液压回路考试习题答案1

八、计算题：

1．如图7.15所示为双泵供油，差动快进与工进速度换接回路。已知：泵的输出流量q1=16L/min，q2=4L/min，

?6输送油液密度??9 m/s，液压缸的有效面积A1=100cm2、A2=60cm2，?20?1000 kg/m，运动粘度?32快进时负载F=1000N；油液流过方向阀的压力损失⊿p=0.25MPa，连接缸两腔的油管ABCD的内径d = 1.8 cm，其中ABC段因较长（L = 3m），计算时需计其沿程损失，其它损失及由速度、高度变化形成的影响均可忽略。试求：① 快进时缸速和压力表读数；②工进时压力表读数为8MPa，顺序阀的调定压力宜选多大？此时回路承载能力为多大（流量很小，调速阀损失不计）？

16?4??10?3?q解：（1）快进时为差动连接????0.083m/s ?4A1?A260?40?10q2??A2?0.083?60?10?4?5?10?4m3/s

4q25?10?4?4?0???1.966 m/s

?d2???1.8?10?2?2?0d1.966?1.8?10?23 Re???1.77?10?20?10?6取??75，所以 Re1L?v0275?3?900?1.96624?p沿????0.896?10Pa 图7.15 3?22d2?1.77?10?1.8?10?ppA1?F?p2A2（0.25?0.009）?106?60?10?4F?（?p沿??p）A2103???0.64MPa ?有pp??440?10A1?A2?p2?pp??p沿??p（2）F?ppA1?8?10?100?106?4?80kN 液控顺序阀的压力应为0.64MPa至8MPa

2．图7.16所示液压回路，限压式变量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液压缸的无杆腔压力p1；

②当负载F=0和F=9000N时有杆腔压力p2； ③ 设泵的总效率为0.75，则系统在前述两种负载下的总效率。 解：① qPq2Aq??qP?12?2?2.5?5L/min A1A2A2p1?2? ②p2?5?（2.4-2）?2.2MPa。 10p1FA1?；当F=0时，p2?4.4MPa； A2A2当F?9000N时，p2?0.8MPa

q1A1F?F9000③液压回路的效率 ?回?????0.82 图7.16

p1q1p1q1p1A12.2?106?50?10?4F

1

系统总效率?系?0.82?0.75?0.62

3．图7.17回路中，已知活塞在运动时的负载为F=1200N，活塞面积为A=15cm2，溢流阀的调整压力为pY=4.5 MPa，两个减压阀的调整压力为pJ1=3.5 MPa，pJ2=2MPa，如油液流过减压阀及管道时的压力损失均略去不计，试确定活塞在运动时和停在终端位置时，A、B、C三点处的压力。

pY pJ1 pJ2

图7.17

解：

4．图7.18所示液压回路，已知：两个薄壁孔型节流阀的开口面积AT1 = 0.01 cm2，AT2 = 0.02cm2，流量系数都是Cd = 0.67，油液密度ρ= 900 kg/m3，负载压力p1 = 2 MPa，溢流阀的调定压力为pY = 3.6 MPa，液压泵的输出流量qp = 25 L/min，活塞面积A1 = 50 cm2。若不计管路损失，试求电磁铁通电和断电时，活塞的运动速度各为多少？

解：①1DT通电，2节流阀短掉 qT1?cdAT12?pT1??cdAT12?pY?p1???0.4?10?4m3/s

qT10.4?10?4v1???0.008m/s?0.48m/min ?4A150?10②1DT断电，两节流阀串联工作，

qT1?qT2?cdAT12?pT1??cdAT22?pT2?

?AT21?pT1?AT22?pT2?AT21?pY?pc??AT22?pc?p1??pc?2.32MPacdAT12?pY?pc?v'1?qT1?A1?A1?0.0071m/s?0.43m/min 图7.18

qmax?0.48?50?10?4?2.4L/min,qP?25L/min

2

溢流阀正常溢流定压，所以节流阀入口压力取 pY?3.6MPa正确。

5．液压泵的输出流量qp = 10 L/min，液压缸的无杆腔面积A1 = 50 cm2，有杆腔面积A2 = 25cm2。溢流阀的调定压力为pY = 2.4 MPa，负载F=10 kN。节流阀口视为薄壁孔，流量系数都是Cd = 0.62，油液密度ρ= 900 kg/m3，

2试求：①节流阀口通流面积AT?0.05cm和AT?0.01cm时的液压缸速度?、液压泵压力pp、溢流阀损

2失?NY和回路效率?；

22②当AT?0.01cm和AT?0.02cm时，若负载F= 0，求液压泵的压力pp和液压缸两腔压力p1和p2各为多

大？

解：①AT?0.05cm时：假设溢流阀不溢流，则通过节流阀的流量

2qT?A2qp?5L/minA1q2?CdAT2?pq22?0.8332?10?8?900??p???0.325MPa2222?8?2CdAT2?0.62?0.05?10F?pA210?1030.325?106?25pP?????2.163MPa pP?py，?4A1A150?1050则溢流阀损失?NY?0。

F?qP10?10?3???，回路效率：????0.0333m/s?4pPqPA160?50?1010?103?0.0333?0.924 ?310?102.163?106?60F?pA2?由于pP?py，假设不成立。 A1A1AT?0.01cm2时，同理由上述求解过程可得?p?8.125MPa，pP?pYA1F2.4?106?5010?103则有：pP?py?2.4MPa ?p?????0.8MPa

A2A22525?10?4q2?CdAT2?p2?0.8?106?0.62?0.01?10??2.614?10?5m3/s ?900?4q22.614?10?5液压缸速度：????1.046?10?2m/s， ?4A225?10q1??A1?1.046?10?2?50?10?4?5.23?10?5m3/s

10?10?3?q?qP?q1??5.23?10?5?11.437?10?5m3/s

60溢流损失：?Ny?pP?q?2.4?10?11.437?106?5?274.48W

3

F?10?103?1.046?10?2??0.2615 回路效率：??10?10?3qPpP?2.4?106602②假设溢流阀不工作时，当AT?0.01cm时，?p?8.125MPa，因为F?0，p1A1??pA2，

则有p1?4.06MPa?py，与假设矛盾，假设不成立。 pP?p1?py?2.4MPa，p2?2当AT?0.02cm 时 ，?p?2.03MPa，因为F?0，p1A1??pA2

p1A1＝4.8MPa A2则有p1?1.02MPa?py，由此可知假设成立。pP?p1?1.02MPa ，p2??p?2.03MPa 6．如上题所述的已知条件，当F=10 kN时，若节流阀的最小稳定流量qmin = 50 mL/min，试求： ① 回路所对应的节流阀口面积AT和缸的最小运动速度vmin。 ② 若将回路改为进油节流调速回路，则对应的AT和vmin。 ③ 将上二结果作比较，能说明什么？ 解：① ?minqTmin50?10?6???3.33?10?4m/s ?4A260?25?10qTmin?2?p50?10?62?0.8?10660?0.62?900?3.19?10?4cm2

由①可知?p?0.8 AT?Cd②若改为进口节流回路

??min?qTmin?1.67?10?4m/s，AT?A1CdqTmin?4.51?10?4cm2 。 2?p?③进口节流调速回路能获得更低的稳定速度?min。

7．图7.20调速回路中，泵的排量Vp = 105 mL/r，转速np = 1000 r/min，容积效率ηpv = 0.95。溢流阀的调定压力为pY = 7 MPa。液压马达的排量Vm = 160 mL/r，容积效率ηmv = 0.95，机械效率为ηmm = 0.8。负载转矩T = 16 N.s。节流阀最大开度口AT max= 0.2 cm2（可视为薄壁小孔），其流量系数Cd = 0.62，油液密度ρ= 900 kg/m3，不计其它损失。试求：

① 通过节流阀的流量qT。② 液压马达的最大转速nmmax、输出功率N 和回路效率η。并解释为何效率很低？ ③ 若将pY提高到8.5 MPa，则nmmax将为多大？ 解：①2?nMTM?pMVMnM?mM

pM?2?TM2??16??0.785MPa。 ?6VM?mM160?10?0.8图7.20

4

qT?CdAT2?p2??7?0.785??106?0.62?0.2?10??1.45?10?3m3/s=87.1 L/min ?900?4qP?VPnP?VP105?10?6?1000??0.95?1.6625?10?3m3/s?99.75L/min

60②nMmax'qT?VM87.1?0.95???517 r/min NoM?2?nMTM?2??517?16/60?866.5W ?3VM160?10??NoM2?nMTM866.5???0.0745 这是因为存在溢流损失和节流损失。 NoPpPqP7?106?1.6625?10?362?8.5?0.785?10??'?4③qT?0.62?0.2?10??97.15L/min

9008．图7.21为用调速阀的进油节流加背压阀的调速回路。负载F=9000N，缸的两腔面积A1 = 50 cm2，A2 = 20cm2。背压阀的调定压力pb = 0.5 MPa。泵的供油流量qp = 30 L/min。不计管道和换向阀压力损失，试问：①欲使液压缸速度恒定，不计调压偏差，溢流阀最小调定压力py多大？②卸荷时的能量损失有多大？③若背压阀增加了?pb，溢流阀调定压力的增量?py应有多大？ 解：①因为p2?pb， 所以p1?FA29000206?pb???0.5?10?2MPa ?4A1A150?1050由于不计调压偏差，所以py?p1?2MPa 。 ②Nloss30?10?3?p2q?0.5?10??250w

606③因为p1?py，p2?pb，py?FA2'??pb?pb，溢流阀 ?pb。当p2A1A1图7.21

调定压力p?y?A2A2FA2FA2?(pb??pb)， p???p??p?p??p，ybbyb 溢流阀调定压力的增加A1A1A1A1A1A1量?py?A22?pb??pb。 A1597.15?0.95'N?576.8r/min oM?2??576.8?16/60?966.5W ?3160?10966.5?'??0.083

7?106?1.6625?10?3n'Mmax?

5

9．图7.22所示的液压回路中，如果液压泵的输出流量qp = 10 L/min，溢流阀的调定压力为pY = 2 MPa，两个薄壁孔型节流阀的开口面积AT1 = 0.02 cm2，AT2 = 0.01cm2，流量系数都是Cd = 0.67，油液密度ρ= 900 kg/m3。试求在不考虑溢流阀的调压偏差时：① 液压缸大腔的最高工作压力。② 溢流阀可能出现的最大溢流量。③ 溢流阀可能出现的最小溢流量。

解：①要想使液压缸运动，必须有油液进入液压缸无杆腔。因节流阀2与液压缸并联，若将阀1的流量全部流掉，则液压缸流量为0，液压缸不能运动。所以只有

阀2过流流量qT2小于阀1的过流流量qT1（极限是相等）时，液压缸才能运动。

qT2?qT1?CAT22p??CAT12?pp?p???p?4pp?1.6MPa 5液压缸大腔的最高工作压力pmax?1.6MPa ②定量泵的流量，由溢流阀和节流阀1共同分流，溢流阀分流最多时，

也是节流阀1分流最少时，也就是节流阀1进出口压差最低时

图7.22

（因为其开口面积已经确定）。因不考虑溢流阀的调压偏差，即溢流阀溢流量大小变化时，其入口压力不变，都为初始调定值，所以阀1压差最低值产生在阀1出口压力最高值。所以

qT1min?CdAT12?pp?pmax???CdAT12?pY?pmax???2.4L/min

溢流阀的最大溢流量 qYmax?qp?qT1min?10?2.4?7.6L/min ③∵ qy?qp?q1 qymin?qp?q1max

q1max?CdAT12(py?pmin)??0．67?0．02?10?42(2?0)?106?8.933?10?5(m3/s)?5.36(L/min)

900

∴ qymin?qp?q1max?10?5.36?4.64(L/min)10．图7.23所示回路，变量泵的转速np = 1000 r/min，排量Vp = 40 mL/r，容积效率ηvp = 0.9，机械效率ηmp = 0.9，工作压力pp = 6 MPa，进油路和回油路压力损失Δp进 = Δp回 = 1MPa，液压缸大腔有效工作面积A1 = 100 cm2，小腔有效工作面积A2 = 50cm2，液压缸容积效率ηvc= 0.98，机械效率ηmc = 0.95。试求

① 驱动液压泵的电机功率N ip ；② 活塞产生的推力F；③ 液压缸输出功率Noc；④ 系统的效率η系？

解：①电机功率NiP，液压泵的输出功率NoP,，为

6?106?1000?40?10?6?0.9?3.6kw Nop?ppqp?ppqtp?vP?ppnPVP?vP?60电机功率、即液压泵输人功率NiP为

Nip?NoP?p?NoP?vP?mP?3.6?4.44kw

0.9?0.9②活塞推力F 液压缸无杆腔工作压力p1为

6

p1 ?pp-?p进?6?1?5MPa

液压缸活塞产生的理论推力Ft为

Ft?p1A1 ?5?106?100?10?4?50000N

考虑到液压缸的机械效率?m及回油路的压力损失?p回，液压缸活塞产生的实际推力为

6?4 F?Ft?m-?p回A2 ?50000?0.95?10?50?10?42500N

③液压缸输出功率Noc , Noc?Fv 式中，v为液压缸(活塞)的速度。 图7.23 若设液压缸无杆腔流量为q1，，则上式为

1000/60??40?10-6?0.9?0.98?qP?vcnPVP?vP?vcq1Noc?F?F?F?42500??2.5kw

A1A1A1100?10-4④系统效率η系，根据定义，系统效率为液压缸输出功率Noc与电机功率NiP之比，即 ?系=Noc2.5=?0.5 6Nip4.4411．图7.24所示液压回路，已知低压辅助泵使主泵的吸油管和马达的出油管压力保持为0.4 MPa，变量泵的最大排量VP= 100 mL/r，泵的转速nP= 1000 r/min，容积效率ηvP = 0.9，机械效率ηmP = 0.85；液压马达的排量VM = 50 mL/r，容积效率ηvM = 0.95，机械效率ηmM= 0.9，管路损失略去不计，当马达输出转矩为40N.m，输出转速为160 r/min时，试求：变量泵的输出流量、输出压力以及泵的输入功率？ 解：①TMp??p?pY?VM2??mM? pp?2?TM2??406?pY??0.4?10?5.98 MPa ?6VM?mM50 ?10? 0.9②qp?qM?VMnM?vM?160?50 ?0.95?7.6L/min ③NiP?NoP?

?pPqP?vP?mP5.98?106?7.6?10?3??59.4kw

0.9? 0.85图7.24

九、综合题：

1．回油节流调速系统：液压泵流量为25L/ min，溢流阀调定压力为5.4Mpa, 负载F为40000N，液压缸大腔面积A1=80cm2, 小腔面积A2=40cm2, 工进时液压缸速度v为18cm/min, 不考虑管路损失和液压缸摩擦损失。试求：① 画出完整回路；

② 工进时液压系统的效率为多少；

③ 负载降为0时（即F=0），活塞的运动速度和回油腔的压力？ 解：①如图

7

②?系?N1Fv4000?18???0.533 NPppqp5.4?106?25?10?3③F=0时压力全作用在节流阀上，

p2A2=p1A1?F?p2=p1A1F8040000?=5.4?106???0.8MPa?4A2A24040?10qT?CdAT2?pq?AT?T?Cd25?10?3900?62=?15.9?10m2?p0.62?602?0.8?106?''p2 A2?p1A1?p2?p1A180?5.4??10.8Mpa A240q ??T?A2CdATA22?p?0.62?15.9?10??640?102?10.8?106900?0.38m/s ?42．回油节流调速系统的泵源为一只限压式变量泵，最大流量为25L/min，调节好的限压压力为4.5MPa，截止压力为7MPa。回油路上的调速阀工作时，其节流阀两端压差为恒值Δp=0.3MPa（液压缸大腔进油为前进方向），液压缸大腔面积A1=20cm2，小腔面积A2=10cm2，工进时负载为F=10000N，快进与快退时负载均为0。试： ① 画出完整回路。② 液压缸运动速度为5 m/min时，泵的出口压力。 ③ 此时调速阀中定差减压阀的压力降。

④ 此时调速阀的节流阀的开口面积，流量系数为Cd=0.62，ρ=900kg/m3。 ⑤ 此时系统的效率为多少？

解：①如图

②q1??A1?5?20?10?4

?10L/min q1x10=??x?1所以pP?6MPa qmax7?4.525③ p2A2=p1A1?F?p2=p1A1F2010000?=6?106???2MPa ?pJ=2-0.3=1.7 MPaA2A21010?10?4④ q2?qT?A210?q1??10?5L/min A1208

qT?CdAT⑤?系?2?pq?AT?T?Cd5?10?3900=?5.2?10?6m2?0.052cm2 62?p0.62?602?0.3?10?N1Fv10000?5???0.833 6?3NPppqp6?10?10?10

3．如图7.25所示的液压回路可以实现“快进-工进-快退”动作的回路（活塞右行为“进”，左行为“退”），如果设置压力继电器的目的是为了控制活塞的换向，试问：图中有哪些错误？为什么是错误的？应该如何改正？

答：（1）行程开关应为常开型，这是为了实现快进；（2）单向阀应反向，这是为了

实现工进；（3）背压阀应接换向阀的右油口，这是为了使动作更加平稳，放在回油路上；图7.25

（4）压力继电器应直接接在大腔进油口处，测大腔压力，原图接法，压力继电器的压力是不变化的。 4．如图7.26所示的液压回路，它能否实现“夹紧缸Ⅰ先夹紧工件，然后进给缸Ⅱ再移动”的要求（夹紧缸Ⅰ的速度必须能调节）？为什么？应该怎么办？

答：不能实现“夹紧缸I先夹紧工件，然后进给缸II再移动”的要求。因为系统压力恒定在py，若px > py，则夹紧缸I先夹紧而进给缸II在I夹紧后不动作，若px < py，则夹紧缸I和进给缸II同时动作。应该将顺序阀的远程控制口放在单向阀的后面。

图7.26

5．如图7.27所示的压力继电器式顺序动作回路是怎么实现1→2→3→4顺序动作的？在元件数目不增加、排列位置容许变更的条件下，如何实现1→2→4→3的顺序动作，画出变动顺序后的液压回路图。

图7.27

9

答：变前 1 YA 2 YA 3 YA 4 YA 实现动作 按下启动电钮 ＋ － － － 1 左活塞碰上死挡铁，1PD发出信号 ＋ － ＋ － 2 右活塞压下行程开关2XK发出信号 ＋ － － ＋ 3 右活塞碰上死挡铁，2PD发出信号 － ＋ － － 4 左活塞压下行程开关1XK发出信号 － － － － 停止 变后，要实现1?2?4?3的顺序动作，2XK与其左端死挡铁换个位置，2PD移到左缸进口处。

1 YA 2 YA 3 YA 4 YA 实现动作 按下启动电钮 ＋ － － － 1 左活塞碰上死挡铁，1PD发出信号 ＋ － ＋ － 2 右活塞碰上死挡铁，2PD发出信号 － ＋ ＋ － 4 左活塞压下行程开关1XK发出信号 － － － ＋ 3 右活塞压下行程开关2XK发出信号 － － － － 停止

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