液压传动与控制习题及答案.docx
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液压传动与控制习题及答案
液压传动与控制习题
1液压传动概述
思考题与习题
1-1液压传动系统由哪几个基本部分组成?
它们的基本功能是什么?
试用示意图说明。
1-2试比较液压传动与机械传动和电力传动的主要优缺点。
1-3用附录A中液压系统图形符号表示图l-l的液压千斤顶原理图。
1-4说明图1-2所示的机床工作台传动系统,若用机械传动来实现同样功能,至少应由哪些部分和零件组成,试用简图表示之。
1-5如图1-1所示,某液压千斤顶(设效率为1)可顶起10t重物。
试计算在30MPa压力下,液压缸7的活塞面积A2为多大?
当人的输入功率为100w时,将10t重物提起0.2m高所需的时间为多少?
2液压传动中的工作液体
思考题与习题
2-1说明工作介质在液压传动系统的作用。
2-2粘度有几种表示方法?
它们之间的关系如何?
2-3什么是乳化液?
其有哪些类型?
各自的特点如何?
2-4对液压工作介质有哪些基本要求?
试说明理由。
2-5在矿物油类工作介质中,有几种常用的工作介质?
它们的性能和适用范围如何?
2-6什么液压工作介质的粘温特性?
用什么指标来表示?
2-7液压工作介质中的污染物是如何产生的?
2-8为了减少液压工作介质的污染,应采取哪些措施?
2-9什么是气蚀现象?
它有哪些危害?
2-10什么是液压冲击?
举例说明其产生的过程。
3液压流体力学
思考题与习题
3-1流体静压力有那些特性?
3-2什么是定常流动?
举例说明
3-3流管具有什么特性?
并进行证明
3-4比较微小流束和流线两个概念的异同
3-5什么流动阻力、沿程阻力和局部阻力?
3-6如图3-22所示,断面为50×50cm2的送风管,通过a、b、c、d四个50×50cm2送风口向室内输送空气,送风口气流平均速度为5m/s,求通过送风管1、2、3断面的流速和流量。
图3-22
图3-23
3-7如图3-23所示,液压泵的流量Q=100L/min,吸油管通径为25mm,液压泵入口距液面高度h=400mm,粗滤网的压力降△pr=1.5×103Pa,油液的密度ρ=0.9×103kg/m3,油液的粘度v=0.2×10-4m2/s,求液压泵吸油口的真空度。
图3-24
图3-25
3-8如图3-24所示,用直径d=100mm的管道从水箱中引水。
如水箱中的水面恒定,水面高出管道出口中心的高度H=4m,管道的损失假设沿管道均匀发生,
。
求:
1通过管道的流速和流量;
2管道中点M的压强。
3-9如图3-25所示容器中,分别装入油和水,求内部A、B、C、D、E各点的压力?
已知Z1=60cm,Z2=30cm,Z3=15cm,Z4=30cm。
3-10有一如图3-26所示的水平管路,水从断面2-2排入大气。
为了将水从h=3.5m的下面吸入管路中,问细管的直径取多大才能实现?
已知粗管直径D=10cm,管内流量Q=0.006m3/s。
图3-26图3-27
3-11有一如图3-27所示二维通路,断面下半部分的流速为v1,断面上半部分的流速为v2=v1/s,从断面1-1流向2-2,流速逐渐变为相等为v,此时断面1-1和2-2间的压力升高可表示为:
。
试求式中的k值。
3-12有一吸水管内径d为100mm的离心式水泵,安装在距水面上3m的位置(图3-28),若真空表上的读数P为310mmHg(41.3kPa)时求水泵的排水量(不计损失)。
图3-28图3-29
3-13图3-29所示的增压器d1=210mm,d2=200mm,d3=110mm,d4=100mm,可动部分质量为m=200kg,摩擦阻力等于工作柱塞全部传递力的10%。
如果进口压力p1=5MPa,求出口压力p2。
3-14图3-30所示的液压系统中,液压缸直径D=15cm,活塞杆直径d=5mm,负载F=104N,要求运动速度υ=0.2m/s。
泵出口比液压缸低2m,泵出口比油池高1m。
所用油为N46机械油,其运动粘度v=2.9m2/s,密度ρ=900kg/m3。
图3-30
压油管道:
管长l1=30m,管径d1=30mm,绝对粗糙度
=0.1mm,1个弯头,
=0.29,换向阀压力损失为12.1m油柱;
回油管道:
管长l1=32m,d1=30mm,
=0.25mm,4个弯头,
=0.29,换向阀压力损失为9.65m油柱。
设油缸入口和出口局部压力损失系数分别为
=0.5和
=1,试求泵的出口压力。
4液压泵和液压马达
思考题与习题
4-1液压泵的基本工作原理是什么?
4-2液压泵有哪几种配流方式?
各举一例说明。
4-3什么是齿轮泵的因油现象?
有什么危害?
怎样消除?
4-4减小齿轮泵径向力的措施有哪些?
4-5提高高压齿轮泵容积效率的方法有哪些?
4-6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进液区还是排液区?
4-7简述斜盘式轴向柱塞泵的工作原理和手动伺服变量机构的变量原理。
4-8简述斜轴式轴向柱塞泵的结构特点和工作原理。
它是如何调节排量的?
4-9液压马达和液压泵有什么异同?
4-10怎样改变液压马达的输出转速和转向?
4-11轴向柱塞液压马达输出轴上的转矩是如何产生的?
其输出转矩的大小与哪些因素有关?
4-12简述内曲线马达的工作原理。
4-13已知液压泵的输出压力p为10MPa,泵的排量q为100ml/r,转速n为1450r/min,容积效率ηυ为0.95,机械效率
为0.9。
计算:
①该泵的实际流量Q;②驱动该泵的电机功率。
4-14某液压马达的进油压力为100×105Pa,排量为200ml/r,总效率为0.75,机械效率为0.9,试计算:
1)该马达能输出的理论转矩;2)若马达的转速为500r/min,则输入马达的流量为多少?
3)若外负载为200N·m(n=500r/min)时,该马达输入功率和输出功率各为多少?
4-15泵的额定流量为100L/min,额定压力为2.5MPa,当转速为1450r/min时,机械效率为0.9。
由实验测得,当泵出口压力为零时,流量为106L/min;压力为2.5MPa时,流量为100.7L/min,求:
1)泵的容积效率;2)如泵的转速下降到500r/min,在额定压力下工作时,估算泵的流量为多少?
3)上述两种转速下泵的驱动功率。
4-17题图
4-16一液压马达,要求输出转矩为52.5N·m,转速为30r/min,马达排量为105mL/r,马达的机械效率和容积效率均为0.9,出口压力为2×105Pa,试求马达所需的流量和压力各为多少?
4-17图示为变量泵和定量马达系统,低压辅助泵输出压力py=4×105Pa,泵最大排量qpmax=100mL/r,转速np=1000r/min,容积效率ηυp=0.9,机械效率ηmp=0.85。
马达的相应参数为qM=50mL/r,ηυM=0.95,ηmM=0.9。
不计管道损失,当马达的输出转矩为TM=40N·m,转速为nM=160r/min时,求变量泵的排量、工作压力和输入功率。
5液压缸
思考题与习题
5-1液压缸为什么要设置缓冲装置?
举例进行说明。
5-2液压缸为什么要设置排气装置?
如何确定排气装置的位置?
5-3液压缸的设计应考虑那些因素?
5-4举例说明伸缩式液压缸的工作原理。
图5-13
5-5如图5-13(a)所示,一单杆活塞缸,无杆腔的有效工作面积为
,有杆腔的有效工作面积为
,且
。
当供油流量
L/min时,回油流量是多少?
若液压缸差动连接,如图5-13(b),其它条件不变,则进入液压缸无杆腔的流量为多少?
5-6一单杆液压缸快速向前运动时采用差动连接,退回时,压力油输入液压缸有杆腔。
假如活塞往复运动的速度都是0.1m/s,退回时负载为25000N,输入流量Q=25L/min,背压
Pa,要求:
(1)确定活塞和活塞杆直径;
(2)如缸筒材料的
N/m2,计算缸筒的壁厚。
5-7图5-14所示,两个液压缸串联,其无杆腔面积分别为A1=100cm2,A2=80cm2,输入的压力p1=18×105Pa,流量Q=16L/min,所有损失不计,试求:
1)当缸的负载相等时,可能承担的最大负载R是多少?
2)若两缸负载不相等,缸Ⅱ可能承担的最大负载将比在1)条件下承担的负载大多少?
3)两缸的活塞运动速度各为多少?
5-8如图5-15所示的并联油缸,外负载R1=R2=104N,两缸无杆腔面积分别为A1=25cm2,A2=50cm2,当泵的供油流量Q=30L/min,溢流阀调定压力p=4.5MPa时,试分析:
1)Ⅰ、Ⅱ两缸的动作顺序和运动速度各为多少?
2)油泵的最大输出功率为多少?
图5-14
图5-15
6液压控制阀
思考题与习题
6-1液压卡紧力是怎样产生的?
它有什么危害?
减小液压卡紧力的措施有哪些?
6-2分析比较溢流阀、减压阀和顺序阀的作用及差别。
6-3绘出先导型溢流阀的启闭特性曲线,并对各段曲线及各拐点作出解释。
6-4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?
6-5若减压阀调压弹簧预调为5MPa,而减压阀前的一次压力为4MPa。
试问经减压后的二次压力是多少?
为什么?
6-6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。
6-7将调速阀和溢流节流阀分别装在回油路上,能否起速度稳定作用?
6-8溢流阀和节流阀都能做背压阀使用,其差别何在?
6-9将调速阀中的定差减压阀改为定值输出减压阀,是否仍能保证执行元件速度的稳定?
为什么?
6-10分别说明O型、M型、P型和H型三位四通换向阀在中间位置时的性能特点。
6-11电液比例阀与普通开关(或定值控制)阀比较,有何特点?
6-12电液比例压力先导阀中弹簧的作用是什么?
该弹簧的刚度对阀的启闭特性有无影响?
6-13利用两个逻辑阀单元组合起来作放大级,以适当的电磁换向阀作先导级,分别构成相当于二位三通、三位三通和四位三通电磁换向阀。
6-14利用四个逻辑阀单元组合起来作放大级,以适当的电磁换向阀作先导级,分别构成相当于二位四通、O型三位四通、H型三位四通、四位四通电液换向阀。
6-15分别绘出逻辑溢流阀、逻辑顺序阀、逻辑卸荷阀和逻辑减压阀的原理图。
6-16分别绘出逻辑节流阀和逻辑调速阀的原理图。
7液压传动系统辅件
思考与题习题
7-1油箱的功用是什么?
7-2设计油箱时,应考虑哪些问题?
7-3怎样确定油箱的容积?
7-4滤油器有哪几种类型?
7-5选择滤油器时应考虑哪些问题?
7-6常用的密封装置有哪几种类型?
各有什么特点?
7-7如何计算油管的内径和壁厚?
7-8什么情况下需要设置加热器?
7-9蓄能器的功用是什么?
8液压基本回路
思考题与习题
8-1如何实现三级调压?
8-2减压回路有何功用?
8-3如何利用增压器获得间断增压和连续增压?
8-4卸荷回路的功用是什么?
试绘出两种不同的卸荷回路。
8-5在什么情况下需应用保压回路?
试绘出使用蓄能器的保压回路。
8-6什么是平衡回路?
平衡阀的调定压力如何确定?
8-7进油节流调速回路有何特点?
8-8回油节流调速回路有何特点?
8-9旁路节流调速回路有何特点?
8-10为什么采用调速阀能提高调速性能?
8-11溢流节流阀既可用于进油节流调速,也可用于回油节流调速和旁路节流调速吗?
为什么?
8-12试分析、比较三种容积式无级调速回路的特性。
8-13试绘出三种不同的快速运动回路。
8-14什么叫差动回路?
8-15如何利用行程阀实现两种不同速度的换接?
8-16如何利用两个调速阀实现两个不同慢速的换接?
8-17时间控制制动式换向回路有何特点?
8-18行程控制制动式换向回路有何特点?
8-19如何使用行程阀实现执行元件顺序动作?
8-20如何使用顺序阀实现执行元件顺序动作?
8-21如何利用延时阀实现执行元件时间控制顺序动作?
8-22试绘出两种不同的容积式同步回路?
8-23怎样实现串联液压缸同步?
8-24怎样实现并联液压缸同步?
8-25绘出机械连接的同步回路?
8-26如何利用分流集流阀使执行元件实现同步?
8-27如何利用电液比例调速阀实现液压缸同步?
8-28如何利用电液伺服阀使两个液压缸实现同步?
8-29试述缓冲制动回路的功用。
8-30浮动回路的功用是什么?
8-31为什么在变量泵-变量马达调速系统中,低速时采用恒扭矩调速,高速时采用恒功率调速?
说明这种调速系统的调节方法。
8-32图示为绞车液压系统,试指出该系统是由哪些基本回路组成,并说明这个系统的工作原理。
8-33图示液压系统,已知各溢流阀单独使用时的调整压力分别为:
=7MPa,
=5MPa,
=3MPa,
=1MPa,试问当系统的外负载趋于无穷大时,在电磁铁1YA通电或断电情况下,泵的出口压力各为多少?
8-34图示为减压回路,溢流阀调定压力为6MPa,减压阀调整压力为2MPa,试分析活塞在运动期间和碰到死挡铁后管路
和
的压力值。
若
管内流量为12L/min,求通过减压阀的能量损耗为多少。
8-35图示为平衡回路,巳知液压缸活塞和活塞杆直径分别为
=100mm,
=70mm,活塞及所提重物的总质量为m=15×103kg。
提升重物时,要求在0.l5S内均匀地达到稳定上升速度υ=6m/min,停止时活塞不能下落,若不计回路各种损失,试确定溢流阀及顺序阀的调定压力。
8-36在图示节流调速回路中,巳知液压缸两腔面积A1=1002,A2=50cm2,调速阀最小压差
=0.5MPa,当负载F从零变化到30kN时,活塞向右运动的速度稳定不变。
试求:
(1)溢流阀最小调整压力py为多少?
(2)负载F=0时,泵工作压力p为若干?
油缸回油腔压力p2为多少?
8-37图示变量泵-定量马达容积调速回路中,已知液压马达的排量
=120mL/r,液压泵排量
=10~50mL/r,转速
=1200r/min,安全阀3的调定压力
=10MPa。
设液压泵和液压马达的容积效率、机械效率均为100%。
试求:
液压马达的最大输出扭矩和最大输出功率,以及液压马达的调速范围。
9液压传动系统
思考题与习题
9-1什么叫开式系统和闭式系统?
试比较他们的优缺点。
9-2试比较并联系统和串联系统的特点。
9-3附图所示的液压系统是怎样工作的?
试根据其循环动作表中的提示进行阅读并将该表填写完整。
动作名称
电气元件
备注
1YA
2YA
11YA
12YA
21YA
22YA
YJ
定位夹紧
1)Ⅰ、Ⅱ回路独立循环互不约束。
2)12YA、22YA中任一个通电时1YA便通电;12YA、22YA均断电时1YA才断电。
快进
工进卸荷(低)
快退
松开拔销
原位卸荷(低)
9-3题图
9-4上题中的液压系统有何特点?
试进行分析、评论。
10液压系统的设计计算
思考题与习题
10-1某厂拟自制一台单缸传动的液压机,要求液压传动系统满足完成的工作循环是:
快速下降→压制→快速回程→原位停止。
主要参数是:
移动部件自重为5kN;快速下降时的外负载为10kN,速度为6m/min;压制时外负载为50kN,速度为0.2m/min;快速回程外负载为10kN,速度为12m/min,不计管道压力损失、泄漏损失、液压缸的密封摩擦力以及惯性力等。
试确定
(1)液压缸内径
和活塞杆直径
;
(2)该液压机的液压系统原理图;
(3)液压泵和电动机的规格。
10-2试设计一台钻、镗两用组合机床,要求液压系统完成快进→工进→死当铁停留→快退→原位停止和工件的定位与夹紧。
机床的快进、快退速度为5m/min,工进要求能在20~100mm/min范围内无级调速,最大行程为400mm(其中工进行程200mm),最大切削力为12000N,运动部件自重为20000N,导轨为平导轨。
工件所需夹紧力不得超过6000N,最小不低于3330N,其夹紧缸的行程为40mm,由松开到夹紧的时间为△t1=1s,启动换向时间取△t2=0.2s。
11液压伺服控制系统
思考题与习题
11-1电液伺服阀是由哪两部分组成的?
11-2液压放大器有哪几种结构形式?
各有哪些优缺点?
11-3滑阀在零位(中间位置)时的开口形式有哪几种(分别绘图表示)?
11-4伺服阀的负载流量曲线表示出了哪几个参数之间的函数关系?
绘制这些曲线的主要用途是什么?
11-5压力增益Kp的大小能说明什么问题?
11-6伺服阀的内泄漏特性曲线是怎样绘制出来的子零位泄漏流量Qc的大小能够说明什么问题?
11-7解释下列名词:
伺服阀的额定流量、流量增益(流量放大系数)Kq、压力增益(压力放大系数)Kp、流量压力系数Kc、滞环、非线性度、不对称度、零偏、零飘、分辨率、频率特性、频宽。
11-8四通阀控制液压缸的活塞运动,活塞速度为υ,活塞有效面积Ap=0.003m2,Kp=3×1010N·m-3,若增加外负载力FL=4500N,并保持活塞等速度运动,问此时阀芯应有多大的位移?
11-9零开口四边滑阀放大器的额定流量为2.5×10-4m3.s-1,供油压力ps=140×105N·m-2,阀的流量增益Kq=1m2·s-1。
试求阀芯直径及开口量为多少?
11-10有外反馈机液伺服系统如图11-10题图所示,输入量为xi,输出量xp,负载质量m,反馈系数为1,略去液体的压缩及泄露。
请写出系统的基本方程,画出方块图及导出系统的闭环传递函数。
11-11试推导“一个固定节流孔单边滑阀控制单活塞杆液压缸”xp的表达式。
见题11-11图所示。
题11-10图题11-11图
题11-12图
11-12若用四边阀控双活塞杆液压缸的仿形刀架,加工阶梯轴如题11-12图,试求产生的仿形误差。
其参数为:
滑阀直径d=0.016m,滑阀和阀套的配合间隙rc=1.5×10-5m,反馈系数Kf=1,活塞直径D=0.09m,活塞宽度B=0.04m,流量系数cd=0.62,油液密度ρ=845kg·m-3,供油压力ps=20×105N·m-3,工件的升角为β1,β2,刀架安装斜角γ=600,刀架的纵走速度υg=3×10-3m·s-1切削力FL0=3000N。
11-16试算题11-11图所示液压控制系统的稳定性。
其参数为:
m=200kg,Ah=0.0042m2,油缸的行程L=0.12m,固定节流孔直径d0=1.5×10-3m,滑阀直径d=0.016m。
反馈系数Kf=1,供油压力ps=25×105N·m-2,油液密度ρ=845kg·m-3,油夜体积弹性模量K=6500×105N·m-2,取阻尼系数ξh=0.2。
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