液压与气压传动技术及应用(田勇、高长银)课后习题答案

第1章 习题答案

1. 液压与气压传动是以流体（液压油或压缩空气）作为工作介质对能量进行传递和控制的

一种传动形式。

液压千斤顶、机床动力滑台液压系统等等。 汽车开关门气动系统、气动磨粉机等等。 2. p3-4 3. p4-6

4. 答：不行。

因为，液压传动中有较多的能量损失（摩擦损失、压力损失、泄漏损失），效率低，所以不宜作远距离传动。

5. 答：液压传动工作平稳、功率大、输出力大，但功率损失大不宜作远距离传动；而气压

传动便于作远距离传动，具有防火、防爆、耐潮湿的能力，与液压方式相比，气动方式可在恶劣的环境（高温、强振动、强冲击、强腐蚀和强辐射等）下进行正常工作，但是，由于气体的可压缩性较大，平稳性不如液压传动，且压力级一般小于0.8MPa，系统的输出力较小。有时采用气液联动方式可以克服彼此的缺陷，利用彼此的优势。 6. p6-8

第2章习题答案

2.8 思考题与习题答案

1. 液压油有哪几种类型？液压油的牌号和粘度有什么关系？如何选用液压油？ 答：目前液压油主要包括矿物型液压油和难燃型液压油；液压油的粘度等级是以其40℃时运动粘度的中心值来表示的，如L-HM32液压油的粘度等级为32，则40℃时其运动粘度的

2

中心值为32mm/s；选择液压油一般首先选择液压油的品种，然后再选择液压油的粘度。

2. 动力粘度、运动粘度的含义是什么？ 答：动力粘度是指液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。液体的动力粘度与其密度的比值，称为液体的运动粘度。

3. 液压油粘度过高、过低会有什么不良的影响？

答：液压油粘度过高对液压装置不利，其本身也会发生化学变质，产生各种生成物，缩短它的使用期限；过低影响其润滑效果。

4. 什么是压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的工作压力与外界负载有什么关系？

答：静止液体某点处单位面积上所受的法向力称为该点的静压力。静压力在物理学上称为压强，在液压传动中称为压力。压力有两种表示方法：一种是以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力；另一种是以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。液压系统的工作压力随着外界负载的增大而增大。

5. 连续性方程的本质是什么？它的物理意义是什么？

答：连续方程的本质是质量守恒。它的物理意义是在单位时间内流过管中每一截面的液体质量是相等的。

6. 说明伯努利方程的物理意义，并指出理想液体的伯努利方程和实际液体的伯努利方程有什么区别。

答：伯努利方程的物理意义就是能量守恒定律在流体力学中的具体表达式。理想液体的伯努利方程表示液体在流动时，具有三种形式的能量，分别是动能、势能和压力能。它们之间可以相互转换，但总和不变。但实际液体在管道内流动时，由于液体存在粘性，会产生摩擦力，消耗能量；同时，管道局部形状和尺寸的变化，会使液流产生扰动，也消耗一部分能量。因此，实际液体在流动过程中，会产生流量损失。

7. 管路中的压力损失有哪几种？它们有什么区别？

答：在液压传动中，能量损失主要表现为压力损失，压力损失可分为沿程压力损失和局部压力损失。油液沿等直径直管流动时所产生的压力损失，称为沿程压力损失。这类压力损失是由液体流动时的内、外摩擦力所引起的。它主要取决于管路的长度、内径、液体的流速和粘度等。而局部压力损失是油液流经局部障碍（如弯头、接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流方向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点间及质点与固体壁面间相互碰撞和剧烈摩擦而产生的。

8. 一个潜水员在海深300m处工作，若海水密度??1000kg/m3，问潜水员身体受到的静压力等于多少？

解：由静力学基本方程知，在海深为h?300m处液体静压力为

p?p0??gh?(106?1000?9.8?300)N/m2 ?3.9?106N/m2?3.9MPa

9. 一平板相距另一固定平板0.8mm，二板间充满液体，上板在每平方米为4N的力作用下以0.5m/s的速度移动。求该液体的粘度。

Ff??解：由动力粘度的物理意义及公式??，可得该液体的粘度为 duduAdydy??4Pa?s?0.0064Pa?s

0.50.8?10?310. 如图2-20所示，直径为d、重力为FG的活塞浸在液体中，并在力F的作用下处于静止状态。若液体的密度为?，活塞浸入的深度为h。试确定液体在侧压管内的上升高度x。

解：由帕斯卡定律可知，

?g(x?h)?4(F?FG)

?d2 整理可得侧压管内的上升高度

x?4(F?FG)?h

??gd211. 如图2-21所示液压泵的吸油高度Hs。已知吸油管内径d?50mm，泵的流量

4?42q?140L/min，泵入口处的真空度为2?10Pa，油液的运动粘度??0.34?10m/s，

密度??900kg/m3，弯头处的局部阻力系数??0.5，沿程压力损失忽略不计。

解：设真空度为Pt，局部压力损失为P?，进口处的速度为v1，泵出口处的速度为v2，油液在管内的速度为v，泵出口处的压力为P2，那么由实际伯努利方程

2p0v12p2v2???Hs??hw ?g2g?g2g由于v1??v2,故v1?0，又在弯头处有局部阻力，沿程压力损失忽略不计，上式整理可得真空度为

2v2Pt??gHs????p?

2又 ?p????v22，v?Re?q，v2?，取Re?2300，代入上式整理可得 2d??d/2?pt?Re2?28q2，代入数据整理可得 Hs??24?2?gg?dgdHs?2.1m

图2-20 习题10的图 图2-21 习题11的图

12. 某液压系统由泵驱动马达的管路如图2-22所示。已知管径d?16mm，管路总长

L?384cm。油液密度??880kg/m3，油液的运动粘度??18.7?10?2cm2/s，流速v?5m/s，在450时局部阻力系数??0.3，在900时??1.12，在1350时??2。试求由

泵至马达的全部压力损失为多少？ 解：全部压力损失公式

??p???p????p?

又

l10?v2l34?v2l45?v2l194?v2l100?v2??p???10d2??34d2??45d2??194d2??100d2??p???9004?v90202??450?v45202??1350?v135202??900?v90202

取??10，代入上式整理得

??p??0.83Mpa

??p??2.73Mpa

故，

??p?3.56Mpa

图2-22 习题12的图

13. 如图2-23所示，齿轮泵从油箱吸油。如果齿轮泵安装在油面之上0.5m处，泵的流量为20L/min，吸油管内径d?24mm，设滤网及吸油管道内总的压降为3?10Pa，油的密度为900kg/m3。求泵吸油时泵腔的真空度。

解：设泵的流量为q，总的压降为?p，取油箱液面为I-I截面，泵吸油口处为II-II截面，以I-I截面为基面，列些伯努利方程

4p1v12p2v22???h??hw ?g2g?g2g因为I-I截面上p1为大气压，而v1远小于v2，故v1可忽略不计，故有

p1p2v22??h??hw ?g?g2g整理可得，泵吸油口的真空度为 p1?p2??gh??v222??p

又v2?q??d/2?2，代入整理可得真空度为

p1?p2?3.47?104Pa

14. 如图2-24所示的柱塞直径d?22mm，缸套的直径D?26mm；长l?76mm，柱塞在力F?50N的作用下往下运动。若柱塞与缸套同心，油液的动力黏度

??0.784?10?6Pa?s。求柱塞下落0.1m所需时间。

解：经分析知此题可用同心环形缝隙的有关知识求解，同心环形缝隙的公式为

?dh3Q??p

12?l其中，h?DdF?，?p?，代入数据整理可得 222??d/2?Q?101.8m3/s

设液体沿缝隙上升的速度为v，由公式v?Q22???D/2???d/2????，代入整理可得

v?6.8?105m/s

那么下落0.1m所需时间为t?1.5?10s

?7

图2-23 习题13的图 图2-24 习题14的图

15. 如图2-25所示，油管水平放置，截面1-1、2-2处的内径分别为d1?10mm，

d2?30mm，在管内流动的油液密度??900kg/m3，运动粘度??20mm2/s。若不计油

液流动的能量损失，试问：

（1）截面1-1和2-2哪一处压力较高？为什么？

（2）若管内通过的流量q?40L/min，求两截面间的压力差?p。

图2-25 习题15的图

解：设在截面1-1处的压力为p1，油液速度为v1；在截面2-2的压力为p2，油液速度为v2，水平油管中心为零势能面。

（1）由理想液体伯努利方程可得

p1v12p2v22 ????g2g?g2g整理得p1?p2??v222??v122

又由理想液体连续性方程得 v1d12?v2d22 由于d1?d2，故由v1?v2 因此 p1?p2

（2）当管内通过流量为q的液体时，可求得 v2?q??d1/2?2，通过公式 v2?Re?，在d2Re?2300时，可得v2，把数据代入整理可得压力差为

?p??v222??v122??p? 又?p????v22，v?Re?，取Re?2300，代入数据整理得 d?p??3.14?104Pa

第3章思考题与习题参考答案

1．液压泵的工作压力取决于什么？液压泵的工作压力和额定压力有什么区别？ 答：液压泵的工作压力取决于负载，负载越大，工作压力越大。液压泵的工作压力是指在实际工作时输出油液的压力值，即液压泵出油口处的压力值，也称为系统压力。

额定压力是指在保证泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下，泵连续运转时允许使用的压力限定值。

2．如何计算液压泵的输出功率和输入功率？液压泵在工作过程中会产生哪两方面的能量损失？产生这些损失的原因是什么？

答：液压泵的理论输入功率为P??pq。 i??T?2?nT，输出功率为P0?F??pA功率损失分为容积损失和机械损失。容积损失是因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩而造成的流量上的损失；机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。

3．齿轮泵为什么有较大的流量脉动？流量脉动大会产生什么危害？ 答：由于齿轮啮合过程中压油腔的容积变化率是不均匀的，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。流量脉动引起压力脉动，随之产生振动与噪声。

4．为什么齿轮泵的吸油口和出油口的位置不能任意调换？

答：由于齿轮泵存在径向液压力不平衡的问题，为减小液压力的不平衡，通中出油口的直径小于吸油口的直径，因此吸油口和出油口的位置不能任意调换。

5．试说明齿轮泵的困油现象及解决办法。 答：齿轮泵要正常工作，齿轮的啮合系数必须大于1，于是总有两对齿轮同时啮合，并有一部分油液因困在两对轮齿形成的封闭油腔之内。当封闭容积减小时，被困油液受挤压而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热并使轴承等机件受到附加的不平衡负载作用；当封闭容积增大时，又会造成局部真空，使溶于油液中的气体分离出来，产生气穴，这就是齿轮泵的困油现象。

消除困油的办法，通常是在两端盖板上开卸荷槽。

6．齿轮泵压力的提高主要受哪些因素的影响？可以采取哪些措施来提高齿轮泵的工作压力？

答：齿轮泵压力的提高主要受压力油的泄漏的影响。通常采用的方法是自动补偿端面间隙，其装置有浮动轴套式和弹性侧板式齿轮泵。

7．试说明叶片泵的工作原理。并比较说明双作用叶片泵和单作用叶片泵各有什么优缺点。

答：叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下，叶片顶部贴紧在定子内表面上，于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子间便形成了一个个密封的工作腔。当转子旋转时叶片向外伸出，密封工作腔容积逐渐增大，产生真空，于是通过吸油口和配油盘上窗口将油吸入。叶片往里缩进，密封腔的容积逐渐缩小，密封腔中的油液往配油盘另一窗口和压油口被压出而输到系统中去，这就是叶片泵的工作原理。 双作用叶片泵结构复杂，吸油特性不太好，但径向力平衡；单作用叶片泵存在不平衡的径向力。

8．限压式变量叶片泵的限定压力和最大流量怎样调节？在调节时，叶片泵的压力流量曲线将怎样变化？

答：调节弹簧预紧力可以调节限压式变量叶片泵的限定压力，这时BC段曲线左右平移；调节流量调节螺钉可以改变流量的大小，AB段曲线上下平移。

qAA’BB’qt0Cpcpc’pmaxp

9．为什么轴向柱塞泵适用于高压？

答：由于轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸小、惯性小、容积效率高，所以一般用于工程机械、压力机等高压系统中。

10．略。

11.液压泵的额定流量为100 L/min，液压泵的额定压力为2.5 MPa，当转速为1 450 r/min时，机械效率为?m=0.9。由实验测得，当液压泵的出口压力为零时，流量为106 L/min；压力为2.5 MPa时，流量为100.7 L/min，试求：（1）液压泵的容积效率?V是多少？（2）如果液压泵的转速下降到500 r/min，在额定压力下工作时，估算液压泵的流量是多少？（3）计算在上述两种转速下液压泵的驱动功率是多少？ 解：（1）?v?q100.7??0.95 qt106（2）q1?Vn1?v?n1500qt?v??106?0.95? 34.7L/min n1450（3）在第一种情况下：

Pi?P0t?m?pqt?m2.5?106?106?10?3??4.9?103W

0.9?60在第二种情况下：

Pi1?P0t1?m?pqt1?m2.5?106?34.7?10?3??1.69?103W

0.9?60?0.95答：液压泵的容积效率?V为0.95，在液压泵转速为500r/min时，估算其流量为34.7L/min，液压泵在第一种情况下的驱动功率为4.9?10W，在第二种情况下的驱动功率为1.69?10W。 12．某组合机床用双联叶片泵YB 4/16×63，快速进、退时双泵供油，系统压力p = 1 MPa。工作进给时，大泵卸荷（设其压力为0），只有小泵供油，这时系统压力p = 3 MPa，液压泵效率?= 0.8。试求：（1）所需电动机功率是多少？（2）如果采用一个q = 20 L/min的定量泵，所需的电动机功率又是多少？ 解：（1）快速时液压泵的输出功率为：

3

3

1?106?(16?63)?10?3P01?p1q1??1316.7 W

60工进时液压泵的输出功率为：

3?106?16?10?3P02?p2q2??800 W

60电动机的功率为：

P电?P01??1316.7?1646 W 0.83?106?20?10?3（2）电动机的功率为：P??1250 W 电??0.8?60pq答：所需电动机功率是1646 W，如果采用一个q = 20 L/min的定量泵，所需的电动机功率是1250 W。

13．齿轮泵输出流量不足，压力上不去的原因是什么？怎样排除？

答：答案参见表3-3。 14.略。

15．柱塞泵噪声过大的原因是什么？怎样排除？ 答：答案参见表3-5。

第4章思考题与习题参考答案

1．常用的液压马达有哪些类型？结构上各有何特点？各用于什么场合？

答：常用的液压马达有齿轮式、叶片式、柱塞式和其它形式。齿轮式液压马达由于密封性差，容积效率低，输入油压力不能过高，不能产生较大的转矩，因此齿轮液压马达仅适合于高速小转矩场合，一般用于工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。叶片式液压马达体积小，转动惯量小，动作灵敏，可适用于换向频率较高的场合，但其泄漏量较大，低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。柱塞式液压马达结构形式基本上与柱塞泵一样，故可分为轴向柱塞马达和径向柱塞马达。轴向柱塞马达通常都是高速马达，输出扭矩较小。而径向柱塞马达多用于低速大转矩的情况下，

2.略。

3．常用的液压缸有哪些类型？结构上各有何特点？各用于什么场合？

答：常用的液压缸主要有活塞式液压缸、柱塞式液压缸和摆动式液压缸。活塞式液压缸主要有缸筒、活塞和活塞杆、端盖等主要部件组成。通常应用于各种金属切削机床、压力机、注塑机、起重机等液压系统。柱塞式液压缸的主要特点是柱塞与缸体内壁不接触，所以缸体内孔只需粗加工甚至不加工，故工艺性好，适用于较长行程的场合，例如，龙门刨床、大型拉床等设备的液压系统中。摆动式液压缸结构紧凑，输出转矩大，但密封性较差，一般用于机床加工夹具的夹紧装置、送料装置、转位装置、周期性进给机构等中低压系统以及工程机械中。

4．略。

5.从能量的观点来看，液压泵和液压马达有什么区别和联系？从结构上来看，液压泵和液压马达又有什么区别和联系？

答：从能量的观点来看，液压泵是将驱动电机的机械能转换成液压系统中的油液压力能，是液压传动系统的动力元件；而液压马达是将输入的压力能转换为机械能，输出扭矩和转速，是液压传动系统的执行元件。它们都是能量转换装置。

从结构上来看，它们基本相同，都是靠密封容积的变化来工作的。

6．已知单杆液压缸缸筒直径D = 100 mm，活塞杆直径d = 50 mm，工作压力p1=2 MPa，流量为q = 10 L/min，回油背压力为P2= 0.5 MPa，试求活塞往复运动时的推力和运动速度。

解：（1）无杆腔进油时：F1?p1A1?p2A2????p41?p2?D2?p2d2

?F1??466262??1.08?104 N ??2?10?0.5?10?0.1?0.5?10?0.05????q10?10?3?1???0.021 m/s

A1??0.12?604（2）有杆腔进油时：F2?p1A2?p2A1????p41?p2?D2?p1d2

?

F2??466262??0.785?104 N ??2?10?0.5?10?0.1?2?10?0.05????q10?10?3?2???0.028 m/s

A2??(0.12?0.052)?604答：当无杆腔进油时的活塞推力是1.08?10N，运动速度是0.021 m/s；当有杆腔进油时活塞的推力是0.875?10N，运动速度是0.028 m/s。

7．已知单杆液压缸缸筒直径D = 50 mm，活塞杆直径d = 35 mm，泵供油流量为q = 10 L/min，试求：（1）液压缸差动连接时的运动速度；（2）若缸在差动阶段所能克服的外负载F = 1 000 N，缸内油液压力有多大（不计管内压力损失）？

解：（1）??4

4

q?4?10?10?3d2?4?0.17 m/s

?0.0352?60（2）p?F?4?1000d2?4?1.04 MPa

?0.0352答：液压缸差动连接时的运动速度是0.17 m/s；若缸在差动阶段所能克服的外负载F=1 000 N时，缸内油液压力是1.04 MPa。

8．一柱塞缸柱塞固定，缸筒运动，压力油从空心柱塞中通入，压力为p，流量为q，缸筒直径为D，柱塞外径为d，内孔直径为d0，试求柱塞缸所产生的推力F和运动速度?。

qq4q ??2?4Ad2?d4?4q答：柱塞缸所产生的推力等于F?d2p，运动速度等于??。 24?d解：F?pA??d2p，??

9．如图所示的叶片泵，铭牌参数为q = 18 L/min，p = 6.3 MPa，设活塞直径D = 90 mm，活塞杆直径d = 60 mm，在不计压力损失且F = 28 000 N时，试求在各图示情况下压力表的指示压力是多少？（p2=2 MPa）

解：（a）p?F28000??4.4 MPa ?A?0.0924F?p2A2（b）p??A（c）p?p0

28000?2?106??4?0.092?0.062???4?5.5 MPa

?0.092第五章 习题解答

1. 说明普通单向阀和液控单向阀的原理和区别，它们有哪些用途？

2. 何为换向阀的“位”、“通”及“中位机能”？简述常用换向阀的中位机能特点（O、M、P、H、Y）。

3．先导型溢流阀由哪几部分组成？各起什么作用？与直动型溢流阀比较，先导型溢流阀有什么优点？

4. 现有两个压力阀，由于铭牌脱落，分不清哪个是溢流阀，哪个是减压阀，又不希望把阀拆开，如何根据其特点作出正确判断？

5.先导式溢流阀的阻尼孔起什么作用?如果它被堵塞将会出现什么现象？如果弹簧腔不与回油腔相接，会出现什么现象？

6．为什么减压阀的调压弹簧腔要接油箱？如果把这个油口堵死将会怎样？若将减压阀的进出口反接，又会出现什么情况？

7．对于弹簧对中型的电液换向阀，其电磁先导阀为什么通常采取Y型中位机能？

8．节流阀最小稳定流量有什么意义？影响节流口流量的主要因素有哪些？

9. 试根据调速阀的工作原理进行分析：调速阀进油口、出油口能否反接？进油口、出油口反接后将会出现怎样的情况？

在节流调速系统中，如果调速阀的进、出油口接反了，将会出现怎样的情况?试根据调速阀的工作原理进行分析。

10．简述比例阀的工作原理，比例阀有哪些用途？

11．如题5-1图所示，开启压力分别为0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa的三个单向阀串联（如图a）或并联（如图b），当O点刚有油液流过时，P点压力各为多少？

题图5-1 答：（a）压力为0.9MPa （2）压力为0.2MPa

12．题图5-2所示系统中，两个溢流阀单独使用时的调整压力分别为pY1=2MPa，pY2=4MPa。若不计溢流阀卸荷时的压力损失，试判断二位二通阀在不同工况下，A点和B点的压力。

题图5-2

答：

（1）1YA得电，2YA失电，A点压力为4MPa，B点压力为4MPa （2）1YA失电，2YA得电，A点压力为0MPa，B点压力为2MPa （3）1YA失电，2YA失电，A点压力为4MPa，B点压力为6MPa

13．如题图5-3所示溢流阀的调定压力为5MPa若阀心阻尼小孔的损失不计，试判断下列情况下压力表数各为多少？

（1）电磁铁断电，负载为无限大时； （2）电磁铁断电，负载为4MPa； （3）电磁铁通电，负载为3MPa时。

题图5-3

答：

（1）电磁铁断电，负载为无限大时，压力为5MPa （2）电磁铁断电，负载为4MPa，压力为4MPa （3）电磁铁通电，负载为3MPa时，压力为0MPa

14．先导式溢流阀主阀芯上的阻尼孔直径d0=1.2mm，长度l=12mm，通过小孔的流量

-623

q=0.5L/min，油液的运动粘度为ν=20×10m/s。试求小孔两端的压差(ρ=900kg/m)。 答：

由圆管层流公式

q??d4128?l?p

可知：

?p?128?lq/?d4?0.354×l05Pa

15．在题图5-43所示回路中，已知活塞的运动负载为F?1.2kN，活塞的面积

A?15?10?4m2，溢流阀调整压力为pP?4.5MPa，两个减压阀的调整压力分别为pj1?3.5MPa,pj2?2MPa。如不计管道及阀上的流动损失，试确定：

（1）油缸活塞运动时，A、B、C点的压力？ （2）油缸运动到端位时，A、B、C点的压力？ pJ1pJ2

BAC 题图5-4

注意：该题中原书图错了，现在进行更换。

F答：

（1）活塞在运动时，A、B两点的压力；

pL?F?1200/15*104?0.8MPa A由于负载压力小于减压阀调定压力，所以减压阀不起作用，则： pA?pB?0.8MPa

（2）活塞到达尽头时，A、B两点的压力

当活塞运动到终点时，负载压力为无穷大，则减压阀和溢流阀工作：pA?3.5Mpa

pB?4.5MPa，pC?2MPa

16．题图5-44所示，溢流阀的调整压力为5.0MPa，减压阀的调整压力为2.0MPa，试分析下列各情况,并说明减压阀阀口处于什么状态。 （1）当泵的出口压力等于溢流阀调整压力时，夹紧缸使工件夹紧后，A、C点的压力为多少？ （2）当泵的出口压力由于工作缸快进使压力降至1.0MPa时（工件原先处于夹紧状态），A、C点的压力为多少？

（3）夹紧缸在夹紧工件前作空载运行时，A、B、C三点的压力各为多少？

CBA

题图5-44

答： （1）当泵的出口压力等于溢流阀调整压力时，夹紧缸使工件夹紧后，A、C点的压力为多少？ 当夹紧缸使工件夹紧后，负载压力为无穷大，则减压阀和溢流阀工作：pA?pC?2Mpa （2）当泵的出口压力由于工作缸快进使压力降至1.0MPa时（工件原先处于夹紧状态），A、C点的压力为多少？

溢流阀关闭，减压阀不起作用，B点压力与A点压力相等，pA?1Mpa，工件夹紧单向阀反向截止，pC?2Mpa

（3）夹紧缸在夹紧工件前作空载运行时，A、B、C三点的压力各为多少？ pA?pB?pC?2Mpa

17．题图5-45所示回路，减压阀调定调定压力为pJ，负载压力为pL，试分析下述各情况下，减压阀进、出口压力的关系及减压阀口的开启状况： （1）pY pL； （2）pY>pJ，pJ> pL； （3）pY>pJ，pJ= pL； （4） pY>pJ，pL=∞。

题图5-45

答：

（1）当PY＜PJ,PJ＞PL时，即负载压力小于减压阀调定值，溢流阀调定值也小于减压阀调定值，此时，减压阀口处于全开状态，进口压力、出口压力及负载压力基本相等。

（2）当PY>PJ,PJ＞PL时，即负载压力仍小于减压阀调定值，溢流阀调定值大于减压阀调定

值。此时，与（1)情况相同，减压阀口处于小开口的减压工作状态，其进口压力、出口压力及负载压力基本相等。

（3）当PY>PJ,PJ=PL时，即负载压力等于减压阀调定值，而溢流阀调定值仍大于减压阀调定值，此时，减压阀口处于小开口的减压工作状态，其进口压力等于溢流阀调定值，出口压力等于负载压力。

（4）当PY>PJ,PL=∞时，即负载压力相当大（如液压缸运动到行程终点时）。此时减压阀口基本处于关闭状态，只有少量油液通过阀口流至先导阔；进口压力等于溢流阀调定值，出口压力等于减压阀调定值。

第六章

略

第7章 思考题与习题答案

7.1进油节流调速回路的功率损失包括溢流损失和节流损失；该回路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率液压系统。

7.2节流阀位于回油路上使液压缸回油腔产生一定的背压，该回路能承受一定的负值负载，提高了液压缸的速度稳定性。同一节流阀放在回油路上可获得比进油路上更高的速度。 7.3 旁路节流调速回路的功率损失只有节流损失；该回路在负载变化时速度变化较前两种回路更严重，即此回路的速度刚性更软，速度稳定性更差，本回路的低速承载能力更差，调速范围也更小。

7.4 采用节流阀的调速回路当负载变化时，会引起节流阀前后两端工作压差的变化。对于有效通流面积一定的节流阀来说，当工作压差变化时，通过的流量也会变，这样就导致液压缸的运动速度变化。因此，采用节流阀的调速回路的速度平稳性比较差。采用调速阀的调速回路，其速度平稳性大为改善。因为只要调速阀的工作压差超过它的最小工作压差值，则通过调速阀的流量便不随压差变化。 7.5 实现顺序运动的方式有：采用顺序阀、压力继电器、行程开关、机动换向阀等多种方式。 7.6 同步回路主要有采用同步缸或同步马达同步回路和带补偿装置的同步回路两种。采用同步缸或同步马达的同步运动回路的同步精度取决于液压缸或马达的加工精度和密封性，一般不宜做得过大，所以这种回路仅适用于小容量的场合。带补偿装置的同步运动回路采用两液压缸串联、面积相等来实现同步，本回路中的补偿装置可以使液压缸在每一次运动中消除同步误差，从而提高同步精度。

7-7 在a）、b）图中均是B缸先动，因为A、B两液压缸完全相同，且负载F1?F2，所以B缸先动；a）图中液压缸的运动速度比b）图中的低，因为a）图为进油节流调速回路，b）图为回油节流调速回路，并且同一节流阀位于进口可使液压缸得到比出口更低的速度。 7-8 快进时，双泵同时供油，速度为v?0.0833m/s；压力表读数为0.63MPa。 工进时，回路承载能力为F?80KN。

7-9 ??0.0145m/s；qY?4.25L/min；??19.33% 7-10??5.33%；p2?10.8MPa。

第八章气压传动基本知识

8-1 干空气的密度与哪些因素有关？写出干空气密度表达式？

答：干空气的密度与温度与压力有关。

3.482?10?3p （kg） ??m3T8-2 何谓湿空气？有哪些评定指标？

答：由干空气与水蒸气组成的混合气体，称为湿空气。 评定指标有绝对湿度、相对湿度、含湿量和露点。

8-3 设湿空气的压力为0.1013MPa，温度为70℃，相对湿度为60%，求 （1）绝对湿度？

（2）气温降到多少摄氏度时，开始结露水（露点）？ 答：绝对湿度为60%。气温降低到20℃时，开始结露水。

8-4 气压压缩机向容积为20L的气罐内充气至p1=0.8MPa时停止，此时罐内的温度为t1=40℃,又经过若干消失，缸内温度降至室温t1=10℃，问 （1）此时，罐内的压力为多少？

（2）此时，罐内压缩了多少室温为10℃的自由空气（设大气压压力近似为0.1MPa）？ 答：由等容变化过程可知：

p1p20.8p2????p2?0.2MPa T1T24010 由等温变化过程可知：p1V1?p2V2?0.2*20?0.1*V2?V2?40L 8-5 如何定义马赫数？说明它的物理意义？ 答：速度与声速之比称为马赫数。

马赫数是声速的倍数，是气体流动的一个重要参数，也是气体压缩性的一个判别数。 8-6 多个元件组合后的有效截面面积如何计算？写出并联组合、串联组合、串并联组合元件的有效截面面积的计算公式？

答：在回路中有多个阀类元件连接使用时，可用一总有效面积来代替。

当n个元件并联时总有效面积为

A?A1?A2?A3?...?An

当n个元件串联时总有效面积为

11111 ????...?22A2A12A2A32An当n个元件串并联时总有效面积为

A?A1?A2?1?...?An?m?2

111??...A3A4Am

第九章常用气压传动元件

9-1 简述活塞式空压机的工作原理？

答：其工作原理如课文中9-2所示。当活塞3向右运动时，气缸2内活塞左腔的压力低于大气压力，吸气阀9被打开，空气在大气压力作用下进入气缸2内，这个过程 称为“吸气过程”。当活塞向左移动时，吸气阀9在缸内压缩气体的作用下而关闭，缸内气体被压缩，这个过程称为压缩过程。当气缸内空气压力增高到略高于输气管内压力后，排气阀l被打开，压缩空气进入输气管道，这个过程称为“排气过程”。活塞3的往复运动是由电动机带动曲柄转动，通过连杆、滑块、活塞杆转化为直线往复运动而产生的。图中只表示了一个活塞一个缸的空气压缩机，大多数空气压缩机是多缸多活塞的组合。 9-2 简述油雾器的工作原理？

答：引射原理是从喷管喷出一股流体，由于质点的相互摩擦、碰撞，使它具有卷吸周围静止流体的作用（如课文中9-12a所示），主射流将自身的一部分能量传给周围流体，从而夹带周围一部分流体一起向前运动。

如果在喷管外部套一个比喷管尺寸大的管道，如课文中9-12b所示，这样便限制了射流与外界的接触。这时，由喷管喷出来的射流，还是要卷吸一部分周围流体向前运动，于是在射流的周围形成低压区，套管中流体便被卷吸进来，与喷管喷出的流体混合后，经出口流出。这种利用一股较高速度的流体射流将另一股流体（静止或低速的流体）吸入并相互混合后一起流动的现象称为引射现象。

当射流从油杯中将油引射出来时，气流绕过油滴或球体，油滴表面压力分布不均，出现局部低压区（相对来流压力），此低压力的作用正好与油滴表面张力相反，低压力的作用使油滴膨胀，表面张力的作用使油滴紧缩，当低压力的大于油滴表面张力时，油滴膨胀并被撕裂成更小油珠。这样便使油发生雾化。由上述分析可见，当引射流体的速度（即来流速度）越高，则油滴表面形成负压越厉害，越容易将油滴撕裂，即越容易雾化。 9-3 气源装置中为什么要设置储气罐，其容积和尺寸应如何确定？

答：设置贮气罐的主要目的是使压缩空气供气平稳，减少压力脉动；作为压缩空气瞬间消耗需要的储存补充之用；储存一定量的压缩空气，停电时可使系统继续维持一定时间；可降低空压机的启动-停止频率，其功能相当于增大了空压机的功率；利用储气罐的大表面积散热使压缩空气中的一部分水蒸气凝结为水。

根据贮气罐的主要用途不同而选择相应的计算方法进行计算。 9-4 气动系统管道选择的原则是什么？

答：1）从空气压缩机的排气口至冷却器、油水分离器、气罐、空气干燥器的压缩空气管道构成了空气压缩机站管道；空气从空气压缩机站输出到气动设备之间的管道称为空气输送管道，这两种管道均以无缝钢管作为输送管道。

2）硬管适用于高温、高压和固定的场合。在小范围之内高等级的镀锌焊接管经过耐压试验以后也可以使用。虽然紫铜管道价格昂贵，其抗振能力较弱，但比较容易弯曲和安装，因此固定部分的安装可以选择。

3）软管用于工作压力不高、温度较低的场合。软管拆装方便，密封性能好，适用于气动元件之间的连接。

9-5 简述冲击气缸的工作过程？

答：冲击气缸的整个工作过程可简单地分为三个阶段。第一个阶段[图9-22a]，压缩空气由孔A输入冲击缸的下腔，蓄气缸经孔口排气，活塞上升并用密封垫封住喷嘴，中盖和活塞间的环形空间经排气孔与大气相通。第二阶段[图9-22 b]，压缩空气改由孔召进气，输入蓄气缸中，冲击缸下腔经孔A排气。由于活塞上端气压作用在面积较小的喷嘴上，而活塞下端受力面积较大，一般设计成喷嘴面积的9倍，缸下腔的压力虽因排气而下降，但此时活塞下端向上的作用力仍然大于活塞上端向下的作用力。第三阶段[图9-22c]，蓄气缸的压力继续增大，冲击缸下腔的压力继续降低，当蓄气缸内压力高于活塞下腔压力9倍时，活塞开始向下移动，活塞一旦离开喷嘴，蓄气缸内的高压气体迅速充人到活塞与中间盖间的空间，使活塞上端受力面积突然增加9倍，于是活塞将以极大的加速度向下运动，气体的压力能转

换成活塞的动能。在冲程达到一定时，获得最大冲击速度和能量，利用这个能量对工件进行冲击做功，产生很大的冲击力。

9-6 说明直动式和先导式减压阀的工作原理？

答：如图9-46为直动式减压阀的结构原理。输入气流经P1 进入阀体，经阀口2节流减压后从P2口输出，输出口的压力经过阻尼孔4进入膜片室，在膜片上产生向上的推力，当出口的压力P2瞬时增高时，作用在膜片上向上的作用力增大，有部分气流经溢流口和排气口排出，同时减压阀芯在复位弹簧1的作用下向上运动，关小节流减压口，使出口压力降低；相反情况不难理解。调解手轮8就可以调节减压阀的输出压力。采用两个弹簧调压的作用是调节的压力更稳定。

2)先导式减压阀

如图9-47为某先导式减压阀的结构原理图。与直动式减压阀相比，该阀增加了由喷嘴10、挡板11、固定节流孔5及气室所组成的喷嘴挡板放大环节。当喷嘴与挡板之间的距离发生微小变化时，就会使气室中的压力发生很明显的变化，从而引起膜片6有较大的位移，去

控制阀芯4的上下移动，使进气阀口3开大或关小，提高了对阀芯控制的灵敏度，也就提高了阀的稳压精度。

9-7 简述快速排气阀的工作原理？

答：如课文中9-33为快速排气阀的结构原理。当气体从P通入时，气体的压力使唇型密封圈右移封闭快速排气口e，并压缩密封圈的唇边，导通P口和A口，当P口没有压缩空气时，密封圈的唇边张开，封闭A和P通道，A口气体的压力使唇型密封圈左移，A、T通过排气通道e连通而快速排气（一般排到大气中）。

9-8 减压阀、顺序阀和安全阀这三种压力阀的图形符号有什么区别？它们各有什么用途？ 答：在常开与常闭；出口压力与进口压力反馈；出口接元件或油箱及作用的不同。 减压阀获得较低、稳定的压力，一般用于支油路； 顺序阀起压力开关作用，控制多个执行元件顺序动作； 安全阀限制系统的最高压力。

9-9 普通节流阀与排气节流阀的区别是什么？

答：安装位置不同，排气节流阀只能安装在排气位置。

9-10 为什么说双气控二位五通阀相当于一个“双稳”元件？画出职能符号并用真值表说明其逻辑功能？

答：元件属于记忆型元件，在逻辑线路中具有重要的作用。图示9-63为双稳元件的工作原理。

当A有信号输入时，阀芯移动到右端极限位置，由于滑块的分隔作用，P口的压缩空气通过S1输出，S2与排气口T相通；在A信号消失后B信号到来前，阀芯保持在右端位置，S1总有输出；当B有信号输入时，阀芯移动到左端极限位置，P口的压缩空气通过S2输出，S1与排气口T相通；在B信号消失后A信号到来前，阀芯保持在右端位置，S2总有输出；这里，

AB两个输入信号不能同时存在。元件的逻辑关系式为：S1?KB；S2?KA 。

9-11 用职能符号画出减压阀、油雾器、分水滤气器之间的正确连接顺序，并指出为什么只能这样连接？

空气过滤器，滤去空气中的灰尘、杂质、并将空气中的水分分离出来。 减压阀，起减压和稳压的作用，保证每台气动设备得到所需要的压力。

油雾器，它是一种特殊的注油装置，它将润滑油雾化后注入空气流，使之随压缩空气进入需要润滑的部件。 9-12 什么是气动逻辑元件？

答：气动逻辑元件是用压缩空气为介质，通过元件的可动部件（如膜片、阀心）在气控信号作用下动作，改变气流方向以实现一定逻辑功能的气体控制元件。

第10章 思考题与习题答案（略） 11章习题答案

1.(1)“抓住两头”即首先找出系统中的执行元件和动力元件（可能有多个）；

根据设备的工艺对液压系统的动作要求，结合动作循环表（图）要求，了解每个执行元件的工作情况；了解液压动力元件的类型。

(2)找准“主控阀”；

找准主控阀就为分析动作循环找到了支撑点，其它阀都是围绕执行元件的调节功能而确立的，如：用压力控制阀调整压力，用节流元件调整速度，用行程阀、行程开关、压力继电器或电接触式压力表发信等，实现各种工况的状态要求。

(3)“三图结合”，逐步分解；

“三图”即系统原理图、动作循环图、电磁铁得失电图表。按照执行元件动作循环图要求，以各个执行元件为核心将系统分解为一个个子系统（基本回路），然后，利用前面学过的知识逐个分析子系统工作原理，即液压油从动力元件开始，沿油路一步一步传递，……到主控阀，……直至执行元件，再回到油箱。结合电磁铁得失电表，确定某种工况时的回路中所有元件的工作状态。

2. 答：YT4543型动力滑台的液压系统主要由下列基本回路组成：

⑴限压式变量泵、调速阀、背压阀组成的容积式进油口节流调速回路（容积节流回路）； ⑵差动连接的快速运动回路；

⑶电液换向阀（由阀5、4组成）的换向回路； ⑷行程阀和电磁阀的速度换接回路； （5）串联调速阀的二次进给回路。

单向阀3除有保护液压泵免受液压冲击的作用外，主要是在系统卸荷时使电液换向阀的先导控制油路有一定的控制压力，确保实现换向动作。

单向阀6的作用是：在工进时隔离进油路和回油路。

3. 答：YB32—200型液压机液压系统的特点：

1.系统使用一个高压轴向柱塞式变量泵供油，既符合工艺要求又节省能量，这是压力机液压系统的一个特点。

2.液压机是典型的以压力控制为主的液压系统。系统压力由远程调压阀3调定；减压回路确保控制油路获得2Mpa的稳定低压；系统中的顺序阀7规定了液压泵必须在2.5MPa的压力下卸荷，从而使控制油路能确保具有一定的控制压力；系统利用管道和油液的弹性变形来实现保压，方法简单，但对液控单向阀和液压缸等元件的密封性能要求高；采用液控单向阀的平衡回路；采用了专用的泄压回路等。

3.系统中采用了专用的释压阀来实现上滑块快速返回时上缸换向阀的换向，保证液压机动作平稳，不会在换向时产生液压冲击和噪声。

4.系统中上、下两缸的动作协调是由两个换向阀互锁来保证的。一个缸必须在另一个缸静止不动时才能动作。但是，在拉伸操作中，为了实现“压边”这个工步，上液压缸活塞必须推着下液压缸活塞移动；这时上液压缸下腔的油进入下液压缸的上腔，而下液压缸的下腔的油则经过下缸溢流阀排回油箱，这样两缸能同时工作，不存在动作不协调的问题。

5.系统中的两个液压缸各设有一个安全阀进行过载保护。两缸换向阀采用串联接法也是一种安全措施。

上液压缸快速下行系统中油液流动的情况为：

进油路：液压泵→顺序阀7→上缸换向阀6(左位)→单向阀10→上液压缸上腔。 回油路：上液压缸下腔→液控单向阀11→上缸换向阀6(左位)→下缸换向阀14(中位) →油箱。

保压时液压泵卸荷的油路是：

液压泵→顺序阀7→上缸换向阀6(中位) →下缸换向阀14(中位) →油箱。 上液压缸泄压后快速返回油液流动情况为：

进油路：液压泵→顺序阀7→上缸换向阀6(右位)→液控单向阀11→上液压缸下腔； 回油路：上液压缸上腔→液控单向阀12→油箱。

阀12的作用：当上液压缸快速下行，上液压缸上腔仍因油液不足而产生负压，吸开液

控单向阀12（也称补油阀）使补油桶中的油流入上液压缸上腔；从上滑块接触工件时开始，上液压缸上腔压力升高，液控单向阀12关闭；上液压缸泄压后快速返回时，液控单向阀12被打开，油液直接流回油箱。

4.答：SZ—250A型塑料注射成型机液压系统主要有如下基本回路组成： （1）双泵供油回路； （2）卸荷回路； （3）保压回路； （4）节流调速回路； （5）顺序动作回路； （6）多级调压回路； （7）速度换接回路。

12章习题答案

1.如图：12-1

2.答：p294-295。

3.略。 4.略。

第13章 气动逻辑系统设计

1. 答：气动行程程序控制回路中的障碍信号是指行程发信装置发出的信号之间相互干扰，使动作不能正常进行。

典型障碍信号分为Ⅰ型障碍和Ⅱ型障碍。一个信号妨碍另一个信号输入，使程序不能正常进行的信号，称之为I型障碍信号，它经常发生在单往复程序回路中。信号多次出现而产生的障碍，称之为Ⅱ型障碍信号，这种障碍通常发生在多往复回路中。

障碍信号的判别与消除见课本p299。 2. A1B1 A0B0的X-D状态图：

A1B1 A0B0的气动控制回路图：

3.略 4.略 5.略

第14章 气压传动系统应用与分析

1.拉门自动开闭气动系统利用超低压气动阀,对行人的踏板动作进行检测,用以控制气缸的动作,并通过连杆机构,将气缸活塞杆的直线运动转换成拉门的开启与关闭运动。

在拉门的内、外两侧,分别装有踏板7和12,在踏板下方装有一端完全密封的橡胶管,管的另一端与超低压气动阀8和13的控制口联接。当行人踏上踏板上后,橡胶管里的压力上升,使超低压气动阀动作。

系统工作时,首先操纵手动阀2,使其上位接入工作状态,压缩空气经过气控换向阀3、单向节流阀4进入气缸6的无杆腔,使活塞杆推出,将门关闭。当行人踏上踏板7后,使超低压气动阀8换向,压缩空气经梭阀9、单向节流阀中的单向阀10进入气容11,气容里的压力迅速上升,并使气控换向阀3换向,压缩空气经单向节流阀5进入气缸6的有杆腔,活塞杆退回,将门打开。

当行人离开踏板7时,气控阀8复位,气容11中的气体即开始经单向节流阀中的节流阀

10、梭阀9和换向阀8缓慢放气。当行人经过门后踏上踏板12时,超低压气动换向阀13动作,使梭阀9上面的通口关闭,下面的通口接通。由于行人仅在经过踏板12时踏上踏板,踏过后即离开,即给气控阀13输入一个脉冲气控信号,使梭阀9的通气口更换后,阀13即复位。此时气容11中的空气则经单向节流阀10、梭阀9和气控阀13放气。由于气容的放气时间由单向节流阀10控制,使行人通过门时气容中还保持足够的压力,维持换向阀3的状态不变,门保持打开状态。在经过一段时间延时(延时时间可由单向节流阀10调节),气容11中的压力下降到一定值后,气控阀3复位,气缸6的无杆腔进气,活塞杆伸出,将门关闭。

当行人反向通过该门时,先踏上踏板12,将门打开,后踏上踏板7,将门关闭。

该回路采用逻辑“或”的功能,即行人踏上踏板7或踏上踏板12,门均打开。该回路比较简单,工作可靠。行人无论从门的哪一边均可进出。

单向节流阀4和5构成出口节流调速,以调节门的开启与关闭速度,并使门平稳地开启与关闭。减压阀1用以调节开启与关闭门的力的大小,十分方便。

将手动阀复位,气缸两腔分别经换向阀2和3通大气,则变为手动门。

2.旋转门是左右两扇门绕两端的枢纽旋转而开启的门,旋转门仅能单方向开启,不能反向打开,为防止发生危险,只用于单向通行的地方。

当行人踏上门前的踏板后,由于行人的重量使踏板产生微小的下降,检测阀LX被压下,压缩空气经检测阀后进入主控阀1和2的控制腔,主控阀1和2换向,压缩空气分别经单向节流阀后进入气缸1和气缸2的无杆腔,推动活塞杆外伸,通过齿轮齿条机构,将两边的门扇同时向同一方打开。当行人通过后,踏板恢复到原来的位置,则检测阀LX自动复位。压缩空气进入主阀1和2的另一控制腔,主阀1和主阀2换向到原来的位置,压缩空气进入气动有杆腔,使气缸活塞杆后退,将门关闭。

3.按下启动阀，压缩空气经气控换向阀V1的右位分别进入缸A1，A2的无杆腔,使缸A2夹持工件，缸A1推动A2和工件向前伸出，压下行程阀S1后，获得控制气压p1，在控制气压p1作用下，阀V2 右位机能起作用，阀V4左位起作用。压缩空气经阀V2 右位进入缸A4的有杆腔，拉动切割机锯条接近棒料，同时S2复位，左位机能起作用，p3泄压，V1复位，缸A1，A2回退。与此同时压缩空气经V3右位进入缸A5的无杆腔，使推动杆伸出，压下S4后，V3左位机能起作用，压缩空气经V3左位进入缸A5的有杆腔，使推动杆缩回，压下S3后，V3右位机能起作用，压缩空气经V3you位进入缸A5的无杆腔，使推动杆伸出，压下S4后返回，依次反复。棒料被锯下后，S1复位，p1泄压，V2复位，A4伸出，压下S2后，获得控制气压p3，从而重复上述过程。

4.小球通过时，气缸不动作，小球件进入小球通道。大球过来时，S1被堵住，阀3上位机能起作用，从而使阀2左位起作用，压缩空气进入气缸的有杆腔，使气缸缩回，将门打开，大球进入大球通道，球一旦离开S1位置，阀3复位。大球经过S2时，引起阀1上位机能起作用，从而使阀2右位起作用，压缩空气进入气缸的无杆腔，使气缸伸出，将门关闭。

第15章 电液控制技术概述

1.见课本p324，p325 2.见课本p327

第16章 电液伺服控制系统

略

第17章 电液比例控制系统

1.见课本p346 2.见课本p347~348 3.略

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