2000液压与气压传动试题A卷

液压与气压传动试题A卷

一、名词解释（10分）

相对湿度、工作介质污染、粘度、层流、紊流、雷诺数、真空度、流量、流线、差动回路

二、填空题（5分）

1.从功率利用率的角度看，进口节流阀式节流调速回路不宜用在________________的场合。 2.同一节流阀放在进口可使油缸得到比出口____________的速度。

3.间隙密封的特点是：_______、________、______，但对零件的加工要求____，且难以______，故只适用于：____、______的快速缸中。 4.液压传动和气压传动统称为__________。

三、计算题（25分）

1. 如图所示的调速回路，液压泵的排量Vp＝105mL/r，转速np=1000r/min，容积效率ηpv=0.95，溢流阀调定压力pt=7Mpa，液压马达排量Vm=160mL/r，容积效率ηmv=0.95，机械效率ηmm=0.8，负载转矩T=16N·m。节流阀最大开度ATmax=0.2cm（可视为薄壁孔），其流量系数Cq=0.62，油液密度ρ＝900kg/m。不计其它损失。试求：（1）通过节流阀的流量和液压马达的最大转速nmmax、输出功率P和回路效率ηci，并请解释为何效率低？（2）如果将pt提高到8.5Mpa时，ηci将为多大？

3

2

2. 设计一单杆活塞液压缸，要求快进时为差动连接，快进和快退（有杆腔进油）时的速度均为6m／min。工进时（无杆腔进油，非差动连接）可驱动的负载F=25000N，回油背压为0.25Mpa，采用额定压力为6.3Mpa、额定流量为25L/min的液压泵。试确定： 1） 缸筒内径和活塞杆直径； 2） 缸筒壁厚（缸筒材料选用无缝钢管）。 四、问答题（30分） 1.油箱有哪些作用？

2.蓄能器有哪些功能？试画图说明。

3.若把先导式溢流阀的远程控制口作泄漏口接回油箱，这时系统会产生什么现象？为什么？

4.说明伯努利方程的物理意义并指出理想液体伯努利方程和实际液体伯努利方程的区别。

5.如图所示，各液压缸完全相同，负载F2>F1。已知节流阀能调节液压缸速度并不计压力损失。试判断在图a和图b的两个液压回路中，哪个液压缸先动？哪个液压缸速度快？

五、原理分析题（30分）

下图为剪板机液压系统。读图并分析其工作原理。

液压与气压传动试题A卷答案

一、名词解释（每题1分,共10分）

1. 相对湿度：在相同温度和压力下，绝对湿度与饱和湿度之比。 2. 工作介质污染：工作介质中混入的对系统有害的各种杂质。

3. 粘度：用来描述粘性的物理量，常用的液体粘度表示方法有三种，即动力粘度、运动粘度

和相对粘度。 4. 层流：液体质点的运动时互不干扰，液体的流动呈线性或层状，且平行于管道轴线。液体流速较低，液体质点受粘性力的约束，不能随意运动，粘性力起主导作用。

5. 紊流：液体质点的运动杂乱无章，沿管道流动时，除平行与管道轴线的运动外，还存在剧烈的横向运动，液体质点在流动中互相干扰。液体流速较高，惯性力起主导作用。 6. 雷诺数：用于表明液体流动状态的参数。

7. 真空度：以大气压为基准计算压力值时，基准以下的负值。 8. 流量：单位时间内流过某一通流截面的液体体积。

9. 流线：就是流场中一条一条的曲线，它表示同一瞬时流场中各质点的运动状态流速方向。

流线上每一质点的速度矢量与这条曲线相切。 10. 差动回路：单杆活塞缸两腔同时通入相同压力的液体或气体的连接回路。 二、填空题（每空0.5分，共5分）

1. 负载变化范围大的 2. 更低的速度

3. 结构简单、摩擦力小、耐用，高，完全消除泄漏，低压、小直径 4. 流体传动

三、计算题（25分）

1. （1）qr=14.57X10-4m3/s，nmax=8.65r/s，P=869.6W，ηci=0.071；回路效率低的原因是：进

油调速回路有两部分功率损失（溢流和节流损失）；（2）ηmmax＝0.065（15分，每问5分），

过程：

解：（1）求通过节流阀的流量和液压马达的最大转速nmmax、输出功率P和回路效率ηci，

并请解释为何效率低：

由图可知，系统压力由溢流阀决定，即：

系统压力＝pt??p?pm （1） 其中，?p－节流阀两端压力差，若忽略损失，既为节流口两边压差； pm－马达工作压力。

pmVm2?又马达的理论转矩为：Tt? （2）

马达实际转矩为：T?Tt?mm?pmVm2??mm （3）

故马达工作压力（即两端压差，另一端压力为零）：

pm?2?TVm?mm?2??16160?10?6?0.8＝785398.1634Pa

代入（1）式得，?p?pt?pm?7?106?785398.1634=6214601.837Pa 由于节流口可视为薄壁孔，

所以由薄壁孔流量公式知，通过节流阀的流量（最大开度时）为： qr?CqATmax2?p?0.62?0.2?(100)?2??2900?6214601.837

?14.57?10?4m3/s ∴ 最大转速为：nmmax?qrVm?mv?14.57?10160?10?4?6?0.95?8.65r/s

∴ 马达输出功率为：Pmo?pmqr?mv?mm?869.7W 液压泵输出的理论流量为：

qp=qt=Vpn=105×10(L/r)×1000(r/min)=105L/min 则液压泵的理论输出功率为： Ppo?ptqp?7?10?105?10606?3-3

?12250W

PmoPpo所以，回路效率（整个回路，包括所有元件）为：?ci??869.612250?0.071

回路效率低的原因是：进油调速回路有两部分功率损失（溢流和节流损失）。

（2）当Pt提高到8.5Mpa时，求nmmax

?p?pt?pm?8.5?106?785398.1634=7714601.836Pa

由于节流口可视为薄壁孔，

所以由薄壁孔流量公式知，通过节流阀的流量（最大开度时）为： qr?CqATmax2?p?0.62?0.2?(100)?2??4?2900 ?7714601.683 ?16.24?10m/s

qrVm16.24?10160?10?43∴ 最大转速为：nmmax??mv??6?0.95?9.64r/s

∴ 马达输出功率为：Pmo?pmqr?mv?mm?969.4W 而此时，液压泵的理论输出功率为：

Ppo?ptqp?8.5?10?105?1060PmoPpo?6?3W ?14875所以，回路效率为：?ci?869.612250?0.071

-2

2. （1）D=0.103m，d=7.3X10m；（根据缸筒缸杆尺寸系列取D=0.1m，d=0.07m；）（2）δ

≥0.0013m，（根据冷拔精密无缝钢管系列，选取内径为Φ100mm，壁厚为δ＝2.5mm的无

缝钢管）。（10分，每问5分），过程： 解：（1）求活塞杆直径和缸筒内径。

因为差动连接时的速度公式为：v3?q?cvA1?A2?4q?d2?cv，参见P99.公式（4.5）。

所以，当忽略各种损失时，活塞杆直径为：

?25?10?34???60??6?????60??????d?4q?v3?cv??1?7.3?10?2m

当忽略各种损失，无杆腔进油且考虑背压时，缸筒的内径公式为：

D?4F1?dp2p1?p22?(p1?p2)，参见P114公式（4.20）。

∴ D?4?25000?(6.3?10?0.25?10)66?(7.3?10?26)?0.25?10?0.25?106266.3?10=0.071m (a)

若要保证快退（有杆腔进油）时的速度为6m/min，则有公式（参见P99公式（4.5））：

v2?qA2?cv?4q?cv?(D?d)22

忽略损失，则有缸筒内径约等于活塞直径，即：

?25?10?34???60??6??????60????? D?4q?cv?v2?d2??7.3?10??2?2?0.103m (b)

比较结果(a)、(b)，取D=0.103m。

（2）求活塞缸壁厚。 活塞缸壁厚公式为：??

pD2[?]?6.3?10?0.1032?250?1066?0.0013m

四、问答题（每题6 分，共30分）

1. 储油、散热、沉淀污物、逸出空气、安装台。 2. 储存和释放液体压力。（图略）

3. 主阀心上端压力接近于零，阀口开得最大，这时系统的油液在很低的压力下通过主阀口流

回油箱，实现卸荷作用。 4. 伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一种具体表现形式，它揭示了液体在流动过程

中的能量变化规律。指出，对于流动的液体来说，如果没有能量的输入和输出，液体内的

总能量是不变的。理想液体：理想液体在作恒定流动时具有压力能、位能和动能三种能量形式，在任一截面上这三种能量形式之间可以相互转换，但三者之和为一定值，即能量守恒。实际液体流动时有能量损失。

5. 由于同一节流阀放在进口可使油缸得到比放在出口时更低的速度，又由于液压系统中各处

的压力相等，F?pA，v?量和位置考虑。

五、原理分析题（30分）

按主要动作（刀片运动、夹紧物料、托料、控制）分析。

qA，各图中的A缸先动，b) 图中的A缸快。从功率、总流

四、问答题（每题6 分，共30分）

1. 储油、散热、沉淀污物、逸出空气、安装台。 2. 储存和释放液体压力。（图略）

3. 主阀心上端压力接近于零，阀口开得最大，这时系统的油液在很低的压力下通过主阀口流

回油箱，实现卸荷作用。 4. 伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的一种具体表现形式，它揭示了液体在流动过程

中的能量变化规律。指出，对于流动的液体来说，如果没有能量的输入和输出，液体内的

总能量是不变的。理想液体：理想液体在作恒定流动时具有压力能、位能和动能三种能量形式，在任一截面上这三种能量形式之间可以相互转换，但三者之和为一定值，即能量守恒。实际液体流动时有能量损失。

5. 由于同一节流阀放在进口可使油缸得到比放在出口时更低的速度，又由于液压系统中各处

的压力相等，F?pA，v?量和位置考虑。

五、原理分析题（30分）

按主要动作（刀片运动、夹紧物料、托料、控制）分析。

qA，各图中的A缸先动，b) 图中的A缸快。从功率、总流

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