液压传动与控制习题（兰工专）

《液压传动与控制》习题集

液压传动课程组

兰州工专使用

前 言

《液压传动与控制》教材由兰州工业高等专科学校、云南工学院、新疆工学院、陕西工学院四所院校编写，于1994年6月由重庆大学出版社出版。阅历十余年，液压传动的内容发展很快，所以修订后再出版。为有利于教学，编了该教材的思考题与习题集，仅供参考。

编者 2005年 月

目 录

绪论???????????????????????????????4 第一章 工作介质及液压流体力学基础????????????????4 第二章 液压泵及液压马达?????????????????????7 第三章 液压缸??????????????????????????9 第四章 控制阀??????????????????????????10 第五章 液压辅件?????????????????????????13 第六章 液压基本回路???????????????????????14 第七章 典型液压系统分析?????????????????????19 第八章 液压系统的设计与计算???????????????????20 第九章 液压伺服控制系统?????????????????????20 第十章 液压系统（设备）的安装、调试、使用及维护?????????21 第十一章 液压系统的故障诊断及排除????????????????21

绪论

0-1 何谓液压传动？其基本工作原理是怎样的?

0-2 结合图0-2所示的液压系统图，说明液压系统由哪几部分组成?各起什么作用? 0-3 液压元件在系统图中是怎样表示的?

0-4 液压传动与机械传动、电气传动和气压传动相比较，有哪些优缺点?

第一章 工作介质及液压流体力学基础

1-1什么是液体的粘性?常用的粘度表示方法有哪几种，并分别叙述其粘度单位。 1-2压力的定义是什么?静压力有哪些特性?压力是如何传递的?

1-3什么是绝对压力、相对压力、表压力、真空度?它们之间的关系是什么? 1-4为什么说液压系统的工作压力决定于外负载?液压缸有效面积一定时，其活塞运动速度由什么来决定?

1-5伯努利方程的物理意义是什么?该方程的理论式与实际式有何区别?

1-6什么是层流?什么是紊流?液压系统中液体的流动希望保持层流状态，为什么? 1-7管路中的压力损失有哪几种?分别受哪些因素影响?

1-8有200cm3的液压油，在50℃时流过恩氏粘度计的时间t1=153s；同体积的蒸馏水在20℃时流过的时间t2＝51s。该油的恩氏粘度oE 50、运动粘度v、动力粘度μ各为多少 ? 油液的新、旧牌号各为什么?

解：E50＝?t1153??3 t251?? v?8.0E50?8.64/E50?8.0?3?8.64/3?21.12?cs?t

??v???21.12?10?6?900?103?19?cp?

2

旧牌号 20 ；新牌号 N32

1-9某液压油的运动粘度为20cSt，其密度ρ = 900kg／m3，求其动力粘度和恩氏粘度各为多少?

解：??v???20?10?6?900?103?18?cp? 由 v?8.0?Et?8.64/?Et 导出 8.0?Et?v?Et?8.64?0

20?202?4?8???8.64?20?26 Et? ?2?416? ?Et1?2.875 ?Et2??0.375（舍去） 1-10如图所示直径为d，重量为G的柱塞浸没在液体中，

并在F力作用下处于静止状态。若液体的密度为ρ，柱塞浸入深度为h，试确定液体在测压管内上升的高度x。

解：设柱塞侵入深度h处为等压面，即有

F?G??g?h?x?

1?d244?F?G??h ?g?d2题1-10图

导出 x?

1-11在题图1-12所示的阀上，如果流过的流量为1×105cm3／min，开口量为2mm，阀芯直径为30mm，液流流过开口时的角度θ＝69°，问阀芯受到的轴向液动力是多少?

解：

q?105cm3/min?105?10?6/60?1.67?10?3m3/sA?2?10?3?30?10?3???1.885?10?4m2 v?q/A?1.67?10?3/1.885?10?4?8.842m/s

F? 取

?????q?1v1co?s1

?N? ?1?1，?F?900?1.67?10?3?8.842?cos69??4.7531-12圆柱形滑阀如图所示。已知阀芯直径d =20mm，进

口油压p1 =9.8MPa，出口油压p2 =9.5MPa，油液密度ρ = 900kg／m3，阀口流量系数C =0.62。求通过阀口的流量。

解：

3

题1-12图

［13］

Ax?20?10?3???2?10?3?1.26?10?4m2q?C?Ax?2?p??

??0.62?1.26?10?4??12072L/min2?9.8?9.5??106?2.012m3/s 900??

1-13如图所示，油管水平放置，1-l断面和2-2断面处的直径为d1、d2，液体在管路内作连续流动，若不考虑管路内能量损失。

(1) 断面1-1、2-2处哪一点压力高?为什么?

(2)若管路内通过的流量为q，试求断面1-1和2-2两处的压力差Δp。

题1-13图

解：（1）用1－1和2－2截面列伯努利方程 ?h1?h2

其连续性方程为： A1v1?A2v2 ?A1?A2 ?v1?V2

代入伯努利方程得出 p2?p1，即2－2处的压力高 （2）v1?qq4q4q??2，v2?2 A12?d1?d2?d142p1?p2v12?v2 代入伯努利方程得出 ??g2g2??g?v12?v28?g2?11??? ?p?p2?p1???2?44?2g??d1d2?1-14已知管子内径d =20mm，液体的流速υ =5.3m／s，液体运动粘度v =0.4cm2／s，求

液流的雷诺数和流态。

解：Re?

所以流态为紊流

1-15有一光滑的圆管，内径8mm，有N32号机械油(40℃)，流过流量q＝30L／min，问流动状态如何?若流量不变，管径为何值时流态可为层流?

解：N32机械油40℃时V?32cst?32?10m/s

?624vd5.3?0.02??2650?Rec?2320 ?4V0.4?10 4

q30?10?3??9.95m/s v?A60???0.0042 （1）Re?

所以流态为紊流 （2）d?2R?4vd9.95?0.08??2487.52650?Rec?2320 ?6V32?102Rev2RevA ?4V4?4q2Rev?d2 d?

4?4q16?30?10?3d?2?2320?32?10?6?d2600.466d2?0.008d?0 d?0.466d?0.008??0

?d1?0.0172m?17.2mmd2?0?舍去? 管径为17.2mm时流态可为层流。

1-16如图所示，当阀门关闭时压力表读数为0.25 MPa，阀门打开时压力表读数为0.06 MPa，如果d =12mm，ρ = 900kg／m3，不计液体流动时的能量损失，求阀门打开时的液体流量q。

解：用Ⅰ－Ⅰ和Ⅱ－Ⅱ截面列伯努利方程 ?h1?h2 v1?0

p1p2v2 ????g?g2g?v?题1-16图

［14］

?0.25?0.06??1062?9.81?900?9.81?20.55m/s1q?vA?20.55???0.0122 4?2.32?10?3m3/s?139.4L/min1-17什么是气穴和气蚀?它们有什么危害?

第二章 液压泵及液压马达

2-l 什么是容积式液压泵?它是怎样进行工作的?这种泵的实际工作压力和输油量的大小各取决于什么?

5

2-2 什么是液压泵和液压马达的额定压力?其大小由什么来决定?

2-3 外啮合齿轮泵的困油现象、径向力不平衡是怎样引起的?对其工作有何影响?如何解决?提高其压力的措施是什么？

2-4 为什么外啮合齿轮泵的齿数少而模数大？

2-5 双作用叶片泵定子内表面的过渡曲线为何要做成等加速—等减速曲线?其最易磨损的地方在吸油区还是在压油区？

2-6 外反馈限压式变量叶片泵有何特点?适用于什么场合?用什么方法来调节它的流量—压力特性?

2-7 为什么双作用叶片泵的流量脉动很小？叶片数为4的倍数时为什么其流量脉动为最小?

2-8 斜盘式轴向柱塞液压马达，己知其排量VM，输入和输出的油液压力分别为pM1和pM2，试求其理理论平均转矩TMt。

解：TMt=

1(pM1?pM2)Vm 2?2-9 试分析图2–25所示轴向柱塞泵及图2–32所示轴向柱塞马达的工作原理及结构。 2-10如题图所示，己知液压泵的排量VP=10mL/r，转速np=1000r/min；容积效率?pv随压力按线性规律变化，当压力为调定压力4MPa时，?pv=0.6；液压缸A、B的有效面积皆为100㎝2；A、B液压缸需举升的重物分别为WA=4500N、WB=10000N（略去液压缸的机械容积效率）试求：

（1）A、B液压缸举物上升速度； （2）上升和上升停止时和系统压力；

（3）上升和上升停止时液压泵的输出功率。 解：

（1）A、B液压缸举物上升速度

由题可知，容积效率?pv随压力按线性规律变化，当压力为调定压力4MPa时，ηpv =0.6

题2-10图 即 ?pv =1－0.1×4=0.6

A缸：

pA?WA4500??0.45A100MPa

?9.55L??VA?1?0.1?0.45?0.955

3q?A?V???????VA?10cm3?1000?0.955?9550cmminmin

?A?q?A9550??95.5cm?0.95m5minminA100

B缸：

pB???VBWB10000??1MPaA100?1?0.1?1?0.9min?9Lmin3q?B?V??n????VB?10cm3?1000?0.9?9000cm

?B?qPB9000??90cm?0.9mminminA100 6

（2）上升和上升停止时的系统压力 A缸上升时，p?A?0.45MPa A缸停止时，p?B?1MPa B缸上升时，p?B?1MPa 停止时， p??4MPa

（3）上升和上升停止时液压泵的输出功率 A缸上升时，p?OA?0.45?9.55?0.07kw

60A缸停止时，pPOB?1?9?0.15kw

60B缸上升时，pPOB?1?9?0.15kw

60B缸停止时，

3qPT?10cm3?1000?0.6?6000cmmin?6Lmin

pPOT?4?6?0.4kw 602-11 己知轴向柱塞泵斜盘倾角?=22°30'；柱塞直径d=22mm；柱塞分布圆直径D=68mm；柱塞数z=7；输出压力pp=10MPa时，其容积效率为?PV=0.98， 机械效率?Pm=0.9，np=960r/min。试计算：

（1）泵的实际输出流量（L/min）； （2）泵的输出功率（kw）； （3）泵的输出转矩（N?m）。 解：

(1)泵的实际输出流量

qp???4d2DnPZtan??pV?4(2.2)2?6.8?960?7?tan22?33'?0.98

min?70.48L(2)泵的输出功率

?PO?10?70.48?11.75kw 60（3）泵的输入转矩

VP?qPnP?PV?70.48?0.0749L?74.9mLrr960?0.9811VTP?pPP??10?74.9?132.5N?m?0.9Pm2?2?

2-12 已知液压马达的排量VM=250mL/r；入口压力为9.8MPa；出口压力为0.49 MPa；

此时的总效率?M=0.9；容积效率?MV=0.92。当输入流量qM为22L/min时，试求：

(1)液压马达的输出转矩（N?m）； (2)液压马达的输出功率（kw）；

(3)液压马达的转速（r/min）。 解：

7

(1) 液压马达的输出转矩

TM?110.9?pMVM?Mm?(9.8?0.49)?250? 2?2?0.92 =362.4N·m (2) 液压马达的输出功率

PMO??pMqM(9.8?0.49)?22?M??0.9?3.07kw 61260(3) 液压马达的转速

nM?qM??MV22?103??0.92?80.96rminVM250

第三章 液压缸

3-1活塞缸、柱塞缸和摆动缸在结构上各有什么特点？各应用于什么场合较为合理？

3-2密封装置有哪些结构形式、如何选用？ 3-3 如何实现液压缸的排气和缓冲？

3-4活塞与缸体、活塞杆与端盖之间的密封方式有几种？各用于什么场合？

3-5有一差动液压缸，无杆腔面积A1=50cm，有杆腔面积A2=25cm，负载F=12.6×103N ，机械效率ηm =0.92，容积效率ηV=0.95，试求： (1)供油压力大小；

(2)当活塞以0.9m/min的速度运动时所需供油量； (3)液压缸的输入功率。 解：(1)供油压力p

22F12.6?103 p???5.48MPa

?A1?A2??m?50?25??10?4?0.92(2)所需供油量

?A1?A2????50?25??10?2?0.9?10 q???2.37L/min

?V0.95(3)液压缸的输入功率

P?F??m?V?pq?5.48?2.37?0.22kW

603-6已知单活塞杆液压缸，前进时油路为差动连接，活塞直径D=100mm，活塞杆直径d=60mm，忽略液压缸的泄漏和摩擦，现以q=110L/min液压泵驱动之。试求活塞往返运动的速度比。如液压泵的工作压力p=6MPa，试求此时活塞杆往返的负载能力。

8

q?解：1??2?4d2?d2q??D422?D?d??d222D2d21?1D2?100??2?1????1?1.78 d60??2 F1? F2?

?4d2p????D4?d2p?????100?104?60?10??6.0?104?32?326?16964.6N

6???60?10???6.0?10?32?3015.29N

第四章 控制阀

4-1 何谓换向阀的“通”和“位”? 并举例说明。

4-2 试说明三位四通阀O型、M型、H型中位机能的特点和它们的应用场合。 4-3 电液换向阀适用于什么场合? 它的先导阀中位机能为O型行吗? 为什么?

4-4 Y型溢流阀的主阀芯阻尼小孔有什么作用? 是否可以将阻尼孔加大或堵塞? 若将阀的远程控制口当成外泄口接油箱，又会出现什么现象?

4-5 溢流阀能否当顺序阀用? 为什么? 顺序阀能否当溢流阀用? 为什么?

4-6 如图所示，溢流阀pY的调定压力为5MPa，减压阀pJ的调定压力为1.5MPa，试分析活塞在运动期间和工件夹紧后管路中A、B点的压力值。减压阀的阀芯处于什么状态? 阀口有无流量通过? 为什么?

题4-6图 解：（1）活塞运动期间 pB?pA?0

减压阀处于常态，开口最大，不减压，阀口有流量通过 （2）工件夹紧后，负载趋近于无穷大

pB?pJ?1.5MPapA?pY?5MPa

9

减压阀开口减小，减压，阀口无流量通过

4-7如图所示，随着负载压力的增加，当两个不同调定压力的减压阀串联后的出口压力决定于那个阀？为什么？另一个阀处于什么状态？又当两个不同调定压力的减压阀并联后的出口压力决定于那个阀？为什么？另一个阀处于什么状态？

解：串联时取决于调定压力较低的阀，另一个阀阀口全开 并联时取决于调定压力较高的阀，另一个阀阀口关闭

4-8如图所示的液压系统，两液压缸有效面积为A1=A2=100cm2，缸I的负载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整压力分别为4MPa，3MPa和2MPa。求下列三种情况下A、B和C点的压力。

l)液压泵启动后，两换向阀处于中位时；

2)1YA通电，液压缸I活塞移动时及活塞运动到终点时；

3)1YA断电，2YA通电，液压缸II活塞运动时及活塞杆碰到固定挡铁时。

题4-8图 题4-7图

解：（1）pA?pB?4MPa，pc?2MPa

10

（2）Ⅰ运动期间：pB?Fl?3.5MPa A1

pA?3.5MPapC?2MPa Ⅰ到终点：pA?pB?4MPa，pc?2MPa （3）Ⅱ运动期间：pA?pB?pc?0

Ⅱ到终点：pA?pB?4MPa，pc?2MPa

4-9如图所示，各溢流阀的调定压力分别为pY1 =3MPa，pY2 =2MPa，pY3 =4MPa，判断系统中的最大调定压力值。

题4-9图

解：（a）p?2MPa （b）p?9MPa （c）p?7MPa

4-10 影响节流阀流量稳定性的原因是什么? 为何通常将节流口做成薄壁小孔并且在小流量时尽量使水力半径大?

4-11 使用调速阀时，进出油口能不能反接? 为什么？ 4-12 有一个执行元件需要低速运动，而节流阀(或调速阀)的最小稳定流量太大，能否用两个节流阀(或调速阀)组成一个调速回路，以满足低速运动的要求?

4-13 试分析二通插装阀有什么优点? 4-14 比例阀的特点是什么?

第五章 液压辅件

5-1 蓄能器的种类有哪些？何种蓄能器应用较广泛？

5-2 蓄能器的容量为5L，预充气压为2.5MPa，当工作压力从7MPa变化到4MPa时，

11

蓄能器能释放出多少升油（按等温过程）？

解：因为按等温过程，即气体压缩和释放缓慢，所以n=1，由已知条件知：V0＝5L，

p0?2.5MP，，畜能器能释放出 ap1?4MP，ap2?7MP，a代入公式（5-3）

11??nn????11????Vw?V0p0?????????p1?p2????? ??

1n??1??1???5?2.5????????1.34L??4??7??5-3 液压系统最高和最低工作压力各是7MPa和5.6MPa，执行元件每隔30s需供油一次，每次需输油1L，时间为0.5s。若用液压泵供油，该泵应有多大流量？改用气囊式蓄能器（充气压力为5MPa）完成此项工作，蓄能器应有多大容量？向蓄能器充液的泵应有多大流量？

解：若用液压泵供油，泵须满足系统最大流量的要求，所以该泵的流量为

qp?1/0.5?2L/s?120L/min

改用气囊式畜能器（充气压力为5MPa）完成此项工作，畜能器大量供油，按绝热过程， n?1.4，p0?5MP，畜能器的容量为 ap1?5.6MP，ap2?7MP，aVw?1L。 V0?Vw1??????11????p0????p????p1????2?????1n1n1n?1?1??1?5?????5.6??11.411.4??1??????7???11.4?4.37L

液压泵的最大流量应略大于一个工作循环中的平均值，即 qp?1.1?1?2.16L/min

30?0.55-4 过滤器有何作用？对它的一般要求是什么？

5-5 试举例说明过滤器三种可能的安装位置。不同位置上过滤器应如何选择？在液压泵的吸油口处为何常安装粗过滤器？

5-6 叙述油箱的构造及各部分的作用。

5-7 油管的种类有哪些？各有何特点？如何选用？

5-8 有一液压泵向系统供油，工作压力为6.3MPa，流量为40L/min，采用无缝钢管，试确定油管尺寸。

解：管道中油液的流速，选取v＝3m/s,代入式（5-5）得

q40?10?3 d?1.3?1.3?16.8mm?17mm

v60?3油管的壁厚按下式计算

12

??

pdn2?b6?6.3?10?17?80.71mm62?600?10

5-9 油管接头的作用是什么？有哪几种常用的形式？接头处是如何密封的？ 5-10 在何种情况下要设置加热器与冷却器？

第六章 液压基本回路

6-1 在进油、回油和旁油路节流调速回路中，泵的泄漏对执行元件的运动速度有无影响？液压缸的泄漏对速度有无影响？为什么？

6-2 附图中各缸完全相同，负载F2>F1，已知节流阀能调节缸速，不计其它压力损失，试判断图（a）和图（b）中那个缸先动？那个缸速度快？为什么？

6-3 试推导双杆进、出口联合节流阀

题6-2图 调速回路的速度负载特性方程（不计管路

损失）。

6-4 容积调速回路中，泵和马达的泄漏对马达转速有无影响？ 6-5 变量泵和变量马达容积调速回路怎样进行调速？特点如何？

6-6 图示液压回路，限压式变量泵调定后的流量压力特性曲线如图所示，调速阀调定的流量为2.5L/min，液压缸的两腔有效面积A1=2A2=50cm2，不计管路损失，求：

（1） 缸的无杆腔压力p1；

（2） 当负载F=0和F=9000N时有杆腔

压力p2。 解：（1）缸的无杆腔压力p1

因为液压缸有杆腔的流量q2全部通过调速阀，故而调速阀的调定流量为2.5L/min，故小腔的流量为2.5L/min，

?v?q1q2?，A1?2A2A1A2

题6-6图

?q1?2q2?2?2.5?5L/min根据流量连续性知，无杆腔的流量即为泵输出的流量

即 qp?q1?5L/min

由已知限压式变量泵调定后的流量压力曲线知p1=2.2MPa （2）当负载F＝0和F＝9000N时有杆腔压力p2。

①. 当负载F＝0时有杆腔压力p2

13

对活塞和活塞杆受力分析，得其受力平衡方程式为 代入己知条件解得 p2?A1 p1?2?P1?4.4MPaA2②. 当负载F＝9000N时有杆腔压力p2 与①类似代入受力平衡方程式得 p2?p1A1?F ?0.8MPaA216-7 在液压系统中，有哪几种常用的动作转换控制方式？试各举两例。

6-8 双泵供油，差动快进与工进速度换接回路如图示。已知：泵的输出流量q1?16L/min，

q2?4L/min，缸的面积A1?100cm，A2?60cm，

快进时负载F?1000N，油液流过方向阀的压力损失

22

?p?0.25MPa。不计管路损失，试求：

题6-8图

（1） 快进时缸速υ和压力表读数；

（2） 工进时若压力表读数为8 MPa，液控顺序阀的调定压力宜选多大？此时回路承

载能力为多大？ 解：（1）快进时缸速v和压力表读数

差动快进时，1泵和2泵的流量一起进入无杆腔，有杆腔排出流量经二位三通阀后也进入无杆腔，形成差动回路，此时缸速

v?q1?q2?0.0833m/s

A1?A2快进时压力表读数为无杆腔压力p1，对活塞受力分析得 p1A1?p2A2?F p2?p1??p 由上二式得 p1?0.625MPa

所以压力表读数为0.625MPa

(2) 液控顺序阀在快进时不应打开，而在工进时应打开，当不考虑调压偏差时，顺序阀的调定压力pn为0.625MPa?pn?8MPa。工进时回路为回油路调速阀调速，溢流阀打开溢流，因为压力表读数为8MPa，故溢流阀调定压力为8MPa，根据会油路调速阀调速v—F特性知最大承载能力为：

Fmax?ppA1??pA2?8?106?100?10?4?0.25?106?60?10?4?78.5KN

14

6-9 在图6-26所示差动回路中，定量泵额定流量40L/min，溢流阀限定系统最高压力为14 MPa，顺序阀调定压力为4 MPa，液压缸内径为80mm，活塞杆直径为50mm，当换向阀分别在左位和右位时，计算液压缸的速度和承载能力。 解：（1）①当换向阀在左位工作快进时，液压缸为差动连接，其缸速为 v?qp?4?40L/mind2?4?50?10??32??0.34m/s

若忽略单项阀1及管路压力损失则快进时顺序阀即将打开F为最大。对活塞受力分析得 p1A1?p2A2?F

代入数据得 Fmax?p1?A1?A2??4?10?6?4?50?10?3??2?785N0

②当换向阀在左位工作工进时，其缸速为

v?qp?4?240L/minD?4?80?10??32??0.136m/s

Fmax?p1A1?14?106??4?80?10?3??2?70372N

（2）当换向阀在右位时，其缸速位 v?qpA2?40?10?3/60?4?802?502?10?66???0.22m/s

Fmax?ppA2?14?10??4?802?502?10?6?42883N

??6-10 速度换接回路有几种方式？各有什么缺点？

6-11 如图所示系统可实现“快进→工进→快退→停止（卸荷）”的工作循环，试列出电磁铁动作表（通电“＋”，失电“－”）。

YA 动作 快进 工进 快退 停止

题6-11图

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1YA + + - - 2YA - - + - 3YA + - - - 4YA - - - +

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