液压与气压传动课后习题答案.doc

第1章 绪论

1-1什么是液压传动？什么是气压传动？
参考答案：
液压与气压传动的基本工作原理是相似的，都是以流体的压力能来传递动力的。以液体（液压油）为工作介质，靠液体的压力能进行工作称为液压传动。以压缩空气为工作介质，靠气体压力能进行工作的称为气压传动。
1-2液压与气压传动系统有哪几部分组成？各部分的作用是什么？
参考答案：
液压传动系统和气压传动系统主要有以下部分组成：
（1）动力元件：液压泵或气源装置，其功能是将原电动机输入的机械能转换成流体的压力能，为系统提供动力。
（2）执行元件：液压缸或气缸、液压马达或气压马达，它们的功能是将流体的压力能转换成机械能，输出力和速度（或转矩和转速），以带动负载进行直线运动或旋转运动。
（3）控制元件：压力流量和方向控制阀，它们的作用是控制和调节系统中流体的压力、流量和流动方向，以保证执行元件达到所要求的输出力（或力矩）、运动速度和运动方向。
（4）辅助元件：保证系统正常工作所需要的辅助装置，包括管道、管接头、油箱或储气罐、过滤器和压力计等。
（5）传动介质：指传递能量的流体，即液压油或压缩空气。
1-3液压与气压传动主要优缺点有哪些？
参考答案：
液压传动的主要优点：
在输出相同功率的条件下，液压转动装置体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小、并且反应快。可在运行过程中实现大范围的无级调速、且调节方便。传动无间隙，运动平稳，能快速启动、制动和频繁换向。操作简单，易于实现自动化，特别是与电子技术结合更易于实现各种自动控制和远距离操纵。不需要减速器就可实现较大推力、力矩的传动。易于实现过载保护，安全性好；采用矿物油作工作介质，滋润滑性好，故使用寿命长。液压元件已是标准化、系列化、通用化产品、便于系统的设计、制造和推广应用。
液压传动的主要缺点：
（1）油液的泄露、油液的可压缩性、油管的弹性变形会影响运动的传递正确性，故不宜用于精确传动比的场合。
（2）由于油液的粘度随温度而变，从而影响运动的稳定性，故不宜在温度变化范围较大的场合工作。
（3）由于工作过程中有较多能量损失（如管路压力损失、泄漏等），因此，液压传动的效率还不高，不宜用于远距离传动。
（4）为了减少泄漏，液压元件配合的制造精度要求高，故制造成本较高。同时系统故障诊断困难。
气压传动的主要优点：
（1）以空气为传动介质，取之不尽，用之不竭；用过的空气直接排到大气中，处理方便，不污染环境，符合“绿色制造”中清洁能源的要求。
（2）空气的粘度很小，因而流动时阻力损失小，便于集中供气、远距离传输和控制。
（3）工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射及振动等恶劣环境中工作，比液压、电子、电气控制优越。
（4）维护简单，使用安全可靠，过载能自动保护。
气压传动的主要缺点：
（1）气压传动装置的信号传递速度限制在声速（约340m/s）范围内，所以它的工作频率和响应速度远不如电子装置，并且信号要产生较大的失真和延滞，不宜用于对信号传递速度要求十分高的场合中，但这个缺点不影响其在工业生产过程中应用。
（2）由于空气的可压缩性大，因而气压传动工作速度的稳定性较液压传动差，但采用气液联合可得到较满意的效果。
（3）系统输出力小，气缸的输出力一般不大于50KN；且传动效率低。
（4）排气噪声较大，在高速排气时要加消声器。
1-4 试讨论液压传动系统图形符号的特点。
参考答案：
对于液压传动系统的分析常常通过分析液压系统图，它是一种半结构式工作原理图，由液压元件符号组成，直观性强，容易理解。在液压系统原理图中，职能符号只表示液压元件的种类，不表示元件的实际安装位置，即性能种类。对于具有特殊性能的非标准液压元件,允许用半结构图表示其结构特征。

第2章 液压流体力学基础

2-1 什么是液体的粘性？常用的粘度表示方法有哪几种？
参考答案：
液体分子间存内聚力。当在剪切力作用下产生流动时，液体分子间的内聚力会阻止分子间的相对运动，因而内聚力呈现为一种内摩擦力，这一特性称为液体的粘性。
液压油液的粘度有三种表示方法：
（1）动力粘度：动力粘度又称为绝对粘度，由式：确定。液体动力粘度的物理意义是：液体在单位速度梯度下流动或有流动趋势时，相接触的液层间单位面积上产生的内摩擦力。动力粘度的法定计量单位为Pa×s （N×s/m2）。
（2）运动粘度n：液体的动力粘度与其密度的比值被称为液体的运动粘度，即：

液体的运动粘度没有明确的物理意义，但它在工程实际中经常用到。因为它的单位中只有长度和时间的量纲，类似于运动学的量，所以被称为运动粘度。它的法定计量单位为m2/s，常用的单位为mm2/s。
（3）相对粘度：相对粘度又称为条件粘度，它是采用特定的粘度计在规定的条件下测量出来的粘度。我国采用恩氏度°E。相对粘度无量纲。
2-2 液压油种类有哪些？如何选用液压油？
参考答案：
液压油有两大类，即石油基液压油和难然液压液。液压油的运动粘度是划分牌号的依据。国家标准GB/T3141-1994中规定，液压油的牌号就是用它在温度为时的运动粘度平均值（单位为mm2/s）来表示。
对液压油液的选用，首先应根据液压传动系统的工作环境和工作条件来选择合适的液压油液类型，然后再选择液压油液的粘度。
2-3 什么是压力？如何理解液压系统的压力取决于外负载？
参考答案：
液体在单位面积上所受的内法线方向的力称为压力。压力有绝对压力和相对压力，绝对压力是以绝对真空为基准来度量的，而相对压力是以大气压为基准来进行度量的。
由公式可知液压系统中的压力是由外界负载决定的。
2-4 什么是流量？如何理解液压系统执行元件的速度取决于流量？
参考答案：
单位时间内流过通流截面的液体体积称为流量，用（单位为m3/s）表示，如图2-12a）。对于微小流束，通过该通流截面的流速为，其微小流量为：

实际液体流过整个通流截面的流量为：

液压系统执行元件通流截面固定，运行的速度与流量成正比。
2-5 写出雷诺数的表达式，并说明其作用。
参考答案：
雷诺数：由平均流速、管径d和液体的运动粘度三个参数组成的无量纲数，是用来表明液体流动状态的数。雷诺数的物理意义是流动液体的惯性力与粘性力之比。雷诺数小，表示粘性力占主导地位，由压力与粘性力之间的平衡决定了流动的规律，流体质点受粘性力制约只能按层沿轴线方向运动，因此流动为层流。
2-6 管路中压力损失有哪几种，各受哪些因素影响？
参考答案：
液体在流动时产生的压力损失分为两种：一种是液体在等径直管内流动时因摩擦而产生的压力损失，称为沿程压力损失；另一种是液体流径管道的弯头、管接头、阀口以及突然变化的截面等处时，因流速或流向发生急剧变化而在局部区域产生流动阻力所造成的压力损失，称为局部压力损失。
2-7 某液压油体积为200ml，密度ρ=900kg/m3，在50oC时流过恩氏粘度计所需的时间t1=153s，20oC时200 ml蒸馏水流过恩氏粘度计所需的时间t2=51s，问该液压油的恩氏粘度oE50、运动粘度和动力粘度μ各为多少？

2-8 某液压油在大气压力下的体积是100L，当压力升高后其体积减少到99.6L，设液压油的体积弹性模量为7500×105Pa，求压力升高值。

2-9 根据牛顿液体内摩擦定律,求动力粘度μ的量纲？写出运动粘度与动力粘度μ的关系式，并推导运动粘度的量纲。
参考答案略。
2-10 如图所示，U形管测压计内装有水银，其左端与装有水的容器相连，右端开口与大气相通。已知：h=0.2m，h1=0.3m，水银密度ρ=13.6×103kg/m3。试计算A点的相对压力和绝对压力。

题2-10图
2-11如图所示，一容器倒置于液面与大气相通的槽中，在大气压力作用下液体在管中上升的高度h=0.5m，假设该液体的密度为ρ=1000kg/m3，试求容器中的真空度。

题2-11图

2-12如图示，在两个相互连通的液压缸中，已知大缸内径，小缸内径，大缸活塞上放置的物体质量为。问：在小缸活塞上所加的力有多大才能使大活塞顶起重物？

题2-12图

2-13 如图示，液压泵的流量，吸油管（金属）直径，液压泵吸油口距离液面高度，液压油运动粘度，油液密度为，求液压泵吸油口的真空度。

题2-13图
参考答案：
以油箱液面为基准面，对截面0-0和1-1列伯努利方程

又因为：
且管道流速：
管道压力损失：
又因为：
若取代入管道压力损失公式可得：

将上述求得各值代入伯努利方程，得：

此为相对压力，将其取正即为真空度，即：

2-14 如图所示，已知水深H=10m，截面=0.02，截面，求孔口的出流流量以及2处的表压力（取a=1，ρ=1000kg/，不计损失）。

题2-14图

参考答案：
提示：
列截面0-0和1-1的伯努利方程

补充方程为：

可求得及。
列截面1-1和2-2的伯努利方程

补充方程为：
由上求得已知，且根据连续性方程可求得
将上述求得之值代入前式，即可求得。
2-15 如图所示一抽吸设备水平放置，其出口和大气相通，细管处截面积，出口处管道截面积，，求开始抽吸时，水平管中所必须通过的流量（液体为理想液体，不计损失）。

题2-15图
参考答案：
沿冷水流动方向列A1、A2截面的伯努利方程
p1/ρg + v12/2g = p2/ρg + v22/2g
补充辅助方程
p1 = pa－ρgh
p2=pa
v1A1=v2A2
代入得
q = v1A1= (32gh/15)1/2 A1

2-16 液体在管中的流速，管道内径，油液的运动粘度，试确定流态，若要保证其为层流，其流速应为多少？

题2-16图

参考答案：
根据雷诺数公式和临界雷诺数可解。

2-17 如图题图2-13所示，泵从油箱吸油，吸油管直径d=60mm，液压泵的流量，液压泵入口处真空度为0.2×105Pa，油液的运动粘度ν=30×10-6m2/s，ρ=900kg/m3，弯头处的局部阻力系数ξ弯=0.2，管道入口处的局部阻力系数ξ入=0.5，沿程压力损失忽略不计，试求油泵的吸油高度。

参考答案：
以油箱液面为基准面，对截面0-0和1-1列伯努利方程

又因为：
且管道流速：
又因为：
管道压力损失忽略沿程压力损失只计算局部压力损失，则：

将上述求得各值代入伯努利方程，得：

2-18 如图所示，一管道输送ρ=900kg/m3的液体，已知h=15m，1处的压力为5×105Pa，2处的压力为2.5×105Pa，求油液流动方向。

题2-18图
参考答案：
列1与2处的伯努利方程

补充条件为：

故求得：
因为压力损失为负值，说明1处能量高于2处能量，即水往2处流。

2-19 如图所示，当阀门关闭是压力表读数为2.5×105Pa，阀门打开时压力表读数为0.6×105Pa。若管道内径d=12mm，不计液体流动时的能量损失，液体密度ρ=1000kg/m3，求阀门打开时管中的流量q。

题2-19图
参考答案：

2-20 图示液压滑阀，若流量q=100 L/min，阀芯直径d=30mm，开口量χ0=2mm，液流流过阀口时的角度θ=69o，求阀芯受到的轴向液动力是多少？

题2-20图
参考答案：
因为沿阀芯轴线方向速度为零，故阀芯受到的轴向液动力：
方向向右。

2-21如图所示为一水平放置的固定导板,将直径d=0.1m,流速v为20m/s的射流转过90°,求导板作用于液体的合力大小及方向(ρ=1000kg/m3)。

题2-21图
参考答案：
分别列出导板对控制体沿想x和Y方向的作用力方程

又因为 故
将求得和已知参数代入上述方程后，对2分力求和即可，其方向为水平成45o向左。

2-22水平放置的光滑圆管由两段组成，直径d1=12mm，d2=8mm，长度L=4m，液体密度ρ=1000kg/m3，运动粘度ν=20×10-6m2/s，流量q=18L/min，管道变化处的局部阻力系数ξ=0.35，求总压力损失和管道两段压差。

题2-22图
参考答案：
提示
1）总压力损失
本题首先判断不同直径管道流态，根据流态确定沿程压力损失系数，求得各段沿程压力损失，根据变径处局部压力损失系数，求得局部压力损失，最后再求总压力损失。
2）列出管道两段的伯努利方程，求得两端压力差。

2-23 液压油在内径为20mm的圆管内流动，设临界雷诺数为2000，油的运动粘度为30×10-6m2/s，求：当流量大于每分钟多少升时，油液的流动为紊流？

参考答案：略。

2-24某液压泵流量为q = 16 l/min,且安装在油面以下，如图所示。已知油的密度为ρ=900kg/m3,运动粘度υ=11×10-6m2/s，油管直径d=18mm，若油箱油面位置高度不变，油面压力为1个标准大气压（1个标准大气压=1.03×105pa）,从油箱底部到油泵吸油口处的管子总长L=2.2m，油箱油面到油泵吸油口中心高度h=0.9m,若仅计管中沿程损失，求油泵吸油口处的绝对压力。

题2-24图

参考答案：
列油箱液面与泵吸油口出的伯努利方程

补充辅助方程

层流。
故，

将上述求得参数代入方程可得：

2-25如图所示，油缸柱塞的重量和外负载共有F=150N，柱塞直径d=20mm，缸筒孔直径D=20.05mm封油长度L=70mm，油液密度为ρ=900kg/m3，油的动力粘度μ=50×10-3Pa.s,试求活塞在力的作用下的下降速度。

题2-25图
参考答案：

第3章 液压泵与液压马达

3-1 液压泵工作压力取决于什么？泵的工作压力与额定压力有何区别？
参考答案：
（1）液压泵的工作压力决定于外界负载的大小（而与液压泵的流量无关），外负载增大，泵的工作压力也随之增大。
（2）泵的工作压力是指液压泵在实际工作时输出油液的压力，即油液克服阻力而建立起来的压力。
泵的额定压力是指液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转正常工作的最高工作压力。
液压泵在工作中应有一定的压力储备，并有一定的使用寿命和容积效率，通常它的工作压力应低于额定压力。
3-2 什么是液压泵的排量、实际流量、理论流量和额定流量？它们之间有什么关系？
参考答案：
排量：液压泵轴转一周，由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出液体体积称为液压泵的排量。
实际流量：是指考虑液压泵泄漏损失时，液压泵实际工作时的输出流量。所以液压泵的实际流量小于理论流量。
理论流量：是指在单位时间内理论上可排出的液体体积。它等于排量和转速的乘积。
额定流量：液压泵在额定压力、额定转速下允许连续运行的流量。
泵的理论流量：
泵的实际流量：（是泄漏流量）
3-3 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？产生损失的原因何在？
参考答案：
液压泵的输入功率为：，
输出功率为：。
功率损失分为容积损失和机械损失。容积损失是因内外泄漏、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。
3-4 齿轮泵为什么有较大的流量脉动？流量脉动大有什么危害？
参考答案：
液压泵由于结构的原因，在排油过程中，瞬时流量是不均匀并随时间而变化。这种现象称为液压泵的流量脉动。液压泵的流量脉动会引起压力脉动，从而使管道，阀等元件产生振动和噪声。而且，由于流量脉动致使泵的输出流量不稳定，影响工作部件的运动平稳性，尤其是对精密的液压传动系统更为不利。通常，螺杆泵的流量脉动最小，双作用叶片泵次之，齿轮泵和柱塞泵的流量脉动最大。
3-5 齿轮泵的径向不平衡力是怎样产生的?会带来什么后果?消除径向力不平衡的措施有哪些?
参考答案：
齿轮泵产生径向力不平衡的原因有三个方面：一是液体压力产生的径向力。这是由于齿轮泵工作时，压油腔的压力高于吸油腔的压力所产生的径向不平衡力。二是齿轮啮合时径向力时所产生的径向不平衡力。三是困油现象产生的径向力，致使齿轮泵径向力不平衡现象加剧。
工作压力越高，径向不平衡力也越大。径向不平衡力过大时能使泵轴弯曲，齿顶与泵体接触，产生摩擦；同时也加速轴承的磨损，这是影响齿轮泵寿命的主要原因。
为了减小径向不平衡力的影响，常采用的最简单的办法就是缩小压油口，使压油腔的压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内；也可采用在泵端盖设径向力平衡槽的办法。
3-6 齿轮泵的困油现象及其消除措施？
参考答案：
为使齿轮平稳转动，齿轮啮合重合度必须大于1，即在一对轮齿退出啮合之前，后面一对轮齿已进入啮合，因而在两对轮齿同时啮合的阶段，两对轮齿的啮合线之间形成独立的密封容积，也就有一部分油液会被围困在这个封闭腔之内。这个封闭容积先随齿轮转动逐渐减小，以后又逐渐增大。封闭容积减小会使被困油液受挤而产生高压，并从缝隙中流出，导致油液发热，轴承等部件也会受到附加的不平衡负载的作用；封闭容积增大又会造成局部真空，使溶于油中的气体分离出来，产生气穴，引起噪声、振动和气蚀，这就是齿轮泵的困油现象。
消除困油现象的方法，通常是在齿轮的两端盖板上开卸荷槽，使封闭容积减小时卸荷槽与压油腔相通，封闭容积增大时通过左边的卸荷槽与吸油腔相通。在很多齿轮泵中，两槽并不对称于齿轮中心线分布，而是整个向吸油腔侧平移一段距离，实践证明，这样能取得更好的卸荷效果。
3-7 齿轮泵的泄漏及危害？
参考答案：
齿轮泵存在着三个可能产生泄漏的部位：齿轮齿面啮合处的间隙；泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙；齿轮两端面和端盖间的端面间隙。在三类间隙中，以端面间隙的泄漏量最大，约占总泄漏量的75%～80%。泵的压力愈高，间隙越大，泄漏就愈大，因此一般齿轮泵只适用于低压系统，且其容积较率很低。
3-8 为什么称单作用叶片泵为非平衡式叶片泵，称双作用叶片泵为平衡式叶片泵？
参考答案：
由于单作用式叶片泵的吸油腔和排油腔各占一侧，转子受到压油腔油液的作用力，致使转子所受的径向力不平衡，单作用式叶片泵被称作非平衡式叶片泵。
双作用叶片泵有两个吸油腔和两个压油腔，并且对称于转轴分布，压力油作用于轴承上的径向力是平衡的，故又称为平衡式叶片泵。
3-9 限压式叶片泵和柱塞泵都是变量泵，试比较它们流量的调节是如何实现的？有什么不同？
参考答案：
限压式叶片泵调节弹簧预紧力可以调节限压式变量叶片泵的限定压力，调节流量调节螺钉可以改变流量的大小。调整螺钉改变原始偏心量，就调节泵的最大输出流量。当泵的工作压力超过以后，定子和转子间的偏心量减小，输出流量随压力增加迅速减小。调整螺钉改变弹簧预压缩量，就调节泵的限定压力。
限压式柱塞泵是通过调节配流盘倾斜角度来实现流量调节。
3-10 为什么轴向柱塞泵适用于做高压泵？
参考答案：
轴向柱塞泵结构紧凑，径向尺寸较小，惯性力小，容积效率高，目前最高压力可达40MPa，甚至更高，一般用于工程机械、压力机等高压系统。
3-11 如题所示，已知液压泵的额定压力和额定流量，若忽略管道及元件的损失，试说明图示各种工况下液压泵出口出的工作压力p为多少？

题3-11图
参考答案：
根据液压系统压力取决于外负载可知：
a)p=0 b)p=0 c)p=Δp d)p=F/A e)p= 2πTm/Vm

3-12 某液压泵输出压力p=20MPa，液压泵的转速n=1459r/min，排量V=100mL/r，已知该泵容积效率为0.95，总效率为0.9，试求：
1）该泵的输出功率。
2）驱动该泵所需的电机功率。
参考答案：
液压泵实际流量为：

泵的输出功率为：

驱动该泵所需的电机功率为：

3-13某液压泵在输出压力为6.3MPa时,输出流量为53L/min，这时实测油泵轴消耗功率7Kw，当泵空载卸荷运转时,输出流量为56L/min，求该泵的容积效率ηV=?和总效率η=?

参考答案：
以空载流量为理论流量，即qt＝9.33×10－4m3/s，实际流量为q＝8.83×10－4m3/s
所以ηV=q/qt=0.946
据已知，PO=pq＝5247.9w，Pr=7000w
所以η= PO/ Pr=0.75

3-14某液压泵的转速为950r/min，排量为V=168mL/r，在额定压力29.5MPa和同样转速下，测得的实际流量为150L/min，额定工况下的总效率为0.87，求：
1)泵的理论流量qt。
2)泵的容积效率ηv和机械效率ηm。
3)泵在额定工况下，所需电动机驱动功率Pi。
4)驱动泵的转矩Ti。

参考答案：

3-15 某变量叶片泵转子外径d=83mm，定子内径D=89mm，叶片宽度B=30mm，试求：
1)叶片泵排量为16mL/r时的偏心量e。
2)叶片泵可实现的最大排量Vmax。

参考答案：
1)

2)

3-16 一变量轴向柱塞泵，共9个柱塞，其柱塞分布圆直径D=125mm，柱塞直径d=16mm，若液压泵以3000r/min转速旋转，其输出流量为q=50L/min，问斜盘倾角多少度(忽略泄漏的影响)?

参考答案：
由斜盘轴向柱塞泵实际输出流量公式为：

因为忽略泄漏，故容积效率，将已知参数代入，可求得：

3-17 已知某液压马达的排量V=250mL/r，液压马达入口压力为p1=10.5MPa,出口压力p2=1.0MPa，其总效率ηm=0.9，容积效率ηv=0.92，当输入流量q=22L/min时，试求液压马达的实际转速n和液压马达的输出转矩T。

参考答案：
由得马达实际转速为

马达输出转矩为

3-18 某液压泵的排量为V，泄漏量（为泄漏系数，p为工作压力)。此泵可作马达使用，当泵和马达的转速相同时，其容积效率是否相同?

参考答案：
对于马达其容积效率为：

对于泵而言其容积效率为：

由上述两式可知，转速相同时，其容积效率实不相等的。

3-19 单叶片摆动液压马达的供油压力p1=2MPa，供油流量q=35L/min，回油压力p2=0.3MPa，缸体内径D=240mm，叶片安装轴直径d=80mm，设输出轴的回转角速度ω=0.7rad/s，试求叶片的宽度b和输出轴的转矩T。

参考答案：
由得叶片宽度为

输出轴转速为：

第4章 液压缸

4-1 什么是液压缸的差动连接？差动连接应用在什么场合？
参考答案：
单杆活塞缸有一种非常重要的工作方式，即两腔同时通入压力油，这种油路连接方式称为差动连接。在忽略两腔连通油路压力损失的情况下，差动连接时液压缸两腔的油液压力相等。但由于无杆腔受力面积大于有杆腔，活塞向右的作用力大于向左的作用力，活塞杆作伸出运动，并将有杆腔的油液挤出，流进无杆腔，加快活塞杆的伸出速度。
与非差动连接无杆腔进油工况相比，在输入油液压力和流量相同的条件下，活塞杆伸出速度加快但输出推力减小。利用差动连接，可以在不加大油源流量的情况下得到较快的运动速度。这种连接方式被广泛应用于各种具有“快进”、“工进”速度切换的液压系统中。
4-2 当机床工作台的行程较长时应采用什么类型的液压缸？这时如何实现工作台的往复运动？
参考答案：
柱塞缸最大的特点是柱塞不与缸筒接触，运动时靠缸盖上的导向套来导向，因而对缸筒内壁的精度要求很低，甚至可以不加工，工艺性好，成本低，特别适用于行程较长的场合，如龙门刨床、导轨磨床、大型拉床等。
柱塞与工作部件连接，缸筒固定在机体上（也可以改变固定方式，使柱塞固定,缸筒带动工作部件运动）。油液进入缸筒，推动柱塞向右运动，但反方向时必须依靠其他外力驱动，单独柱塞缸通常竖直安装，靠重力返回。为了得到双向运动，柱塞缸常成对反向布置使用。
4-3 液压缸为什么要设缓冲装置？
参考答案：
当运动件的质量较大，运动速度较高时，由于惯性力较大，具有较大的动量。在这种情况下，活塞运动到缸筒的终端时，会与端盖发生机械碰撞，产生很大的冲击和噪声，严重影响加工精度，甚至引起破坏性事故，所以在大型、高压或高精度的液压设备中，常常设有缓冲装置，其目的是使活塞在接近终端时，增加回油阻力，从而减缓运动部件的运动速度，避免撞击液压缸端盖。
4-4 液压缸为什么要设排气装置？
参考答案：
液压系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、噪声及工作部件爬行和前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。因此设计液压缸时必须考虑排除空气。
在液压系统安装时或停止工作后又重新启动时，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。
4-5 已知单杆液压缸缸筒内径D=100mm，活塞杆直径d=50mm，工作压力p1=2MPa，流量q=10L/min，回油压力p2=0.5MPa。试求活塞往返运动时的推力和速度。

参考答案：略。

4-6图示三种结构形式的液压缸，活塞和活塞杆直径分别为D、d，如果进入液压缸的流量为q，压力为p，试分析各液压缸产生的推力F和速度v的大小。

题4-6图

参考答案：
a) F= ；v= b)F= ； v=
c )F= ； v=

4-7 如图所示两个结构相同相互串联的液压缸，无杆腔的面积A1=100×10-4m2，有杆腔面积A2=80×10-4m2，缸1输入压力p1=0.9MPa，输入流量q1=12L/min，不计损失和泄漏，求：

题4-7图
1)两缸承受相同负载(F1=F2)时，该负载的数值及两缸的运动速度。
2)缸2的输入压力是缸1的一半（）时，两缸各能承受多少负载?
3)缸1不承受负载(F1=0)时，缸2能承受多少负载?

参考答案：
1）
缸1的受力平衡方程式

缸2的受力平衡方程式

由于F1=F2，联立求解可得：

故有：
缸1运动速度为：

缸1运动速度为：

同理可解得2）和3）。

4-8 某一差动液压缸，要求V快进=V快退，求：活塞面积A1和活塞杆面积A2之比应为多少?

参考答案：

据题意V快进=V快退
故可得：
4-9 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，缸筒内径为D，柱塞外径为d，柱塞内孔直径为d0。试求缸所产生的推力和运动速度。

参考答案：
柱塞缸所产生推力为：
柱塞缸的运动速度为：

第5章 液压控制阀
5-1 单向阀和液控单向阀各有什么作用？它们在原理、结构及图形符号上有何异同？
参考答案：
普通单向阀是使油液只能沿一个方向流动，不许它反向倒流。液控单向阀结构上多一个控制口，当控制口处无压力油通入时，它的工作机制和普通单向阀一样；压力油只能从入口流向出口，不能反向倒流。当控制口有控制压力油时，因控制活塞一侧通泄油口，活塞移动，推动顶杆，使入口和出口接通，油液就可在两个方向自由通流。（符号略）
5-2分别绘出直动型和先导型溢流阀、顺序阀、减压阀的原理图，指出测压面和主阀口的部位，并说明它们的反馈力是指向主阀口的开启方向还是关闭方向。
参考答案：
略。
5-3 为什么高压大流量时溢流阀要采用先导型结构？
参考答案：
由于先导式溢流阀导阀阀芯一般为锥阀，受压面积较小，所以用一个刚度不太大的弹簧即可调整较高的开启压力，用调压手轮调节调压弹簧的预紧力，就可调节溢流阀的溢流压力，所以多用于高压大流量时。
5-4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?
参考答案：
减压阀比溢流阀多一个泄漏油孔，即减压阀有三个油孔，溢流阀有两个油孔。

5-5顺序阀是稳压阀还是液控开关?顺序阀工作时阀口是全开还是微开?溢流阀和减压阀呢?
参考答案：
是液控开关，阀口全开。溢流阀是稳压阀，控制进口压力，阀口微开，减压阀是稳压阀，控制出口压力，阀口微开。
5-6 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?
参考答案：
当有油液流动时，产生压力差（压力损失），克服主阀芯上弹簧力，使主阀芯抬起，产生溢流。
若阻尼孔完全阻塞，油压传递不到主阀上腔和导阀前腔，导阀就会失去对主阀的压力调节作用，因主阀芯上腔的油压无法保持恒定的调定值，当进油腔压力很低时就能将主阀打开溢流，溢流口瞬时开大后，由于主阀上腔无油液补充，无法使溢流口自行关小，因此主阀常开系统建立不起压力。若溢流阀先导锥阀座上的 阻尼小孔堵塞，导阀失去对主阀压力的控制作用，调压手轮无法使压力降低，此时主阀芯上下腔压力相等，主阀始终关闭不会溢流，压力随负载的增加而上升，溢流阀起不到安全保护作用。
如果弹簧腔不与回油腔相接，会形成不了主阀芯的压力差。
5-7 明中位机能O、M、P、Y型三位换向阀的特点及使用上区别？
参考答案：
中位机能O型四个油口均封闭，液压缸活塞锁住不动，液压泵不卸载。可用于多个换向阀并联工作。
中位机能M型油口A、B封闭，油口P与T通，液压缸活塞锁住不动，液压泵出口油液直接回油箱卸载。
中位机能P型油口T封闭，油口P、A、B互通，即液压缸两腔互通液压油，若液压缸为单活塞杆结构，则成差动连接，活塞快速向外运动；若液压缸为双活塞杆结构，则活塞停止不动。
中位机能Y型油口P封闭，油口A、B、T互通，液压缸活塞浮动，可在外力作用下位移，液压泵不卸载。
5-8 节流阀与调速阀在流量特性和使用上有何区别？
参考答案：
节流阀的节流通道呈轴向三角槽式。压力油从进油口P1流入，经阀芯端头部三角槽节流后，再从出油口P2流出。调节手柄1，可通过推杆2使阀芯作轴向移动，以改变节流口的通流截面积实现调节流量。
普通节流阀由于刚性差，在节流开口一定的条件下通过它的工作流量受工作负载（亦即其出口压力）变化的影响，不能保持执行元件运动速度的稳定，因此只适用于工作负载变化不大和速度稳定性要求不高的场合，由于工作负载的变化很难避免，为了改善调速系统的性能，通常是对节流阀进行补偿，即采取措施使节流阀前后压力差在负载变化时始终保持不变。
由可知，当基本不变时，通过节流阀的流量只由其开口量大小来决定，使基本保持不变的方式有两种：一种是将定压差式减压阀与节流阀并联起来构成调速阀；另一种是将稳压溢流阀与节流阀并联起来构成溢流节流阀。这两种阀是利用流量的变化所引起的油路压力的变化，通过阀芯的负反馈动作来自动调节节流部分的压力差，使其保持不变。
5-9 电液伺服阀和电液比例阀各有何特点？
参考答案：
电液伺服阀是一种将电气信号变为液压信号以实现流量或压力控制的转换元件。它充分发挥了电气信号具有传递快，线路连接方便，适于远距离控制，易于测量、比较和校正的优点，和液压传动具有输出力大、惯性校、反应快的优点。这两者的结合使电液伺服阀成为一种控制灵活、精度高、快速性好、输出功率大的控制元件。
电液比例阀是由直流比例电磁铁（亦称力马达）和液压阀两部分构成的。比例电磁铁的特点是，其电磁力的大小只与输入电流近似成正比，而与动铁芯的位移大小无关，它可将电信号按比例，连续地转换为力或位移。液压阀就是利用这种力或位移，按比例连续地调节液压基本参数（如压力、流量等）。
5-10簧对中型三位四通电液换向阀，其先导阀的中位机能及主阀的中位机能能否任意选定?
参考答案：
不能。
5-11图示的两阀组中，溢流阀的调定压力为4Mpa、3Mpa、5Mpa，试求：压力计读数？

题5-11
参考答案：
a) 由于前端溢流阀出口接后端溢流阀入口，则后端开启压力施加于前端溢流阀的弹簧腔，若系统能正常工作，则泵出口压力（即压力表读数）应为三者叠加，即为：12Mpa
b) 由于前端溢流阀的遥控口接后端溢流阀的进口，因此前端溢流阀的实际开启压力应该为前后两者调定压力之小者，依次递归分析，可知泵出口压力（即压力表读数）应为三个溢流阀其中最小者，即为：3Mpa.

5-12图示两阀组的出口压力取决于哪个减压阀？为什么？设减压阀调定压力一大一小，并且所在支路有足够负载。

题5-12图
参考答案：
从减压阀原理可知，当负载所决定的压力低于减压阀调定值时，减压阀不起作用，其出口压力即为负载所决定的压力。当减压阀起作用时，减压阀的出口压力只能是调定值。据此可知
a) 取决于两者的小者。b)取决于两者的大者。

5-13在图示回路中，已知活塞运动时的负载F=1.2KN，活塞面积A=15×10-4m2，溢流阀调整值为PP=4.5MPa，两个减压阀的调整值分别为PJ1=3.5MPa和PJ2=2MPa，如油液流过减压阀及管路时的损失可忽略不计，试确定活塞在运动时和停在终点端位时，A、B、C三点的压力值。

题5-13图
参考答案：
活塞运动时，液压缸的负载压力为：

由于驱动负载所需要的液压缸的负载压力小于两个减压阀的调定压力，两个减压阀都不起作用，进口压力和出口压力相等，等于负载压力。
即：
当达到终点时，负载力所决定的负载压力理论上远大于减压阀调定的压力值，同时溢流阀的调定压力>PJ1的调定压力> PJ2的调定压力，两个减压阀均起作用，其各自出口压力均等于各自的减压阀调定压力。即三点压力如下：

5-14 图示回路中，溢流阀的调整压力为5.0MPa,减压阀的调整压力为2.5MPa，试分析下列各情况，并说明减压阀阀口处于什么状态？
1）当泵压力等于溢流阀压力时，夹紧缸使工件夹紧后，A、C点的压力为多少？
2）当泵压力由于工作缸快进、压力降到1.5MPa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动时，A、B、C三点的压力各为多少？

题5-14图
参考答案：
1）在泵压力等于溢流阀压力，夹紧缸使工件夹紧后，阀口减小到仅能通过微小流量以保证减压阀的正常工作，此时
2）此情况实际上是系统瞬间压力下降的情况，此时泵提供的压力小于减压阀的调定压力值，由于工件之前处于卡紧状态，在此种情况下，回路中的单向阀起作用保证卡紧，故此时
3）夹紧缸在夹紧工件前作空载运动时，系统压力为零，减压阀不起作用，各点的压力为：
5-15 如图所示的液压系统，两液压缸有效面积为A1=A2=10010-4m2，缸1的负载F=3.5×104N，缸2运动时负载为零，不计摩擦阻力、惯性力和管路损失。溢流阀、顺序阀和减压阀的调整压力分别为4.0MPa，3.0MPa和2.0MPa。求下列三种情况下A、B和C点的压力。
1）液压泵启动后，两换向阀处于中位。
2）1YA通电，液压缸1活塞移动时及活塞运动到终点时。
3）1YA断电，2YA通电，液压缸2活塞运动时及活塞碰到固定挡铁时。

题5-15图
参考答案：
1）液压泵启动后，两换向阀处于中位时：
溢流阀开启，A点压力为4MPa，由于顺序阀调定压力低于溢流阀调定压力，顺序阀全开，进口压力和出口压力相等，即B点压力等于A点压力为4MPa,此时减压阀起作用，其决定了C点压力为其调定值，即2MPa。
2）1YA通电，液压缸1活塞移动时

活塞运动到终点时
压力升高，溢流阀打开，此时：