液压分析计算题已改.docx
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液压分析计算题已改
一、分析题
1.如图所示定量泵输出流量为恒定值qp,如在泵的出口接一节流阀,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A1和A2,所有管道的直径d相同)。
解:
本系统采用定量泵,输出流量qP不变。
由于无溢流阀,根据连续性方程可知,泵的流量全部进入液压缸,即使阀的开口开小一些,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,而活塞将液压缸分成两腔,因此求回油流量qB时,不能直接使用连续性方程。
先根据连续性方程求活塞运动速度v=qA/A1,再根据液压缸活塞运动速度求qB=vA2=(A2/A1)qP
2.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:
系统工作时,溢流阀5做安全阀,当系统超载时,开启卸荷。
溢流阀1,2起制动缓冲作用,制动时换向阀切换到中位,由于换向阀中位机能为M型,锁死回路,但液压马达由于惯性还要继续旋转,因而会引起液压冲击,溢流阀1,2则可以起到限制液压马达反转和正转时产生的最大冲击压力。
单向阀3和4做补油装置,以补偿由于液压马达制动过程泄漏,造成马达在换向制动过程中产生吸油腔吸空现象。
3.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=4MPa。
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D与泵出口处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=4MPa,B点和D点压力哪个压力大?
若泵的工作压力pB=2MPa,B点和D点哪个压力大?
3)在电磁铁DT通电时,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D与泵出口处B点的油路始终得保持连通;
2)当泵的工作压力pB=4MPa时,等于溢流阀的调定压力,故先导阀开启,油液通过主阀芯上的阻尼孔产生流动,由于阻尼孔的阻尼作用,使溢流阀主阀芯的两端产生压力差,在其作用下,主阀芯开启溢流,先导阀入口处的压力等于主阀芯上腔的压力,即远程控制口E点的压力,故pB>pD;而当泵的工作压力pB=2MPa时,小于溢流阀的调定压力,先导阀关闭,阻尼小孔无油液流动,溢流阀主阀芯的两端无压力差,故pB=pD。
3)在电磁铁DT通电时,二位二通阀的开启,使溢流阀在零压下开启卸荷,油泵流量主要是通过C油管流回油箱。
通过阻尼孔经D和E流回油箱的流量,仅仅满足使溢流阀主阀芯的两端产生压力差,故这部分的流量很小,
4.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6MPa、4MPa、1MPa)?
若能进行三级调压,溢流阀压力调定值分别应取多少?
解:
图a)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=10×105Pa。
图b)的压力阀调定值必须满足p1=60×105Pa,p2=40×105Pa,p3=10×105Pa。
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,1、2必须使用先导型溢流阀,以便远程控制。
3可用远程调压阀(直动型)。
图c)的压力阀调定值必须满足p1=60×105Pa,而p2、p3是并联的阀,互相不影响,故允许任选。
设p2=40×105Pa,p3=10×105Pa,阀1必须用先导式溢流阀,而2、3可用远程调压阀。
5.如图所示压力分级调压回路(各阀的调定压力注在阀的一侧),试问:
1)回路能实现多少级压力的调定?
2)每级压力各为多少?
解:
1)可实现8级压力调定
2)
各电磁铁通电情况及泵出口压力MPa
1Y
-
-
-
-
+
+
+
+
2Y
-
-
+
+
-
-
+
+
3Y
-
+
-
+
-
+
-
+
Pp
0
0.5
1
1.5
2.5
3
3.5
4
6.液压缸无杆腔面积A=50cm2,负载F=10000N,各阀的调定压力如图示,试确定活塞运动时和活塞运动到终点停止时A、B两处的压力。
解:
活塞运动时:
;PA=2MPa;PB=2MPa
活塞运动到终点停止时:
PA=5MPa;PB=3MPa
7.如图所示的系统中,主工作缸Ⅰ负载阻力FⅠ=2000N,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,无杆腔面积A1=20cm2,有杆腔有效面积A2=10cm2,溢流阀调整值py=3MPa,减压阀调整值pj=1.5MPa。
试分析:
1)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)两问中,由于节流阀安装在夹紧缸的回油路上,所以夹紧缸无论在运动或夹紧工件时,减压阀均处于工作状态,故pA=pj=1.5MPa。
此时溢流阀始终处于溢流工况,故pB=py=3MPa。
3)当夹紧缸负载阻力FII=0时,节流调速回路仍处于工作状态,因此夹紧缸的回油腔压力处
于最高值:
8.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FⅠ=8000N,缸II的阻力负载FⅡ=4000N,溢流阀的调整压力为py=45×105Pa。
问:
在减压阀不同调定压力时(pj1=10×105Pa、pj2=20×105Pa、pj3=40×105Pa)两缸的动作顺序是怎样的?
解:
1)启动缸II所需的压力:
当减压阀调定压力为:
pj1=10×105Pa时,pj1小于p2,减压阀处于工作状态,其出口压力为pA=pj1=10×105Pa不能推动阻力F2,故缸II不动,此时,pB=py=45×105Pa,压力油使缸Ⅰ右移。
当减压阀调定压力为:
pj2=20×105Pa时,pj2=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。
当减压阀调定压力为:
pj3=40×105Pa时,pj2>p2,减压阀口全开、不起减压作用,若不计压力损失,此时pA=pB=p2=20×105Pa,故缸II单独右移,直到缸II运动到端点后,压力上升至pA=pj=40×105Pa,pB=py=45×105Pa,压力油才使缸I向右运动。
9.试分析图示回路在下列情况下,泵的最高出口压力(各阀的调定压力注在阀的一侧):
1)全部电磁铁断电;
2)电磁铁2DT通电,1DT断电;
3)电磁铁2DT断电,1DT通电。
答:
1)全部电磁铁断电,PP=5.5MPa;
2)电磁铁2DT通电,1DT断电,PP=3MPa;
3)电磁铁2DT断电,1DT通电,PP=0.5MPa。
10.如图所示调压回路(各阀的调定压力注在阀的一侧),试问:
1)1Y通电,2Y断电时,A点和B点的压力各为多少?
2)2Y通电,1Y断电时,A点和B点的压力各为多少?
3)1Y和2Y都通电时,A点和B点的压力各为多少?
4)1Y和2Y都断电时,A点和B点的压力各为多少?
答:
1)右侧溢流阀起调压作用,PA=PB=1MPa;
2)左侧溢流阀起调压作用,PA=2.5MPa,PB=0;
3)两个溢流阀都不起调压作用,PA=PB=0;
4)两个溢流阀串联,PA=3.5MPa,PB=1MPa;
11.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。
答:
a)p=0
b)p=0
c)p=Δp
d)p=F/A
e)p=2πTm/Vm
12.如图所示双泵供油回路,1-小流量高压泵,2-大流量低压泵,3-顺序阀,4-单向阀,5-溢流阀
1)此基本回路适用于什么场合?
2)叙述工作原理并说明各元件的作用。
答:
1)适用于空载快进和工进速度相差大的回路,功率损耗小,系统效率高。
2)工作原理:
泵1为高压小流量泵,泵2为低压大流量泵,阀5为溢流阀,调定压力为系统工进工作压力;阀3为液控顺序阀,调定压力为系统快进时所须压力;当系统快进需要低压大流量时,泵1、泵2同时向系统供油。
当系统工进时,压力升高,液控顺序阀3打开,低压大流量泵2卸荷,高压小流量泵1向系统提供高压小流量油液。
二、计算题
1.泵和马达组成系统,已知泵输出油压pp=10MPa,排量Vp=1×10-5m3/r,机械效率ηpm=0.95,容积效率ηpv=0.9;马达排量Vm=1×10-5m3/r,机械效率ηmm=0.95,,容积效率ηmv=0.9,各种损失忽略不计,
试求:
1)泵转速np为1500r/min时,液压泵的理论流量qpt,液压泵的实际流量qp;(L/min)
2)泵输出的液压功率Ppo,所需的驱动功率Ppr,(W)
3)马达输出转速nm;(r/min)
4)马达输出转矩Tm;(N.m)
5)马达输出功率Pmo。
(W)
答:
1)液压泵的理论流量为:
qpt=Vpnp=2.5×10-4m3/s
液压泵的实际流量为:
qp=qptηpv=2.25×10-4m3/s
2)液压泵的输出功率为:
Ppo=ppqp=2250w
所需的驱动功率为:
Ppr=Ppo/ηpmηpv=2632w
∵pm=pp=10MPa,qm=qp=2.25×10-4m3/s
∴马达输出转速nm=qmηmv/Vm=1215r/min
4)马达输出转矩为:
Tm=pmVmηmm/2π=15.13N.m
5)马达输出功率为:
Pm=2πTmnm=1924w
2.某轴向柱塞泵直径d=22mm,分度圆直径D=68mm,柱塞数z=7,当斜盘倾角为α=22°30′,转速n=960r/min,输出压力p=10MPa,容积效率ηv=0.95,机械效率ηM=0.9时,试求:
1)泵的理论流量;(m3/s)2)泵的实际流量;(m3/s)3)所需电机功率。
(Kw)
解:
3.某液压泵在输出压力为6.3MPa时,输出流量为8.83×10-4m3/s,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9.33×10-4m3/s,求该泵的容积效率ηV=?
和总效率η=?
答:
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
4.有一径向柱塞液压马达,其平均输出扭矩T=24.5Nm,工作压力p=5MPa,最小转速nmin=2r/min,最大转速nmax=300r/min,容积效率ηv=0.9,求所需的最小流量和最大流量为多少?
解:
5.马达排量Vm=10×10-6m3,供油压力pM=10MPa,流量qM=4×10-4m3/s,容积效率ηmv=0.95,总效率η=0.75,求马达输出转矩TM、转速nM和实际输出功率PMo?
答:
马达输出扭矩TM=pM×Vm×η/(2πηmv)=12.57N.m
马达转速nM=qM×ηmv/Vm=38r/s=2280rpm
马达输出功率PMo=pM×qM×η=3Kw
6.液压泵输出油压P=20MPa,转速n=1450rpm,排量V=100ml/r,若容积效率
=0.95,总效率η=0.9,求该泵输出的液压功率P=?
和驱动该泵的电机功率P电机=?
7.马达输出转矩TM=170N.m,转速n=2700rpm,排量V=84ml/r,机械效率ηMm=0.85,容积效率ηMV=0.9,求马达所需供油压力p=?
和流量qM=?
8.一单杆液压缸快速向前运动时采用差动连接,快退时,压力油输入有杆腔。
假如泵的输出流量q=25L/mln,活塞往复快速运动的速度都是0.1m/s,求活塞和活塞杆的直径:
D=?
;d=?
解:
9.有一齿轮泵,铭牌上注明额定压力为10Mpa,额定流量为16L/min,额定转速为1000rpm,拆开实测齿数z=12,齿宽B=26mm,齿顶圆直径da=45mm,
求:
1)泵在额定工况下的容积效率ηv;
2)在上述情况下,当电机的输出功率为3.1KW时,求泵的机械效率ηm和总效率η。
解:
10.用一定量泵驱动单活塞杆液压缸,已知活塞直径D=100mm,活塞杆直径d=70mm,被驱动的负载FL=1.2×105N。
有杆腔回油背压为0.5Mpa,设缸的容积效率ηv=0.99,机械效率ηm=0.98,液压泵的总效率η=0.9。
求:
1)当活塞运动速度为100mm/s时液压泵的流量q(L/min);
2)电机的输出功率P(KW)。
(47.6;13.96)
解:
11.如图所示的夹紧回路中,如溢流阀的调整压力py=5MPa,减压阀调整压力pj=3MPa。
试分析下列各种情况,并说明减压阀阀芯处于什么状态。
1)当泵压力为5MPa时,夹紧液压缸使工件夹紧后,A点、B、C点压力为多少?
2)当泵压力由于其它工作缸的快进,压力降至2MPa时(工件原先处于夹紧状态):
这时,A点、B、C点压力为多少?
3)夹紧缸在未夹紧工件前做空载运动时,A、B、C三点压力为多少?
解:
1)此时,减压阀起减压作用,阀口减小,出口压力等于其调定压力,即:
pB=pC=pj=3MPa;而pA=5MPa;
2)主油路压力降至2MPa时,减压阀不起减压作用,阀口全开,pA=pB=2MPa,减压回路上,由于单向阀的作用,分隔了高低压油路,使pC=3MPa,保障了卡紧安全。
3)此时,减压阀不起减压作用,阀口全开,pA=pB=pC=0
12.
图示进油节流调速回路,若油缸面积A1=2×10-3m2,溢流阀调定压力pP=3Mpa,泵流量qp=1×10-4m3/s,负载F=4000N,节流阀通流面积AT=1×10-6m2,流量系数Cd=0.62,油液密度ρ=900Kg/m3,略管道损失,
求活塞运动速度v=?
和通过溢流阀的流量qY=?
。
解:
P1=F/A1=2Mpa;
节流阀压差ΔP=PP-P1=1Mpa;
通过节流阀流量qj=CdAT(2ΔP/ρ)1/2=2.92×10-5m3/S
活塞运动速度v=qj/A1=1.42×10-2m/s;
溢流量qY=qP-qj=7.17×10-5m3/S。
13.图示回油节流调速回路,若液压缸无杆腔面积A1=60cm2,有杆腔面积A2=30cm2,溢流阀调定压力pp=2.4MPa,泵流量qp=10L/min,负载F=10000N,节流阀通流面积AT=0.01cm2,流量系数Cq=0.62,油液密度ρ=870Kg/m3,略管道损失,求:
1)活塞运动速度V=?
2)通过溢流阀的流量qY=?
3)溢流功率损失ΔPr和节流功率损失ΔPT
4)回路的效率η
解;
1)假设节流阀起节流作用,故p1=pp=2.4MPa
又p1A1=p2A2+F
∴p2=1.47MPa
故通过节流阀流量
qj=q2=CqAT(2p2/ρ)1/2=3.6×10-5m3/Ss=2.16L/min
又q1=q2A1/A2=4.32L/min ∴上述假设是正确的,故 1)活塞运动速度V=q2/A2=72cm/min=1.2×10-2m/s 2)通过溢流阀的流量qY=qp-q1=5.68L/min 3)溢流功率损失ΔPr=ppqY=227.2W 节流功率损失ΔPT=p2q2=52.92W 4)回路的效率η=FV/ppqp=30% 14.如图平衡回路,油缸D=100mm,d=70mm,活塞与负载总重量FG=15000N,提升时要求在t=0.15s均匀达到升速v=6m/min,停止时,负载不能自行下落。 不计任何损失,求溢流阀和平衡阀的调定压力各为多少? 解;顺序阀的调整压力Ps: 溢流阀的调整压力Py: 提升时的加速度: a=v/t=0.667m/s2 惯性力为: 溢流阀的调整压力Py: 15.图示回油节流调速回路,若油缸面积A1=50cm2,A2=25cm2,溢流阀调定压力P=3Mpa,略管道损失,求: 1)当负载F=0时,P2与P的比值? 2)回路最大承载能力? 解:
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