作者：方四清
出版社：电子工业出版社
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液压与气动学习指导与巩固练习(机电类)(附册试卷1本)试读：
前言
普通高校对口单招是中、高等职业教育沟通衔接的重要渠道，是培养高素质高技能人才的迫切需要，是增强职业教育吸引力的重要举措，是完善职业教育体系、办人民满意职业教育的重要内容。苏教职〔2008〕39号文指出：我省将对普通高校对口单招院校和专业进行科学规划，在普通高校招生计划总额中，相对稳定并逐步增加对口单招规模，同时在高技能紧缺专业继续安排本科招生计划。为了适应对口单招的新形势，满足中职学生多元化个性发展的需求，提高专业综合理论学习的效率，我们组织了一批长期工作在单招第一线、经验丰富的教师按照江苏省普通高校对口单独招生机电类专业综合理论考试大纲中液压与气动部分的要求编写了本书。
本书内容系统，体例新颖、实用。全书由综合理论考试课程《液压与气动》涉及的内容分成液压传动的基本概念、液压元件、液压基本回路及系统、气压传动系统的基本组成、气动基本回路及系统五个模块，每个模块由若干节组成，每节均以考纲要求为引导，加深学生的对考点知识的理解。学生可根据教师的复习顺序自主选择学习模块。
本书突出学生学习的主体性和教师的主导性，每个节内容均由【学习目标】、【内容提要】、【例题解析】和【巩固练习】等部分组成。【学习目标】：结合考纲考点将本节知识点用可考查核定的语言表述，便于学生把握重点和难点。【内容提要】：将本节知识点包含的主要学习内容进行归纳和提炼，便于学生课前的预习和课后的复习。【例题解析】：以考纲确定的单元重点知识作为典型例题，通过要点分析，培养分析问题的能力，并形成良好的学习方法和解题思路。【巩固练习】：将本节的基础性和综合性的知识转换成各种类型的试题，可作为课后练习和单元测试使用。
本书由溧水中等专业学校方四清老师主编，其中第一模块、第三模块和第五模块由方四清组织编写，第二模块由如东中等专业学校陆建荣组织编写，第四模块由溧水中等专业学校吴征组织编写。全书由方四清老师统稿。
本书适用于江苏省普通高校单独招生考试机电类专业的学生使用，也可以作为机电类专业相关课程教师参考用书或学生自学用书。
本书在编写、出版和发行过程中，得到了相关学校领导、教师的大力支持和帮助，在此一并表示衷心的感谢。由于编写时间仓促，水平有限，书中难免出现错误和疏漏之处，敬请各位读者批评指正。
编者
2012年7月第1章 液压传动的基本概念
考纲要求
✧了解液压传动的工作原理。
✧理解液压传动的组成及功用。
✧理解液体的基本特性（黏性、可压缩性）。
✧掌握流量和压力的基本概念。
✧理解静压传递原理和流量连续性原理的基本概念。
✧了解液压传动的压力损失和流量损失的机理。
✧掌握液压传动系统中液体压力、流量、速度和功率、效率之间的关系，并能进行相应计算。1.1 液压传动概述
学习目标
1.了解液压传动的工作原理，能分析具体液压系统的工作过程，并能比较其与机械传动的异同，能对液压传动的工作原理从运动、力及介质进行总结。
2.理解液压系统的组成，能对各具体的液压传动系统进行分析，指出各元件的分类，同时能指出图形符号与结构符号所表达的重点内容。
3.熟悉油液的基本特性，会分析温度与压力的变化对其特性的影响。
内容提要
液压传动是以油液为工作介质，以密封容积的变化传递运动，以油液内部的压力传递动力。液压传动除油液外，由动力部分、执行部分、控制部分、辅助部分组成。油液的两大特性——黏性和压缩性。
一、液压传动的工作原理
1.液压千斤顶的工作过程
图1-1-1所示是人们常见的液压千斤顶的工作原理图。它由手动柱塞液压泵和液压缸两大部分构成，大小活塞与缸体及泵体的接触面之间，要保持良好的配合，不仅使活塞能够移动，而且形成可靠的密封。液压千斤顶的工作过程如下。
工作时，关闭放油阀8，向上提起杠杆1时，活塞3就被带动上升（图1-1-1（b）），油腔4的密封容积增大（此时单向阀7因受油腔10中油液的作用力而关闭），形成局部真空。于是油箱6中的油液在大气的作用下，推开单向阀5的钢球并沿着吸油管道进入油腔4。接着用力压下杠杆1，活塞3下移（图1-1-1（c）），油腔的密封容积减小。油液受到外力作用而产生压力，迫使单向阀5关闭并使单向阀7的钢球受到一个向上的作用力。手压杠杆的力越大，油液压力越大，向上的作用力就越大。当这个作用力大于油腔10中的油液对钢球的作用力时，钢球被推开，油腔4中的油液的压力就传递到油腔10，油液就被压入油腔10，迫使它的密封容积变大，结果推动活塞11连同重物G一起上升。反复提压杠杆，就能不断地将油液压入油腔10，使活塞11和重物G不断上升，从而达到起重的目的。显然，如果提压杠杆的速度越快，则单位时间内压入油腔10中的油液越多，重物上升的速度就越快；重物越重，下压杠杆所需的力就越大，于是油液的压力就越大。
如果将放油阀8旋转90°，油腔10中的油液在重物G的作用下，流回油箱，活塞11下降并恢复到原位。图1-1-1 液压千斤顶的工作原理图
2.工作原理
液压千斤顶虽然是一个简单的液压传动装置，但是从对它的工作过程的简单介绍中，我们可以看出，液压传动的工作原理是以油液作为工作介质，依靠密封容积的变化来传递运动，依靠油液内部的压力来传递动力。液压传动装置实际上是一种能量转换装置，它是将机械能转换为便于输送的液压能，然后又将液压能转换为机械能，以驱动工作机构完成所要求的各种动作。
二、液压传动的组成及液压系统的图形符号
1.液压传动的组成
通过对图1-1-1所示液压千斤顶工作原理的分析，我们可以看出一般液压传动系统除油液外，各液压元件按功能可分为四个部分，即动力部分、执行部分、控制部分和辅助部分。各部分的名称、所包含的主要液压元件及作用如表1-1-1所示。表1-1-1 液压传动的组成及作用
2.液压系统的图形符号
图1-1-1反映的是一种结构式的工作原理。它的直观性强，容易理解，但绘制比较复杂，特别是当系统中元件较多时更是如此。因此国家制定了一套液压系统的图形符号，并以GB/T 786.1—2009做出明确规定，可以方便而清晰地表达各种类型的液压系统。由于符号表示的是元件的职能而不是结构，因此图形十分简洁。常见的液压元件图形符号，将在下文中逐一介绍。
三、油液的性质
油液是液压传动系统中最常用的工作介质，它不仅起传递能量的作用，而且是液压元件的润滑剂。油液有许多重要的性质，最重要的是压缩性和黏性。压缩性是表示油液产生压力后其体积减小的性质。在液压传动常用的压力范围内，油液的压缩量是极其微小的，一般可忽略不计，近似地看作不可压缩。黏性是油液流动时，内部产生摩擦力的性质。黏性的大小用黏度来度量。黏度大，内摩擦力就大，油液就不容易流动，显得比较“稠”；反之，油液就较“稀”。油液的黏度随着温度的变化而变化。油温升高，黏度变小，流动性就好。当压力不太高时，压力对黏度影响不大，一般不予考虑。大量事实表明，液压系统故障的75%是由工作介质引起的，因此对液压油的性能的了解十分重要。
四、液压传动的特点
液压传动与机械传动、电气传动相比较，具有以下特点：（1）从结构上看，元件单位重量传递的功率大，结构简单，布局灵活，便于和其他传动方式联用，易实现远距离操纵和自动控制。（2）从工作性能上看，速度、扭矩、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，高速范围宽，动作快速性好；工作比较平稳；缺点是速比不如机械传动准确，传动效率低。（3）从维护使用上看，元件的自润滑性好，能实现系统的过载保护与保压；使用寿命长；元件易实现系列化、标准化、通用化；但对油液的质量、密封、冷却、过滤要求严格，对元件的制造精度、安装、调整和维护要求较高；受温度影响较大；对环境有污染。
例题解析【例1-1-1】液压元件的图形符号只表示元件的功能、操作方法及外部连接口，不表示元件的具体结构。（）【要点解析】本题要求学生理解图形符号所表示的内容及作用。液压系统结构原理图虽具有直观性，易理解，但绘制困难。液压元件平时在使用时，只关注元件的功能。因此国家标准对各元件图形符号做了具体规定。【解】√。【例1-1-2】温度越高，油液的黏度越大；温度越低，油液的黏度越小。（）【要点解析】液压传动的工作介质是油液，油液的两个主要性质是黏性和压缩性，压缩性在一定的压力范围内可以忽略不计，故对液压传动影响较小。而黏性受温度的影响较大，当温度升高时，黏性变小，摩擦降低，有利于传动，泄漏增加；当温度降低时，黏性增加，摩擦增大，不利于传动，泄漏减小。【解】×。
巩固练习
一、单项选择题
1.液压缸属于（）。
A.动力部分 B.执行部分 C.控制部分 D.辅助部分
2.能实现能量转换的液压元件是（）。
A.油箱 B.过滤器 C.单向阀 D.液压泵
3.易于在较大范围内实现无级调速，元件单位重量传递功率大的传动为（）。
A.摩擦轮传动 B.齿轮传动 C.轮系传动 D.液压传动
4.下列属于液压传动特点的是（）。
A.不受温度影响 B.自润性好但不能实现过载保护
C.传动平稳，传递功率大 D.易于实现有级调速
二、判断题
5.液压元件的图形符号既能表示元件的功能，又能表示元件的具体结构。（）
6.辅助元件有管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件、控制仪表等。（）
7.液压传动系统适用于传动比要求严格的场合。（）
8.液压传动传递功率大，易实现远距离操纵和自动控制。（）
9.液压缸属于液压传动系统的动力部分。（）
三、填空题
10.油液的两个最主要特性是_____________和_____________，受温度影响较大的是_____________。
11.液压千斤顶主要由_____________和_____________两大部分组成，前者是把_____________能转变为_____________能。
12.液压传动的工作原理是以油液作为_____________，通过来传递运动，通过_____________来传递动力。
13.控制部分用来控制和调节油液的_____________、_____________和_____________。
四、简答题
14.写出图1-1-2所示的机床工作台液压传动系统的工作过程。图1-1-2 机床工作台液压传动系统1—油箱；2—过滤器；3—液压泵；4—压力计；5—机床工作台；6—液压缸；7—换向阀；8—节流阀；9—溢流阀1.2 液压传动系统的流量和压力
学习目标
1.掌握流量和压力的基本概念。能结合具体液压系统进行相关计算。
2.理解静压传递原理和流量连续性原理的基本概念。能对液压传动进行相关分析与计算。
3.熟悉液压传动压力建立的过程，会分析压力的大小及其决定因素。
内容提要
液压系统的两大参数是压力和流量，分别决定负载与速度，两参数所对应的两大原理是液流连续性原理及静压传递原理，反映了两大参数的运动特性。压力建立的过程是从无到有、从小到大迅速建立的，其大小取决于外负载，有多个负载并联时，其压力的大小取决于克服各个负载中最小的压力。
一、流量和平均流速
液压传动是依靠密封容积的变化，迫使油液流动来传递运动的。为此，需要了解有关油液的基本概念和规律。流量和平均流速是描述油液流动时的两个主要参数。
1.流量
单位时间内流过管路或液压缸某一截面的油液体积称为流量，用符号q表示。V
若在时间t内，流过管路或液压缸某一截面的油液体积为V，则油液的流量33
流量的单位为m/s（米/秒），常用单位为L/min（升/分）。换算关系为
2.平均流速
油液通过管路或液压缸的平均流速v可用下式计算：
式中，v——油液通过管路或液压缸的平均流速（m/s）；3
q——油液的流量（m/s）；V
A——管路的通流面积或液压缸（或活塞）的有效作用面积2（m）。
由于油液与管路壁或压缸壁、油液内部之间的摩擦力大小不同，因此油液流动时，在管路或液压缸某一截面上各点处的流速是不相等的，通常采用平均流速进行近似计算。
3.活塞（或液压缸）的运动速度
活塞（或液压缸）的运动速度是由于流入液压缸的油液迫使密封容积增大所导致的结果，因此其运动速度与流入液压缸的流量有关。以图1-1-1所示液压千斤顶为例，设在单位时间内活塞11移动的距离为H，活塞的有效面积为A，则密封容积变化即所需流入的油液的体积为AH，则流量
活塞（或液压缸）的运动速度
由式（1-2-3）可得出如下结论：
① 活塞（或液压缸）的运动速度等于液压缸内的平均速度。
② 活塞（或液压缸）的运动速度仅与活塞（或液压缸）的有效作用面积和流入液压缸中油液的流量有关，与油液的压力p无关。
③ 活塞（或液压缸）的有效面积一定时，活塞（或液压缸）的运动速度决定于流入液压缸中的油液的流量，改变流量就能改变运动速度。
二、液流的连续性
理想液体（不可压缩的液体）在无分支管路中作稳定流动时，通过每一截面的流量相等，这称为液流连续性原理。油液的可压缩性极小，通常可视为理想液体。
如图1-2-1所示管路中，流过截面1和截面2的流量分别为q和V1q，根据液流连续性原理，q=q，即V2V1V2
式中，A、A——截面1、2的面积；12———液体流经截面1、2时的平均流速。图1-2-1 液流连续性原理
式（1-2-4）表明，油液在同一管路中流动，每一截面的平均流速与该截面的面积成反比，即管径细的地方，流速大；管径粗的地方，流速小。
三、压力的形成及传递
1.压力的概念
油液单位面积上承受的作用力称为压力，它是由于油液的自重和油液受外力（负载）的挤压所产生的。液压传动中，由于油液的自重而产生的压力一般很小，可忽略不计。如图1-2-2（a）所示，油液充满于密闭的液压缸左腔，当活塞受到向左的外力F作用时，液压缸左腔内的油液（被视为不可压缩）受活塞的作用处于被挤压状态，同时，油液对活塞有一个反作用力F而使活塞处于平衡状态。不考虑活p塞的自重，则活塞平衡时的受力情形如图1-2-2（b）所示。作用于活塞的力有两个，一个是外力F，另一个是油液作用于活塞的力F，两p力大小相等、方向相反。如果活塞的有效作用面积为A，油液作用在活塞单位面积上的力则为F/A，活塞作用在油液单位面积上的力为F/pA。油液单位面积上承受的作用力称为压强，在工程上习惯称为压力，用符号p表示，单位为帕斯卡（Pa）。如图1-2-2所示，设外力为F，活塞面积为A，则油液内的压力为
式中，p——油液的压力（Pa）；
F——作用在油液表面的外力（N）；2
A——油液表面的承压面积，即活塞的有效作用面积（m）。
压力的单位为Pa（帕斯卡），常用单位还有MPa（兆帕），61MPa=10Pa。图1-2-2 油液压力的形成
从以上分析可知，液压系统中某处油液的压力是由于受到各种形式负载的挤压而产生的。
压力的特性：液体的静压力方向总是垂直作用于承压面，静止液体内任一点处的压力在各个方向上都相等。
液压传动中，压力按其大小分为五级，如表1-2-1所示。表1-2-1 液压传动的压力等级 单位：MPa
2.液压系统及元件的公称压力
液压系统及元件在正常工作条件下，按试验标准连续运转（工作）的最高工作压力称为额定压力，超过此值，液压系统便过载。液压系统必须在额定压力以下工作。额定压力也是各种液压元件的基本参数之一。额定压力应符合公称压力系列。GB/T 2346—2003《流体传动系统及元件 公称压力系列》对公称压力做了规定。表1-2-2为公称压力系列中常用部分的摘录。表1-2-2 公称压力系列 单位：MPa
3.液压传动原理
静止油液的压力具有下列特性：
① 静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都相等，这个压力称为静压力。
② 油液静压力的作用方向总是垂直指向承压表面。
③ 密闭容器内静止油液中任意一点的压力如有变化，其压力的变化值将传递给油液的各点，且其值不变。这称为静压传递原理，即帕斯卡定理。
液压千斤顶就是利用静压传递原理传递动力的。如图1-2-3所示，当柱塞泵活塞1受外力F作用（液压千斤顶压油）时，柱塞泵油1腔3中油液产生的压力为图1-2-3 液压千斤顶的压油过程
此压力通过油液传递到液压缸油腔4，即油腔4中的油液以p垂直2作用于液压缸活塞2，活塞2上受到作用力F，根据帕斯卡原理2
即
或
式中，F、F——分别作用在活塞1、2上的力（N）；122
A、A——活塞1、2的有效面积（mm）。12
由式（1-2-6）可知，活塞2上所受液压作用力F与活塞2的有效2作用面积A成正比。如果A≫A，则只要在柱塞泵活塞1上作用一个221很小的力F，便能获得很大的力F，用以推动重物。这就是液压千斤12顶在人力作用下能顶起很重物体的道理。静压传递原理是液压传动的两个基本原理之一。
4.液压传动系统中压力的建立
密闭容器内静止油液受到外力挤压而产生压力（静压力），对于采用液压泵连续供油的液压传动系统，流动油液在某处的压力也是因为受到各种形式负载（如工作阻力、摩擦力、弹簧力等）的挤压而产生的。除静压力外，由于油液流动还有动压力，但在一般液压传动中，油液的动压力很小，可忽略不计。因此，液压传动系统中流动油液的压力主要考虑静压力。下面对图1-2-4所示液压传动系统中压力的建立进行分析。
在图1-2-4（a）中，假定负载阻力为零（不考虑油液的自重、活塞的质量、摩擦力等因素），由液压泵输入液压缸左腔的油液不受任何阻挡就能推动活塞向右运动，此时，油液的压力为零（p=0）。活塞的运动是由于液压缸左腔内油液的体积增大而引起的。
图1-2-4（b）中，输入液压缸左腔的油液由于受到外界负载F的阻挡，不能立即推动活塞向右运动，而液压泵总是连续不断地供油，使液压缸左腔中的油液受到挤压，油液的压力从零开始由小到大迅速升高，作用在活塞有效作用面积A上的液压作用力（pA）也迅速增大。当液压作用力足以克服外界负载F时，液压泵输出的油液迫使液压缸左腔的密封容积增大，从而推动活塞向右运动。在一般情况下，活塞作匀速运动，作用在活塞上的力相互平衡，即液压作用力等于负载阻力（pA=F）。因此，可知油液压力。若活塞在运动过程中负载F保持不变，则油液不会再受更大的挤压，压力就不会继续上升。也就是说，液压传动系统中油液的压力取决于负载的大小，并随负载大小的变化而变化。
图1-2-4（c）中表示向右运动的活塞接触固定挡铁后，液压缸左腔的密封容积因活塞运动受阻停止而不能继续增大。此时，若液压泵仍继续供油，油液压力会急剧升高，如果液压传动系统没有保护措施，则系统中薄弱的环节将会损坏。图1-2-4 液压传动系统中的压力形成
综合上面分析，可知液压传动系统中某处油液的压力是由于受到各种形式负载的挤压而产生的，压力的大小决定于负载，并随负载变化而变化。当某处有几个负载并联时，压力的大小取决于克服负载的各个压力值中的最小值。应特别注意的是压力建立的过程是从无到有、从小到大迅速进行的。
例题解析【例1-2-1】如图1-2-3所示，在液压千斤顶的压油过程中，已知柱-42塞泵活塞1的面积A=1.13×10m，液压缸活塞2的面积A=9.62×12-42-5210m，管路5的截面积A=1.3×10 m。若活塞1的下压速度v为510.2m/s，试求活塞2的上升速度v和管路内油液的平均流速。2【要点解析】（1）注意到油腔是密闭的，那么就可以直接应用液流的连续性原理了。（2）注意到两端的通流面积是不一样的。根据液流的连续性原理，通流面积不同，液流的速度也不相同。【解】（1）柱塞泵排出的流量：（3）根据液流连续性原理，进入液压缸推动活塞2上升的流量q=q，活塞2的上升速度V2V1（4）同理，管路内的流量q=q=q，管路内油液的平均流速V4V1V2【例1-2-2】如图1-2-5所示，液压泵以q=25L/min的流量向液压缸V供油，液压缸直径D=50mm，活塞杆直径d=30mm，进、回油管直径d=d=10mm，试求活塞的运动速度及油液在进、回油管中的流速。12能否直接应用液流的连续性原理计算两油管中的流速?图1-2-5【要点解析】（1）本题知道流量、速度、通流面积中的任意两个，就可以用液流的连续性原理求得另一个量。（2）在回油腔，因为有活塞杆，实际通流面积是活塞的面积减去活塞杆的面积。（3）液流不连续，不能直接使用液流的连续性原理进行计算，流量不一定相等，但是活塞的速度却是一定的。【解】（1）由已知流量可以求得进油管中油液流速（2）由进入液压缸的流量可求得活塞的运动速度（3）回油腔应用连续性方程
所以（4）计算液压缸进、回油管中的油液流速时，不能直接应用液流的连续性原理。因为进油管和回油管已被活塞分开，液流已不连续。【例1-2-3】如图1-2-6所示，某压力阀应在油压p=6MPa时动作。1已知钢球的最大直径D=15mm，阀座孔直径d=10mm，压力油顶开钢球溢油时有背压p=0.3MPa，求溢油时弹簧的压紧力F为多少?2S【要点解析】（1）压力油作用在曲面某一方向上的力等于油液压力与曲面在该方向投影面积的乘积。（2）当阀处于某个压力时有动作，可以理解为阀芯正处于临界状态，即合力为0。【解】（1）因为压力油作用在曲面某一方向上的力等于油液压力与曲面在该方向投影面积的乘积，所以球阀受p作用向上的力为1（2）球阀受p作用向下的力为2图1-2-6（3）球阀受力平衡方程式为
推导得
巩固练习
一、单项选择题
1.当液压系统某处有两个负载并联，其中一个负载为0时，压力的大小必定为（）。
A.两压力之和B.两压力之差 C.0 D.无穷大
2.静止的油液中（）。
A.任何一点所受的各个方向的压力都不相等
B.油液压力的方向不总垂直于受压表面
C.当一处压力变化时，将通过油液传递到油液中任一点，且压力值相等
D.内部压力不能传递动力
3.油液在无分支管路中流动时（）相等。
A.压力 B.流量 C.速度 D.功率
4.当液压缸的截面积一定时，液压缸（或活塞）的运动速度取决于进入液压缸的液体的（）。
A.压力 B.流量 C.流速 D.功率
5.当液压系统中同时受几个负载并联时，压力的大小等于（）。
A.所有负载的代数和 B.最大负载与最小负载之差
C.所有负载中的最大值 D.所有负载中的最小值
6.在静止的液体内部某一深度的一个点，它所受到的压力是（）。
A.向上的压力大于向下的压力 B.向下的压力大于向上的压力
C.各个方向的压力都相等 D.向左的压力大于向右的压力
7.液压传动中研究的两大参数是（）。
A.压力和流量 B.压力和速度 C.力和速度 D.流量和速度
二、判断题
8.无分支管路中流动的油液，截面积小的地方平均流速大，截面积大的地方平均流速小。（）
9.作用在活塞上的推力越大，活塞运动的速度越快。（）
10.油液单位面积上承受的作用力在工程上习惯称为压强。（）
11.液压传动的两个基本原理是静压传递原理和速度原理。（）
12.液压传动系统中油液的压力产生的原因是内部油压，大小决定于额定压力。（）
13.单位时间内流过管路或液压缸某一截面的油液体积称为流量。（）
三、填空题
14.油液流动时，在管路或液压缸某一截面上各点处的流速是_____________的，通常采用_____________进行近似计算。
15.理想液体（不可压缩的液体）在无分支管路中作稳定流动时，通过每一截面的流量_____________，这称为_____________。
16.油液的压力是由油液的_____________和_____________作用所产生的。
17.液压系统及元件在正常工作条件下，按试验标准连续运转（工作）的最高工作压力称为_____________。
18.静止油液中任意一点所受到的各个方向的压力都_____________。
19.油液静压力的作用方向总是_____________指向承压表面。
20.密闭容器内静止油液中任意一点的压力如有变化，其压力的变化值将传递给油液的各点，且_____________。这称为_____________原理。
四、计算题
21.在图1-2-7所示的单活塞杆液压缸中，已知活塞的直径D=125mm，活塞杆的直径d=70mm，活塞向右运动的速度v=0.1m/s。
试求进入液压缸的流量q和排出液压缸的流量q各为多少?V1V2图1-2-7
22.如图1-2-8所示为液压千斤顶工作原理，已知小活塞的面积-42-42A=2×10m，大活塞的面积A=10×10m，管路3的截面积A=0.5×123-42310m，小活塞在F=6×10N的作用下，在两秒时间内向下移动1H=0.35米。试求：1（1）流入管路3中的流量q；V3（2）大活塞的上升距离H以及上升速度v；22（3）管路3内油液的平均流速v；3（4）油腔内的油液压力p；（5）大活塞能否顶起的重物G?（6）此题应用了什么原理?图1-2-8
23.如图1-2-9所示的液压系统中，已知F=15000N，F=5000N，12-32-32A=5×10m，A=2.5×10m，缸1和缸2运动结束都有固定挡铁限125位，溢流阀的开启压力为35×10Pa，不计压力损失。试求：（1）缸1动作时，液压缸工作压力p多大?1（2）缸2动作时，液压缸工作压力p多大?2（3）哪个活塞先动作?另一个活塞何时动作?溢流阀何时开启?此时溢出的是泵的全部流量还是部分流量?图1-2-9
24.在图1-2-10所示的液压传动系统中，已知：使溢流阀阀芯打6-43开的压力为2.352×10Pa，液压泵的输出流量为4.17×10m/s，活塞-32有效作用面积为5×10m，若不计损失，试求下列四种情形时系统的压力及活塞的运动速度（假定经溢流阀流回油箱的流量为0.833×-4310m/s）。（1）负载F=9800N；（2）负载F=14700N；（3）负载F=0N；（4）负载F=11760N。图1-2-101.3 液压传动的压力损失、流量损失和功率计算
学习目标
1.理解液压传动的压力损失、流量损失和功率的概念。
2.了解液压传动压力损失的机理，并能估算泵与缸的压力。
3.了解液压传动流量损失的工作机理，并能估算泵与缸之间的流量。
4.熟悉泵、缸、电动机功率的计算。
内容提要
液压传动中，由于油液存在黏性，在油液流动过程中会存在能量损失，其表现为压力损失；同时由于各运动件之间有间隙，并存在压力差，所以泄漏不可避免；正是由于存在压力损失和流量损失，故存在功率损失，因此泵、缸和电动机的功率计算应重点掌握。
一、液压传动的压力损失
1.液阻和压力损失
由于油液具有黏性，在油液流动时，油液的分子之间、油液与管壁之间的摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻碍油液流动的阻力称为液阻。液压传动系统存在着液阻，油液流动时会引起能量损失，主要表现为压力损失。如图1-3-1所示，油液从A处流到B处，中间经过较长的直管路、弯曲管路、各种阀孔和管路截面的突变，由于液阻的影响致使油液在A处的压力p与在B处的压力p不相等，显然p＞p，引ABAB起的压力损失为Δp，即Δp=p-p。AB图1-3-1 油液的压力损失
2.沿程损失与局部损失
油液流动引起的压力损失包括沿程损失和局部损失。（1）沿程损失
油液在截面积相同的直管路中流动，由于管壁对油液的摩擦，油液的部分压力用于克服这一摩擦阻力，这种压力损失称为沿程损失。管路越长，沿程损失越大。（2）局部损失
油液流过管路弯曲部位、管路截面积突变部位及开关等地方，由于液流速度的方向和大小发生变化而产生的压力损失称为局部损失。在液压传动系统中，由于各种液压元件的结构、形状、布局等原因，致使管路的形式比较复杂，因而局部损失是主要的压力损失。
油液流动产生的压力损失，会造成功率浪费，油液发热，黏度下降，进而使泄漏增加，同时液压元件受热膨胀也会影响正常工作，甚至“卡死”。因此，必须采取措施尽量减少压力损失。一般情况下，只要油液黏度适当，管路内壁光滑，尽量缩短管路长度和减少管路的截面变化及弯曲，可以使压力损失控制在很小的范围内。
3.压力损失的近似估算
影响压力损失的因素很多，精确计算较为复杂，通常采用近似估算的方法。
液压泵最高工作压力的近似计算式为
式中，p——液压泵最高工作压力（Pa）；泵
p——液压缸最高工作压力（Pa）；缸
K——系统的压力损失系数，一般K=1.3～1.5，系统复杂或压压管路较长取大值，反之取小值。
二、液压传动的流量损失
1.泄漏和流量损失
在液压系统正常工作的情况下，从液压元件的密封间隙漏过少量油液的现象称为泄漏。由于液压元件必然存在着一些间隙，当间隙的两端有压力差时，就会有油液从这些间隙中流过。所以，液压系统中泄漏现象总是存在的。
液压系统的泄漏包括内泄漏和外泄漏两种。液压元件内部高、低压腔间的泄漏称为内泄漏。液压系统内部的油液漏到系统外部的泄漏称为外泄漏。图1-3-2表示了液压缸的两种泄漏现象。图1-3-2 液压缸的内泄漏和外泄漏1—低压腔；2—高压腔；3—外泄漏；4—内泄漏
液压系统的泄漏必然引起流量损失，使液压泵输出的流量不能全部流入液压缸等执行元件。
2.流量损失的估算
流量损失一般也采用近似估算的方法。液压泵输出流量的近似计算式为3
式中，q——液压泵最大输出流量（m/s）；V泵3
q——液压缸最大输出流量（m/s）；V缸
K——系统的泄漏系数，一般K=1.1～1.3，系统复杂或管路漏漏较长取大值，反之取小值。
三、液压传动的功率计算
1.液压缸的输出功率P缸
功率等于力和速度的乘积。对于液压缸来说，其输出功率等于负载阻力F和活塞（或液压缸）运动速度v的乘积，即
由于F=pA，v=，所以液压缸的输出功率（不计液压缸的损失）
式中，P——液压缸的输出功率（W）；缸
p——液压缸的最高工作压力（Pa）；缸3
q——液压缸的最大流量（m/s）。V缸
2.液压泵的输出功率P泵
式中，P——液压泵的输出功率（W）；泵
p——液压泵的最高工作压力（Pa）；泵3
q——液压泵的最大流量（m/s）。V泵
对于输出流量为定值的定量液压泵，q即为该泵的额定流量。V缸
3.液压泵的效率和驱动液压泵的电动机功率的计算
由于液压泵在工作中也存在因泄漏和机械摩擦所造成的流量损失及机械损失，所以驱动液压泵的电动机所需的功率P要比液压泵的电输出功率P大。液压泵的总效率泵
液压泵的总效率η，对于外啮合齿轮泵取0.63～0.80，叶片泵取总0.75～0.85，柱塞泵取0.80～0.90，或参照液压泵产品说明。
驱动液压泵的电动机功率
例题解析【例1-3-1】某液压泵铭牌上标有转速n=1450r/min，额定流量q=60L/min，额定压力p=8MPa，泵的总效率η=0.8，试求：Vp总（1）该泵应选配的电动机功率。（2）若该泵使用在特定的液压系统中，该系统要求泵的工作压力p=4MPa，该泵应选配的电动机功率是多少?【要点解析】驱动液压泵的电动机功率的确定，应按照液压泵的使用场合进行计算。当不明确液压泵在什么场合使用时，可以按照铭牌上的额定压力、额定流量值进行功率计算；当泵的使用压力已经确定，则应按照实际工作压力进行计算。【解】（1）因为不知道泵的实际工作压力，故按照额定压力进行功率计算：（2）因为泵的实际工作压力已经确定，故按照实际工作压力进行功率计算：
巩固练习
一、填空题
1.由于油液具有黏性，在油液流动时，油液的分子之间、油液与管壁之间的摩擦和碰撞会产生_____________，这种阻碍油液流动的_____________称为_____________，油液流动时会引起能量损失，主要表现为_____________。
2.油液流动引起的压力损失包括_____________和_____________。
3.功率等于_____________。
4.液压系统的泄漏包括_____________和_____________两种。
5.驱动液压泵的电动机所需功率P要比液压泵输出功率P大的电泵原因是___________________________________________________________________________________________________。
6.油液在_____________管路中流动造成的损失为沿程损失，而在_____________、_____________及_____________造成的压力损失为局部压力损失。
7.液阻引起_____________，在_____________（流动、静止）油液中产生。泄漏引起_____________。
8.油液在长的直管中流动时，产生_____________压力损失，在变径管中流动时，产生_____________损失。
二、判断题
9.当液压系统存在泄漏时，液压系统处于不正常的工作状态。（）
10.压力损失影响因素很多，精确计算较为复杂，常采用近似估算，但流量损失，常采用精确计算。（）
11.实际液压系统中，压力损失以局部压力损失为主。（）
12.驱动液压泵的电动机功率比液压泵的功率大。（）
三、选择题
13.当系统复杂或管路较长时，K=（），K=（）。漏压
A.1.3 B.1.1 C.1.5 D.0.9
14.液压泵的总效率η，对于外啮合齿轮泵常取（）。总
A.0.63～0.80 B.0.75～0.85 C.0.80～0.90 D.0.90～1.0
15.驱动定量泵的电动机功率P=（），驱动变量泵的电动机功率电P=（）。电
16.油液流动产生的压力损失会使（）。
A.功率浪费，泄漏增加 B.黏度上升，油液发热
C.泄漏减少，效率提高 D.泄漏减少，黏度下降
四、计算题
17.图1-3-3所示的简化液压系统，要求活塞速度v=0.05m／s，负2-43载F=24kN，A=0.008m，液压泵额定流量为10.5×10m／s，额定压5力为63×10Pa，泵的总效率η=0.8，取K=1.4，K=1.2。试解答：压漏（1）该泵是否适用?（2）驱动该泵的电动机功率。（3）与该泵匹配的电动机功率。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]