完整版液壓與氣壓傳動(dòng)學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)答案一、填空題（每空1分，共20分）1.液壓傳動(dòng)以液體為工作介質(zhì)，依靠液體的壓力能傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，其核心元件是液壓泵、液壓缸和液壓閥。2.氣壓傳動(dòng)以壓縮空氣為工作介質(zhì)，具有清潔、防火、動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)剛性差、定位精度低。3.液壓油的粘度指數(shù)越高，溫度變化對(duì)粘度的影響越小，系統(tǒng)工作越平穩(wěn)。4.齒輪泵的困油現(xiàn)象可通過(guò)在端蓋開(kāi)卸荷槽的方法緩解，槽口必須對(duì)稱(chēng)布置于嚙合點(diǎn)兩側(cè)。5.溢流閥在系統(tǒng)中起定壓溢流和安全保護(hù)雙重作用，其開(kāi)啟壓力由彈簧預(yù)緊力決定。6.節(jié)流閥與調(diào)速閥的根本區(qū)別在于后者帶有壓力補(bǔ)償功能，可使流量不受負(fù)載變化影響。7.氣動(dòng)三聯(lián)件由過(guò)濾器、減壓閥和油霧器組成，安裝順序不可顛倒，否則油霧器易被污染。8.液壓缸緩沖裝置有間隙緩沖、可變節(jié)流緩沖和卸荷緩沖三種形式，其中可變節(jié)流緩沖效果最佳。9.蓄能器在回路中可充當(dāng)輔助動(dòng)力源、吸收壓力脈動(dòng)和緩和液壓沖擊，充氣壓力一般取系統(tǒng)最低工作壓力的0.8倍。10.比例閥的輸入信號(hào)為0～10V或4～20mA，閥芯位移與輸入電流成比例，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。11.液壓系統(tǒng)效率η=輸出功率/輸入功率，其中輸出功率P_out=F·v，輸入功率P_in=p·Q。12.氣馬達(dá)的轉(zhuǎn)速與流量成正比，輸出扭矩與進(jìn)氣壓力成正比，排氣口必須安裝消聲器降低噪聲。13.液壓泵的容積效率η_v=理論流量/實(shí)際流量，機(jī)械效率η_m=理論扭矩/實(shí)際扭矩，總效率η=η_v·η_m。14.同步回路中，若兩缸有效面積相等，可采用剛性連接或分流集流閥；若面積不等，則需采用比例閥或伺服閥閉環(huán)控制。15.氣動(dòng)邏輯元件包括“與”、“或”、“非”、“記憶”四種基本功能，其中“記憶”元件常用雙穩(wěn)態(tài)閥實(shí)現(xiàn)。16.液壓油污染度等級(jí)按ISO4406表示，如18/16/13，數(shù)字越大污染越嚴(yán)重，伺服系統(tǒng)一般要求不高于16/14/11。17.齒輪馬達(dá)與齒輪泵結(jié)構(gòu)相似，但馬達(dá)需設(shè)置外泄油口，以帶走內(nèi)部泄漏油液并冷卻軸承。18.電液伺服閥由力矩馬達(dá)、噴嘴擋板前置級(jí)和滑閥功率級(jí)組成，其頻寬可達(dá)200Hz以上，用于高速高精度系統(tǒng)。19.氣動(dòng)系統(tǒng)的自由空氣流量q=標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下流量，有壓流量q_p=q·(p+0.1013)/0.1013，單位均為L(zhǎng)/min。20.液壓系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，應(yīng)先空載點(diǎn)動(dòng)，再逐步升壓至額定壓力，每次升壓后穩(wěn)壓5min，檢查泄漏與溫升。二、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）1.液壓泵的轉(zhuǎn)速越高，輸出壓力一定越大。（×）2.氣動(dòng)系統(tǒng)排氣時(shí)產(chǎn)生的噪聲可用消聲器或膨脹腔削弱。（√）3.節(jié)流調(diào)速回路效率高于容積調(diào)速回路。（×）4.蓄能器充氣壓力高于系統(tǒng)最高壓力時(shí)，蓄能器無(wú)法蓄能。（√）5.液壓缸活塞桿表面鍍鉻是為了提高耐磨性和防銹蝕。（√）6.溢流閥作安全閥使用時(shí)，其開(kāi)啟壓力應(yīng)比系統(tǒng)最高工作壓力高5%～10%。（√）7.比例溢流閥不能用于遠(yuǎn)程調(diào)壓。（×）8.氣動(dòng)馬達(dá)在低速時(shí)易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，可加裝減速器解決。（√）9.液壓系統(tǒng)油溫升高會(huì)導(dǎo)致油液粘度下降，泄漏增加，容積效率降低。（√）10.伺服閥的零漂指標(biāo)越小，閥的靜態(tài)性能越好。（√）三、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.下列泵中，抗污染能力最強(qiáng)的是：A.齒輪泵B.葉片泵C.軸向柱塞泵D.徑向柱塞泵答案：A2.液壓系統(tǒng)出現(xiàn)高頻噪聲，最可能的原因是：A.油液粘度過(guò)高B.泵吸空C.溢流閥彈簧疲勞D.油液溫度過(guò)低答案：B3.氣動(dòng)系統(tǒng)分水濾氣器濾芯顏色由藍(lán)變紅，說(shuō)明：A.濾芯堵塞B.濾芯破損C.濾芯壽命到期D.濾芯結(jié)冰答案：C4.液壓缸活塞密封采用V形組合圈，其安裝方向應(yīng)：A.唇口朝向低壓側(cè)B.唇口朝向高壓側(cè)C.雙向均可D.垂直于壓力方向答案：B5.在回油節(jié)流調(diào)速回路中，液壓缸速度：A.隨負(fù)載增大而增大B.隨負(fù)載增大而減小C.與負(fù)載無(wú)關(guān)D.先增大后減小答案：B6.下列元件中，屬于氣動(dòng)信號(hào)元件的是：A.減壓閥B.行程開(kāi)關(guān)閥C.快速排氣閥D.梭閥答案：B7.液壓泵的實(shí)際流量小于理論流量，主要原因是：A.電機(jī)轉(zhuǎn)速低B.油液泄漏C.油液粘度高D.吸油過(guò)濾器堵塞答案：B8.電液比例方向閥的中位機(jī)能采用Y型，其目的是：A.泵卸荷B.執(zhí)行元件浮動(dòng)C.執(zhí)行元件鎖緊D.防止沖擊答案：B9.氣動(dòng)邏輯回路中，實(shí)現(xiàn)“或”功能常用：A.雙壓閥B.梭閥C.順序閥D.快速排氣閥答案：B10.液壓系統(tǒng)采用恒功率變量泵，其目的是：A.節(jié)能B.提高壓力C.降低噪聲D.簡(jiǎn)化回路答案：A四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述液壓沖擊產(chǎn)生的原因及常用抑制措施。答：液壓沖擊由流速突變引起，如閥口快速關(guān)閉、執(zhí)行元件突然停止。沖擊壓力可達(dá)正常壓力3～4倍，易損壞密封和管件。抑制措施：（1）延長(zhǎng)閥口關(guān)閉時(shí)間，采用電磁閥時(shí)加阻尼器；（2）設(shè)置溢流閥作安全閥，限制最高壓力；（3）在沖擊源附近安裝蓄能器吸收脈動(dòng)；（4）采用橡膠軟管或膨脹節(jié)降低壓力波傳播速度；（5）液壓缸端部設(shè)置緩沖裝置，使活塞在行程末端減速。2.比較節(jié)流調(diào)速與容積調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)。答：節(jié)流調(diào)速通過(guò)改變回路阻力實(shí)現(xiàn)調(diào)速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但效率低、發(fā)熱大，適用于小功率場(chǎng)合。容積調(diào)速通過(guò)改變泵或馬達(dá)排量實(shí)現(xiàn)調(diào)速，效率高、發(fā)熱小，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率控制，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，適用于大功率或頻繁變速系統(tǒng)。3.說(shuō)明氣動(dòng)三聯(lián)件安裝順序及反向安裝的危害。答：正確順序：過(guò)濾器→減壓閥→油霧器。反向安裝時(shí)，油霧器位于減壓閥上游，高壓油霧會(huì)沖刷減壓閥內(nèi)部精密零件，導(dǎo)致閥芯磨損、壓力波動(dòng)，且油霧器濾芯易被液態(tài)水堵塞，失去過(guò)濾功能，縮短元件壽命。4.寫(xiě)出液壓泵容積效率、機(jī)械效率、總效率的計(jì)算公式，并說(shuō)明如何提高總效率。答：η_v=Q_實(shí)際/Q_理論η_m=T_理論/T_實(shí)際η_總=η_v·η_m提高途徑：選用精密配合零件減少泄漏；采用浮動(dòng)側(cè)板或軸向間隙補(bǔ)償結(jié)構(gòu)降低摩擦；控制油液粘度在最佳范圍；提高加工精度降低機(jī)械摩擦；采用復(fù)合材料軸承減少磨損。5.簡(jiǎn)述電液伺服閥的調(diào)試步驟及注意事項(xiàng)。答：（1）清洗系統(tǒng)，污染度達(dá)NAS6級(jí)以下；（2）給閥供油前，先通10Hz小幅信號(hào)，使閥芯高頻振蕩排除卡滯；（3）逐步升壓至額定壓力，檢查零位偏移，調(diào)整調(diào)零彈簧使零漂<1%；（4）輸入±100%階躍信號(hào)，觀察階躍響應(yīng)，超調(diào)<10%，調(diào)整阻尼孔；（5）頻響測(cè)試，從5Hz掃頻至額定頻寬，幅值比-3dB、相位差-90°對(duì)應(yīng)頻率應(yīng)達(dá)標(biāo)；（6）調(diào)試完畢，鎖緊調(diào)節(jié)螺母，貼封漆，連續(xù)運(yùn)行2h無(wú)異常方可交付。五、計(jì)算題（共30分）1.某液壓系統(tǒng)使用排量V=36mL/r的軸向柱塞泵，轉(zhuǎn)速n=1500r/min，容積效率η_v=0.92，系統(tǒng)溢流閥調(diào)定壓力p=14MPa，泵出口實(shí)際流量Q=？若系統(tǒng)負(fù)載為F=50kN，液壓缸無(wú)桿腔面積A=100cm2，求活塞勻速運(yùn)動(dòng)速度v=？（8分）解：Q_理論=V·n=36×10?3×1500=54L/minQ_實(shí)際=Q_理論·η_v=54×0.92=49.68L/min≈49.7L/minv=Q_實(shí)際/A=(49.7×10?3)/(100×10??)=4.97m/min≈0.083m/s2.如圖示回油節(jié)流調(diào)速回路，液壓缸無(wú)桿腔面積A?=100cm2，有桿腔面積A?=50cm2，負(fù)載F=20kN，泵流量Q_p=40L/min，溢流閥調(diào)定壓力p_y=7MPa，節(jié)流閥流量方程Q_L=0.08·a·√Δp（a為開(kāi)口面積mm2，Δp為閥壓降MPa，Q_LL/min）。求：（1）當(dāng)節(jié)流閥開(kāi)口a=20mm2時(shí)，活塞速度v=？（2）回路效率η=？（10分）解：（1）力平衡：p?A?=F+p?A?泵出口壓力p?=p_y=7MPa7×10?×100×10??=20×103+p?×50×10??70×102=20×103+0.5×10?2p?p?=(7000-2000)/0.5=1MPa節(jié)流閥壓降Δp=p?=1MPaQ_L=0.08×20×√1=1.6L/minv=Q_L/A?=1.6×10?3/(50×10??)=0.32m/min≈0.0053m/s（2）回路輸入功率：P_in=p_y·Q_p=7×10?×(40×10?3/60)=4.67kW輸出功率：P_out=F·v=20×103×0.0053=106Wη=P_out/P_in=0.106/4.67≈2.3%3.某氣動(dòng)系統(tǒng)要求氣馬達(dá)在0.5MPa表壓下輸出扭矩T=15N·m，轉(zhuǎn)速n=800r/min，氣馬達(dá)容積效率η_v=0.85，機(jī)械效率η_m=0.75，求：（1）理論排量V_m（mL/r）（2）自由空氣消耗量q（L/min）（12分）解：（1）實(shí)際輸出扭矩T=T_理論·η_mT_理論=T/η_m=15/0.75=20N·m理論排量V_m=2π·T_理論/(p·η_v)p=0.5+0.1013=0.6013MPaV_m=2π×20/(0.6013×10?×0.85)=2.47×10??m3/r=247mL/r（2）理論流量Q_理論=V_m·n=247×800=197600mL/min=197.6L/min自由空氣流量q=Q_理論·(p_abs/p_atm)=197.6×(0.6013/0.1013)≈1173L/min六、實(shí)驗(yàn)題（共40分）實(shí)驗(yàn)一：液壓泵性能測(cè)試（20分）1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定齒輪泵的容積效率、機(jī)械效率、總效率隨壓力變化規(guī)律，繪制Q-p、η-p曲線。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備CB-B25齒輪泵、Y-100溢流閥、LW-25渦輪流量計(jì)、ZJ-25扭矩儀、0.5級(jí)壓力表、Y160M-4電機(jī)、變頻器、油溫控制裝置。3.實(shí)驗(yàn)步驟（1）清洗油箱，加注46抗磨液壓油至液位上限，啟動(dòng)加熱器將油溫穩(wěn)定在40±2℃；（2）點(diǎn)動(dòng)電機(jī)，確認(rèn)泵轉(zhuǎn)向正確，空載運(yùn)行5min排氣；（3）調(diào)節(jié)溢流閥，使壓力從1MPa逐級(jí)升至額定6MPa，每級(jí)穩(wěn)壓3min；（4）記錄每級(jí)壓力對(duì)應(yīng)的流量計(jì)讀數(shù)Q、扭矩儀讀數(shù)T、電機(jī)轉(zhuǎn)速n；（5）計(jì)算理論流量Q_t=V·n，容積效率η_v=Q/Q_t；（6）計(jì)算理論扭矩T_t=p·V/(2π)，機(jī)械效率η_m=T_t/T；（7）總效率η=η_v·η_m；（8）繪制曲線：橫坐標(biāo)p，縱坐標(biāo)Q、η_v、η_m、η，用光滑曲線連接。4.數(shù)據(jù)處理示例p=4MPa時(shí)：n=1440r/min，Q=33.8L/min，T=11.2N·mQ_t=25×1440=36L/minη_v=33.8/36=93.8%T_t=4×10?×25×10??/(2π)=15.9N·mη_m=15.9/11.2=71.4%η=0.938×0.714=67.0%5.思考題（1）當(dāng)壓力升高時(shí)，η_v為何下降？答：內(nèi)泄漏隨壓差增大而增加，導(dǎo)致實(shí)際流量減少。（2）η_m為何先升后降？答：低壓時(shí)摩擦扭矩占比大，隨壓力升高占比減小，但高壓時(shí)粘性摩擦及泵體變形導(dǎo)致摩擦再增大。實(shí)驗(yàn)二：氣動(dòng)邏輯回路設(shè)計(jì)與搭接（20分）1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠脷鈩?dòng)邏輯元件實(shí)現(xiàn)“雙缸順序往復(fù)+急停+手動(dòng)/自動(dòng)切換”功能，驗(yàn)證邏輯關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)元件雙作用氣缸A、B（缸徑32mm，行程200mm），雙氣控?fù)Q向閥4V210-08，手動(dòng)按鈕閥1/8"，行程開(kāi)關(guān)閥S3-02，梭閥ST-01，雙壓閥SY-01，快速排氣閥QE-02，三聯(lián)件，Φ8PU管。3.邏輯要求（1）按下啟動(dòng)按鈕，缸A前進(jìn)到位，缸B才前進(jìn)；（2）缸B到位后，缸A先退回，缸B再退回；（3）任意時(shí)刻按下急停，兩缸立即退回；（4）切換開(kāi)關(guān)可在手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)與自動(dòng)循環(huán)間切換。4.真值表啟動(dòng)急停手動(dòng)自動(dòng)A缸B缸1001前進(jìn)跟隨01××退回退回0010點(diǎn)動(dòng)點(diǎn)動(dòng)5.回路圖（文字描述）啟動(dòng)信號(hào)與急停常閉串聯(lián)，經(jīng)梭閥分兩路：一路至自動(dòng)循環(huán)記憶閥，一路至手動(dòng)按鈕。自動(dòng)循環(huán)中，A缸前進(jìn)壓下行程開(kāi)關(guān)a1，發(fā)出信號(hào)經(jīng)雙壓閥與啟動(dòng)信號(hào)“與”后控制B缸前進(jìn)；B缸壓下b1，信號(hào)經(jīng)另一記憶閥使A缸退回；A缸退至a0，信號(hào)使B缸退回。急停信號(hào)經(jīng)梭閥直接作用于兩換向閥復(fù)位端，確?？焖偻嘶?。6.搭接步驟（1）按圖裁管，管口垂直剪切，插入快插接頭到底；（2）先接氣源側(cè)，后接執(zhí)行元件，避免帶壓插拔；（3）檢查邏輯，手動(dòng)推閥芯確認(rèn)換向正常；（4）先低壓0.3MPa試運(yùn)行，排除漏氣后升至0.6MPa；（5）用秒表測(cè)循環(huán)時(shí)間，要求≤6s，若遲緩，在排氣口加快速排氣閥。7.故障排查現(xiàn)象：A缸到位后B缸不前進(jìn)。排查：用壓力表測(cè)雙壓閥輸出，發(fā)現(xiàn)無(wú)信號(hào)；檢查a1行程開(kāi)關(guān)閥，發(fā)現(xiàn)滾輪卡滯，更換后正常。8.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（1）繪制實(shí)際搭接照片示意圖，標(biāo)注管徑、顏色；（2）列出元件清單及型號(hào)；（3）計(jì)算自由空氣消耗量：?jiǎn)窝h(huán)氣缸總?cè)莘e=2×(π·0.0162×0.2)=0.322L，循環(huán)6次/分，q=0.322×6×(0.7/0.1)=13.5L/min；（4）提出節(jié)能改進(jìn)：采用快速排氣閥+梭閥組合，可將壓力降至0.5MPa，節(jié)能約15%。七、綜合設(shè)計(jì)題（共20分）設(shè)計(jì)一臺(tái)小型液壓升降平臺(tái)，要求：1.額定載荷2kN，升降高度500mm，升降時(shí)間≤10s；2.使用單作用柱塞缸，回程靠自重，手動(dòng)泵應(yīng)急升降；3.系統(tǒng)最高壓力≤8MPa，需設(shè)置安全保護(hù)；4.給出計(jì)算書(shū)、系統(tǒng)圖、元件選型、操作說(shuō)明。解：（1）參數(shù)計(jì)算負(fù)載F=2000N，取缸徑d=25mm，柱塞面積A=π·0.01252=4.91×10??m2所需壓力p=F/A=2000/(4.91×10??)=4.08MPa，留余量選5MPa行程L=0.5m，升降時(shí)間t=