液压与气压传动分析题绘制回路.docx
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液压与气压传动分析题绘制回路
液压与气压传动(分析题、绘制回路)
一、分析题
1.如图所示定量泵输岀流量为恒定值qp,如在泵的岀口接一节流阀,并将阀的开口调节的小一些,试分
析回路中活塞运动的速度v和流过截面P,A,B三点流量应满足什么样的关系(活塞两腔的面积为Ai和
A,所有管道的直径d相同)。
解:
图示系统为定量泵,表示输岀流量qp不变。
根据连续性方程,当阀的开口开小一些,通过阀口的流速
增加,但通过节流阀的流量并不发生改变,qA=qp,因此该系统不能调节活塞运动速度v,如果要实现调
速就须在节流阀的进口并联一溢流阀,实现泵的流量分流。
连续性方程只适合于同一管道,活塞将液压缸分成两腔,因此求qB不能直接使用连续性方程。
根据连续性
方程,活塞运动速度v=qA/Ai,qB=qA/Ai=(A/A)qp
3
2.如图所示节流阀调速系统中,节流阀为薄壁小孔,流量系数C=0.67,油的密度p=900kg/cm,先导式
52
溢流阀调定压力Py=12x10Pa,泵流量q=20l/min,活塞面积A=3ocm,载荷F=2400N。
试分析节流阀开口(面积为At)在从全开到逐渐调小过程中,活塞运动速度如何变化及溢流阀的工作
vV
状态解:
节流阀开口面积有一临界值At。
。
当At>At°时,虽然节流开口调小,但活塞运动速度保持不变,溢流阀阀口关闭起安全阀作用;当AtVAt。
时,活塞运动速度随开口变小而下降,溢流阀阀口打开起定压阀作用。
液压缸工作压力PiFA2400(30104)8105Pa
液压泵工作压力PpPip
式中△p为节流阀前后压力差,其大小与通过的流量有关。
3•已知一个节流阀的最小稳定流量为qmin,液压缸两腔面积不等,即Ai>A2,缸的负载为F。
如果分别组
成进油节流调速和回油节流调速回路,试分析:
1)进油、回油节流调速哪个回路能使液压缸获得更低的
最低运动速度。
2)在判断哪个回路能获得最低的运动速度时,应将下述哪些参数保持相同,方能进行比较。
解:
1)进油节流调速系统活塞运动速度Vl=qmin/Al;
岀口节流调速系统活塞运动速度V2=qmin/A2
因Ai>A2,故进油节流调速可获得最低的最低速度。
2)节流阀的最小稳定流量是指某一定压差下(2〜3XlOPa),节流阀在最小允许开度ATmin时能正常工作的最小流量口巾“。
因此在比较哪个回路能使液压缸有较低的运动速度时,就应保持节流阀最小开口量ATmin和
两端压差厶P相同的条件。
设进油节流调速回路的泵压力为Ppi,节流阀压差为△Pi则:
PpiFAPiPiPpiFAi
设出口调速回路液压缸大腔压力(泵压力)为PP2,节流阀压差P2,则:
AiPP2FP2A2P2Pp2AA2FA2
由最小稳定流量qmin相等的定义可知:
△Pi=△P2即:
PpiPp2AiA2FAiFA2为使两个
回路分别获得缸最低运动速度,两个泵的调定压力Ppi、PP2是不相等的。
4•在图示的回路中,旁通型调速阀(溢流节流阀)装在液压缸的回油路上,通过分析其调速性能判断下面哪些结论是正确的。
(A)缸的运动速度不受负载变化的影响,调速性能较好;(B)溢流节流阀相当于一个
普通节流阀,只起回油路节流调速的作用,缸的运动速度受负载变化的影响;(C)溢流节流阀两端压差很
小,液压缸回油腔背压很小,不能进行调速。
解:
只有C正确,当溢流节流阀装在回油路上,节流阀岀口压力为零,差压式溢流阀有弹簧的一腔油液压力也为零。
当液压缸回油进入溢流节流阀的无弹簧腔时,只要克服软弹簧的作用力,就能使溢流口开度最大。
这样,油液基本上不经节流阀而由溢流口直接回油箱,溢流节流阀两端压差很小,在液压缸回油腔建立不起背压,无法对液压缸实现调速。
5•如图所示的回路为带补油装置的液压马达制动回路,说明图中三个溢流阀和单向阀的作用。
解:
液压马达在工作时,溢流阀5起安全作用。
制动时换向阀切换到中位,液压马达靠惯性还要继续旋转,故产生液压冲击,溢流阀1,2分别用来限制液压马达反转和正转时产生的最大冲击压力,起制动缓冲作用。
另一方面,由于液压马达制动过程中有泄漏,为避免马达在换向制动过程中产生吸油腔吸空现象,用单向阀3和4从油箱向回路补油。
6•如图所示是利用先导式溢流阀进行卸荷的回路。
溢流阀调定压力Py=30Xl05Pao要求考虑阀芯阻尼孔
的压力损失,回答下列问题:
1)在溢流阀开启或关闭时,控制油路E,F段与泵岀口处B点的油路是否始
终是连通的?
2)在电磁铁DT断电时,若泵的工作压力Pb=30X105Pa,B点和E点压力哪个压力大?
若泵的工作压力pB=15X105Pa,B点和E点哪个压力大?
3)在电磁铁DT吸合时,泵的流量是如何流到油箱中去的?
解:
1)在溢流阀开启或关闭时,控制油路E,F段与泵岀口处B点的油路始终得保持连通
2)当泵的工作压力pB=30X105Pa时,先导阀打开,油流通过阻尼孔流出,这时在溢流阀主阀芯的两端产
生压降,使主阀芯打开进行溢流,先导阀入口处的压力即为远程控制口E点的压力,故Pb>Pe;当泵的工
作压力Pb=15xio5Pa时,先导阀关闭,阻尼小孔无油液流动,Pb=pe。
3)二位二通阀的开启或关闭,对控制油液是否通过阻尼孔(即控制主阀芯的启闭)有关,但这部分的流量很小,溢流量主要是通过CD油管流回油箱。
7•图(a),(b),(c)所示的三个调压回路是否都能进行三级调压(压力分别为60x105Pa40x105Pa、10
x105Pa)?
三级调压阀压力调整值分别应取多少?
使用的元件有何区别?
解:
图(b)不能进行三级压力控制。
三个调压阀选取的调压值无论如何交换,泵的最大压力均由最小的调定压力所决定,p=10xio^Pa。
图(a)的压力阀调定值必须满足pai=6Oxio5Pa,pa2=40xio5Pa,pa3=ioxio5Pa。
如果将上述调定值进行
交换,就无法得到三级压力控制。
图(a)所用的元件中,al、a2必须使用先导型溢流阀,以便远程控制。
a3可用远程调压阀(直动型)。
图(c)的压力阀调定值必须满足pci=6oxio5Pa,而pc2、pc3是并联的阀,互相不影响,故允许任选。
设pc2=4oxio5Pa,pc3=ioxio5Pa,阀ci必须用先导式溢流阀,而c2、c3可用远程调压阀。
两者相比,图
(c)比图(a)的方案要好。
8.如图所示的系统中,两个溢流阀串联,若已知每个溢流阀单独使用时的调整压力,pyi=2oxiO5Pa,py2=4o
xio5Pa°溢流阀卸载的压力损失忽略不计,试判断在二位二通电磁阀不同工况下,A点和B点的压力各为
多少。
解:
电磁铁iDT—
iDT+2DT—
iDT—2DT+
iDT+2DT+
2DT—pA=o
Pa=O
Pa=4oxioPa
pB=O
5-
Pb=2oxioPa
Pb=4oxioPa
5—5—
Pa=4oxioPaPb=6oxioPa
当两个电磁铁均吸合时,图示两个溢流阀串联,
A点最高压力由py2决定,pA=4oxiO5Pa。
由于pA压力作用
在溢流阀i的先导阀上
(成为背压),如果要使溢流阀
i的先导阀保持开启工况,
压力油除了克服调压弹簧
所产生的调定压力pyi=2OxiO5Pa以外,尚需克服背压力Pa=4OxiO5Pa的作用,故泵的最大工作压力:
Pb
=pyi+pA=(2O+4O)xio5=6Oxio5Pa。
9•如图所示的系统中,主工作缸I负载阻力F:
=2OOON,夹紧缸II在运动时负载阻力很小可忽略不计。
两
缸大小相同,大腔面积Ai=20cm2,小腔有效面积A=10cm2,溢流阀调整值py=30xio5Pa,减压阀调整值
Pj=15xi05PSio试分析:
i)当夹紧缸II运动时:
Pa和Pb分别为多少?
2)当夹紧缸II夹紧工件时:
Pa
和Pb分别为多少?
3)夹紧缸II最高承受的压力Pmax为多少?
解:
1)2)由于节流阀安装在夹紧缸的回油路上,属回油节流调速。
因此无论夹紧缸在运动时或夹紧工件时,减压阀均处于工作状态,PA=pj=15xio5Pa°溢流阀始终处于溢流工况,Pb=py=30xio5Pa。
3)当夹紧缸负载阻力F=0时,在夹紧缸的回油腔压力处于最高值:
Pmax(AlA2)Pa(215)10530105Pa
10•图示为大吨位液压机常用的一种泄压回路。
其特点为液压缸下腔油路上装置一个由上腔压力控制的顺序阀(卸荷阀)。
活塞向下工作行程结束时,换向阀可直接切换到右位使活塞回程,这样就不必使换向阀在中间位置泄压后再切换。
分析该回路工作原理后说明:
1)换向阀1的中位有什么作用?
2)液控单向
阀(充液阀)4的功能是什么?
3)开启液控单向阀的控制压力pk是否一定要比顺序阀调定压力px大?
解:
工作原理:
活塞工作行程结束后换向阀1切换至右位,高压腔的压力通过单向节流阀2和换向阀1
与油箱接通进行泄压。
当缸上腔压力高于顺序阀3的调定压力(一般为20〜40X105Pa)时,阀处于开启状
态,泵的供油通过阀3排回油箱。
只有当上腔逐渐泄压到低于顺序阀3调定压力(一般为)时,顺序阀关
闭,缸下腔才升压并打开液控单向阀使活塞回程。
1)换向阀1的中位作用:
当活塞向下工作行程结束进行换向时,在阀的中位并不停留,只有当活塞上升
到终点时换向阀才切换到中位,所用的K型中位机能可以防止滑块下滑,并使泵卸载。
2)由于液压机在缸两腔的有效面积相差很大,活塞向上回程时上腔的排油量很大,管路上的节流阀将会造成很大的回油背压,因此设置了充液阀4。
回程时上腔的油可通过充液阀4排岀去。
当活塞利用重力快速下行时,若缸上腔油压岀现真空,阀4将自行打开,充液箱的油直接被吸入缸上腔,起着充液(补油)
的作用。
3)图示的回路中在换向时要求上腔先泄压,直至压力降低到顺序阀3的调定压力px时,顺序阀断开,
缸下腔的压力才开始升压。
在液控顺序阀3断开瞬间,液控单向阀4反向进口承受的压力为px(20〜40X
105Pa),其反向出口和油箱相通,无背压,因此开启液控单向阀的控制压力只需Pk=(0.3〜0.5)px即可。
11•图示的液压回路,原设计要夹紧缸I把工件夹紧后,进给缸II才能动作;并且要求夹紧缸I的速度能够
调节。
实际试车后发现该方案达不到预想目的,试分析其原因并提岀改进的方法。
解:
图(a)的方案中,要通过节流阀对缸I进行速度控制,溢流阀必然处于溢流的工作状况。
这时泵的压力为溢流阀调定值,pB=py。
B点压力对工件是否夹紧无关,该点压力总是大于顺序阀的调定值px,故进给
缸II只能先动作或和缸I同时动作,因此无法达到预想的目的。
图(b)是改进后的回路,它是把图(a)中顺序阀控方式改为外控方式,控制压力由节流阀出口A点引出。
这样当缸I在运动过程中,A点的压力取决于缸I负载。
当缸I夹紧工件停止运动后,A点压力升高到py,
使外控顺序阀接通,实现所要求的顺序动作。
图中单向阀起保压作用,以防止缸II在工作压力瞬间突然降
低引起工件自行松开的事故。
12•图(a),(b)所示为液动阀换向回路。
在主油路中接一个节流阀,当活塞运动到行程终点时切换控制
油路的电磁阀3,然后利用节流阀的进油口压差来切换液动阀4,实现液压缸的换向。
试判断图示两种
方案是否都能正常工作?
解:
在(a)图方案中,溢流阀2装在节流阀1的后面,节流阀始终有油液流过。
活塞在行程终了后,溢流阀处于溢流状态,节流阀出口处的压力和流量为定值,控制液动阀换向的压力差不变。
因此,(a)图的方
案可以正常工作。
在(b)图方案中,压力推动活塞到达终点后,泵输岀的油液全部经溢流阀2回油箱,此时不再有油液流过
节流阀,节流阀两端压力相等。
因此,建立不起压力差使液动阀动作,此方案不能正常工作。
54
13•在图示的夹紧系统中,已知定位压力要求为10X10Pa,夹紧力要求为3X10N,夹紧缸无杆腔面积A
1=100cm,试回答下列问题:
1)A,B,C,D各件名称,作用及其调整压力;2)系统的工作过程。
解:
1)A为控外泄顺序阀,作用是保证先定位、后夹紧的顺序动作,调整压力略大于ioxio5Pa;
B为卸荷阀,作用是定位、夹紧动作完成后,使大流量泵卸载,调整压力略大于10xio5Pa;
C为压力继电器,作用是当系统压力达到夹紧压力时,发讯控制其他元件动作,调整压力为3Oxio5Pa
D为溢流阀,作用是夹紧后,起稳压作用,调整压力为30X105Pa。
2)系统的工作过程:
系统的工作循环是定位一夹紧一拔销一松开。
其动作过程:
当1DT得电、换向阀左
位工作时,双泵供油,定位缸动作,实现定位;当定位动作结束后,压力升高,升至顺序阀A的调整压力
值,A阀打开,夹紧缸运动;当夹紧压力达到所需要夹紧力时,B阀使大流量泵卸载,小流量泵继续供油,
补偿泄漏,以保持系统压力,夹紧力由溢流阀D控制,同时,压力继电器C发讯,控制其他相关元件动作。
14.图示系统为一个二级减压回路,活塞在运动时需克服摩擦阻力F=1500N,活塞面积A=15cm2,
溢流阀调整压力Py=45xio5Pa,两个减压阀的调定压力分别为pji=20xi05Pa和5=35xi05Pa,管道和换向阀的压力损失不计。
试分析:
1)当DT吸合时活塞处于运动过程中,PB、PA、pc三点的压力各为多少?
2)
当DT吸合时活塞夹紧工件,这时Pb、Pa、pc三点的压力各为多少?
3)如在调整减压阀压力时,改取Pj1=35
55_
X10Pa和5=20X10Pa,该系统是否能使工件得到两种不同夹紧力?
解:
1)DT吸合,活塞运动时:
1500
Pl
15104
10105Pa
因PL
Pa=pc=pl=10X105Pa,pB=10X105+④Pa,g为
油液通过减压阀时产生的压力损失
2)DT吸合,活塞夹紧工件:
溢流阀必然开启溢流,Pb=py=45X105Pa。
对于减压阀1,由于Pl的作用使其先导阀开启,主阀芯在两端压力差的作用下,减压开口逐渐关小,直至完全闭合;对于减压阀2,由于Pl的作用使其主阀口关小处于
平衡状态,允许(1〜2)l/min的流量经先导阀回油箱,以维持出口处压力为定值,pc=PA=p」2=35X105Pa。
3)由以上分析可知,只要DT一吸合,缸位于夹紧工况时,夹紧缸的压力将由并联的减压阀中调定值较高
的那一减压阀决定。
因此,为了获得两种不同夹紧力,必须使p」ivp」2。
如果取P」1=35X105Pa,则无法获得
夹紧缸压力Pj=20xio5Pa。
15.在如图所示系统中,两液压缸的活塞面积相同,A=20cm2,缸I的阻力负载F:
=8000N,缸II的阻
力负载Fn=4000N,溢流阀的调整压力为py=45xio5Pa。
1)在减压阀不同调定压力时(pi=10xio5Pa、Pj2=20xio5Pa、Pj3=40xi05Pa)两缸的动作顺序是怎样的?
2)在上面三个不同的减压阀调整值中,哪个调整
值会使缸II运动速度最快?
4000
20
5
20i0Pa
F
解:
i)启动缸II所需的压力:
p2
A
pji=i0xi05Pa Pb=py=45xio5Pa,压力油使缸i右移。 p」2=20xio5Pa=P2,减压阀处于工作状态,流量根据减压阀口、节流阀口及溢流阀口的液阻分配,两缸同时动作。 55- Pj3=40xioPa>P2,减压阀口全开、不起减压作用,若不计压力损失,Pb-P2=20xioPa,该压力不能克 服缸I负载,故缸II单独右移,待缸II运动到端点后,压力上升pA=pj=40xio5Pa,pB=py=45xio5Pa,压力油才使缸I向右运动。 2)当pj3=40xio5Pa时,减压阀口全开、不起减压作用。 泵的压力取决于负载,pB=p2=20xio5Pa。 因为 溢流阀关闭,泵的流量全部进入缸II,故缸II运动速度最快,w=q/A。 i6.如图所示采用蓄能器的压力机系统的两种方案,其区别在于蓄能器和压力继电器的安装位置不同。 试 分析它们的工作原理,并指出图(a)和(b)的系统分别具有哪些功能? 解: 图(a)方案,当活塞在接触工件慢进和保压时,或者活塞上行到终点时,泵一部分油液进入蓄能器当蓄能器压力达到一定值,压力继电器发讯使泵卸载,这时,蓄能器的压力油对压力机保压并补充泄漏。 当换向阀切换时,泵和蓄能器同时向缸供油,使活塞快速运动。 蓄能器在活塞向下向上运动中,始终处于 压力状态。 由于蓄能器布置在泵和换向阀之间,换向时兼有防止液压冲击的功能。 图(b)方案,活塞上行时蓄能器与油箱相通,故蓄能器的压力为零。 当活塞下行接触工件时泵的压力上升,泵的油液进入蓄能器。 当蓄能器的压力上升到调定压力时,压力继电器发讯使泵卸载,这时缸由蓄能器保压。 该方案适用于加压和保压时间较长的场合。 与(a)方案相比,它没有泵和蓄能器同时供油、满足活塞 快速运动的要求及当换向阀突然切换时、蓄能器吸收液压冲击的功能。 17.在图示的系统中,两溢流阀的调定压力分别为60xio5Pa、2Oxio5Pa°1)当pyi=6Oxio5Pa,甲=20xio5Pa,DT吸合和断电时泵最大工作压力分别为多少? 2)当pyi=20xi05Pa,py2=60xio5Pa,dt吸合和断电时泵最大工作压力分别为多少? OZh 解: 1)DT失电时活塞向右运动,远程调压阀1进出口压力相等,由于作用在阀芯两端的压差为零,阀1 始终处于关闭状态不起作用,泵的压力由卩『2决定: Ppmax=Py2=2。 X10Aa;DT吸合时活塞向左运动,缸的 大腔压力为零,泵的最大工作压力将由py1、py2中较小的值决定: ppmax=py2=20X10'Pa。 2)同上一样,DT失电时活塞向右运动,远程调压阀1不起作用,泵的压力由py2决定: Ppmax=py2=60X10Pa;DT吸合时活塞向左运动,泵的最大工作压力将由py1、py2中较小的值决定: ppmax=py1=20X10'Pa。 18•下列供气系统有何错误? 应怎样正确布置? 解: 气动三大件是气动系统使用压缩空气质量的最后保证,其顺序分水滤气器、减压阀、油雾器。 图a) 用于气阀和气缸的系统,三大件的顺序有错,油雾器应放在减压阀、压力表之后;图b)用于逻辑元件系 统,不应设置油雾器,因润滑油会影响逻辑元件正常工作,另外减压阀图形符号缺少控制油路。 19•有人设计一双手控制气缸往复运动回路如图所示。 问此回路能否工作? 为什么? 如不能工作需要更换 哪个阀? 解: 此回路不能工作,因为二位二通阀不能反向排气,即二位四通换向阀左侧加压后,无论二位二通阀是 否复位,其左侧控制压力都不能泄压,这样弹簧就不能将它换至右位,气缸也就不能缩回;将两个二位二 通阀换为二位三通阀,在松开其按钮时使二位四通换向阀左侧处于排气状态,回路即可实现往复运动。 二、绘制回路 1•绘岀双泵供油回路,液压缸快进时双泵供油,工进时小泵供油、大泵卸载,请标明回路中各元件的名称。 2•试用一个先导型溢流阀、两个远程调压阀组成一个三级调压且能卸载的多级调压回路,绘岀回路图并简述工作原理。 (换向阀任选) 3•试用四个插装式换向阀单元组成一个三位四通且中位为0型、H型机能的换向回路,绘出回路图并简 述工作原理。 4•试用插装式压力阀单元和远程调压阀、电磁阀组成一个调压且卸载的调压回路,绘岀回路图并简述工作 原理。 5•试用两个单向顺序阀实现“缸1前进一一缸2前进一一缸1退回一一缸2退回”的顺序动作回路,绘岀回路图并说明两个顺序阀的压力如何调节。 6•试用压力继电器实现“缸1前进一一缸2前进一一缸2退回一一缸1退回”的顺序动作回路,绘岀回路图并说明工作原理。 7•试用液控单向阀实现立式液压缸的保压回路,绘出回路图并说明保压原理。 8•绘岀汽车起重机液压支腿的锁紧回路,并说明该回路对换向阀中位机能的要求。 9•试绘岀气控回路图,要求气缸缸体左右换向,可在任意位置停止,并使其左右运动速度不等。 10•试设计一个可使双作用气缸快速返回的控制回路。 要求用下列气阀: 一个单电控二位五通阀,一个单 向节流阀,一个快速排气阀。 11•某工厂生产自动线上要控制温度、压力、浓度三个参数,任意一个或一个以上达到上限,生产过程将 发生事故,此时应自动报警,设计此气控回路,要求画岀逻辑原理图。 12•设计一个气动逻辑回路控制一个单作用缸,要求被控单作用气缸实现如下逻辑功能: s=ab+ab,其中a、 b为两个输入信号。
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