液压与气动技术作业习题

习 题
习题2-1 有密闭于液压缸中的一段直径d =15cm ，长L = 40cm 的液压油，它的体积膨胀系数K t /1105.64-⨯=β，此密闭容积一端的活塞可以移动。

如活塞上的外负载力不变，油温从-20℃上升到+25℃，求活塞移动的距离？
习题2-2 20℃时200mL 的蒸馏水从恩氏粘度计中流尽的时间为51s ，若200mL 的某液压油在50℃时从恩氏粘度计中流尽的时间为229.5s ，试求该液压油的0E 、ν及η的值?设油的密度为ρ=0.9g/mL 。

习题2-3 图示一液压缸，其缸筒内径D = 12cm ，活塞直径d = 11.96cm ，活塞长度L = 14cm ，若油液粘度065.0=ηPa·s ，活塞回程要求的稳定速度为v = 0.5 m/s ，试求不计油液压力时拉回活塞所需的力F 等于多少？
习题2-4 图示一粘度计，若D = 100mm ，d = 98mm ，l =200mm ，外筒转速n = 8 r/s ，测得的扭矩T 为40N·cm ，试求油液的粘度?
习题2-5 直径为d 、重量为F 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，活塞浸入的深度为h ，试确定液体在测压管内的上升高度x ?
习题2-6 图示用一圆锥体堵塞直径d = 1cm 的底部通孔，求作用于此锥形体的总作用力?容器中的液体为水。

习题2-7 液压缸直径D = 150mm ，柱塞直径d = 100mm ，液压缸中充满油液。

如果柱塞上作用着F = 50000N 的力，不计油液的重量，求图示两种情况下液压缸中压力分别等于多少？
习题2-8 有一液压泵，流量为25 L/min ，吸油管直径25mm ，泵轴比油箱液面高出400mm 。

如只考虑吸油管中的沿程压力损失，油液为30号液压油，油温为50℃，问泵的吸油腔处的真空度为多少（油的密度为900kg/m 3）？
习题2-9 泵从一个大的油池中抽吸油液，流量为q = 150 L/min ，油的运动
粘度34.0=νcm 2/s ，密度ρ=900kg/m 3。

吸油管直径d = 60mm ，并设泵的吸油管弯头处局部阻力系数2.0=ζ，吸油口粗滤网的压力损失510178.0⨯=∆p Pa 。

如希望泵入口处的真空度p b 不大于5104.0⨯Pa ，求泵的吸油高度H （液面到滤网之间的管路沿程损失可忽略不计）?
习题2-10 液压系统的安全阀，阀座直径 d = 25mm ，当系统的压力为50×105Pa 时，阀的开度x = 5mm ，通过的流量q = 600 L/min ，如果阀的开启压力为43×105Pa ，油液密度ρ=900kg/m 3，弹簧刚度为k = 20 N/mm ，求油液出流角α?
习题2-11 图2.19中，设出口压力p 2不等于零，则作用在阀芯上的力等于多少？控制体应怎样取？
习题2-12 有一管径不等的串联管道，大管内径为20mm ，小管内径为10mm ，流过粘度为30cP 的液体，流量为q = 20 L/min ，液体的密度ρ=900kg/m 3，问液流在两通流截面上的平均流速及雷诺数?
习题2-13 试求如附图所示两并联管路中的流量各为多少？已知总流量q = 25 L/min ，d 1 = 50mm ，d 2 = 100mm ，l 1 = 30m ，l 2 = 50m 。

假设沿程压力损失系数04.01=λ及03.02=λ，则并联管路中的总压力损失等于多少？
习题2-14 当水流经d = 10mm 的孔口，在水头H = 2m 之下流入大气时，试确定流量系数、速度系数和截面收缩系数?已知流量q = 0.294 L/s ，射流某一断面中心的坐标x = 3m 和y = 1.2m 。

习题2-15 圆柱形滑阀如图所示，已知阀芯直径d = 2 cm ，进口压力511098⨯=p Pa ，出口压力 521095⨯=p Pa ，油液的密度ρ=900kg/m 3，通过阀口时的流量系数C d = 0.65，阀口开度x = 0.2cm ，求通过阀口的流量?
习题2-16 在一直径D = 25mm 的液压缸中放置着一个具有4条矩形截面（b a ⨯）槽的活塞。

液压缸左腔的表压力为5102⨯=p Pa ，右腔直接回油箱。

设
油的粘度31030-⨯=ηPa·s ，进口处压力损失可以忽略不计，试确定由液压缸左腔沿4条槽泄漏到右腔去的流量?已知槽的尺寸是a = 2 mm ，b = 1mm 和l = 120mm 。

习题2-17 如图所示，已知泵供油压力为51032⨯Pa ，薄壁小孔节流阀I 的开口为0.02cm 2，薄壁小孔节流阀Ⅱ的开口为0.01cm 2，求活塞向右运动的速度v 为多少？缸中活塞面积A = 100 cm 2，油的密度ρ=900kg/m 3，负载R = 16000N ，液流的流量系数C d = 0.6。

习题2-18 图示活塞直径d = 20mm ，缸套的直径D = 22mm ，长l = 70mm ，活塞在力F = 40N 的作用下，从上往下运动，并将油液从间隙中挤出。

若活塞与缸套同心，油液的粘度310784.0-⨯=η Pa·s 时，问活塞下落s = 0.1m 所需的时间是多少？
习题2-19 润滑油的粘度610375.1-⨯=ηPa·s ，在5106.1⨯=p Pa 的压力下，进入l 0 = 0.8m ，直径d 0 = 6 mm 的管道，然后流入轴承中部b = 10mm 的环形槽中。

轴承长度l = 120mm ，轴颈d = 60mm ，间隙h 0 = 0.1mm 。

如果不考虑轴转动对油液流动的影响，试求轴与轴承同心时，以及轴与轴承偏心距为0.05mm 时从轴承两端流出的流量?
习题2-20 在长15m 的金属圆管内，通过30=νcSt 的油液，如要求压降不超过5105.0⨯Pa ，问管径应选多大？试用BASIC 语言为本题运算过程编制一程序。

（提示：应使管内液流处于层流状态）
习题3-1 某液压泵在转速为950 r/min 时的理论流量为160 L/min ，在额定压力295×105 Pa 和同样转速下测得的实际流量为150 L/min ，额定工况下的总效率为0.87，求：
1） 泵的容积效率?
2） 泵在额定工况下所需的电机功率?
3） 泵在额定工况下的机械效率?
4） 驱动此泵所需多大扭矩？
习题3-2 当泵的额定压力和额定流量为已知时，试说明下列各工况下泵工作压力的读数（管道压力损失除图c 为p ∆外均略去不计）?
习题3-3 一液压马达，要求输出扭矩为52.5N·m ，转速为30 r/min ，马达的排量为105 mL/r ，求所需要的流量和压力各为多少？（马达的机械效率及容积效率各为0.9）
习题3-4 某机床液压系统采用一限压式变量泵，泵的流量—压力特性曲线如图所示。

泵的总效率为0.7。

如机床在工作进给时泵的压力51045⨯=p Pa ，输出流量q = 2.5 L/min ，在快速移动时泵的压力51020⨯=p Pa ，输出流量q = 20 L/min ，问限压式变量泵的流量—压力特性曲线应调成何种图形？泵所需的最大驱动功率为多少？
习题3-5 图示一变量泵和液压马达组成的液压系统，低压辅助泵使泵的吸油管和马达的出油管压力保持为4×105Pa ，变量泵的最大排量V p = 100 mL/r ，泵的转速n p = 1000 r/min ，容积效率94.0=P V η，机械效率85.0=P m η，液压马达排量V M = 50 mL/r ，容积效率95.0=VM η，机械效率82.0=mM η，管路损失略去不计，当马达输出转矩为40 N·m ，输出转速为60 r/min ，试求变量泵的输出流量、输出压力及泵的输入功率?
习题3-6 轴向柱塞式液压马达的理论转矩瞬时变动率σ为
(){}Z i Z T T Z i ins πθπσ21sin 010∑=-+==
试为上式编制一计算程序，并绘出Z = 5、6、7、8、9时该液压马达每转中转矩变化的情况?
习题4-1 附图所示三个液压缸的缸筒和活塞杆直径都是D 和d ，当输入压力油的流量都是q 时，试说明各缸筒的移动速度、移动方向和活塞杆的受
力情况?
习题4-2附图示两结构相同的串联液压缸，A1 = 100 cm2，A2 = 80 cm2，p1 = 9×105Pa，q1= 12 L/min。

当不计摩擦损失和泄漏时，问：
1）两缸负载相同时的负载和速度各为多少？
2）缸1不受负载时，缸2能承受多少负载？
3）缸2不受负载时，缸1能承受多少负载？
习题4-3试设计一液压缸：往复快动速度都是0.1m/s，快速前进时采用
差动连接，慢速前进时活塞杆承受的压缩负载为25000N，已知输入流量为q = 25 L/min，背压为p2= 2×105Pa，缸筒和活塞杆都用45号钢，缸筒固定活塞
杆铰接时的安装长度为l = 1500 mm。

习题4-4有一液压缸，缸筒直径D = 63mm，活塞杆直径d = 28mm，假
如它采用表4.1所示节流口可调式缓冲装置，环形缓冲腔小径为d c = 35mm，
试求缓冲行程为l c= 25mm，运动部件质量为m = 2000kg，运动速度为v0 = 0.3 m/s，摩擦力为F f = 950N，工作腔液压为p P = 70×105Pa时的最大缓冲压力。

缸筒强度够不够？不够怎么办？
习题4-5有一单杆活塞缸，缸筒直径D = 100mm，工作压力p1= 80×105Pa，如活塞杆受压缩时的负载为55000N，安装方式为两端铰接，计算长
度为l = 1500mm。

试写出设计该活塞杆直径用的流程图，编制其计算程序，
并求出采用45号钢料时的直径值?
习题5-1试分析下述回路中液控单向阀的作用?
习题5-2三位四通电液换向阀的中位机能能否任意选定？为什么？
习题5-3有一用工作台上的挡块来操纵的机动二位二通阀，设工作台的移动速度为6 m/min，挡块迎角 =25°，机动阀阀芯的最终开度x v= 0.4mm，阀芯直径d = 16mm，阀体上进油口和出油口处的沉割槽宽度各为5.6mm，两沉割槽之间的间隔距离为4mm。

油液密度ρ=900kg/m3，流量系数C d = 0.6，速度系数
C v = 1，射流角069=θ，阀口前后压降51020⨯=∆p Pa ，如阀芯和阀孔间的径向间隙可以忽略不计，试求此阀的瞬态液动力和最大稳态液动力?
习题5-4 图示两系统中各溢流阀的调整压力分别为51030⨯=A p Pa ，51020⨯=B p Pa ，51040⨯=C p Pa 。

问在系统的外负载趋于无限大时，该两系统的压力各为多少？
习题5-5 附图中，溢流阀的调整压力为50×105Pa ，减压阀的调整压力为15×105Pa ，试分析活塞在运动期间和碰到死挡块后管路中A 、B 处的压力值?
习题5-6 附图中，定量泵的输出流量q P 为一恒定值，若改变泵出口处节流阀的开口大小，问活塞的运动速度v 会不会发生变化？流过a 、b 、c 三点处的流量各是多少？已知活塞两腔的面积为A 1、A 2，管道内径都是d 。

习题5-7 图示的减压回路，已知液压缸无杆腔的有效面积均为100cm 2，有杆腔的有效面积为50cm 2，当最大负载F 1=14×103 N ，F 2 = 4250 N , 背压p =
1.5×105Pa ，节流阀2的压差△p = 2×105Pa 时，试问：
1）A 、B 、C 各点的压力（忽略管路损失）？
2）泵和阀1、2、3最小应选用多大的额定压力？
3）若两缸进给速度分别为v 1= 3.5cm/s, v 2= 4cm/s ，泵和各阀的额定流量应选多大？
4）若通过节流阀的流量为10 L/min ，通过减压阀的流量为20 L/min ，试求两缸的运动速度?
习题5-8 附图所示系统中的元件A 、B 、C 、D 、E 都是些什么阀？各自起什么作用？
习题5-9 各类阀的进、出口如果反接了，阀还能工作吗？逐一分析之? 习题5-10 试用BASIC 语言为式（5–7）编制一计算程序，并在C d = 0.63，d R = 16mm ，k s = 30N ， 069=θ，p c = 20×105Pa ，=ρ 9×10- 4kg/cm 3的条件下绘
出此直动式溢流阀的“压力—流量”特性曲线?
习题6-1有一液压系统，液压泵的压力为63×105Pa，流量为40 L/min，试选油管的尺寸?
习题6-2皮囊式蓄能器容量为2.5 L，气体的充气压力为25×105Pa，当
工作压力从p1= 70×105Pa变化到p2= 40×105Pa时，试求蓄能器所能输出的
油液体积?
习题6-3在一个由最高工作压力为200×105Pa降到最低工作压力为100×105Pa的液压系统中，假设蓄能器充气压力为90×105Pa，问需用多大容
量的蓄能器才能输出5 L的液体？
习题6-4有一系统，采用输油量为400mL/s的泵，系统中的最大表压力
为70×105Pa，执行元件作间歇运动，在0.1s内需用油0.81L，如执行元件间
歇运动的最短间隔时间为30s，系统允许的压力差为10×105Pa，试确定系统
中所用蓄能器的容量?
习题6-5有一液压回路，换向阀前管道长20m，内径35mm，流过的流
量为200 L/min，工作压力50×105Pa，若要求瞬时关闭换向阀时，冲击压力
不超过正常工作压力的5%，试确定蓄能器的容量（油液的密度ρ= 900kg/m3）?
习题6-6 一单杆液压缸，活塞直径为100mm，活塞杆直径为56mm，
行程为500mm。

现从有杆腔进油，无杆腔回油，问由于活塞的移动而使有效
底面积为200cm2的油箱内液面高度的变化是多少?
习题7-1 附图所示的进口节流调速系统，液压缸大小腔面积各为A1= 100cm2，A2 = 50cm2，负载
F=25000N。

max
1）如果节流阀的压降在
F时为30×105Pa，问液压泵的工作压力p P和溢
max
流阀的调整压力各为多少？
F25000N降为15000N时，2）若溢流阀按上述要求调好后，负载从
m ax
液压泵工作压力和活塞的运动速度各有什么变化？
习题7-2 附图所示的回路中，液压缸两腔的有效面积分别是A 1、A 2。

若活塞往返运动时所受的阻力F 大小相等，方向与运动方向相反，当换向阀切换后，试比较：
1） 活塞向左和向右运动时的速度？
2） 换向阀刚切换后活塞向左和向右运动时的速度刚性？
习题7-3 附图所示的回路中，液压泵输出流量q P = 10L/min ，溢流阀调定压力p P = 20×105Pa ，两个薄壁小孔型节流阀的流量系数都是C d = 0.67，开口面积分别为A V1 = 0.02cm 2，A V2 = 0.01cm 2，而油的密度ρ=900kg/m 3。

如不考虑溢流阀的调压偏差，试问液压缸在克服阻力向右运动时：
1） 液压缸大腔的最高工作压力能否达到20×105Pa ？
2） 溢流阀的最大溢流量是多少？
习题7-4 附图示一进、出口节流的调速回路。

设两个节流阀的开口面积相等，A V1 = A V2 = 0.1cm 2，两阀的流量系数均为C d = 0.67，液压缸两腔的有效面积分别为A 1=100cm 2，A 2=50cm 2，负载F = 5000N ，方向始终向左，溢流阀调定压力p P = 20×105Pa ，泵的流量q = 25 L/min ，试求活塞往返运动的速度?这两个速度是否相等？
习题7-5 附图所示回路中，液压缸两腔面积分别为A 1=100cm 2，A 2=50cm 2，当液压缸的负载F 从0增大到30000N 时，液压缸向右运动速度保持不变，如调速阀最小压差△p = 5×105Pa ，试问：
1） 溢流阀最小调定压力p y 是多少（调压偏差不计）？
2） 负载F = 0时，泵的工作压力是多少？
3） 液压缸可能达到的最高工作压力是多少？
习题7-6 附图中，如变量泵的转速n = 1000 r/min ，排量V = 40 mL/r ，泵的容积效率V η= 0.9，机械效率m η= 0.9，泵的工作压力p P = 60×105Pa ，进油路和
回油路压力损失△p 进=△p 回 = 10×105Pa ，液压缸大腔面积A 1=100cm 2，小腔面积A 2=50cm 2，液压缸的容积效率V η=0.98，机械效率m η=0.95，试求：
1） 液压泵电机驱动功率？
2） 活塞推力？
3） 液压缸输出功率？
4） 系统效率？
习题7-7 附图所示的回路中，已知泵的排量V P = 120 mL/r ，转速n P = 1000 r/min ，容积效率VP η=0.95；溢流阀调定压力p y = 70×105Pa ；液压马达的排量V M = 160 mL/r ，容积效率VM η=0.95，机械效率mM η=0.80，负载转矩M T =16N ·m ；节流阀的最大开度A v max = 200 mm 2。

若管路损失不计，试问：
1） 通过节流阀的流量和液压马达的最大转速是多大？
2） 若将溢流阀的压力调高到p y = 85×105Pa ，其余条件均不变，液压马达的最大转速将变为多少？
习题7-8 分析附图所示双泵供油回路中的输出压力和流量各有多少种？ 习题7-9 附图示一实现“快速进给 ― 加压、开泵保压 ― 快速退回”的回路，说明此回路的工作过程？并分析单向阀1和2的功能？
习题7-10 附图示一使用液控单向阀的平衡回路，叙述其工作过程并分析回路中节流阀的作用？
习题7-11 改正附图所示进口节流调速回路中的错误，并简要分析出现错误的原因（压力继电器用来控制液压缸方向）？
习题7-12 说明附图所示双向差动回路的工作原理。

若A A 、B A 、C A 是液压缸左、右腔及柱塞缸的有效工作面积，且A A >B A ，B A +C A >A A ，又q P 为液压泵的流量，求活塞向左和向右的运动速度?
习题7-13 说明附图所示压力继电器式顺序动作回路实现 ①—②—③—④
顺序动作时的作用原理。

在不增加元件的数目、允许改变元件在回路中位置的条件下，能否使该回路按①—②—④—③的顺序动作？画出变动顺序后的液压回路图？
习题8-1 附图所示的液压系统是怎样工作的？按其动作循环表中提示进行阅读，将该表填写完整，并作出系统的工作原理说明？
习题8-2 分析评述上述液压系统的特点？
习题9-1 附图所示的液压系统能完成那些要求？
习题9-2 为上题的液压系统选择液压元件并验算有关的性能？
习题9-3 试对附图所示的立式组合机床的液压系统进行负载分析并绘制其工况图？已知切削负载为28000N ，滑台工进速度为50mm/min ，快进和快退速度为6m/min ，滑台（包括动力头）的质量为1500Kg ，滑台在导轨面上的法向作用力估计为1500N ，往复运动的加速（减速）时间为t ∆=0.05s ，滑台用平面导轨，1.0,2.0==d s f f ，快进行程为100mm ，工进行程为50mm 。

习题9-4 一台专用铣床，铣床驱动电机的功率为7.5kw ，铣刀直径为120mm ，转速为350 r/min ，如工作台重量为4000N ，工件和夹具最大重量为
1500N ，工作台行程为400mm ，快进速度为4.5 m/min ，工进速度为60~1000 mm/min 。

其往复运动的加速（减速）时间为0.05s ，工作台用平导轨，
1.0,
2.0==d s f f ，试设计该机床的液压系统？
习题9-5 附图a 是一个用液压缸驱动的传送装置简图。

已知传送距离为3m ，传送时间为15s 。

假定液压缸按附图b 所示的规律运动，其中加速和减速时间各占传送时间的10%，工件和拖板总重量为5×103N ，拖板和导轨的静、动摩。