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因此在比较哪个回路能使液压缸有较低的运动速度时,就应保持节流阀最小开口量ATmin和两端压差△p相同的条件。
设进油节流调速回路的泵压力为pp1,节流阀压差为△p1则:
设出口调速回路液压缸大腔压力(泵压力)为pp2,节流阀压差为△p2,则:
由最小稳定流量qmin相等的定义可知:
△p1=△p2即:
为使两个回路分别获得缸最低运动速度,两个泵的调定压力pp1、pp2是不相等的。
4.在图示的回路中,旁通型调速阀(溢流节流阀)装在液压缸的回油路上,通过分析其调速性能判断下面哪些结论是正确的。
(A)缸的运动速度不受负载变化的影响,调速性能较好;
(B)溢流节流阀相当于一个普通节流阀,只起回油路节流调速的作用,缸的运动速度受负载变化的影响;
(C)溢流节流阀两端压差很小,液压缸回油腔背压很小,不能进行调速。
只有C正确,当溢流节流阀装在回油路上,节流阀出口压力为零,差压式溢流阀有弹簧的一腔油液压力也为零。
当液压缸回油进入溢流节流阀的无弹簧腔时,只要克服软弹簧的作用力,就能使溢流口开度最大。
这样,油液基本上不经节流阀而由溢流口直接回油箱,溢流节流阀两端压差很小,在液压缸回油腔建立不起背压,无法对液压缸实现调速。
5.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。
液压马达在工作时,溢流阀5起安全作用。
制动时换向阀切换到中位,液压马达靠惯性还要继续旋转,故产生液压冲击,溢流阀1,2分别用来限制液压马达反转和正转时产生的最大冲击压力,起制动缓冲作用。
另一方面,由于液压马达制动过程中有泄漏,为避免马达在换向制动过程中产生吸油腔吸空现象,用单向阀3和4从油箱向回路补油。
6.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=30×
105Pa。
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E,F段与泵出口处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=30×
105Pa,B点和E点压力哪个压力大?
若泵的工作压力pB=15×
105Pa,B点和E点哪个压力大?
3)在电磁铁DT吸合时,泵的流量是如何流到油箱中去的?
1)在溢流阀开启或关闭时,控制油路E,F段与泵出口处B点的油路始终得保持连通
2)当泵的工作压力pB=30×
105Pa时,先导阀打开,油流通过阻尼孔流出,这时在溢流阀主阀芯的两端产生压降,使主阀芯打开进行溢流,先导阀入口处的压力即为远程控制口E点的压力,故pB>
pE;
当泵的工作压力pB=15×
105Pa时,先导阀关闭,阻尼小孔内无油液流动,pB=pE。
3)二位二通阀的开启或关闭,对控制油液是否通过阻尼孔(即控制主阀芯的启闭)有关,但这部分的流量很小,溢流量主要是通过CD油管流回油箱。
7.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60×
105Pa、40×
105Pa、10×
105Pa)?
三级调压阀压力调整值分别应取多少?
使用的元件有何区别?
图(b)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×
图(a)的压力阀调定值必须满足pa1=60×
105Pa,pa2=40×
105Pa,pa3=10×
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,a1、a2必须使用先导型溢流阀,以便远程控制。
a3可用远程调压阀(直动型)。
图(c)的压力阀调定值必须满足pc1=60×
105Pa,而pc2、pc3是并联的阀,互相不影响,故允许任选。
设pc2=40×
105Pa,pc3=10×
105Pa,阀c1必须用先导式溢流阀,而c2、c3可用远程调压阀。
两者相比,图(c)比图(a)的方案要好。
8.如图所示的系统中,两个溢流阀串联,若已知每个溢流阀单独使用时的调整压力,py1=20×
105Pa,py2=40×
溢流阀卸载的压力损失忽略不计,试判断在二位二通电磁阀不同工况下,A点和B点的压力各为多少。
电磁铁1DT-2DT-pA=0pB=0
1DT+2DT-pA=0pB=20×
105Pa
1DT-2DT+pA=40×
105PapB=40×
1DT+2DT+pA=40×
105PapB=60×
当两个电磁铁均吸合时,图示两个溢流阀串联,A点最高压力由py2决定,pA=40×
由于pA压力作用在溢流阀1的先导阀上(成为背压),如果要使溢流阀1的先导阀保持开启工况,压力油除了克服调压弹簧所产生的调定压力py1=20×
105Pa以外,尚需克服背压力pA=40×
105Pa的作用,故泵的最大工作压力:
pB=py1+pA=(20+40)×
105=60×
105Pa。
9.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,大腔面积A1=20cm2,小腔有效面积A2=10cm2,溢流阀调整值py=30×
105Pa,减压阀调整值pj=15×
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:
3)夹紧缸II最高承受的压力pmax为多少?
1)2)由于节流阀安装在夹紧缸的回油路上,属回油节流调速。
因此无论夹紧缸在运动时或夹紧工件时,减压阀均处于工作状态,pA=pj=15×
溢流阀始终处于溢流工况,pB=py=30×
3)当夹紧缸负载阻力FII=0时,在夹紧缸的回油腔压力处于最高值:
10.图示为大吨位液压机常用的一种泄压回路。
其特点为液压缸下腔油路上装置一个由上腔压力控制的顺序阀(卸荷阀)。
活塞向下工作行程结束时,换向阀可直接切换到右位使活塞回程,这样就不必使换向阀在中间位置泄压后再切换。
分析该回路工作原理后说明:
1)换向阀1的中位有什么作用?
2)液控单向阀(充液阀)4的功能是什么?
3)开启液控单向阀的控制压力pk是否一定要比顺序阀调定压力px大?
解:
工作原理:
活塞工作行程结束后换向阀1切换至右位,高压腔的压力通过单向节流阀2和换向阀1与油箱接通进行泄压。
当缸上腔压力高于顺序阀3的调定压力(一般为20~40×
105Pa)时,阀处于开启状态,泵的供油通过阀3排回油箱。
只有当上腔逐渐泄压到低于顺序阀3调定压力(一般为)时,顺序阀关闭,缸下腔才升压并打开液控单向阀使活塞回程。
1)换向阀1的中位作用:
当活塞向下工作行程结束进行换向时,在阀的中位并不停留,只有当活塞上升到终点时换向阀才切换到中位,所用的K型中位机能可以防止滑块下滑,并使泵卸载。
2)由于液压机在缸两腔的有效面积相差很大,活塞向上回程时上腔的排油量很大,管路上的节流阀将会造成很大的回油背压,因此设置了充液阀4。
回程时上腔的油可通过充液阀4排出去。
当活塞利用重力快速下行时,若缸上腔油压出现真空,阀4将自行打开,充液箱的油直接被吸入缸上腔,起着充液(补油)的作用。
3)图示的回路中在换向时要求上腔先泄压,直至压力降低到顺序阀3的调定压力px时,顺序阀断开,缸下腔的压力才开始升压。
在液控顺序阀3断开瞬间,液控单向阀4反向进口承受的压力为px(20~40×
105Pa),其反向出口和油箱相通,无背压,因此开启液控单向阀的控制压力只需pk=(0.3~0.5)px即可。
11.图示的液压回路,原设计要求是夹紧缸I把工件夹紧后,进给缸II才能动作;
并且要求夹紧缸I的速度能够调节。
实际试车后发现该方案达不到预想目的,试分析其原因并提出改进的方法。
图(a)的方案中,要通过节流阀对缸I进行速度控制,溢流阀必然处于溢流的工作状况。
这时泵的压力为溢流阀调定值,pB=py。
B点压力对工件是否夹紧无关,该点压力总是大于顺序阀的调定值px,故进给缸II只能先动作或和缸I同时动作,因此无法达到预想的目的。
图(b)是改进后的回路,它是把图(a)中顺序阀内控方式改为外控方式,控制压力由节流阀出口A点引出。
这样当缸I在运动过程中,A点的压力取决于缸I负载。
当缸I夹紧工件停止运动后,A点压力升高到py,使外控顺序阀接通,实现所要求的顺序动作。
图中单向阀起保压作用,以防止缸II在工作压力瞬间突然降低引起工件自行松开的事故。
12.图(a),(b)所示为液动阀换向回路。
在主油路中接一个节流阀,当活塞运动到行程终点时切换控制油路的电磁阀3,然后利用节流阀的进油口压差来切换液动阀4,实现液压缸的换向。
试判断图示两种方案是否都能正常工作?
在(a)图方案中,溢流阀2装在节流阀1的后面,节流阀始终有油液流过。
活塞在行程终了后,溢流阀处于溢流状态,节流阀出口处的压力和流量为定值,控制液动阀换向的压力差不变。
因此,(a)图的方案可以正常工作。
在(b)图方案中,压力推动活塞到达终点后,泵输出的油液全部经溢流阀2回油箱,此时不再有油液流过节流阀,节流阀两端压力相等。
因此,建立不起压力差使液动阀动作,此方案不能正常工作。
13.在图示的夹紧系统中,已知定位压力要求为10×
105Pa,夹紧力要求为3×
104N,夹紧缸无杆腔面积A1=100cm,试回答下列问题:
1)A,B,C,D各件名称,作用及其调整压力;
2)系统的工作过程。
1)A为内控外泄顺序阀,作用是保证先定位、后夹紧的顺序动作,调整压力略大于10×
105Pa;
B为卸荷阀,作用是定位、夹紧动作完成后,使大流量泵卸载,调整压力略大于10×
C为压力继电器,作用是当系统压力达到夹紧压力时,发讯控制其他元件动作,调整压力为30×
D为溢流阀,作用是夹紧后,起稳压作用,调整压力为30×
2)系统的工作过程:
系统的工作循环是定位—夹紧—拔销—松开。
其动作过程:
当1DT得电、换向阀左位工作时,双泵供油,定位缸动作,实现定位;
当定位动作结束后,压力升高,升至顺序阀A的调整压力值,A阀打开,夹紧缸运动;
当夹紧压力达到所需要夹紧力时,B阀使大流量泵卸载,小流量泵继续供油,补偿泄漏,以保持系统压力,夹紧力由溢流阀D控制,同时,压力继电器C发讯,控制其他相关元件动作。
14.图示系统为一个二级减压回路,活塞在运动时需克服摩擦阻力F=1500N,活塞面积A=15cm2,溢流阀调整压力py=45×
105Pa,两个减压阀的调定压力分别为pj1=20×
105Pa和pj2=35×
105Pa,管道和换向阀的压力损失不计。
1)当DT吸合时活塞处于运动过程中,pB、pA、pC三点的压力各为多少?
2)当DT吸合时活塞夹紧工件,这时pB、pA、pC三点的压力各为多少?
3)如在调整减压阀压力时,改取pj1=35×
105Pa和pj2=20×
105Pa,该系统是否能使工件得到两种不同夹紧力?
1)DT吸合,活塞运动时:
因pL<
pj,减压阀阀口处于最大位置,不起减压作用,pA=pC=pL=10×
105Pa,pB=10×
105+ΔpjPa,Δpj为油液通过减压阀时产生的压力损失。
2)DT吸合,活塞夹紧工件:
溢流阀必然开启溢流,pB=py=45×
对于减压阀1,由于pL的作用使其先导阀开启,主阀芯在两端压力差的作用下,减压开口逐渐关小,直至完全闭合;
对于减压阀2,由于pL的作用使其主阀口关小处于平衡状态,允许(1~2)l/min的流量经先导阀回油箱,以维持出口处压力为定值,pC=pA=pj2=35×
3)由以上分析可知,只要DT一吸合,缸位于夹紧工况时,夹紧缸的压力将由并联的减压阀中调定值较高的那一减压阀决定。
因此,为了获得两种不同夹紧力,必须使pj1<
pj2。
如果取pj1=35×
105Pa,则无法获得夹紧缸压力pj=20×
15.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×
1)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?
2)在上面三个不同的减压阀调整值中,哪个调整值会使缸II运动速度最快?
1)启动缸II所需的压力:
pj1=10×
105Pa<
p2,减压阀处于工作状态,由于出口压力不能推动阻力F2,故缸II不动,v2=0、pA=10×
105Pa,pB=py=45×
105Pa,压力油使缸Ⅰ右移。
pj2=20×
105Pa=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。
pj3=40×
105Pa>
p2,减压阀口全开、不起减压作用,若不计压力损失,pB≈p2=20×
105Pa,该压力不能克服缸I负载,故缸II单独右移,待缸II运动到端点后,压力上升pA=pj=40×
105Pa,pB=py=45×
105Pa,压力油才使缸I向右运动。
2)当pj3=40×
105Pa时,减压阀口全开、不起减压作用。
泵的压力取决于负载,pB=p2=20×
因为溢流阀关闭,泵的流量全部进入缸II,故缸II运动速度最快,vII=q/A。
16.如图所示采用蓄能器的压力机系统的两种方案,其区别在于蓄能器和压力继电器的安装位置不同。
试分析它们的工作原理,并指出图(a)和(b)的系统分别具有哪些功能?
图(a)方案,当活塞在接触工件慢进和保压时,或者活塞上行到终点时,泵一部分油液进入蓄能器。
当蓄能器压力达到一定值,压力继电器发讯使泵卸载,这时,蓄能器的压力油对压力机保压并补充泄漏。
当换向阀切换时,泵和蓄能器同时向缸供油,使活塞快速运动。
蓄能器在活塞向下向上运动中,始终处于压力状态。
由于蓄能器布置在泵和换向阀之间,换向时兼有防止液压冲击的功能。
图(b)方案,活塞上行时蓄能器与油箱相通,故蓄能器内的压力为零。
当活塞下行接触工件时泵的压力上升,泵的油液进入蓄能器。
当蓄能器的压力上升到调定压力时,压力继电器发讯使泵卸载,这时缸由蓄能器保压。
该方案适用于加压和保压时间较长的场合。
与(a)方案相比,它没有泵和蓄能器同时供油、满足活塞快速运动的要求及当换向阀突然切换时、蓄能器吸收液压冲击的功能。
17.在图示的系统中,两溢流阀的调定压力分别为60×
105Pa、20×
1)当py1=60×
105Pa,py2=20×
105Pa,DT吸合和断电时泵最大工作压力分别为多少?
2)当py1=20×
105Pa,py2=60×
105Pa,DT吸合和断电时泵最大工作压力分别为多少?
1)DT失电时活塞向右运动,远程调压阀1进出口压力相等,由于作用在阀芯两端的压差为零,阀1始终处于关闭状态不起作用,泵的压力由py2决定:
ppmax=py2=20×
105Pa;
DT吸合时活塞向左运动,缸的大腔压力为零,泵的最大工作压力将由py1、py2中较小的值决定:
2)同上一样,DT失电时活塞向右运动,远程调压阀1不起作用,泵的压力由py2决定:
ppmax=py2=60×
DT吸合时活塞向左运动,泵的最大工作压力将由py1、py2中较小的值决定:
ppmax=py1=20×
18.下列供气系统有何错误?
应怎样正确布置?
气动三大件是气动系统使用压缩空气质量的最后保证,其顺序分水滤气器、减压阀、油雾器。
图a)用于气阀和气缸的系统,三大件的顺序有错,油雾器应放在减压阀、压力表之后;
图b)用于逻辑元件系统,不应设置油雾器,因润滑油会影响逻辑元件正常工作,另外减压阀图形符号缺少控制油路。
19.有人设计一双手控制气缸往复运动回路如图所示。
问此回路能否工作?
为什么?
如不能工作需要更换哪个阀?
此回路不能工作,因为二位二通阀不能反向排气,即二位四通换向阀左侧加压后,无论二位二通阀是否复位,其左侧控制压力都不能泄压,这样弹簧就不能将它换至右位,气缸也就不能缩回;
将两个二位二通阀换为二位三通阀,在松开其按钮时使二位四通换向阀左侧处于排气状态,回路即可实现往复运动。
七、计算题
1.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)(0.0012;
0.00114;
11.3)
2.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?
(m3/s)(1.1×
10-6;
170×
10-6)
3.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1000r/m,拆开实测齿数z=12,齿宽B=26mm,齿顶圆直径De=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(%)。
(90.73;
94.8、86)
4.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∑R=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(l/min);
2)电机的输出功率(kW)。
(47.6;
13.96)
5.有一液压泵,当负载压力为p=80×
105Pa时,输出流量为96l/min,而负载压力为100×
105Pa时,输出流量为94l/min。
用此泵带动一排量V=80cm3/r的液压马达,当负载扭矩为120N.m时,液压马达机械效率为0.94,其转速为1100r/min。
求此时液压马达的容积效率。
(%)(93.6)
6.增压缸大腔直径D=90mm,小腔直径d=40mm,进口压力为p1=63×
105Pa,流量为q1=0.001m3/s,不计摩擦和泄漏,求出口压力p2和流量q2各为多少?
(MPa、m3/s)(31.9;
0.198×
10-3)
7.在图示液压系统中,泵的额定压力为ps=25×
105Pa,流量q=10l/min,溢流阀调定压力py=18×
105Pa,两油缸活塞面积相等,A1=A2=30cm2,负载R1=3000N,R2=4200N其他忽略不计。
1)液压泵启动后两个缸速度分别是多少(m/s);
2)各缸的输出功率和泵的最大输出功率可达多少(W)。
(.056、.056;
168、235、300)
8.如图所示,如果液压缸两腔的面积A1=100cm2,A2=40cm2,泵的供油量q=40l/min,供油压力p=20×
105Pa,所有损失均忽略不记,试求:
1)液压缸在该工况下可能产生的最大推力(N);
2)差动快进管内允许流速为4m/s,管径d应选多大(mm)?
(12000;
18)
9.如图所示的夹紧回路中,如溢流阀的调整压力py=50×
105Pa,减压阀调整压力pj=25×
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50×
105Pa时,夹紧液压缸使工件夹紧后,A点、C点压力为多少(105Pa)?
2)当泵压力由于其它工作缸的快进,压力降至pb=15×
105Pa时(工件原先处于夹紧状态):
这时,A点、C点压力各为多少(105Pa)?
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(105Pa)?
(25、25;
15、25;
0、0、0)
10.如图所示的回路采用进油路与回油路同时节流调速。
采用的节流阀为薄壁小孔型,两节流阀的开口面积相等,f1=f2=0.1cm2,流量系数Cd=0.67,液压缸两腔有效面积A1=100cm2,A2=50cm2,负载R=5000N,方向始终向左。
溢流阀调定压力py=20×
105Pa,泵流量q=25l/min。
试求活塞往返运动速度各为多少(m/s),两者有可能相等否?
(.036;
.036;
有可能)
11.在图示的回路中,液压缸两腔面积A1=100cm2,A2=50cm2,当缸的负载F从0变化到30000N时,缸向右运动速度保持不变,调速阀最小压差△p=5×
105Pa,试求:
1)溢流阀最小调定压力py为多少(调压偏差不考虑)(105Pa)2)负载F=0时泵工作压力是多少?
(105Pa)3)缸可能达到的最高工作压力是多少?
(105Pa)(32.5;
65;
65)
12.图示为某专用液压铣床的油路图。
泵输出流量qp=30l/min,溢流阀调定压力py=24×
105Pa,液压缸两腔有效面积A1=50cm2,A2=25cm2,切削负载Ft=9000N,