）
5
图2-8
解：对0-0和2-2截面列理想液体能量方程：
p0V02p2V22????H?g2g?g2g 1
对2－2和1-1截面列理想液体能量方程：
p2V22p1V12????g2g?g2g 2
显然，p1?p2?pa v0v2,故v0?0
且有连续方程：V1A1?V2A2?q 3
第 10 页
11
由123联立解得：
?q?v1A1?2gHA1?2?9.8?10?0.02?0.28m3/s
v?v??22122则２处的表压力即
p'?p2?pa?p2?p1?2?9.8?10?(2gH?(2q2)A2?
?20.282)0.04?1000pa?0.0735Mpa
2-9 如2-9图所示一抽吸设备水平放置，其出口和大气相通，细管
?42A?3.2?10m，出口处管道截面积A2?4A1，h=1m，求开始抽1处截面积
吸时，水平管中所必需通过的流量q（液体为理想液体，不计损失）。
图2-9
解：对截面和建立液体的能量方程：
PV12P2V221????g2g?g2g （1）
连续方程：
V1A1?V2A2 （2）
又P1??gh?P2 （3） 方程（1）（2）（3）联立，可得流量
第 11 页
12
q?V2?9.8?12A2?2gh15?4A1?15?4?3.2?10?4m3/s?1.462L/s
2-10 如题2-10图所示，为一水平放置的固定导板，将直径d=0.1mm、流速为v=20m/s的射流转过90o，试求导板作用于液体合力大小及方向（?=1000kg/m3）。 解：射流流量
?d23.14?0.12q?Av?4v?4?20?0.157m3/s
对射流列动量方程
Fx??q(0-v)?1000?0.157?(?20)??3140N Fy??q(v?0)?1000?0.157?20?3140N 导板作用于液体的合力
F合?F2x?F2y?31402?31402?4440.63N 方向与X轴正方向成1350
图2-10
2-11 如图2-11图所示的液压系统的安全阀，阀底直径d=25mm,当系统压力为5.0MPa时，阀的开度为x=5mm,通过的流量ｐ=600L/min,若阀的开启压力为4.3MPa,油液的密度p=900kg/m3弹簧刚度k=20N/mm,
第 12 页
13
试求油液出流角α。
V2
P V1 X
x
解：阀芯面积：
A1=πd2/4=3.14×(25×10)/4=0.491×10m 取阀芯前的油液为研究对象，建立坐标系，如图所示。 左端流体受力：
P1=p1×A1=5×10×0.491×10=2455N 右端流体受力： Ps=p0×A1+kx
=4.3×106×0.491×103+20×103×5×10-3
332
63
=2211.3N
由动量方程 ?FX?ｐq(β2v2x-β1v1x)
取β1=β2=1，且v2x≧v1x,由此可忽略v1x，得
第 13 页
14
P1-PS=ｐqv2x=ｐq
qA0cosα=ｐqcosα/A0
2
此处A0为环形射流截面积，近似为A0=xsinαπd 且q=600×10-3/60=0.01
P1-Ps=(ｐq/xπd)×(cosα/sinα) tanα=(ｐq/xπd)/(P1-PS)
=(900×0.012/5×10-3×3.14×25×10-3)/(2455-2211.3) =0.94 α=43.220
若考虑实际流动的阀口损失，射流角度值会有所偏小。 2-12 有一薄壁节流小孔，通过的流量q=25L/min 时，压力损失为0.3MPa，试求节流孔的通流面积，设流量系数Cd =0.61,油液的密度ρ=900kg/m3。
解： 根据薄壁小孔流量公式 q=CdA02?P
?q A0=
Cd25?10-3/609002-52
m = 2.65×10 m ??62?p0.612?0.3?1022
? 即薄壁小孔的通流面积为2.65×10-5 m2
2-13 如题2-13图所示，已知液压泵的供油压力为PP?3.2MPa，
2A?2mm薄壁小孔节流阀Ⅰ的开口面积为V1，薄壁小孔节流阀Ⅱ
2A?1mm的开口面积为V2，试求活塞向右运动的速度等于多少？活
塞面积
A?1?102m2，油的密度??900kg/m3，负载
?0.6。
VF?16000N，油液的流量系数Cd
PPAV1
F??AAV2第 14 页
15
解：对活塞列平衡方程，得
PA?F16000?Pa?0.16MPa A100通过节流阀Ⅰ的流量
qI?CdA12p??0.6?2?10?62?(3.2?0.16)?1063m/s?6.97?10?5m3/s
900通过节流阀Ⅱ的流量
qII?CdA22P2??1.6?0??1063?0.6?1?10?m/s?3.58?10-5m3/s ?900?6进入缸的流量
q?qI?qII?6.97?10-5?3.58?10?5m3/s?3.39?10?5m?5/sq3.39?10-5-5v???2.034?10m/min 活塞的速度
A100第三章液压泵
3-1为什么液压泵的实际工作压力不宜比额定压力低很多？为什么液压泵在低转速下工作时容积效率和总效率均比额定转速时低？ 答:(1)因为在其额定压力下，能发挥其最佳机械效率。如果工作压力比额定压力低太多，一是制造成本的增加，二是使用成本的浪费（电能、燃料）。
(2)由公式ηv=(qt-Δq)/qt=1-Δq/nV得转速越小，容积效率越小。液压泵的总效率η随泵的工作压力升高而升高，接近液压泵的额
第 15 页
16
定压力时总效率升高，所以液压泵在低转速下工作时容积效率和总效率均比额定转速时要低。
3-2为什么轴向柱塞泵一般不能反向旋转使用？如果工作时要求能够正反转，结构上应该采取什么措施？
答:(1)轴向柱塞泵都是斜盘式的柱塞泵，反转时泵的进口就变成出口了，出口变成进口了，所以不能反转。但是一般都装有单向阀的。
(2)轴向柱塞泵是改变斜盘的倾角，从而改变每个柱塞泵的行程使得泵的排量发生变化，所以可以改变斜盘的倾角与原来相反的数值从而实现。
3-3外啮合齿轮泵为什么会有较大的流量脉冲？流量脉冲会产生什么危害？
答:(1) 齿轮泵通过齿轮啮合进行液体的输送，液体输出流量随着齿轮啮合角度变化而变化，这样造成了液压系统脉动的产生，脉动带给液压系统振动与噪声，对液压系统的精度造成影响，使液压系统性能降低，甚至出现破坏液压系统元件使液压系统无法正常工作。 3-4 什么是齿轮泵的困油现象？产生困油现象有何危害？如何消除困油现象？其他类型的液压泵是否有困油现象？
答：齿轮在啮合过程中，前一对齿轮尚未脱离啮合，后一对齿轮已经进入啮合。由于两对轮齿同时啮合，就有一部分油液被困在两对轮齿所形成的独立的封闭腔内这一封闭腔和泵的吸、压油腔相互间不连通。当齿轮旋转时此封闭腔容积发生变化，使油液受压缩或膨胀这就是困油现象。
第 16 页
17
危害：封闭腔容积减小时，被困油液受挤压，产生很高压力而从缝隙中挤出，油液发热，并使轴承等零件受到额外的负载；而封闭腔容积增大时，形成局部真空，使溶于油液中的气体析出，形成气泡，产生空穴，使泵产生强烈的噪声，降低泵的容积效率。
消除困油现象的方法是：在两侧端盖各铣两个卸荷槽。两个卸荷槽间的距离应保证困油空间在达到最小位置以前与压力油腔连通，通过最小位置后与吸油腔通，同时又要保证任何时候吸油腔与压油腔之间不能连通，以避免泄漏，降低容积效率。
只要是容积式泵都可能有困油现象。因为为防止高压和低压串通，必须有一段密封，如此时被密封的容积发生变化，即发生困油现象。 3-5 双作用叶片泵和单作用叶片泵各自的优缺点是什么？
答：双作用叶片泵定子与转子同心安装，定子为椭圆形，不可变量，压力脉动小，径向力平衡。
单作用叶片泵定子与转子偏心安装，定子为圆形，可变量，可以改变偏心距来调节泵的排量跟流量，压力脉动不双作用泵大，径向力不平衡。
3-6 蜗杆泵与其他泵相比，他的特点是什么？
答：蜗杆泵除了具有齿轮泵的结构简单，紧凑、体积小、质量小、对油液污染不敏感等有点外，还具有运转平稳、噪声小、容积效率高的优点。蜗杆泵的缺点是蜗杆形状复杂，加工困难，精度不易保证。
第 17 页
18
3-7 某液压泵排量为10mL /r，工作压力为10Mpa，转速为1500r/min，泵的泄露系数为λ B=2.5×10-6mL/Pa·s，机械效率为0.90，试求： （1） 输出流量； （2） 容积效率和总效率； （3） 输出和输入功率； （4） 理论转矩和输入转矩。
解：（1）qt=V·n=10×1500（mL/min）=15（L/min） 输出流量 qp=qt-Δq= V·n-λ B·pp
=15-2.5×10-6×10×106×60=13.5（L/min）
（2）ηv=
qp13.5%=%=90% qt15 η=ηv·ηw=0.9×0.9×100%=81% （3）输出功率：P0=P·qp= 输入功率：Pi=
P0100?13.5kw=2.25kw 600?=
2.25=2.78kw 0.81（4）理论转矩：ηm= T=
Tt TPiPi Tt=ηm· WWPpV10?1000000?10?0.000001Tt===15.92N·m
2?2?Pi15.92
输入转矩：T===17.69 N·m
W0.9
3-8 齿轮泵转速为1200r/min，理论流量为12.286L/min，齿数z=8，齿宽B=30mm，机械效率和容积效率均为90%，工作压力为5.0×106Pa。试求该齿轮泵的齿轮模数m、输出功率和输入功率。 解：由泵的理论流量
第 18 页
19
qpt=npVp=2πm2zBnp 得 m=输出功率为
Ppo=PPqp=输入功率为 Ppi=
16.286?0.001qptm?3.14×0.001m?3mm =2??8?30?0.001?12002?zBnp50?100000?16.286?0.001?0.9W=1.22×103W=1.22kW
60ppo?p=
1.22kW?0.5kW
0.9?0.93-9 某变量叶片泵转子外径d=83mm ，内径D=89mm ，叶片宽度B=30mm ，试求：
1）叶片泵排量为16mL/r时的偏心量e。 2）叶片泵最大可能的排量为解：1)偏心量e
当忽略叶片厚度δ和安装倾角θ时，单作用叶片泵的排量为
16?103?mm?0.95mm e?2?DB2???????Vp 。
2)叶片泵的最大可能排量Vpmax Vpmax???DemaxB 而 emax?R?r?D?d89?83?mm?3mm 22考虑到转子与定子之间必须保持一定的最小间隙，取最小间隙为0.5mm，则可取
emax??3?0.5?mm?2.5mm
Vpmax????8.9?0.25?3mL/r?41.94mL/r
第 19 页
20
3-10 某机床液压系统采用限压式变量泵，该泵出厂的流量压力特性曲线如题3-13图所示，已知泵的总效率为0.7，当机床在工作近给时，泵的压力=4.5MPa，输出流量q=2.5L/min，在快速移动时，泵压力
P=2.0MPa，输出流量q=20L/min，试问限压式变
量泵的流量－压力特性曲线应调成何种图形？泵所需的最大驱动功率为多少？
解:本题的问题是变量叶片泵在使用过程中经常碰到的实际性问题。依据系统对工况的要求，空程快进时，泵应在AB段工作，而工进时应在BC段工作，因而需要根据快进和工进的要求来确定调整曲线。
（1）空程快进：在特性曲线坐标上的压力P=2.0MPa点作垂线，在纵坐标上流量q=20L/min点作水平线，两线交于M，过M点作AB的平行线AˊE。
（2）工作进给：在特性曲线横坐标上压力P=4.5MPa点作垂线，在纵坐标上流量q=2.5L/min点作水平线，；两线交于N，过N点作BC的水平线CˊD。
Aˊ与CˊD相交于Bˊ,得一条新曲线AˊBˊCˊ,即为调整后的
第 20 页
21
变量泵特性曲线，Bˊ为特性曲线的拐点。从图中可查得Bˊ点对应的压力P=3.25MPa，流量q=19L/min。
变量泵的最大功率在拐点处的压力附近，在工作压力超过限定时，泵输出流量减少，通常功率反而下降，因而在计算泵所需输入功率时，应按照拐点处的压力流量参数计算，即
P?pBVB??B32.5?19kW?1.5kW600?0.7 3-11设液压泵的转速为950r/min，排量为VP=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，试求： （1）液压泵的理论流量； （2）液压泵的容积效率； （3）液压泵的机械效率；
（4）在额定工况下，驱动液压泵的电动机功率； （5）驱动泵的转矩。 解：
?3q?Vn?168?10?950L/min?159.6L/min 1. tP
2. ηV?
q150??0.94qt159.6
η0.87??0.926ηV0.94
3. ηm?
pq25.9?106?150?10?3/60?W?84.77?103W?84.77kW4. P?0.87 iη
第 21 页
22
?3P84.77?10i?N.m?852.5N.m5. Ti?2πn2π?950/60
第四章 液压马达与液压缸
4-1题4-1所示为定量液压泵和定量液压马达系统。泵输出压力Pp=10MPa,转速np=1450r/min,机械效率ηmp=0.9,容积效率ηvp=0.9，马达排量VM=10mL/r,机械效率ηmM=0.9,容积效率ηvM=0.9,泵出口和马达进口间管道压力损失0.2MPa,其他损失不计，试求：
（1）泵的输出功率； （2）泵的驱动功率；
（3）马达输出转速、转矩和功率。
题4-1图 解：
(1) qtp=npVp=1450×10×10-3=14.5L/min qp=ηvpqtp=0.9×1.45×10-2=13.05L/min Pop=ppq=10×106×13.05×10-3÷60=2.175Kw (2) Pip=Po/ηvpηmp=2.175×103÷(0.9×0.9)=2.69Kw
(3) nM=ηvMqM/VM=ηvMqp/VM=0.9×13.05×10-3(10×10-6)=1174.5r/min
第 22 页
23
由题意可知：△p =pp
Tm=△pVMηmM/(2π)=10×106×10×10-6×0.9÷(2×3.14)=14(N.m) ω=nm2π/60=1170×2×3.14÷60=122.46(rad/s) PoM=Tmω=14×122.46=1714w=1.714Kw
4-2如题4-2图所示系统，液压泵和液压马达的参数如下： 泵的最大排量Vpmax=115mL/r,转速np=1000r/min,机械效率ηmp=0.9,总效率ηp=0.84,马达排量VM=148mL/r,机械效率ηmM=0.9,总效率η
p=0.84,回路最大允许压力
pr=8.3MPa,若不计管道损失。试求：
（1）液压马达最大转速及该转速下的输出功率和输出转矩。 （2）驱动液压泵所需转矩。
题4-2图 解：
(1)qt= Vpnp=115×10-3×1000=115(L/min) q=ηpqt/ηmp=0.84×115÷0.9=107.33(L/min) 由ηvM=ηM/ηmM=q’t/q’=VMηm/q 得，
nM=qηM/(ηmMVM)=107.33×0.84÷0.9÷148÷10-3=676.86(r/min) TM=△pVMηmM/(2π)=8.3×106×148×10--6×0.9÷2÷3.14=176(N.m) PoM=TMω=TM(2πnM)/60=176×2×3.14×676.86÷60=12.469(Kw)
第 23 页
24
(2)Pip=PoM/ηpηM =12469÷(0.84×0.84)=17671w
Tp=60Pip/(2πnp)=60×17671÷(2×3.14×1000)=168.8(N.m) 4-3 题4-3图所示为变量液压和定量液压马达系统，低压辅助液压泵输出压力PY=0.4MPa,变量泵最大排量Vpmax=1000mL/r，转速np=1000r/min，容积效率ηvp=0.9，机械效率ηmp=0.85。马达的相应参数为VM=50mL/r，ηvM=0.95，ηmp=0.9。不计管道损失，试求当马达的输出转矩T=40N?m,转速为nM=160r/min时，变量泵的排量，工作压力与功率。
题4-3图
第 24 页
Pp Pm PY 25
解：(1)求泵的排量Vp Vp=
qnpnp=
qp?Vp/np=
qM?Vp/np=
qtM/?VM?Vp/np
=
VMnM/?VM?VP/np=??50?160/0.95?mL/1000??9.36mL/r
0.9??r（2）求泵的压力pp
不计算管道损失，pp即为液压马达入口压力，p0为液压马达出口压力，故有 TM=或 pp—p0=则
pp=5.58Mpa+p0=（5.58+0.4）Mpa=5.98Mpa （3）求泵的输入功率Pip 泵的输出功率为 P0p?ppqp60?ppVpnp?Vp605.98?9.36?10?3?1000?0.9?kW?0.83kW
60TM2?40?2?N??5.58Mpa qM?mM50?10?6?0.9m2(pp?p0)qM2??mM
则泵入口需要提供的功率为
P'ip?P/?p?0.84/0.9?0.85?1.098kW
0p由于泵的吸油管道油压为0.4Mpa，即对于入口输入的p0=0.4Mpa的压力油，泵相当处于液压马达工况，故由压力p0产生的转矩为
第 25 页
26
T?'Mp0qp2??mp0.4?106?9.36?10?6??0.85N?m?0.51N?m
2?与之相适应的输入的功率为
''''?TM?p?TM2?np?(0.51?2???1000/60)W?0.053kW Pop相应的输入功率为
'' Pip?0.053/?Vp??mp?0.053/0.9?0.85?0.07kW
功率0.07kW是油泵入口油压p0（即系统内部）提供的则外部所需要提高功率应为
''' Pip?Pip?Pip?(1.098?0.07)kW?1.028kW
4-4 如图4-4 图所示，已知泵的流量q=10L/min,工进速度v1=0.5m/min，快进和快退的速度比为v3/v2=3/2，试求： （1） 缸两腔的有效面积及快进和快退的速度。 （2） 通过换向阀的最大流量。 解：(1). V1?q?V10?10??0.5 A1A1m2
?3A1 A2 10?10?3A1??2?10?20.5V2?q?Vq?V V3? A2A1?A2V3A2A23??? V2A1?A10.02?A22A2?1.2?10?2m2
q?V10?10?3V2???0.833m/min
A21.2?10?233V33? V3??V2??0.833?1.25m/min V2222
第 26 页
27
qmax?V3?A1?1.25?2?10?2?2.5?10?2m3/min?25L/min. (2)
4-5 差动液压缸如图4-5图所示，若无杆腔面积A1=50cm2，有杆腔面积A2=25cm2，负载F=27600N，机械效率差动液压缸如图4-5图所示，若无杆腔面积A1=50cm2，有杆腔面积A2=25cm2，负载F=27.610N，机械效率?m=0.92，容积效率?v=0.95，试求： （1） 供油压力大小；
（2） 当活塞以0.95m/min的速度运动时所需的供油量； （3） 液压缸的输入功率。 （4） 供油压力大小；
（5） 当活塞以0.95m/min的速度运动时所需的供油量； （6） 液压缸的输入功率。 解：(1)求供油压力
F?p?(A1?A2)??m27.6?103?p?(50?25)?10?4?0.92 p?1.2?107paA1 A2 v F (2). q??v?V?A1?V?A2
q?0.95?0.95?50?10?4?0.95?25?10?4 q?25?10?4m3/min?2.5L/min
p (3).液压缸的输入功率
P?p?q?1.2?107?25?10?4?30kw
4-6 如题4-6图所示两个结构和尺寸均相同相互串联的液压缸，无杆腔面积A1=1×10-2m2，有杆腔面积A2=0.8×10-2m2，输入油压力
第 27 页
28
P1=0.9MPa，输入流量q1=12L/min。不计损失和泄漏，试求： (1)两缸承受相同负载时（F1=F2），负载和速度各是多少？ (2)缸1不受负载时（F1=0），缸2能承受多少负载？ (3)缸1不受负载时（F2=0），缸1能承受多少负载？
1）解：由图可知：
题4-6图
P1A1=F1+P2A2 P2A1=F2
F?F?PA
12
1A1?P2A1?P22
?P?P1A10.9?1?10?22AA??20.8?10?2?0.5MPa1?21?10?
?F1?F2?P2A6?21?0.5?10?1?10?5000N q?3V112?10 1?A??2?0.02ms160?1?10
q1=q2
? V2
A1
=A2
V
1
V
?V1A20.02?0.8?A?10?22?1?10?2?0.016ms1
第 28 页
（
29
（２）解： P1A1=F1+P2A2 ； 又
Ｆ１＝０
? P1
A1
=P2A
2
PP1A12?
A2
F2?P2A1P20.9?106?(1?10?2)2?F1A12???11250 A0.8?10?2N2(3)解： P1A1?F1?P2A2,F2?P2A1?P?0,?F6?221?P1A1?0.9?10?1?10?9000N
第 29 页
30
第五章 液压控制阀
5-1 如图5-1所示溢流阀的调定压力为4MPa，若阀芯阻尼小孔造成的损失不计，试判断下列情况下压力表读数各是多少？
至系统 A DT （1）DT断电，且负载为无限大时； 答：4MPa
(2)DT断电，且若负载压力为2MPa时； 答：2MPa
（3）DT得电，且负载压力为2MPa时。 答：0
5-2 如题5-2图所示回路，溢流阀的调整压力5MPa，减压阀的调整压力1.5MPa，活塞运动时负载压力为1MPa，其他损失不计，试求：
（1）活塞在运动期间和碰到死挡铁后 管路中A、B处的压力值； （2）如果减压阀的外泄油口在安装时未接邮箱，当活塞碰到死挡铁后A、B处的压力值
第 30 页
31
A B 。
答：（1）运动期间：1 Mpa，1 Mpa
碰到死挡铁：1.5 Mpa，5 Mpa （2）碰到死挡铁：5 Mpa，5 Mpa
5-3定压式进口节流调速回路中，溢流阀溢流，在考虑溢流阀调压偏差时，试分析：
（1）如果负载为定值，将节流阀开口减小，泵的工作压力如何变化？ （2）如果节流阀开口不变，负载减小，泵的工作压力如何变化？ 解：根据节流阀的流量公式 q?CdAT2?p/?可知：
（1）当AT减小，节流阀流量减小，溢流阀的流量增加，泵的压力增加。
（2）当负载减小，ΔP增加，节流阀流量增加，溢流阀流量减小，泵的压力减小。
5-4溢流阀、顺序阀、减压阀各有什么作用？它们在原理上和图形符号上有何异同？顺序阀能否当溢流阀用？
解：1、（1）溢流阀的基本功用有两种：一种是实现稳压、调压或限
第 31 页
32
压的作用，这种功用常用于定量泵系统中，与节流阀配合使用；第二种是过载时溢流，主要起安全保护作用。
（2）顺序阀是控制液压系统各执行元件先后顺序动作的压力控制阀，实质上是一个由压力油液控制其开启的二通阀。
（3）减压阀是用来降低液压系统中某一分支油路的压力，使之低于液压泵的供油压力，以满足执行机构（如夹紧、定位油路，制动、离合油路，系统控制油路等）的需要，并保持基本恒定。 2、相同点：
三种阀都是压力控制阀，他们的工作原理基本相同，都是以压力油的控制压力来使阀口启闭。 不同的：
1）控制压力：减压阀是出口压力控制，保证出口压力为定值；溢流阀是进口压力控制，保证进口压力为定值；顺序阀可用进口压力控制，也可用外部压力控制。
2）不工作时阀口状态：减压阀阀口常开；溢流阀阀口常闭；顺序阀阀口常闭。
3）工作时阀口状态：减压阀阀口关小；溢流阀阀口开启；顺序阀阀口开启。
4）泄油口：减压阀有单独的泄油口；顺序阀通常有单独的泄油口；溢流阀弹簧腔的泄露油经阀体内流道内泄至出口。 第 32 页
33
3、顺序阀能当溢流阀用。将内控式顺序阀的输入油口接液压泵，输出油口接邮箱，可作普通溢流阀使用，但它因阀心开口突变，稳定性较差。
5-5 如题5-5图所示系统中，已知别为PY1=5MPa，PY2=2MPa,试问活塞向可能达到的最大工作压力各是多 解：YA断电，泵的最大工作压力为溢流阀1调定压力，Pmax=5MPa；
第 33 页
两溢流阀的调整压力分YA 左和向右运动时，液压泵少？ 2MPa PY2 5MPa PY1 题5-5图 34
YA通电，泵的最大工作压力为溢流阀2调定压力，Pmax=2MPa。 解题思路：电磁阀处于右位时（图示位），活塞向右运动，此时压力应该这样理解，根据先导型溢流阀工作原理，两个远程溢流阀为并联，活塞压力不断升高，当压力达到2MPa时溢流阀2打开，与液压泵共同向液压缸左侧供油，当活塞运动到右极限位置时，压力不断上升，达到5MPa时，溢流阀1工作，油液直接回油箱。因此，最大压力为5MPa。换向时，活塞向左运动，远程溢流阀2外接油箱，此时压力由远程溢流阀2决定，最大压力为2Mpa。
第六章 液压辅助装置
6-1滤油器有哪几种类型?分别有什么特点？
答：按过滤精度可分为粗过滤器，普通过滤器，精过滤器，特精过滤器。按滤芯的材料和结构形式，滤油器可分为网式、线隙式，纸质滤芯式、烧结式滤油器。按过滤材料的过滤原理分为表面型，深度型，和磁性滤油器等。按滤油器安放的位置不同，还可以分为吸滤器，压滤器和回油滤油器 一 表面型过滤器
表面型过滤器极易堵塞，最常用的有网式和线隙式滤油器两种。 （1）网式滤油器
滤芯以铜网为过滤材料，在周围开有很多孔的塑料或金属筒形骨架上，包着一层或两层铜丝网，其过滤精度取决于铜网层数和网孔的大
第 34 页
35
小，属于粗过滤器。这种滤油器结构简单，通流能力强，压力损失小，清洗方便，但过滤精度低，一般用于液压泵的吸油口用以保护液压泵。 (2)线隙式滤油器
用钢线或铝线密绕在筒形骨架的外部来组成滤芯，依靠铜丝间的微小间隙滤除混入液体中的杂质。线隙式滤油器分为吸油管用和压油管用两种。其结构简单，通油性能好，过滤精度比网式滤油器高，但滤芯材料强度低，不易清洗，多用于回路的回油过滤或泵吸油管中的吸油滤油器。 二 深度型过滤器
这种滤芯材料为多孔可透性材料，内部具有曲折迂回的通道，如滤纸,烧结金属，化纤和毛毡。纸芯、毛毡、烧结金属、陶瓷和各种纤维制品等属于这种类型 。深度型过滤器的过滤精度高，但压力损失大，只能安装在排油管路和回油管路上。纸芯式以滤纸为过滤材料,滤芯为平纹或波纹的酚醛树脂或木浆微孔滤纸制成的纸芯，将纸芯围绕在带孔的镀锡铁做成的骨架上，以增大强度。为增加过滤面积，纸芯一般做成折叠形。优点是过滤精度较高，一般用于精过滤系统，但堵塞后无法清洗，须定期更换纸芯，强度低。烧结式滤油器其滤芯用金属粉末烧结而成，利用颗粒间的微孔来挡住油液中的杂质通过。其滤芯能承受高压，抗腐蚀性好，可制成各种形状，制造简单，过滤精度高，适用于要求精滤的高压、高温液压系统；缺点是堵塞后难清洗，金属颗粒易脱落。
第 35 页
36
三 磁性过滤器
磁性过滤器采用永磁性材料制作，这种滤芯材料把油液中对磁性敏感的金属颗粒吸附在其表面上。它一般与深度型过滤器和表面型过滤器结合使用，形成复合式滤油器，对加工金属的机床液压系统特别适用。 6-2有一压力机，工作行程为120mm，活塞以v=60mm/s的速度运动，负载F=150kN，系统最高压力由，溢流阀调定为p2=20MPa。系统克服负载时的工作压力为p1=13MPa蓄能器充气压力p0=10MPa，充油为等温过程，排油为绝热过程，试求：
（1）系统压力不低于13MPa时，蓄能器的总容积； （2）不采用蓄能器时，选用泵流量应为多少？
解：（1）当系统压力低于13MPa时，蓄能器蓄能，系统压力不低于13MPa时，蓄能器工作保证系统压力。
动作过程蓄能器储存和释放的油液体积ΔV，蓄能器的最高工作压力p2=20MPa最低工作压力p1=13MPa 由FH=pΔV得
FH150?103?120?10?33?33?V??m?1.38?10m?1.38L6p13?10
工作时充油为等温过程，排油为绝热过程由气体状态方程
p0v0?p2v2kkv2 p2k?p1v1?13vk
10v0?20v2 20v
1.421.4 1第 36 页
37
11201.?v0 v1?v24 213v21201.?v?v1?v2?v24?v21311????1.41.4?20?1??20????????v2??1?v?10??????2???13??13?????????2?V2?1.38v0???7.7L11
1.41.4?20??20????13???1?13???1????（2）不采用蓄能器时，在行程为120mm，需油1.38L，缸以速度v=60mm/s完成行程所需时间t?缸需供油量
Q?Vt?1.38?0.69L/s?41.4L/min 2H?2s v答：系统压力不低于13MPa时，蓄能器的总容积为7.7L； 不采用蓄能器时，选用泵流量应为41.4L/min。
第 37 页
38
第七章 液压基本回路
7-1 题7-1图所示为用插装阀组成的回路对泵实现调压卸荷，述其工作原理。 解：当二位四通电磁换向阀3处于左位
3 系统压力等于A腔压力，由于远控油路
C腔和A腔油压相等，随后油压升高溢 流阀打开Pc压力小于Pa腔压力产生压 力差，插装阀打开卸荷随后溢流阀关闭。 4 2 A C B 当二位四通电磁换向阀3处于右位时，
题7-1图 1 7-2 电液比例阀有两大部分组成，各具什么特点？
解：电液比例阀一般也是由电气-机械转换器（多为比例电磁铁）、液压放大器（先导级阀和功率级主阀，其类型与伺服阀基本相同）和检测反馈机构构成。电气-机械转换器它将输入电信号通过比例放大器放大后转换为力或力矩，以产生驱动先导级阀运动的位移或转角。先导级阀用于接受小功率的电气-机械转换器输入的位移或转角信号，将机械量转换为液压力驱动主阀；主阀用于将先导级阀的液压力转换为流量或压力输出；设在阀内部的机械、液压及电气式检测反馈机构将主阀控制口或先导级阀口的压力、流量或阀芯的位移反馈到先导级阀的输入或比例放大器，实现输入输出的平衡。
第 38 页
39
7-3 可否将直动式溢流阀做成比例压力阀？
解：可以，用比例电磁铁取代直动式溢流阀的手动调压装置，便成为直动式比例溢流阀。
7-4 画出下列各种方向阀的图形符号： （1） 二位三通交流电磁换向阀；
（2） 二位二通行程阀（常开）；
（3） 二位四通直流电磁换向阀
（4） 三位四通M型手动换向阀（定位式）；
第 39 页
40
（5） 三位五通Y型直流电磁换向阀；
（6） 三位四通H型液动阀； （7） 三位四通P型直流带阻尼电液换向阀（详细与简化符号）； 详细： 第 40 页 41
简化：
（8） 液控单向阀。
7-5 题7-5图所示回路可以实现快进→慢进→快退→卸荷工作循环，试列出其电磁铁动作表。
第 41 页
42
电磁铁 1YA 快进 慢进 快退 卸荷 ＋ ＋ － ＋ 2YA － － ＋ － 3YA ＋ － － － 4YA － － ＋ ＋ 题7-5图
7-6 试改正如图7-6图所示符号的错误。
（a） （b）
-
(c)
(d)
第 42 页
43
答： 改正后：
(a)
(c)
(b)
(d)
第 43 页
44
错误分析：
（a）图：两位四通电磁换向阀左位有复位弹簧，右位有电磁铁，只有当电磁铁得电以后，油液才会经过右位回路。所以一般情况下液压缸和油箱应该在常态下构成液压回路。
（b）图：两位四通电磁换向阀在满足性能要求的前提下，应当保证循环油路的对应性，以提高液压控制回路的效率。所以将b图的液压回路右位反接即可。
（c）图：三位四通电磁换向阀是液压控制系统与电器控制系统之间的转换元件，它利用两端电磁铁的吸力来实现阀芯的运动，从而改变油路的通断，进而实现执行元件的换向。“三位四通”可从字面作如下理解：“三位”针对阀芯来讲，阀芯可实现三个位置的变换。“四通”针对其机能来讲，指其可实现四个油路口间不同方式的贯通。它是依靠外力（电磁先导，液压先导，气动先导，或者机械先导）推动阀芯换位，然后靠弹簧复位，外力的有无可以实现两个工作位置。了解不同型号的三位四通电磁换向阀的换向滑阀机能，根据实际工作需要从而选择更加合理的型号，以实现液压产品的功能性。所以三位四通电磁换向阀两端要有复位弹簧。
（d）图：三位五通电磁换向阀由于必然是双电控制的，并且两端
要有复位弹簧，当气路系统断电断气时，两端弹簧将电磁阀压到中间位置，由于无法通气，所以能够使工件保持到原位不动，提高了生产的安全性。所以三位五通电磁换向阀的中间位置为五个密封口，无法通气，从而实现断气断电保持的作用。
第 44 页
45
7-7 题7-7图所示回路的电磁铁通电后，液压缸并不动作，试分析其原理，并画出改进后的回路。
解：回路换向阀的中位机能选择不当，液压泵卸荷，故液压缸不动作。而且，系统中缺少控制系统安全的溢流阀。
改进后的回路如下图所示：可以实现两个液压缸的同步运动，两个调速阀分别串联在液压缸的进油回路上（也可安装在回油路上）。两个调速阀分别调节两液压缸活塞的运动速度。由于调速阀具有当外负载变化时仍然能够保持流量稳定这一特点，所以只有调整两个调速阀开口的大小，就能使两个液压缸保持同步。
用调速阀控制的同步回路，结构简单，并且同步运动的速度可以调节。
第 45 页
4DT 3DT 1DT 2DT 46
7-8 试按下列要求分别画出液压缸的换向回路：
（1）活塞向右运动时由液压力推动返回时靠弹簧力的推动（题7-8图（a））；
（2）活塞作往复运动时，随时能停止并锁紧；停止时，液压泵卸荷（题7-8图（b））；
（3）活塞由液压缸差动连接前进，非差动连接退回（题7-8图（c））。
（a） (b) (c)
题7-8图
第 46 页
47
解：
（a） (b) (c) 注：由于设计者思路不同，答案不唯一。
第八章 典型液压系统
8-1 题8-1图所示组合机床液压系统的工作循环如下:夹紧缸Ⅱ夹紧→保压→工作缸Ⅰ快进(差动)→工进→快退→夹紧缸Ⅱ松开→停止. 已知工作缸Ⅰ大腔活塞面积A1=50cm2,小腔有效面积A2=25cm2,夹紧缸Ⅱ活塞面积A3=100cm2,夹紧力F4=3000N.工作缸Ⅰ快进时负载F1=5000N,进油路压力损失为0.6MPa(不计回油力为损失),快进速度v=6m/min.工进时负载F2=20000N,进油路压力损失为0.6MPa,回油背压力为0.6MPa,工进速度v=0.1m/min,快退时,负载F3=5000N,进油路
第 47 页
48
压力损失为0.4MPa,回油背压力为0.4MPa,快退速度v=6m/min.试问: (1)完成电磁铁动作表中的电磁铁得电情况。
(2)写出工作缸快进,工进,快退时通路情况及泵的工作压力。 (3)各工作阶段系统的工作压力;阀A、B的调整压力及阀C压力继电器DP的压力阀调整范围；蓄能器E及阀Ｄ的作用。
（4）两泵的流量各为多少(如溢流阀的最小流量为３Ｌ／ｍｉｎ,且不计系统泄漏损失)？
（5）泵总效率均为η=0.8,电动机的功率是多少
快进 工进 快退 停 3DT Ⅰ 夹紧 Ⅱ 松夹 1DT 2DT 4DT D B C A E P1 P2
第 48 页
49
（１）电磁铁动作表 解： １ＤＴ ２ＤＴ ３ＤＴ ４ＤＴ 压力继电器 缸Ⅰ夹紧 － 保压 快进 工进 快退 － ＋ ＋ － － － － － ＋ － － － － ＋ － － － － ＋（左位） ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 缸Ⅱ松开 － 原位 － －（右位） － ＋ － （２）１.快进
工作缸快进时两泵打开单向阀同时供油，４ＤＴ左位接入，蓄能器工作。压力继电器工作缸Ⅱ保持夹紧。电磁铁１ＤＴ左位接入，３ＤＴ得电，缸Ⅰ差动连接，工作缸实现快速运动。
泵的工作压力
ｐｐ１－?ｐＡ－Ａ＝Ｆ由缸Ⅰ活塞受力平衡列方程?１??１２?１则泵的工作压
力ｐｐ＝１?Ｆ５０００５?１ ＋?ｐ＝＋６?１０Ｐａ＝２．６ＭＰａ１??－４??１０Ａ－Ａ５０－２５???１２２.工进时两泵打开单向阀同时供油，４ＤＴ左位接入，蓄能器工作。压力继电器工作缸Ⅱ保持夹紧。电磁铁１ＤＴ左位接入，３ＤＴ失电，液压油通过调速阀流入缸Ⅰ左腔。
泵的工作压力
第 49 页