液压与气压传动思考题和习题解_高教出版社

液压缸为什么要密封？哪些部位需要密封？常见的密封方法有哪几种？
答：液压缸高压腔中的油液向低压腔泄漏称为内泄漏，液压缸中的油液向外部泄漏叫做外泄漏。

由于液压缸存在内泄漏和外泄漏，使得液压缸的容积效率降低，从而影响液压缸的工作性能，严重时使系统压力上不去，甚至无法工作；并且外泄漏还会污染环境，因此为了防止泄漏的产生，液压缸中需要密封的地方必须采取相应的密封措施。

液压缸中需要密封的部位有：活塞、活塞杆和端盖等处。

常用的密封方法有三种：１）间隙密封这是依靠两运动件配合面间保持一很小的间隙，使其产生液体摩擦阻力来防止泄漏的一种密封方法。

用该方法密封，只适于直径较小、压力较低的液压缸与活塞间密封。

为了提高间隙密封的效果，在活塞上开几条环形槽,这些环形槽的作用有两方面，一是提高间隙密封的效果，当油液从高压腔向低压腔泄漏时,由于油路截面突然改变，在小槽内形成旋涡而产生阻力，于是使油液的泄漏量减少；另一是阻止活塞轴线的偏移，从而有利于保持配合间隙，保证润滑效果，减少活塞与缸壁的磨损，增加间隙密封性能。

2）橡胶密封圈密封按密封圈的结构形式不同有Ｏ型、Ｙ型、Yx型和Ｖ型密封圈，Ｏ形密封圈密封原理是依靠Ｏ形密封圈的预压缩，消除间隙而实现密封。

Ｙ型、Yx型和Ｖ型密封圈是依靠密封圈的唇口受液压力作用变形，使唇口贴紧密封面而进行密封，液压力越高，唇边贴得越紧，并具有磨损后自动补偿的能力。

3）橡塑组合密封装置由O型密封圈和聚四氟乙烯做成的格来圈或斯特圈组合而成。

这种组合密封装置是利用O型密封圈的良好弹性变形性能，通过预压缩所产生的预压力将格来圈或斯特圈紧贴在密封面上起密封作用。

O型密封圈不与密封面直接接触，不存在磨损、扭转、啃伤等问题，而与密封面接触的格来圈或斯特圈为聚四氟乙烯塑料，不仅具有极低的摩擦因素（0.02～0.04，仅为橡胶的1/10），而且动、静摩擦因素相当接近。

此外因具有自润滑性，与金属组成摩擦付时不易粘着；启动摩擦力小，不存在橡胶密封低速时的爬行现象。

此种密封不紧密封可靠、摩擦力低而稳定，而且使用寿命比普通橡胶密封高百倍，应用日益广泛。

20．液压缸为什么要设缓冲装置？
答：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。

25．什么是换向阀的“位”与“通”？各油口在阀体什么位置？
答：1）换向阀的“位”：为了改变液流方向，阀芯相对于阀体应有不同的工作位置，这个工作位置数叫做“位”。

职能符号中的方格表示工作位置，三个格为三位，两个格为二位。

换向阀有几个工作位置就相应的有几个格数，即位数。

2）换向阀的“通”：当阀芯相对于阀体运动时，可改变各油口之间的连通情况，从而改变液体的流动方向。

通常把换向阀与液压系统油路相连的油口数（主油口）叫做“通”。

3）换向阀的各油口在阀体上的位置：通常，进油口P位于阀体中间，与阀孔中间沉割槽相通；回油口O位于P口的侧面，与阀孔最边的沉割槽相通；工作油口A、B位于P
口的上面，分别与P 两侧的沉割槽相通；泄漏口L 位于最边位置。

3.9 如题3.9图所示，液压泵的流量q = 25 L/min ，吸油管直径d = 25 mm ，泵口比油箱液面高出400 mm 。

如果只考虑吸油管中的沿程压力损失∆p 沿，当用32号液压油，并且油温为40℃时，液压油的密度 ρ = 900 kg/m 3。

试求油泵吸油口处的真空度是多少？
解：吸油管路中液压油的流速：
3
2
42510
0.84960q q
A
d
υππ-⨯=
=
=
=⨯⨯⨯-32
（2510）
m/s
雷诺数：3
6
0.8492510
6633210
e d R υν
--⨯⨯=
=
=⨯<2320
吸油管路中液压油的流动为层流。

在吸油管路1—1截面（液面）和2—2截面（泵吸油口处）列写伯努利方程：
2
2
1
112
221222w p p z z h g
g
g
g
αυαυρρ+
+
=+
+
+
式中：10z =，10p =，10υ=（因为12υυ ）。

则：2
2222()2
p gz p ρ
ραυ=-+
+∆
其中：900ρ=kg/m 3，20.4z =m ，22α=，20.849υ= m/s ，
2
2
3
750.4
900(0.849)
5872
Re 2510
2
l p d
ρυλ
-⨯∆==
=⨯ Pa
将已知数据代入后得：
2(3528648.27587)4764p =-++=- Pa
答：液压泵吸油口真空度为0.004764 MPa 。

3.10 如题3.10图所示，液压泵从一个大容积的油池中抽吸润滑油，流量为q = 1.2 L/s ，油液的粘度︒E = 40，密度ρ = 900 kg/m 3，假设液压油的空气分离压为2.8 m 水柱，吸油管长度l = 10 m ，直径d = 40 mm ，如果只考虑管中的摩擦损失，求液压泵在油箱液面以上的最大允许安装高度是多少？
解：运动粘度：
ν6
6
4
6.31
6.31(
7.31E )10(7.3140)10
2.9210
E
40
---=-
⨯⨯-
⨯=⨯
＝m 2
/s
动力粘度：263.01092.29004
=⨯⨯==-ρνηPa ⋅s
液压油的流速：3
22
6
1.210
/0.9554010
4
q A υπ
--⨯==
=⨯⨯m/s
由于4
0.95540.04R e 130.823202.9210
d υν
-⨯=
=
=<⨯
则液压油在管路中为层流，22=α。

只考虑沿程压力损失：
2
2
11112222112
2
p gh v p gh v p ραρραρ++
=++
+∆沿
2
2
7510900(0.955)
0.5882
130.80.04
2
l p d
ρυλ
⨯∆==
= Pa
式中：10υ=（因为12υυ ），8.22=p m 水柱 5102744.0⨯=Pa ，
5
0110013.1⨯==p p Pa ，01=h ，g
p v p p h ρρα沿∆--
-=
2
222122
1
()525
2 1.0130.2744100.590020.9550.588109009.8
h -⨯-⨯⨯⨯-⨯=
⨯ 1.615=m
答：最大允许安装高度1.615m 。

题3.9图
4.3
如题 4.3图所示，已知液压泵的额定压力和额定流量，设管道内压力损失和液压
缸、液压马达的摩擦损失忽略不计，而题图4.3（c ）中的支路上装有节流小孔，试说明图示各种工况下液压泵出口处的工作压力值。

题4.3图
答：p p a b ==0，1
c T q p p cA φ⎛⎫=∆= ⎪⎝⎭
，p F A d
=，2e M Tn
p V π=。

4.9 液压泵的额定流量为100 L/min ，液压泵的额定压力为2.5 MPa ，当转速为1 450 r/min
时，机械效率为ηm =0.9。

由实验测得，当液压泵的出口压力为零时，流量为106 L/min ；压力为2.5 MPa 时，流量为100.7 L/min ，试求：（1）液压泵的容积效率ηV 是多少？（2）如果液压泵的转速下降到500 r/min ，在额定压力下工作时，估算液压泵的流量是多少？（3）计算在上述两种转速下液压泵的驱动功率是多少？
解：（1）ηv t
q q =
==1007106
095..
（2）=⨯⨯=
=
=95.01061450
500111v t v q n
n Vn q ηη 34.7L/min
（3）在第一种情况下：
3
3
60109.460
9.010
106105.2⨯=⨯⨯⨯⨯=
=
=
-m
t
m
t
i pq P P ηηW
在第二种情况下：
3
3
6
1
1
011069.195
.0609.010
7.34105.2⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=
=
=
-m
t m
t i pq P P ηηW
答：液压泵的容积效率ηV 为0.95，在液压泵转速为500r/min 时，估算其流量为34.7L/min ，液压泵在第一种情况下的驱动功率为4.9⨯103W ，在第二种情况下的驱动功率为1.69⨯103
W 。

5.4 如题5.4图所示的叶片泵，铭牌参数为q = 18 L/min ，p =
6.3 MPa ，设活塞直径D = 90 mm ，活塞杆直径d = 60 mm ，在不计压力损失且F = 28 000 N 时，试求在各图示情况下压力表的指示压力是多少？（p 2=2 MPa ）
题5.4图
解：（a ）4.409
.04
28000
2
=⨯=
=
π
A F p MPa
（b ）(
)
5.509
.04
06
.009
.04
102280002
2
2
6
2
2=⨯-⨯⨯⨯+=
+=
ππA
A p F p MPa
（c ）0p p =
5.5 如题 5.5图所示的串联油缸，A 1和A 2为有效工作面积，F 1和F 2是两活塞杆的外负载，在不计损失的情况下，试求p 1，p 2，1υ和2υ各是多少？
解：由11121222p A F p A p A F =+⎧⎨=⎩，得22212
112F p A F F p A A ⎧
=⎪⎪
⎨⎪=+⎪⎩
；11p q A υ=，22p q A υ=
题5.5图
6.5 如题 6.5图所示的液压系统中，各溢流阀的调定压力分别为
4
=A p MPa 、
3=B p MPa
和
2
=C p MPa 。

试求在系统的负载趋于无限大时，液压泵的工作压力是多
少？
答：（a ）图中，三个溢流阀串联。

当负载趋于无穷大时，则三个溢流阀都必须工作，则9=++=C B A p p p p 泵MPa ；
（b ）图中，三个溢流阀并联。

当负载趋于无穷大时，A 必须工作，而A 的溢流压力取决于远程调压阀B ，B 取决于C ，所以2==C p p 泵MPa 。

6.9 如题 6.9图所示，顺序阀的调整压力为p A =3MPa ，溢流阀的调整压力为5=y p MPa ，试求在下列情况下A 、B 点的压力是多少？（1）液压缸运动时，负载压力4=L p MPa ；
（2）负载压力1=L p MPa ；（3）活塞运动到右端时。

答：（1）液压缸运动p L = 4 MPa 时，则p A = p B = 4 MPa ；（2）p L = 1 MPa 时，则p A = 1 MPa ，p B = 3 MPa ；（3）活塞运动到右端时，则p A = p B = 5 MPa 。

题图6.5 题图6.6
题图6.8 题图6.9
8.1 如题8.1图所示，液压泵输出流量q p =10 L/min ，液压缸无杆腔面积A 150= cm 2，液压缸有杆腔面积
A 225=
cm 2。

溢流阀的调定压力p y =24. MPa ，负载F =10
kN 。

节流阀口视为薄壁孔，流量系数C q =062.。

油液密度ρ=900 kg/m 3。

试求：
（1）节流阀口通流面积A T =005.cm 2和A T =001.cm 2时的液压缸速度υ、液压泵压力p p 、溢流阀损失∆T y 和回路效率η；（2）当A T =001. cm 2和A T =002. cm 2时，若负载F = 0，求液压泵的压力p p 和液压缸两腔压力p 1和p 2各为多大？（3）当F =10 kN 时，若节流阀最小稳定流量为q j m in =⨯-50103 L/min ，所对应的A T 和液压缸速度υm in 多大？若将回路改为进油节流调速回路，则A T
和υmin 多大？把两种结果相比较能
说明什么问题？
解：（1）0.05T A =时：如果溢流阀不溢流，则通过节流阀的流量21
T A q A =
，
5p q =L/min 。

由2d T
q C A =，
有325.010
05.062.02900
10
833
.028
2
2
8
22
2
2
2=⨯⨯⨯⨯⨯=
=
∆--T
d A C q p ρMPa ，
163.250
25
10325.010
5010106
4
31
21
=⨯⨯+
⨯⨯=∆+
=
-A pA A F p P MPa
y P p p <，则溢流阀损失0y p ∆=。

3
4
1
1010
0.0333605010
P q A υ--⨯=
=
=⨯⨯m/s ，
回路效率：3
3
6
10100.03330.92410102.1631060
P P
F p q υη-⨯⨯=
=
=⨯⨯⨯
0.01T A =cm 2
时，
同理由上述求解过程可得125.8=∆p MPa ，由于P y p p >， 则有：4.2==y P p p MPa
8.010
25101025
50
104.24
36
2
2
1=⨯⨯-
⨯⨯=
-=
∆-A F A A p p P
MPa
4
5
20.620.0110
2.61410
d T
q C A --==⨯⨯⨯
=⨯m 3
/s
液压缸速度：5
2
24
2
2.61410 1.04610
2510
q A υ---⨯=
=
=⨯⨯m/s ，
2
4
5
11 1.04610
5010 5.2310q A υ---==⨯⨯⨯=⨯m 3
/s ，
3
5
5
11010 5.2310
11.4371060
P q q q ---⨯∆=-=
-⨯=⨯m 3
/s 。

溢流损失：6
5
2.41011.43710274.48y P P p q -∆=∆=⨯⨯⨯=W
回路效率：3
2
36
1010 1.046100.26151010 2.410
60
P P
F q p υη--⨯⨯⨯=
=
=⨯⨯⨯
（2）由（1）可知，假设溢流阀不工作时，0.01T A = cm 2，8.125p ∆=MPa ，因为
0F =，112p A pA =∆则有1 4.06p =MPa y p >，由此可知与假设矛盾，因此假设不成立。

0.02
T A = cm 2， 2.03p ∆=MPa ，因为0
F =，
112
p A pA =∆则有
11.02p =MPa y p <，由此可知假设成立。

当0.02T A = cm 2时，1 1.02P p p ==MPa ，03.22=∆=p p MPa ； 当0.01T A = cm 2时，1 2.4P y p p p ===MPa ，8.42
112＝A A p p =MPa ；
（3）6
m in 4
m in 4
2
5010
3.3310
602510
j q A υ---⨯=
=
=⨯⨯⨯m/s
由（1）可知8.0=∆p
MPa
6
4
3.1910
T q A --=
=
=⨯ cm 2
若改为进口节流回路 m in 4
m in 1
1.6710
j q A υ-=
=⨯ m/s
，4
4.5110
T q A -=
=⨯ cm 2。

进口节流调速回路能获得更低的稳定速度m in υ。

8.2 如题图8.2所示，各液压缸完全相同，负载F F 21>。

已知节流阀能调节液压缸速度并不计压力损失。

试判断在图（a ）和图（b ）的两个液压回路中，哪个液压缸先动？哪个液压缸速度快？请说明道理。

答：图（a ）中，A 缸先动。

因为A 缸的进油腔压力小于B 缸；A 缸、B 缸速度相等，这是因为节流阀安装在进油路上，调节着A 缸、B 缸的流量，q A =q B 。

图（b ）中，A 缸先动，速度快。

因为节流阀安装在出油路上，两个液压缸并联，液压泵调定的压力相同，所以负载小的A 缸回油压力大，即节流阀压差大，故A 缸速度
大，此时B缸不动。

当A缸运动到缸底，B缸运动，由于其负载大，回油压力小，即节流阀压差小，故B缸运动速度小。

(a) (b)
题图8.1 题图8.2
8.9 请列表说明题图8.9示压力继电器式顺序动作回路是怎样实现1→2→3→4顺序动作的？在元件数目不增加的情况下，排列位置容许变更的条件下如何实现1→2→4→3的顺序动作，画出变动顺序后的液压回路图。

答：
要实现1→2→4→3的顺序动作，2XK与其左端死挡铁换个位置，2PD移到左缸进口处。

答：（1）行程开关应为常开型，这是为了实现快进；（2）单向阀应反向，这是为了实现工进；（3）背压阀应接换向阀的右油口，这是为了使动作更加平稳，放在回油路上；（4）压力继电器应直接接在大腔进油口处，测大腔压力，原图接法，压力继电器的压力是不变化的。

题图8.7 题图8.8
题图8.9
题图8.10 题图8.11。