液压与气压传动技术习题答案.doc

第一章 概述 
思考题与习题
1-1说明什么叫液压传动?
解：用液体作为工作介质进行能量传递的传动方式称为液体传动。按照其工作原理的不同，液体传动又可分为液压传动和液力传动两种形式。液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；而液力传动则主要利用液体的动能来传递能量。

1-2液压传动系统由哪几部分组成？试说明各组成部分的作用。
解：液压传动系统主要由以下四个部分组成：
(1)动力元件 将原动机输入的机械能转换为液体压力能的装置，其作用是为液压系统提供压力油，是系统的动力源。如各类液压泵。
(2)执行元件 将液体压力能转换为机械能的装置，其作用是在压力油的推动下输出力和速度(或转矩和转速)，以驱动工作部件。如各类液压缸和液压马达。
(3)控制调节元件 用以控制液压传动系统中油液的压力、流量和流动方向的装置。如溢流阀、节流阀和换向阀等。
(4)辅助元件 除以上元件外的其它元器件都称为辅助元件，如油箱、工作介质、过滤器、蓄能器、冷却器、分水滤气器、油雾器、消声器、管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中也是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。

1-3液压传动的主要优、缺点是什么？
解：1.液压传动的优点
(1)液压传动容易做到对速度的无级调节，且其调速范围大，并且对速度的调节还可以在工作过程中进行；
(2)在相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、结构紧凑；
(3)液压传动工作比较平稳、反应快、换向冲击小，能快速起动、制动和频繁换向；
(4)液压装置易实现自动化，可以方便地对液体的流动方向、压力和流量进行调节和控制，并能很容易地与电气、电子控制或气压传动控制结合起来，实现复杂的运动和操作；
(5)液压传动易实现过载保护，液压元件能够自行润滑，故使用寿命较长；
(6)液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造和推广使用。
2.液压传动的缺点
(1)液体的泄漏和可压缩性使液压传动难以保证严格的传动比；
(2)液压传动在工作过程中能量损失较大，因此，传动效率相对低，不宜作远距离传动；
(3)液压传动对油温变化比较敏感，不宜在较高和较低的温度下工作；
(4)液压系统出现故障时，不易诊断。
总的说来，液压传动的优点非常突出，其缺点也将随着科学技术的发展逐渐得到克服。

1-4国家标准对液压系统职能符号的绘制主要有哪些规定？
解：一般液压传动系统图都应按照GB/T7861.1-93所规定的液压图形符号来绘制。图1-1（a）所示液压系统，用图形符号绘制的系统图如图1-2所示。使用图形符号可使液压传动系统图简单明了，便于绘制。液压传动系统图中的图形符号只表示元件的功能、操作(控制)方法和外部连接口，而不表示元件的具体结构和参数；液压传动系统图只表示各元件的连接关系，而不表示系统管道布置的具体位置或元件在机器中的实际安装位置；液压传动系统图中的图形符号通常以元件的静止位置或零位来表示。

1-5国家标准对液压油的牌号是如何规定的？
解：GB 7631.2一87等效采用ⅠS0 6743/4的规定。液压油采用统一的命名方式，其一般形式如下： 类—品种数字 L Hv 22 其中：L--类别(润滑剂及有关产品，GB7631.1) HV--品种(低温抗磨) 22--牌号(粘度级，GB3141) 液压油的粘度牌号由GB 3141做出了规定，等效采用ISO的粘度分类法，以40'C运动粘度的中心值来划分牌号。

第二章 液压传动基础
思考题与习题
2-1 什么是液体的粘性？常用的粘度表示方法有哪几种？说明粘度的单位。
解：1、液体的粘性：液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力会阻止分子间的相对运动而产生内摩擦力，这种特性叫做液体的粘性。
2、粘度表示方法：动力粘度、运动粘度和相对粘度三种。
3、动力粘度的法定计量单位为Pa·s和MPa·s；
运动粘度的法定计量单位为m2/s和mm2/s；

2-2 2O℃时水的运动粘度为1.0mm2/s，密度为1000.0kg/m3；2O℃时空气的运动粘度为15.0mm2/s，密度为1.2kg/m3。请比较水和空气的粘性。(提示：只有动力粘度才能直接反映粘性大小)
解：由于是等式比较，且单位相同，所以可直接比较。
由得，所以水的粘性比空气大。
2-3 液压油有哪些主要品种？如何选用液压油？
解：（1）液压油的品种
我国液压油的主要品种、粘度等级、组成和特性见表2-1。
我国液压油(液)的主要品种
油名(品种)
粘度等级
组成和特性
L-HL
L-HM
L-HG
L-HFC
L-HFDR
L-HFAE
L-HFB
L-HV
L-HS
15、22、32、46、68、100、150
15、22、32、46、68、100、150
32、46、68
15、22、32、46、68、10O
15、22、32、46、68、100
7、10、15、22、32
22、32、46、68、100
15、22、32、46、68、100
10、15、22、32、46
精制矿油、R＆O
精制矿油、R＆0、AW
精制矿油、R＆0、AW、ASS
含聚合物水溶液、LS、HVI、LPP
磷酸酯无水合成液、LS、AW
水包油乳化液、LS
油包水乳化液、LS
精制矿油、R＆0、AW、HVI、LPP
合成液(合成烃油)、R＆0、AW、HVI、LPP
注：R＆O—抗氧防锈，AW—抗磨，HVI—高粘度指数，LPP—低倾点，ASS—防爬，LS—难燃
（2）液压油品种的选择
液压油品种的选择通常可参考表2-2，根据液压传动系统的工作环境、工况条件和液压泵的类型等选择液压油的品种。一般而言，齿轮泵对液压油的抗磨性要求比叶片泵和柱塞泵低，因此齿轮泵可选用L-HL或L-HM油，而叶片泵和柱塞泵一般则选用L-HM油。
液压油(液)品种的选择
环境、工况
压力：7.0MPa以下
温度：50℃以下
压力：7.0～14.0MPa
温度：50℃以下
压力：7.0MPa以上
温度：50～100℃
室内、固定液压设备
露天寒冷和严寒区
高温热源或明火附近
L-HL
L-HV
L-HFAE
L-HL，L-HM
L-HV，L-HS
L-HFB，L-HFC
L-HM
L-HV，L-HS
L-HFDR

2-4 压力的定义是什么？压力有哪几种表示方法？相互之间的关系如何？
解：（1）在面积作用有法向力时，该点处的压力可定义为

（2）压力的表示方法有：在压力测试中，根据度量基准的不同，液体压力分为绝对压力和相对压力两种。
以绝对零压为基准测得的压力称为绝对压力。以大气压力为基准测得的高于大气压力的那部分压力称为相对压力。在地球表面上，一切物体都受到大气压的作用，大气压力的作用都是自相平衡的，因此一般压力仪表在大气中的读数为零。由测压仪表所测得的压力就是高于大气压的那部分压力，所以相对压力也称为表压力。在液压技术中，如不持别指明，压力均指相对压力。
当绝对压力低于大气压时，比大气压小的那部分压力称为真空度。
（3）几种压力相互之间的关系：

2-5 什么是液体的层流与紊流？说明其判别方法。
解：19世纪末，英国学者雷诺通过实验观察水在圆管内的流动情况，发现液体有两种流动状态，即层流和紊流。在层流时，液体质点互不干扰，流动呈层状且平行于导管轴线；在紊流时，液体质点的运动杂乱无章，除了平行于导管轴线的运动外，还存在剧烈的横向运动。实验证明，液体在圆管中的流动状态与管内液体的平均流速、管道内径d和液体的运动粘度有关。判定液体流动状态常用由这三个参数所组成的雷诺数。

2-6伯努利方程的物理意义是什么？实际液体伯努利方程与理想液体伯努利方程的区别是什么？
解：（1）伯努利方程的物理意义是：在某通道内作稳定流动的理想液体具有三种形式的能量，即压力能、位能和动能。这三种形式的能量在液体流动过程中可以相互转化，但其总和在各个截面处均为定值。
（2）在实际液体的计算当中，还要考虑液体粘性和流态的影响，对其加以修正。
2-7 如题2-6图所示，由一直径为d，重量为G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ρ，活塞浸入深度为h，试确定液体在测压管内的上升高度x。

题2-6图
解：取活塞底端为研究水平面
则有：
故
2-8 图2-3所示液压千斤，若大活塞的直径为50.0cm，小活塞的直径为12.5cm。问在小活塞上所加的力为多大才能将重力为5×103N的重物顶起？
解：由帕斯卡原理得，所以
2-9 如题2-7图所示，容器内充满密度为ρ的油液，容器内的压力由水银压力计的读数ｈ来确定。若压力计与容器用软管连接，将压力计的测压管向下移动距离ａ，这时容器内的压力不变，但测压管的读数由ｈ变为ｈ＋Δｈ。试确定Δｈ与ａ的关系。

题2-7图
解：设初始油柱高度为，则有

联立两方程可得
2-10 如题图2-8所示，管道输送密度ρ＝900kg/m3的液体，已知ｈ＝15m，１处的压力为4.5×105Pa，2处的压力为4×105Pa，试判断管中液流的方向。

题 2-8图
解：假设也流从1流向2，则：p1+1/2ρv2= p2+ρgh2+1/2ρv2+pw
由连续性方程可得：qv1=qv2
v1A1= v2A2
所以，p1=p2+pgh2+pw
450000=40000+900*10*15+ pw
所以，pw=-85000pa
所以，流向与假设方向相反，液体由2流向1.
2-11 如题2-9图所示变截面水平圆管，通流截面直径d1=d2/4，在1-1截面处的液体平均流速为8.0m/s、压力为1.0MPa，液体的密度为1000.0kg/m3。求2-2截面处的平均流速和压力。(按理想液体考虑)

题2-9图
解:

联立上面两方程得，。
2-12 如题2-10图所示，活塞上作用有外力Ｆ＝3000N，活塞直径Ｄ＝50mm，若使油从液压缸底部的锐缘孔口流出，设孔口直径ｄ＝10mm，孔口速度系数Cv＝0.97，流量系数 Cq＝0.63，油液的密度ρ＝870kg/m3，不计摩擦，试求作用在液压缸缸底壁面上的力。

题2-10图
解：F在缸体内产生的压力为：p=4F/лD2=1.529*106pa
小孔流量为：
qv=CqAT(2Δp/ρ)0.5=0.63*0.25*3.14*(10*10-3)2(2*15.29*105/870)0.5=0.00293m3/s
活塞速度为：v=4qv/3.14D2=1.493m/s
孔口液流速度为:
Vd=4qv/3.14d2=37.3m/s
若以缸内的液体为控制液体，设作用在液压缸缸底壁面上的力为R，则由动量方程得：
F-R=ρqv(v0-v)
R= F-ρqv(v0-v)=3000-870*0.00293 *(37.3-1.493)=2908.72(N)向右

2-13 如题2-12图所示，液压泵输出流量可手动调节，当流量为25.0L/min时，测得阻尼孔前的压力为0.05MPa；若流量为50.0L/min时，阻尼孔前的压力为多大？(提示：阻尼孔分别按细长孔和薄壁孔两种情况考虑，阻尼孔后压力为零)

题2-12图
解：（1）细长孔
由公式

代入数据得
（2）薄壁孔
由公式
得

2-14 研究孔口及缝隙的流量特性具有什么意义？
解：在液压系统中，液流流经小孔或缝隙的现象是普遍存在的。例如，液压传动中常利用液体流经阀的小孔或缝隙来控制系统的流量和压力，液压元件的泄漏也属于缝隙流动，因此有必要研究液体流经小孔和缝隙的流量计算。

2-15 管路中的压力损失有哪几种？各受哪些因素影响？
解：（1）沿程压力损失
液体在直径不变的直通道中流动时因其内摩擦而产生的能量损失，称为沿程压力损失。它主要决定于液体平均流速、动力粘度、通道的长度和内径等。
（2）局部压力损失
液体流经管道的弯头、大小管的接头、突变截面、阀口和网孔等局部障碍处时，因液流方向和速度大小发生突度，使液体质点间相互撞击而造成的能量损失，称为局部压力损失。液体流过这些局部障碍处时，流态极为复杂，影响因素较多，一般都依靠实验求得各种类型局部障碍的局部阻力系数，然后再计算局部压力损失。

2-16 液压冲击和空穴现象是如何产生的？有什么危害？如何防止？
解：一、液压冲击
(1)产生液压冲击的原因
a阀门突然关闭引起液压冲击 若有一较大容腔(如液压缸、蓄能器等)和在另一端装有阀门的管道相通。当阀门开启时，管内液体从阀门流出。当阀门突然关闭时，从阀门处开始液体动能将逐层转化为压力能，相应产生一从阀门向容腔推进的压力冲击波，出现液压冲击。
b运动部件突然制动引起液压冲击 如换向阀突然关闭液压缸的回油通道而使运动部件制动时，这一瞬间运动部件的动能会转化为被封闭油液的压力能，压力急剧上升，出现液压冲击。
c液压系统中元件反应不灵敏造成液压冲击 如系统压力突然升高时，溢流阀不能迅速打开溢流阀口，或限压式变量泵不能及时自动减小输出流量等，都会导致液压冲击。
(2)液压冲击的危害
在液压系统中产生液压冲击时，瞬时压力峰值有时比正常压力要大好几倍，会引起振动和噪声，导致密封装置、管路和液压元件的损坏，甚至还会使某些液压元件(如压力继电器、顺序阀等)产生误动作，从而影响系统正常工作。可见应力求减小液压冲击。
(3)通常可采取下列措施来减少液压冲击：
a延长阀门关闭和运动部件制动换向的时间。可采用换向时间可调的换向阀。实验证明当换向时间大于0.3s时，液压冲击就大大减少。
b限制管路内液体的流速及运动部件的速度。一般在液压系统中将管路流速控制在4.5m／s以内，运动部件的速度一般小于10.0/min，并且当运动部件的质量越大，则其运动速度就应该越小。
c适当增大管径。这样不仅可以降低流速，而且可以减小压力冲击波传播速度。
d尽量缩小管道长度，可以减小压力波的传播时间。
e用橡胶软管或在冲击源处设置畜能器，以吸收冲击的能量；也可以在容易出现液压冲击的地方，安装限制压力升高的安全阀。
二、空穴现象
（1）产生原因：在液压系统中，如果某处压力低于油液工作温度下的空气分离压时，油液中的空气就会分离出来而形成大量气泡；当压力进一步降低到油液工作温度下的饱和蒸汽压力时，油液会迅速汽化而产生大量汽泡。这些气泡混杂在油液中，产生空穴，使原来充满管道或液压元件中的油液成为不连续状态，这种现象一般称为空穴现象。
空穴现象一般发生在阀口和液压泵的进油口处。油液流过阀口的狭窄通道时，液流速度增大，压力大幅度下降，就可能出现空穴现象。液压泵的安装高度过高，吸油管道内径过小，吸油阻力太大，或液压泵转速过高、吸油不充足等，均可能产生空穴现象。
（2）危害：液压系统中出现空穴现象后，气泡随油液流到高压区时，在高压作用下气泡会迅速破裂，周围液体质点以高速来填补这一空穴，液体质点间高速碰撞而形成局部液压冲击，使局部的压力和温度均急剧升高，产生强烈的振动和噪声。在气泡凝聚处附近的管壁和元件表面，因长期承受液压冲击及高温作用，以及油液中逸出气体的较强腐蚀作用，使管壁和元件表面金属颗粒被剥落，这种因空穴现象而产生的表面腐蚀称为气蚀。故应力求避免空穴现象得产生。
(3)避免措施：
a减小阀孔或其他元件通道前后的压力差。
b降低液压泵的吸油高度，采用内径较大的吸油管，并尽量少用弯头，以减小管路阻力，必要时对大流量泵采用辅助泵供油。
c各元件的连接处要密封可靠，以防止空气进入。
d整个系统管路应尽可能直，避免急弯和局部狭窄等。
e提高元件的抗气蚀能力。对容易产生气蚀的元件，如泵的配油盘等金属材料，增加元件的机械强度。

第三章 液压泵
思考题与习题
3-1 液压泵要完成正常的工作过程，必须具备哪些条件？
解：（1）具备密封容积；
（2）密封容积周期变化；
（3）进油口和出油口分开。

3-2 液压泵的工作压力取决于什么?泵的工作压力与公称压力有何关系?
解：液压泵的工作压力取决于负载；
泵的工作压力一般小于公称压力。

3-3 要提高齿轮泵的工作压力需解决哪些关键问题？通常都采用哪些措施？
解：在液压泵中，运动件间是靠微小间隙密封的。这些微小间隙从运动学上形成摩擦副，而高压腔的油液通过间隙向低压腔泄漏是不可避免的；齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途径泄漏到吸油腔去：一是通过齿轮啮合线处的间隙（齿侧间隙），二是通过体定子环内孔和齿顶间隙的径向间隙（齿顶间隙），三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙（端面间隙）。在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，压力越高，由间隙泄漏的液压油液就越多。因此为了实现齿轮泵的高压化，为了提高齿轮泵的压力和容积效率，需要从结构上来采取措施，一般采用对齿轮端面间隙进行自动补偿的办法。

3-4 简述齿轮泵、叶片泵和柱塞泵的结构特点及应用场合。
解：由于各类液压泵各自突出的特点，其结构、功用和动转方式各不相同，因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中，往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵；而在筑路机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵；在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵。

3-5 齿轮泵产生困油现象是什么?有何危害?如何解决?
解：齿轮泵要能连续地供油，就要求齿轮啮合的重叠系数ε大于1，也就是当一对齿轮尚未脱开啮合时，另一对齿轮已进入啮合，这样就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间，在两对齿轮的齿向啮合线之间形成了一个封闭容积。一部分油液也就被困在这一封闭容积中〔见图3-5(a)〕，齿轮连续旋转时，这一封闭容积便逐渐减小，到两啮合点处于图3-5(b) 所示节点两侧的对称位置时，封闭容积为最小。齿轮再继续转动时，封闭容积又逐渐增大，直到图3-5(c)所示位置时，容积又变为最大。在封闭容积减小时，被困油液受到挤压，压力急剧上升，使轴承上突然受到很大的冲击载荷，使泵剧烈振动，这时高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出，造成功率损失，使油液发热等。当封闭容积增大时，由于没有油液补充，因此形成局部真空，使原来溶解于油液中的空气分离出来，形成了气泡。油液中产生气泡后，会引起噪声、气蚀等一系列恶果。以上情况就是齿轮泵的困油现象。这种困油现象极为严重地影响着泵的工作平稳性和使用寿命。
为了消除困油现象，在CB—B型齿轮泵的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽，其几何关系如图3-6所示。卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时，能通过卸荷槽与压油腔相通；而当困油腔由小变大时，能通过另一卸荷槽与吸油腔相通。两卸荷槽之间的距离为a，必须保证在任何时候都不能使压油腔和吸油腔互通。

3-6 轴向柱塞泵的斜盘倾角为什么不能太大？其配油盘的配油窗口和斜盘应保持怎样的几何关系？装配时若误将配油盘从正确位置上转过90°，会出现什么后果？
解：（1）当斜盘倾角太大时，容易使柱塞与斜盘间摩擦增大，降低效率，如果达到自锁角，两者将不能相对运动；
（2）配油盘的配油窗口和斜盘应保证当缸体转动时，柱塞吸油腔和压油腔隔开；
（3）当装配时若误将配油盘从正确位置上转过90°，柱塞泵不能吸油和压油。

3-7 某齿轮泵的节圆直径为28mm，齿数为10，齿宽为16mm，容积效率在泵进、出口压差为10MPa、转速为3000r/min时为0.9。试求：
(1)该泵的排量和实际输出流量；
(2)若已知泵的机械效率为0.88，试计算泵的输入功率。
解：
（1）

（2）
3-8 某液压泵的工作压力为10.0MPa，转速为1450.0r/min，排量为46.2mL/r，容积效率为0.95，总效率为0.9。求泵的实际输出功率和驱动该泵所需的电机功率。
解：
泵的实际输出功率为
驱动电机功率为
3-9 某叶片泵的定子短半径为35.35mm，长半径为37.8mm，叶片宽度为20mm,厚度4.72mm，叶片倾角为12°，叶片数为10，泵的转速为1500r/min。若已知泵的工作压力为14MPa时，其输出流量为4L/min，试求泵的容积效率为多少？
解：
由可得
4×10-3/60=2×0.02（3.14（0.03782-0.035352）-（0.0378-0.03535）0.00472×10/cos12o）××1500/60。
=（4×10-3/60）÷（2×0.02（3.14×（0.03782-0.035352）-（0.0378-0.03535）0.00472×10/cos12o）×1500/60）=71%
3-10 设轴向柱塞泵的斜盘倾角为22°33′，柱塞直径为22mm，柱塞在缸体上的分布圆直径为68mm，柱塞数为7，其容积效率，机械效率，转速，泵进、出口的压差，试计算泵的理论输出流量、实际流量及泵的输入功率分别为多少？
解：泵的理论流量为，代入数据得，
泵的理实际量为，
泵的输入功率为
3-11如题3-11图所示的双泵供油液压系统，由低压大流量泵高压小流量泵2、溢流阀3、单向阀４、液控顺序阀（卸荷阀）5和8换向阀6以及单向顺序阀7组成。试问：
（1）系统中的负载压力由哪个元件控制？
（2）液压泵1向系统供油或卸荷由什么控制？
（3）单向阀4和液控顺序阀5在系统中的作用是什么？

图3-1
解：（1）当负载无穷大时，系统为低压时，系统压力由阀5决定；当系统为高压时，系统压力油阀3决定。
（2）液压泵1向系统供油或卸荷由换向阀控制。
（3）当系统需要高压小流量时，单向阀4防止高压油进入液压泵1，即隔离高压和低压油液，此时液控顺序阀5在高压油的作用下打开，使液压泵1在较小压力下卸荷。
4液压缸与液压马达
思考题与习题

4-1液压缸与液压马达在功能特点上有何异同？
解：液压缸是输出直线运动，而液压马达是输出旋转运动。
4-2为什么伸缩套筒式液压缸活塞伸出的顺序是从大到小，而缩回的顺序是由小到大? (提示：应考虑有效工作面积)
解：当伸出时，作用面积最大的先伸出，因此活塞伸出顺序是从大到小；同理，缩回时顺序由小到大。
4-3 活塞与缸体、活塞杆与端盖之间的密封形式有几种？各应用于什么场合？
解：液压缸中常见的密封装置如下图所示。图中(a)所示为间隙密封，它依靠运动间的微小间隙来防止泄漏。为了提高这种装置的密封能力，常在活塞的表面上制出几条细小的环形槽，以增大油液通过间隙时的阻力。它的结构简单，摩擦阻力小，可耐高温，但泄漏大，加工要求高，磨损后无法恢复原有能力，只有在尺寸较小、压力较低、相对运动速度较高的缸筒和活塞间使用。图4中(b)所示为摩擦环密封，它依靠套在活塞上的摩擦环(尼龙或其他高分子材料制成)在O形密封圈弹力作用下贴紧缸壁而防止泄漏。这种材料效果较好，摩擦阻力较小且稳定，可耐高温，磨损后有自动补偿能力，但加工要求高，装拆较不便，适用于缸筒和活塞之间的密封。图中(c)、 (d)所示为密封圈(O形圈、V形圈等)密封，它利用橡胶或塑料的弹性使各种截面的环形圈贴紧在静、动配合面之间来防止泄漏。它结构简单，制造方便，磨损后有自动补偿能力，性能可靠，在缸筒和活塞之间、缸盖和活塞杆之间、活塞和活塞杆之间、缸筒和缸盖之间都能使用。

密封装置
间隙密封(b)摩擦环密封(c)O形圈密封(d)V形圈密封

4-4 单活塞杆缸差动连接时，有杆腔与无杆腔相比谁的压力高？为什么？
解：可以认为两者压力相等。但需要说明的是：开始工作时差动缸左右两腔的油液压力相同，但是由于左腔(无杆腔)的工作面积比右腔(有杆腔)的工作面积大，活塞向右的推力大于向左的推力，故其活塞向右运动，同时使右腔中排出的油液(流量为qv′)也进入左腔，加大了流入左腔的流量(qv+qv′)，从而也加快了活塞移动的速度。实际上活塞在运动时，由于差动缸两腔间的管路中有压力损失，所以右腔中油液的压力稍大于左腔油液压力。而这个差值一般都较小可以忽略不计
4-5 如何实现液压缸的排气和缓冲？
解：（1）液压缸的排气装置：
在液压系统安装时或停止工作后又重新启动时，液压缸里和管道系统中会渗入空气，为了防止执行元件出现爬行，噪声和发热等不正常现象，必须把液压系统中的空气排出去。对于要求不高的液压缸往往不设专门的排气装置，而是将油口布置在缸筒两端的最高处，通过回油使缸内的空气排往油箱，再从油面逸出，对于速度稳定性要求较高的液压缸或大型液压缸，常在液压缸两侧的最高位置处(该处往往是空气聚积的地方)设置专门的排气装置。常用的排气装置有两种形式，如下图所示。

排气装置
1—缸盖 2—放气小孔 3—缸体 4—活塞杆
（2）液压缸的缓冲装置：为了防止活塞在行程的终点与前后端盖板发生碰撞，引起噪音，影响工件精度或使液压缸损坏，常在液压缸前后端盖上设有缓冲装置，以使活塞移到快接近行程终点时速度减慢下来终至停止。
缓冲装置的工作原理是利用活塞或缸筒在其走向行程终端时封住活塞和缸盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢运动速度，达到避免活塞和缸盖相互撞击的目的。
4-6 要使差动连接单活塞杆缸快进速度是快退速度的2倍，则活塞与活塞杆直径之比应为多少？
解：设快进速度为，快退速度为。
差动连接时，快进，快退，由可得
所以，要使差动连接单活塞杆缸快进速度是快退速度的2倍，活塞与活塞杆直径之比应为。
4-7 如图所示的液压系统中，液压泵铭牌参数qv=18L/min，p=6.3MPa，设活塞直径D=90mm，活塞直径d=60mm， F=28000N时，不计压力损失，试求在各图示情况下压力表的指示压力。

解：设无杆腔面积为，有杆腔面积为。
（1）；
（2）；
（3）得
4-8 已知单杆液压缸缸筒内径D=100 mm，活塞杆直径d=50 mm，工作压力p1=2 MPa，流量qv=10 L/min，回油压力p2=0.5MPa。试求活塞往返运动时的推力和速度。
解：（1）活塞伸出时：
=12.8kN，

（2）活塞退回时：

4-9 下图为两结构尺寸相同的液压缸，A1=100cm2，A2=80cm2，p1=0.9Mpa，=15L/min。若不计摩擦损失和泄漏，试求：
（1）当两缸负载相同(F1=F2)时，两缸能承受的负载是多少？
（2）此时，两缸运动的速度各为多少？

解：由题意可得，缸1的有杆腔与缸2的无杆腔压力相等，设为：
则：（1）

由以上3式可得。
（2）

4-10 设计一差动连接液压缸，已知泵的公称流量为25L/min，公称压力为6.3MPa，工作台快进、快退速度为5m/min。试计算液压缸内径D和活塞杆直径d。当快进外负载为25×1O3N时，液压缸的压力为多少?
解:,
又因快进和快退速度相等，所以
由得，
4-11 已知液压马达的排量=250mL/r，入口压力为=9.8MPa,出口压力为=0.49MPa,此时总效率=0.9,容积效率=0.92。当输入流量=22L/min时，试求：
(1)液压马达的输出转矩（N·m）；
(2)液压马达的输出功率（kw）；
(3)液压马达的转速（r/min）。
解：（1）
（2）
（3）
4-12 一液压马达，要求输出转矩为52.5N·m，转速为30r/min，马达的排量为105mL/r，求所需要的流量和压力各为多少？（马达的机械效率和容积效率各为0.9）
解：

4-13如题4-12图，泵输出压力=10MPa，排量VP=10mL/r，转速=1450r/min，机械效率=0.9，容积效率=0.9；马达排=10mL/r，机械效率=0.9，容积效率=0.9。泵出口和马达进油管路间的压力损失为0.5MPa，假设其它损失不计，且系统无过载，试求：
（1）泵的输出功率；
（2）驱动泵的电机功率；
（3）马达的输出转矩；
（4）马达的输出转速。

题4-12图
解：（1）
（2）
（3）
（4）

5. 液压控制阀
思考题与习题
5-1　液控单向阀和单向阀功能上有何区别？
解：液控单身阀当控制油路给油时，可以反向导通，而意向阀只能正向导通。
5-2　换向阀的种类有哪些？举例说明“位”和“通”的含义是什么？分别说明0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？
解：（1）按换向阀按阀芯在阀体孔内的工作位置数和换向阀所控制的油口通路数可分为二位二通、二位三通和三位五通等；按换向阀的控制方式可分为手动、机动、电动、液动和电液动等；按阀芯运动方式可分为滑阀、转阀等类型。
（2）A、位置数
位置数（位）是指阀芯在阀体孔中的位置，有几个位置就称之为几位；比如有两个位置即称之为为“两位”，有三个位置我们就称之为“三位”，依次类推。职能符号图图形中“位”是用用粗实线方格（或长方格）表示，有几位即画几个方格来表示。
三位换向阀的中格和二位换向阀靠近弹簧的一格为常态位置(或称静止位置或零位置)，即阀芯末受到控制力作用时所处的位置；靠近控制符号的一格为控制力作用下所处的位置。
B、通路数
通路数（通）是指换向阀控制的外连工作油口的数目。一个阀体上有几个进、出油口就是几通。将位和通的符号组合在一起就形成了阀体整体符号。在图形符号中，用“┬”和“┴”表示油路被阀芯封闭，用“│”或“∕”表示油路连通，方格内的箭头表示两油口相通，但不表示液流方向。一个方格内油路与方格的交点数即为通路数，几个交点就是几通。
(3)
中位型式
结构原理图
符号
中位特点
O

液压阀从其它位置转换至中位时，执行元件立即停止，换向位置精度高，但液压冲击大；执行元件停止工作后，油液被封闭在阀后的管路、元件中，重新启动时较平稳；在中位时液压泵不能卸荷
H

换向平稳，液压缸冲出量大，换向位置精度低；执行元件浮动；重新启动时有冲击；在中位时液压泵卸荷
P

T口封闭，P、A、B导通。换向平稳，液压缸冲出量大，换向位置精度低；执行元件浮动（差动液压缸不能浮动）；重新启动时有冲击；在中位时液压泵不卸荷
M

液压阀从其它位置转换到中位时，执行元件立即停止，换向位置精度高，但液压冲击大；执行元件停止工作后，执行元件及管路充满油液，重新启动时较平稳；在中位时，液压泵卸荷

5-3　选用换向阀时要考虑哪些问题？
解：①根据系统的性能要求,选择滑阀的中位机能及位数和通数。②考虑换向阀的操纵要求。如人工操纵的用手动式、脚踏式；自动操纵的用机动式、电动式、液动式、电液动式；远距离操纵的用电动式、电液式；要求操纵平稳的用机动式或主阀芯移动速度可调的电液式；可靠性要求较高的用机动式。③根据通过该阀的最大流量和最高工作压力来选取(查表)。最大工作压力和流量一般应在所选定阀的范围之内,最高流量不得超过所选阀额定流量的120%,否则压力损失过大,引起发热和噪声。若没有合适的,压力和流量大一些也可用,只是经济性差一些。④除注意最高工作压力外,还要注意最小控制压力是否满足要求(对于液动阀和电液动换向阀)。⑤选择元件的联接方式一一管式(螺纹联接)、板式和法兰式,要根据流量、压力及元件安装机构的形式来确定。⑥流量超过63L/min时,不能选用电磁阀,否则电磁力太小,推不动阀芯。此时可选用其他控制形式的换向阀,如液动、电液动换向阀。

5-4　滑阀阀芯的卡紧现象是怎样引起的？如何解决？
解：引起液压卡紧的原因，可能是由于脏物进入缝隙而使阀芯移动困难，或者缝隙过小在油温升高时阀芯膨胀而卡死，但是主要原因是来自滑阀结构主体的几何形状误差和同心度变化所引起的径向不平衡液压力。如下图中（a)所示，当阀芯和阀体孔之间无几何形状误差，且轴心线平行但不重合时，阀芯周围间隙内的压力分布是线性的(图中A1和A2线所示)，且各向相等，阀芯上不会出现不平衡的径向力；当阀芯因加工误差而带有倒锥(锥部大端朝向高压腔)且轴心线平行而不重合时，阀芯周围间隙内的压力分布如下图中(b)中曲线A1和A2所示，这时阀芯将受到径向不平衡力(图中阴影部分)的作用而使偏心距越来越大，直到两者表面接触为止，这时径向不平衡力达到最大值；但是，如阀芯带有顺锥(锥部大端朝向低压腔)时，产生的径向不平衡力将使阀芯和阀孔间的偏心距减小；下图中(c)所示为阀芯表面有局部凸起(相当于阀芯碰伤、残留毛刺或缝隙中楔入脏物时，阀芯受到的径向不平衡力将使阀芯的凸起部分推向孔壁。当阀芯受到径向不平衡力作用而和阀孔相接触后，缝隙中存留液体被挤出，阀芯和阀孔间的摩擦变成半干摩擦乃至干摩擦，因而使阀芯重新移动时所需的力增大。

5-5　电液换向阀适用于什么场合？它的先导阀中位机能为 X 型行吗？为什么？
解：（1）电液换向阀适用于高压大流量，因为高压大流量场合时，需要很大的推理打开控制油路的主阀芯，电液换向阀控制油路的主阀芯不是靠电磁铁的吸力直接推动的，是靠电磁铁操纵控制油路上的压力油液推动的，因此推力可以很大，操纵也很方便。此外，主阀芯向左或向右移动的速度可以由节流阀控制，这就可以使系统中的执行元件能够得到平稳无冲击的换向。所以电液换向阀的换向性能也是很好的，适用与高压大流量场合。
（2）它的先导阀中位机能可以为X型，X型的特点是：在中位时，A、B、P油口都与T回油口相通。
5-6　画出溢流阀、减压阀及顺序阀的职能符号图形，并比较它们在结构上的异同之处？
解：

（1）溢流阀 （2）减压阀 （3）顺序阀
三者在结构上的异同：

5-7　直动式溢流阀为何不适用于作高压大流量的溢流阀？
解：因为直动式是靠液压系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力相平衡，控制阀芯的启闭动作实现溢流，当系统压力较高时，作用在阀芯上的液压力较大，控制灵敏度下降。
5-8　采用先导式溢流阀为何能减小系统的压力波动？阀中的小孔各起什么作用？
解：（1）由于需要通过先导阀的流量较小，锥阀的阀孔尺寸也较小，调压弹簧2的刚度也就不大，因此调压比较轻便。主阀芯因两端均受液压力作用，平衡弹簧只需很小刚度，当溢流量变化而引起主阀平衡弹簧4压缩量变化时，溢流阀所控制的压力变化也就较小。
（2）各小孔作用为：下图所示为Y型先导型溢流阀，由先导阀和主阀两部分组成，压力油从进油口进入进油腔P后，经主阀芯5的径向孔再分为两路，一路经轴向孔f进入主阀芯的下端；另一路经阻尼孔e进入主阀芯的上端，再经孔c和b作用于先导阀的锥阀3上。系统压力较低时，先导阀关闭，主阀芯两端液压力相等，主阀芯在平衡弹簧4作用下处于最下端(图示位置)，主阀溢流阀口关闭；系统压力升高到作用于锥阀的液压力大于先导阀调压弹簧2的作用力时，先导阀(先导阀可视为小型直动型溢流阀)开启，此时，P油腔压力油经孔、c、b、锥阀阀口、孔和T油腔流回油箱，由于阻尼小孔的作用，在主阀芯两端形成一定压力差，主阀芯在此压力差作用下克服平衡弹簧的弹力而向上移动，主阀溢流阀口开启，实现溢流稳压作用；调节手轮1可调节调压弹簧的预压缩量，进而调整系统压力。

5-9　分析比较溢流阀、减压阀和顺序阀的作用及区别？
解：溢流阀的作用是稳定阀的入口压力,减压阀是稳定阀的出口压力,而顺序阀则是接通(当顺序阀工作时)或切断(当顺序阀关闭时)某一油路。顺序阀可以做溢流阀使用(只是性能稍差)