流体力学与液压传动A卷及答案

武汉理工大学《流体力学与液压传动》考试试题(A卷)站点：姓名：专业：层次：一、简明回答下列问题（27分，每小题3分）⒈何谓液压传动？⒉简述液压油粘性的概念及其物理意义。⒊液体的流动状态有层流和紊流，不同流动状态的物理本质是什么？⒋简述伯努利方程的物理意义。⒌何谓背压？有哪些阀能形成恒定的背压？⒍何谓三位换向阀的中位机能？试画出H、Y机能。⒎什么是溢流阀的启闭特性？启闭特性表征溢流阀的什么性能？⒏液压系统中存在哪些能量损失的形式？应采取哪些措施来减小它们？⒐何谓调速回路的速度—负载特性？速度刚度？二、如图1，已知液压泵的流量q＝32L/min，吸油管内径d＝20mm，泵的安装高度h＝500mm，油液密度ρ＝0.9g/cm3，管中油液的流态为层流，不计压力损失,试求：⒈管路中的流速？(2分)⒉泵吸油口处的真空度？（5分）⒊分析说明影响泵的安装高度的因素。（3分）三、如图2容积调速系统，泵的最大排量Vp=160mL/r，转速np=1000r/min，机械效率ηmp=0.9，总效率ηp=0.85；液压马达的理论排量Vm=140mL/r，机械效率ηmp=0.9，总效率ηp=0.8，系统压力p=8.5MPa，不计压力损失。求：⒈液压马达的输出转速n（r/min）；（3分）⒉液压马达的输出转矩T（Nm）；（3分）⒊液压马达的输出功率P（KW）；（3分）四、图3所示是减压阀的工作原理图。⒈写出主阀芯的受力平衡方程；(2分)⒉说明减压阀工作原理；(5分)⒊减压阀用在夹紧油路上时，夹紧缸夹紧工件后，减压阀出油口无油液流出，此时，减压阀在工作吗，为什么？（2分）五、已知某YBP限压式变量叶片泵的流量—压力特性曲线如图示。调整该流量—压力特性曲线，使其满足p=2MPa、输出流量q=20L/min的快速运动和p=4.5MPa、输出流量q=5L/min的进给运动的要求，(用线画出)此时，如何确定油泵的驱动功率？(8分)六、图4所示，已知液压缸A1＝20cm2，A2＝10cm2，负载为F＝5kN，溢流阀的调定压力为5MPa，qp＝16L/min，qT＝0.5L/min，不计管路压力损失，试问：（9分）⒈电磁铁断电时，p1=？p2=？v=？⒉电磁铁通电时，p1=？p2=？v=？⒊电磁铁通电时，溢流阀的溢流量是多少？七、在图5中，两缸结构完全相同，Ⅰ缸、Ⅱ缸负载分别为F1＝8kN、F2＝3kN，其他参数如图示，不考虑泄漏和摩擦等因素。试问在下述工况,A、B、C三点压力是多少？要求简要说明理由！⒈在图示状态；⒉1DT、2DT通电，两缸向前运动中；⒊两缸都运动到终点后。(各4分，共12分)八、图6所示是某专用机床的液压系统原理图。该系统有夹紧油缸和主工作油缸两个液压缸。它们的工作循环为：夹紧→快进→一工进→二工进→快退→松开→原位停止、泵卸荷。⒈根据动作循环，作出电磁阀YA的动作循环表。用符号“＋”表示电磁阀通电，符号“－”表示断电。（7分，每工况1分）⒉说明标记为a、b、c的三个阀在系统中所起的作用。（6分）⒊阀A和阀B哪个通流面积调节得大些？依据是什么？（3分）图5武汉理工大学《流体力学与液压传动》考试试题(A卷)答案一简明回答下列问题⒈以液压油为传动介质，利用密闭容积的变化来实现能量转换与传递的传动方式。⒉由于油液分子与固体壁面之间存在附着力、液体分子之间存在内聚力，油液在外力作用下流动时产生内摩擦力的性质称为粘性。（2分）粘性的物理意义是液体抵抗剪切变形的能力。（1分）⒊在层流时，粘性力起主导作用；紊流时，惯性力起主导作用。（3分）⒋理想液体在重力场中恒定流动时，沿流线上各点的位能、压力能和动能可以互相转化，其和不变。（3分）⒌液压系统回油路上的压力或压力作用面反方向上所受到的压力称为背压。能形成恒定背压的液压阀有：溢流阀、顺序阀、单向阀。⒍三位换向阀，滑阀在中位时各油口的连通方式称为中位机能（滑阀机能）。（3分）⒎启闭特性是指溢流阀从刚开启到通过额定流量(全流量)、再由额定流量到闭合的整个过程中，通过阀的流量与其控制压力之间的关系。（2分）启闭特性表征了实际溢流阀的恒压精度，是衡量制造质量的主要指标。（1分）⒏液压系统中的能量损失表现为压力损失和流量损失。（1分）为了减少系统中的压力损失，应采用合适粘度的液压油、尽量少用弯头、减少管路上截面的突然变化、管壁尽量光滑、管内流速应适当（1分）；尽量减小泄漏以减少流量损失（1分）。⒐液压系统中，执行元件的运动速度与所受负载之间的变化关系，称为速度—负载特性。（1分）速度—负载特性的好坏用速度刚度来衡量，速度刚度定义为：负载变化量与速度变化量的比值。或者，速度—负载特性曲线上某点处切线斜率的倒数。（2分）其物理意义是：回路抵抗负载变化的能力（引起单位速度变化量的负载力变化量的大小）。二、⒈油液在管内的流动速度为（2分）smdqvp/7.1697.16002.0103244232⒉取油箱液面为1—1截面：p1=pa、油箱液面远大于吸油口通流截面，v1=0、z1=0；取泵吸油口处为2—2截面：设p2=？v2=1.7m/s、z2=h=500mm=0.5m（2分）采用绝对压力表示方法，列伯努利方程,有gvhgpgpa2002222(1)式（1分）真空度为22222vghppa（2分）kPaPa7)27.125.08.9(9002⒊由上述伯努利方程式(1),可求得h的表达式为gvgppHa22222（2）式（1分）可见，影响油泵安装高度的主要因素有：泵入口允许的真空度（1分），液体流速、流态(雷诺数)等(沿程损失和局部损失)。（1分）三、概念正确，但计算错误扣1分：⒈由容积调速公式，液压马达转速为min/9609.08.09.085.01000140160rnVVnVMVppMpM（3分）（泵的输出流量151L/min，液压马达容积效率0.89）⒉).(45.1709.02105.810140266mNpVTmMM（3分）⒊)(13.1760960245.170KWTPMMM（2分）或)(12.178.0105.8601015163KWpqPMMM四、⒈减压阀阀芯受力平衡方程为：vsAFpp21（1）式（2分）⒉油液流经减压口δ时，将产生压力损失，故减压阀出口压力p2低于进口压力p1，而且δ越小，压力损失越大，p2越低。这是减压阀的减压原理。（3分）当减压阀出口压力p2上升到先导阀的调定值时，先导阀开启，由于节流孔b的作用，减压阀主阀芯上腔压力低于下腔压力，主阀芯在压差作用下上移，δ减小，该处压力损失增大，p2随之下降，直到主阀芯所受到的液压作用力与弹簧力达到平衡为止。先导阀调定的压力是恒定的，而主阀弹簧刚度较小，因此减压阀出口压力p2基本为常数。这是减压阀的稳压原理。（3分）⒊当减压阀的出油口处无输出油液时，它的出口压力基本上仍能保持恒定，此时有少量油液通过减压口经先导阀排出，保持该阀处于恒压工作状态。（2分）五、（图略）正确画出调整曲线，4分；以调整曲线交点的压力、流量为功率参数，正确写出驱动功率计算公式，4分。六、本题考察出口节流原理⒈回油路通油箱，因此p2=0；溢流阀关闭状态，p1由负载决定，p1=2.5MPa泵流量全部进入油缸，v=8m/min（13.33cm/s）⒉构成出口节流回路，因此p1=pY=5MPa由FApApY221)(0.2101010810201054346212MPaAFAppy速度由节流阀调定：min/5010105.032cmAqvT⒊溢流阀开启溢流，min/15102050min/1631LLvAqqpy（3分）七、只有正确结果，没有分析，只给1分。（对每小题）⒈因泵的流量全部要通过溢流阀，溢流阀溢流，故pA=5MPa顺序阀进口压力大于调定压力，开启后进出口压力相同,故pB=5MPa（4分）减压阀后负载无穷大，进口压力大于调定压力，减压、减压后恒压,故pC=1.5MPa⒉缸Ⅰ右移所需压力：0.410208000411AFpAMPa溢流阀调定压力大于顺序阀调定压力，顺序阀开启时进出口两侧压力相等，其值由负载决定，故A、B两点的压力均为4.0MPa；缸Ⅱ右移所需压力：5.110203000412AFpCMPa因pC＝pJ，减压阀始终处于减压的工作状态，阀口开度较小而液阻较大。无论缸Ⅱ运动与否，C点的压力均为1.5MPa；（4分）⒊A、B两点的压力均为5.0MPa，C点的压力仍为1.5MPa；因为两缸运动到终点后，两缸进油压力上升，缸Ⅰ可上升到溢流阀调定压力；而减压阀是出油口控制，当缸Ⅱ压力上升到其调定压力，减压阀工作，就恒定其出口压力。（4分）八、⒈电磁铁（压力继电器）动作顺序表如下：（每工况1分）工况1DT2DT3DT4DT5DT夹紧＋－－－＋主缸快进（差动）＋＋－－＋主缸一工进＋＋＋＋＋主缸二工进＋＋＋－＋主缸快退＋－－＋＋松开－－－－＋原位停止、油泵卸荷－－－－－⒉元件a：压力继电器，夹紧缸夹紧，发信号控制主缸动作；（1分）元件b：单向阀，瞬时保压，即防止主缸快进时夹紧缸松动；（2分）元件c：节流孔（阀），提供阻尼，系统升压、卸荷过程比较平稳，不产生冲击。（2分）⒊节流阀A、B是串联的一工进转二工进回路，因此B阀通流面积要调得比A阀大，如果B阀通流面积小于A阀，则无论电磁阀4YA如何动作，只能实现一种工进速度。2003年11月28日星期五