哈工大液压传动春季试题B参考答案.doc

B卷，总分：60分一、简答题（10分）1中国的液压工业是从什么时候开始起步并发展的？（2分）答：中国的液压工业开始于20世纪50年代，其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自1964年从国外引进一些液压元件生产技术、同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已经从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。20世纪80年代起更加速了对国外先进液压产品和技术的有计划引进、消化、吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量、经济效益、研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。2什么是液体压的体积弹性模量，其物理意义是什么？（1分）答：液体体积压缩系数的倒数，被称为液体的体积弹性模量，简称体积模量，用K表示，即（0.5分）液体体积弹性模量K的数值等于液体的压力增量与体积相对变化量的比值。在使用中，可用K值来说明液体抵抗压缩的能力的大小（0.5分）。3写出实际液体能量（伯努利）方程，并说明其物理意义。（2分）答：实际液体的液体能量（伯努利）方程为（1分）式中，动能修正系数和的值与液体流动状态有关，当液体紊流时取 =1，层流时取 = 2。实际液体能量（伯努利）方程的物理意义与理想液体能量（伯努利）方程的物理意义基本相同，但是考虑到实际液体的流动速度和流动时的能量损失，增加了动能修正系数和能量损失项。实际液体的能量（伯努利）方程的物理意义是：实际液体在管道中作定常流动时，具有压力能、动能和位能三种形式的机械能。在流动过程中这三种能量可以相互转化。但是上游截面这三种能量的总和等于下游截面这三种能量总和加上从上游截面流到下游截面过程中的能量损失（1分）。能量（伯努利）方程揭示了液体流动过程中的能量变化规律。它指出，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。4液压马达效率都包括哪几项内容，都表示什么内涵？（3分）答：液压马达的效率有总效率、容积效率和机械效率三项。（1）总效率：液压泵在工作中有能量损失，因此其输出功率小于输入功率，总效率以表示：（1分） 液压马达的总效率由两部分组成，即容积效率和机械效率。（2）容积效率，以表示：（1分）（3）机械效率，以表示：（1分）5双出杆活塞缸有什么特点？缸固定和活塞杆固定两种方式在实际使用上有什么区别？（2分）答：双出杆活塞缸两腔的有效工作面积相等，因此它在两个方向上的输出推力F和速度v亦相等（1分），常用于要求往返运动速度相同的场合，如液压磨床等（1分）；双出杆活塞缸在安装时可以是缸固定，工作台的移动范围约等于活塞（缸筒）有效行程的3倍，一般用于中小型设备；也可以是活塞杆固定，工作台的移动范围是活塞（缸筒）有效行程的2倍，因此常用于大中型设备中（1分）。二、简述题（10分）1液压油液污染的危害是什么？（2分）（缺少1条扣除0.5分，最多扣除2分）答：液压系统中的污染物，是指包含在液压油液中的固体颗粒、水、空气、化学物质和微生物等杂物以及污染能量。液压油液被污染后，将对系统及元件产生不良后果，造成的主要危害是：（1）固体颗粒加速元件磨损，堵塞元件中的小孔、缝隙及过滤器，使泵、阀性能下降，产生噪声；（2）水的侵入会加速油液的氧化，并和添加剂起作用产生粘性胶质，使滤芯堵塞；（3）空气的混入会降低液压油液的体积模量，引起气蚀，降低润滑性；（4）溶剂、表面活性化合物化学物质会使金属腐蚀；（5）微生物的生成使液压油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。对高水基液压液的危害更大。（6）不正常的热能、静电能、磁场能及放射能等也是对液压油液有危害的污染能量，它们有的使温升超过规定限度，导致液压油液粘度下降甚至变质，有的则可能招致火灾。2直动式溢流阀和先导式溢流阀各自有什么特点？在应用上它们之间有什么区别？（2分）答：直动式溢流阀的结构简单，灵敏度高，但压力受溢流流量影响较大；由于压力油直接作用于阀芯，一般只能用于低压小流量工况，采取适当措施后，也可以用于高压大流量；因控制较高压力或较大流量时，需要刚度较大的硬弹簧，不但手动调节困难，而且阀口开度（弹簧压缩量）略有变化，便引起较大的压力波动；先导式溢流阀中先导阀的作用是控制和调节溢流压力，主阀的功能则在于溢流。先导阀因为只通过少量的泄油，其阀口直径较小，即使在较高压力的情况下，作用在锥阀芯上的液压推力也不很大，因此调压弹簧的刚度不必很大，压力调整也就比较轻便。主阀芯因两端均受油压作用，主阀弹簧只需很小的刚度，当溢流量变化引起弹簧压缩量变化时，进油口的压力变化不大。先导式溢流阀恒定压力的性能优于直动式溢流阀；但先导式溢流阀是二级阀，其反应不如直动式溢流阀灵敏。（1分） 先导式溢流阀的特性曲线较平缓，调压偏差小，开启比大，故稳压性能优于直动式阀。因此，先导式溢流阀宜用于系统溢流稳压，直动式溢流阀因灵敏度高宜用作安全阀。（1分）理想的溢流阀的压力流量特性（pq特性）溢流特性曲线应是一条平行于流量坐标的直线，即进油压力在达到调定的压力后，立即溢流，且不管溢流量多少，压力始终保持恒定。但实际的溢流阀，因溢流量的变化引起阀口开度变化，即弹簧压缩量的变化，进口压力不可能完全恒定。溢流阀静态特性3说明滑阀式换向阀和球式换向阀的区别和各自的特点。（2分）答：换向阀按阀芯结构可分为座阀式换向阀和滑动式换向阀两种。滑阀式换向阀属于滑动式换向阀，球式换向阀属于座阀式换向阀。座阀式泄漏油很少，滑动式由于在阀芯和阀体之间有配合间隙，泄漏油液是不可避免的。但滑阀结构简单，便于加工制造，应用普遍。滑动式换向阀的工作原理。换向阀通过变换阀芯在阀体内的相对工作位置，使阀体内诸油口连通或断开，从而控制执行元件的开启、停止或换向。滑动式换向阀的分类。滑动式换向阀具有许多优点，。如结构简单，压力均衡、操纵力小、控制功能强等。按阀芯在阀体内的工作位置数和换向阀所控制的油口通路数分类：换向阀有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位四通、三位五通等类型。三位换向阀的阀芯在中间位置时，各通口间有不同的连接方式，可满足不同的使用要求。这种连通方式称为换向阀的中位机能。中位机能不同，中位时阀对系统的控制性能也不同。（1分） 球阀式换向阀的密封性好，反应速度快，换向频率高，对工作介质粘度的适应范围广，由于没有液压卡紧力，受液动力影响小，换向和复位力很小，可适用于高压（达到63 MPa）。此外，它的抗污染能力也好。所以，球阀式换向阀在小流量系统中可直接用于控制主油路，在大流量系统中可作为先导控制元件。电磁球阀的主要缺点是不像滑阀那样具备多种位通组合形式和多种中位机能，故目前使用范围还受到限制。（1分）4在液压系统中过滤器都安装在哪些位置？（2分）（缺少1条扣除0.5分，最多扣除2分）答：（1）安装在泵的吸油口 这种安装主要用来保护泵不致吸入较大的机械杂质。根据泵的要求，可用粗的或普通精度的滤油器。为了不影响泵的吸油性能，防止发生气穴现象，滤油器的过滤能力应为泵流量的2倍以上，压力损失不得超过0.01 0.035 MPa。必要时，泵的吸入口应置于油箱液面以下。 （2）安装在泵的出口油路上 这种安装主要用来滤除可能侵入阀类元件的污染物。一般采用10 15 m过滤精度的滤油器。它应能承受油路上的工作压力和冲击压力，其压力降应小于0.35 MPa，并应有安全阀或堵塞状态发讯装置，以防泵过载和滤芯损坏。 （3）安装在系统的回油管路上 这种安装可滤去油液流回油箱以前的污染物，为液压泵提供清洁的油液。因回油路压力极低，可采用滤芯强度不高的精滤油器，并允许滤油器有较大的压力降。滤油器也可简单地并联一单向阀作为安全阀，以防堵塞或低温启动时高粘度油液流过滤油器所引起的系统回油压力的升高。 （4）安装在系统的分支油路上 当泵流量较大时，若仍采用上述各种油路过滤，滤油器可能过大。为此可在只有泵流量20% 30%左右的支路上安装一小规格滤油器，对油液起滤清作用。 （5）安装在系统外的过滤回路上 大型液压传动系统可专设一液压泵和滤油器，滤除油液中的杂质，以保护主系统。滤油车即可供此用。研究表明，在压力和流量波动下，滤油器的功能会大幅度降低。显然，前三种安装都有此影响，而系统外的过滤回路却没有，故过滤效果较好。 （6）安装滤油器时应注意，一般滤油器都只能单向使用，即进出油口不可反用，以利于滤芯清洗和安全。因此，滤油器不要安装在液流方向可能变换的油路上。必要时可增设单向阀和滤油器，以保证双向过滤，作为滤油器的新进展，目前双向滤油器也已问世。5说明节流调速回路和容积节流调速回路的区别和各自的特点。（2分）答：节流调速回路是通过调节流量阀的通流截面面积的大小来控制流入液压执行元件或自执行元件流出的流量，以此来调节执行元件的速度；容积节流调速回路是采用压力补偿型变量泵供油，通过对节流元件的调整来改变流入或流出液压缸的流量来调节液压缸的速度（1分）。节流阀式调速回路，结构简单，造价低廉，但效率低，机械特性软，同时由于存在着节流损失和溢流损失，回路效率低，发热量大，宜用在负载变化不大、低速小功率的场合，因此，多用于小功率调速系统，如某些机床（如磨床执行元件所需流量相适应。；容积节流调速回路这种回路虽然仍然还有节流损失，但没有溢流损失，效率较高，因此常用于大功率系统。（1分）三、元件分析题（10分）1结合齿轮泵的困油问题，分析柱塞泵的困油现象现，并说明其危害及解决措施。（3）1结合齿轮泵的困油问题，分析柱塞泵的困油现象。（3分）答：通过柱塞泵工作原理图中可以看出，当相邻两柱塞同时在吸、压油窗口之间的密封区内工作时，就会有一部分油液困在相邻两柱塞所形成的封闭容积之内，这个封闭容积会随泵轴的转动发生变化（减小、增大）。当封闭容积减小时，会使被困油液受挤压而产生高压，并从柱塞与配流盘之间的缝隙中流出，导致油液发热，轴承等机件也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，这就是柱塞泵的困油现象（1分）。困油现象使叶片泵产生的噪声并引起振动和气蚀，降低泵的容积效率，影响工作的平稳性，缩短使用寿命（1分）。为了消除困油现象带来的危害，通常在配流盘压油窗口边缘开三角形卸荷槽（1分）。轴向柱塞泵工作原理1斜盘；2柱塞；3缸体；4配流盘；5传动轴a吸油窗口；b压油窗口2结合下“液压传动”第2版教材图6-25说明先导式溢流阀进行远程调压时回路的组成方式和工作过程。（3分）答：由于液压传动系统中的液压泵、液压阀通常都组装在液压站上，为使操作人员就近调压方便，可按下图所示，在控制工作台上安装一远程调压阀（实际就是一个小溢流量的直动式溢流阀），并将其进油口与安装在液压站上的先导式溢流阀的外控口K相连（1分）。这相当于给先导式溢流阀除自身的先导阀外，又加接了一个先导阀（远程调压阀）。调节远程调压阀便可对先导式溢流阀实现远程调压。显然，远程调压阀所能调节的最高压力不能超过溢流阀自身先导阀的调定压力（1分）。另外，为了获得较好的远程控制效果，还需注意二阀之间的油管不宜太长（最好在3 m之内），要尽量减小管内的压力损失，并防止管道振动。1远程调压阀；2先导式溢流阀溢流阀的远程调压作用（1分）3绘出进行液压泵性能实验的液压系统原理图、写出实验过程和可以得到的特性曲线。（4分）答：液压泵性能实验的液压系统原理如下图所示。泵性能实验原理图（1分）在该实验中，测量被试液压泵在不同工作压力下的流量、转速和驱动力矩，过程如下（2分）：（1）建立液压泵的工作压力P1：调节溢流阀Y1的旋钮，就可以给液压泵YB建立起一定的工作压力P1；。（0.5分）（2）测量液压泵的流量：使液压泵排出的油液全部经过椭圆齿轮流量计LC后再进入油箱。用秒表测量达到一定容积时所需要的时间，与之比就是液压泵实际输出的流量；（0.5分）（3）采用电子秤平衡杠杆装置测量液压泵的驱动转矩，电磁反力矩使电动机定子逆时针摆动，装在定子上的杠杆受左端电子秤的约束而不能转动，则由电子秤指示的力和力臂产生的约束力矩就是液压泵的驱动力矩；（0.5分）。（4）转速的测量：采用接触式手持数字转速表或非接触式转速数字测量仪显示电动机的转速。（0.5分）。通过上述测量得到的数据，再经过相应的数据处理和计算，可以绘制下列6条液压泵的基木特性曲线（1分）。（1）流量压力特性，；（2）容积效率压力特性，；（3）理论转矩压力特性，；（4）实际转矩压力特性，；（5）机械效率压力特性，；（6）总效率压力特性，。四、系统分析题（15分）在下图的液压系统中：（1）给出表中规定的该液压系统中8个液压元件的名称，并说明其和在该系统中的作用（8分）；（2）分析系统工作原理后填上电磁铁、行程阀动作顺序表（3分）；（3）指明该系统回路是由哪些基本回路组成的（4分）？解：（1）表中规定的8个液压元件的名称和在该系统中的作用见表中所述（每个元件1分，总计8分）。序号名 称在该系统中的作用1过滤器液压系统中的辅助元件，过滤油液，保护液压泵2液压泵液压系统中的动力元件，给该系统提供压力油3溢流阀液压系统中的控制调节元件，压力阀中的一种，恒定系统压力，并溢出多余流量4三位五通电磁换向阀，中位机能为O型液压系统中的控制调节元件，方向阀中的一种，控制液压缸3往复移动，和元件6配合使用使单出杆液压缸形成差动连接，液压缸快进5单出杆活塞式液压缸液压系统中的执行元件，输出推拉力和移动速度6常开式二位二通行程阀液压系统中的控制调节元件，方向阀中的一种，在该阀打开时，构成单出杆液压缸形成差动连接；在该阀关闭时，构成出口节流调速回路7调速阀液压系统中的控制调节元件，流量阀中的一种，在液压缸大腔进油时，配合元件6构成出口节流调速回路，调节液压缸的移动速度8开式油箱液压系统中的辅助元件，在该系统中的主要功用是：储放系统工作用液压油；散发系统工作中产生的热量；分离油液中混入的空气； 沉淀污物。 （2）工作循环元件动作顺序表（3分）元件动作顺序表工作循环电磁铁行程阀1YA2YA快进+-抬起工进+-压下快退-+抬起注：可以用“+”号表示通电或阀动作，用“”号表示断电或阀不动作。 （3）组成该系统的基本回路（4分） 有换向回路、出口节流调速回路、快速运动回路和速度换接回路。五、计算题（15）1在下图的液压系统中，已知A1=100 cm2，A2=50 cm2，负载F1=25 kN，节流阀的节流口为薄壁口。（总计8分）求：（1）节流阀压降p=0.3 MPa时，溢流阀的调整压力pY是多少（2分）？（2）当溢流阀按上述调好后，负载F由25 kN降至15 kN时，液压泵工作压力有何变化（2分）？（3）液压缸速度有何变化和怎样变化（2分）？（4）如果将节流阀改为调速阀时又将会怎样（2分）？（总计8分）解：（1）溢流阀的调整压力（2分） Pa=2.8 MPa（2）负载由25 kN降至15 kN后的情况（2分） 当负载由25 kN降至15 kN时，液压泵的工作压力没有变化，在进口节流调速回路中液压泵的工作压力取决于溢流阀的调整压力。负载F1=25kN时，液压缸运动速度（3）负载F2=15kN时，液压缸运动速度由于，所以。由此可见，负载下降，节流阀前后压差增大，液压缸运动速度变快（1分）；当负载由25 kN降至15 kN时，液压缸运动速度增大倍（12分）。（4）用调速阀代替节流阀时，液压泵的工作压力没有变化，仍是溢流阀的调整压力；而液压缸的运动速度也基本不变，仍是按负载F1时调好的速度不变（2分）。2在下图的液压系统中：， 液压缸有效面积A=0.2 m2，缸的运动速度v=0.6 m/min，液压缸左腔压力p1=8 MPa，油的密度=900 kg/m3。单向阀的局部阻力系数1=3，过流面积A1=1.610-4 m2，二位四通阀的局部阻力系数2=4（仅计算进油损失，不考虑出油损失），A2=1.610-4 m2，节流阀的局部阻力系数3=20，A3=110-4 m2，若忽略管路的摩擦损失，求液压泵的出口压力应是多少（总分7分）？解：液压缸所需流量 m3/min=0.12 m3/min通过节流阀的速度（1分） m/min=1200 m/min=20 m/s通过二位四通阀的速度（1分） m/min=750 m/min=12.5 m/s通过单向阀的速度（1分） m/min=750 m/min=12.5 m/s油液通过节流阀产生的局部压力损失（1分） Pa=36105 Pa=3.6 MPa油液通过二位四通阀产生的局部压力损失（1分） Pa=2.8105 Pa=0.28 MPa油液通过单向阀产生的局部压力损失（1分） Pa=2.1105 Pa=0.21 MPa于是得：液压泵出口的压力（1分）8+3.6+0.28+0.21=12.09 MPa