液压与气压传动技术-习题答案

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：GB7631.2一87等效采用ⅠS06743/4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LHv22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GB3141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；2-22O℃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182.1*1510001000*0.1＝＝＝空气水，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-HLL-HML-HGL-HFCL-HFDRL-HFAEL-HFBL-HVL-HS15、22、32、46、68、100、15015、22、32、46、68、100、15032、46、6815、22、32、46、68、10O15、22、32、46、68、1007、10、15、22、3222、32、46、68、10015、22、32、46、68、10010、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-HLL-HVL-HFAEL-HL，L-HML-HV，L-HSL-HFB，L-HFCL-HML-HV，L-HSL-HFDR2-4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A作用有法向力F时，该点处的压力p可定义为AFpA0lim（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eR。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：2/)(4dGFghgx故hdgGFx2)(4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12FWAA，所以12312.5AWFNA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V0a，则有0oilHgPgagh0()()oilHgPgaaghh联立两方程可得/Hgoilah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=qv2v1A1=v2A2所以，p1=p2+pgh2+pw450000=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:1122AA221112221122PghPgh联立上面两方程得20.5/ms，21.3aPMP。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4128vdqPl1122qPqP代入数据得20.1aPMP（2）薄壁孔由公式2vqPqCA1122qPqP得20.2aPMP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l和内径d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