《液压与气压传动》习题解(5)

例5-1 如图所示为一压力调节回路，问该回路可实现几级压力调节？并说明其工作原理。

例5-1图

   解：该回路可实现三级调压和卸荷功能，其工作原理如下：

（1）图示状态下，两个电磁铁都不通电状态，控制油从先导式溢流阀5的遥控口经阀3、阀4直接回油箱，溢流阀5的主油路全开，液压泵处于卸荷状态，系统压力为零。

（2）当电磁铁1YA通电、2YA失电时，先导式溢流阀5的遥控口与远程调压阀1连通后，控制油经阀4接回油箱，这时回路的压力由远程调压阀1调定，系统压力为p₁。

（3）当电磁铁2YA通电、1YA失电时，先导式溢流阀5的遥控口经阀3后与远程调压阀2连通后，控制油接回油箱，这时回路的压力由远程调压阀2调定，系统压力为p₂。

（4）当电磁铁1YA、2YA同时通电时，远程调压阀1、2串联在阀5的遥控口。这时，远程调压阀2的进口压力p₂经阀1的弹簧腔泄油通道反馈作用在阀1的调压弹簧端，因此远程调压阀1的进口压力增大为（p₁+p₂）。这时系统的压力又分为以下两种情况：

a．当溢流阀5的压力p_y大于（p₁+p₂）时，系统压力由远程调压阀1、2共同调定，系统压力为p₁+p₂。溢流阀5的调定压力p_y可作为系统安全压力。

b．当溢流阀5的压力p_y小于（p₁+p₂）时，系统压力由溢流阀5调定。

习题

5-1 液压控制阀是根据什么原理进行工作的？

答：液压阀都是利用阀芯在阀体内的相对运动来控制阀口的通断和开口大小，实现对压力、流量和方向的控制。液流通过阀口始终满足压力流量方程，即流经阀口的流量q与阀口前后的压力差Δp和阀口开口的过流面积A有关。

5-2 溢流阀、减压阀分别在液压系统中有哪些作用？为什么高压大流量时溢流阀和减压阀要采用先导型结构？

答：1）溢流定压作用；安全阀作用，防止系统过载；背压作用；远程调压和系统卸荷作用。

减压阀用于液压系统获得低于系统压力的二次回路，如夹紧回路、控制油回路、润滑回路等。有.减压作用，用于降低或调节该支路液压缸的最大输出力；有.稳压作用；有单向减压作用。

2）直动型阀当需要调节更高的工作压力时，必然要增大弹簧刚度，导致弹簧尺寸增大，在相同的阀芯位移下，弹簧力的变化就较大；另一方面，当通过阀口的流量发生变化时，阀芯的工作开口Δx也会随之变化，导致弹簧力发生变化，控制压力的精度低。先导式阀的压力是通过与先导阀芯和主阀阀芯预设弹簧力进行两次比较得到的。压力值主要由先导阀调压弹簧的预压缩量确定，流经先导阀的流量很小，溢流流量的大部分经主阀阀口流回出油口，主阀芯的弹簧只需在阀口关闭时起复位作用，其弹簧刚度k₁可以做得较小，因而主阀口开启开度大小的变化不会导致进油口压力有较大的变化，提高了溢流阀控制压力的稳定性。因流经先导阀的流量很小，一般仅为主阀额定流量的1%。因此，先导阀阀座孔的直径就很小（A_x很小），即使要对高压进行调节和控制，其阀芯弹簧的刚度也不会大，可改善调节特性和压力控制精度。

5-3现有三个外观形状相似的溢流阀、减压阀和顺序阀，铭牌已脱落，在不折开阀的情况下，请根据它们的结构特点将它们区别开来。

答：利用不同阀的结构特点，首先溢流阀、顺序阀是常闭的，减压阀是常开的，从一个口（如进口）吹一口烟，从另一个口有烟冒出来的就是减压阀；顺序阀与溢流阀的最大区别就是顺序阀有单独的泄油口。

5-4 何谓节流阀的刚度？其刚度大小与哪些因素有关？试比较节流阀和调速阀的流量调节性能。

答：1）从流量特性方程及流量特性曲线可知，即使节流阀开口形式和开口面积A一定，流经节流口的流量会随节流口两端的压差变化而变化，即会受到节流阀出口负载压力变化的影响。所谓节流阀的刚度定义为节流阀开口面积一定时，节流阀前后压差的变化量与流经阀的流量变化量之比，它相当于是流量特性曲线上某点切线斜率的倒数。

2）节流阀的刚度定义为：

由式可知，节流阀的刚度与阀口前后的压差有关，与节流阀开口面积有关，与流量系数有关，还与节流阀阀口形式有关（影响指数m）。

3）图为调速阀与节流阀的流量特性比较。从图中曲线可以看出，节流阀的输出流量随其进出口压差的变化而变化；而调速阀在其进出口压差大于一定值后，输出的流量基本不变。当调速阀进出油口的压差很小时，其内部减压阀阀芯在弹簧力的作用下处于最下端，减压口全开，不起减压作用，调速阀此时完全相当于一个节流阀，流量特性曲线上两者是重合的。

题5-4 调速阀与节流阀的流量特性比较

5-5 将调速阀中的定差减压阀改为定值减压阀，是否仍能保证执行元件速度的稳定性？为什么？

答：如果用定值减压阀代替定差减压阀，分减压阀在前或在后两种情况，如下图。

无论那种情况，都无法保证节流阀前后压差基本不变，因此无法保证执行元件速度的稳定性。

5-6何谓换向阀的“位”和“通”？

答：换向阀的“位”是指阀芯相对于阀体的稳定工作位置数目，有几个稳定工作位置即称为几位阀。

换向阀的“通”是指阀体上的主油口数目（不含控制油口和泄漏油口），有几个主油口即叫几通阀。

5-7什么是换向阀的中位机能？说明O型、M型、P型和H型三位四通换向阀在中间位置时的特点。

答：对于三位四通和三位五通换向阀，滑阀处于中位时各油口的连通方式称为换向阀的中位机能。

O型：各油口全部关闭，系统保持压力，执行元件各油口封闭。

M型：P、T口连通，泵卸货，执行元件A、B两油口都封闭。

P型：P口与A、B都连通，回油口T封闭。

H型：各油口P、T、A、B全部连通，泵卸荷，执行元件两腔与回油连通。

5-8弹簧对中型的三位四通电液换向阀的先导阀和主阀的中位机能可以任选吗？为什么？

答：电液换向阀按控制压力油的来源和回油方式不同可分为：外控外泄，外控内泄，内控内泄，内控外泄等四种类型。

为了保证液动阀的阀芯在电磁换向阀的电磁铁都不通电时，能在弹簧的作用下可靠回到中位，电磁换向阀（先导阀）的中位机能一般都选择为“Y”型。

电液换向阀的中位机能是指主阀的中位机能，因此主阀的中位机能可以根据需要任选，但当选用内控式电液换向阀时，应确保主阀进油口有最低的控制压力。因此，对主阀具有中位卸荷功能的阀如M型、H型、K型等不应该选择内控方式，否则应在回油路上加上背压阀。

5-9 插装阀和螺纹插装阀各有哪些特点？

答：1）插装阀又称为逻辑阀、二通插装阀、锥阀等，是以二通型单向元件为主体、利用先导控制和插装式连接的新型液压控制阀类。插装阀具有以下优点：（1）液流流动阻力小，通流能力大，特别适合于大流量的场合。其最大通流量可达到10000L/min。 （2）动作灵敏、可靠，抗污染能力强。（3）由于阀芯绝大部分是锥阀结构，密封性好，内泄小，无卡死现象。（4）结构简单，易于实现标准化、通用化、集成化。

2）螺纹插装阀是在插装阀的基础上改变其连接方式而得到的一类新型液压控制阀，由于阀采用螺纹连接形式，安装变得简洁方便，整个体积也相对减小。与插装阀比较具有以下特点：（1）螺纹插装阀本身具有较为完整的液压阀功能，而插装阀需要依靠先导阀来实现液压阀的功能。（2）螺纹插装阀的阀芯既有锥阀，也有滑阀结构，而插装阀的阀芯多为锥阀结构。（3）螺纹插装阀依靠螺纹与块体连接，而插装阀的阀芯、阀套等是插入阀体后依靠控制盖板连接在块体上。（4）螺纹插装阀适用于小流量系统，而插装阀主要用于通径16mm及以上的高压大流量系统中。（5）螺纹插装阀与插装阀都具有较高的标准化程度，因而具有较好的互换性。

5-10 如图所示的四个系统中，当节流阀完全关闭后，液压泵的出口压力各为多少？

题5-10图

答：答题思路：这类题，按题意，节流阀完全关闭，也就是说液压泵的输出流量全部通过溢流阀支路回油箱。分析时从后往前分析。

（a）3Mpa。这题中，考查远程调压的知识点。

（b）5Mpa。这题考查顺序阀进口压力、出口压力与调定压力之间的关系。（当出口压力小于调定压力时，出口压力取决于之后的负载，与调定压力无关，进口压力等于调定压力。当出口压力大于等于调定压力时，出口压力与进口压力相等，与调定压力无关。）

（c）3Mpa。这是三个溢流阀并联的情况。

（d）9Mpa。下图中，C点的压力为4Mpa，B点的压力也为4Mpa（顺序阀，出口压力4 Mpa，调定压力2 Mpa），A点的压力为9 Mpa。 

更具体的参见一道题的答案到底应该是多少？

5-11 如图所示的系统中，在电磁铁3YA不通电的条件下，试确定出下列情况下液压泵的出口压力：1）电磁铁1YA、2YA都不通电；2）电磁铁1YA通电、2YA不通电；3）电磁铁1YA不通电、2YA通电。

题5-11图

答：1）6Mpa。相当于1个顺序阀与1个溢流阀串联。

2）1 Mpa。前面的顺序阀卸荷。

3）3 Mpa。当出口压力（1 Mpa）小于调定压力（3 Mpa）时，出口压力取决于之后的负载，与调定压力无关，进口压力等于调定压力。

5-12 如图所示的两个系统中，各液压阀的调定压力如图所示，若液压缸无杆腔活塞的面积为5×10^-3m²，负载F_L=10000N。试分别确定两个系统在活塞运动中和活塞运动到终端停止时A、B两点的压力。

题5-12图

答：(a)运动时B点的压力等于10000/5×10^-3=2Mpa，A点的压力也是2Mpa。

终端停止时，B点的压力等3Mpa，A点的压力5Mpa。

(b) 运动时B点的压力等于10000/5×10^-3=2Mpa，A点的压力是3Mpa。

终端停止时，B点的压力等5Mpa，A点的压力也是5Mpa。

5-13如图所示的减压阀串联和并联回路中，溢流阀的调整压力p_y=4.5MPa，减压阀的调整压力分别为p_j1=2MPa，p_j2=3,5MPa。液压缸无杆腔有效作用面积A₁=15cm²，活塞杆上的负载F_L=1200N。不计减压阀全开时的局部损失和管路损失。试确定：

（1）活塞在运动时和到达终点后，A、B、C各点的压力为多少？

（2）若减压阀和溢流阀的调整压力不变，而负载增加到F_L=4200N后，A、B、C各点的压力又为多少？

题5-13图

答：此题考查减压阀串并联时出口压力的情况。

（1）a)运动时：C点的压力由负载决定，等于

,小于p_j1,也小于p_j2，所以A点的压力为0.8 Mp_a ,B点的压力也为0.8

到达终点后：B点的压力由溢流阀决定，等于4.5 Mp_a，A点的压力由减压阀2决定，等于3.5 Mp_a，C点的压力由减压阀1决定，等于2 Mp_a。

b)运动时：A点和C点的压力相等，由负载决定，等于0.8 Mp_a。小于p_j1,也小于p_j2，所以B点的压力为0.8 Mp_a。

到达终点后：到达终点后：B点的压力由溢流阀决定，等于4.5 Mp_a，A点和C点的压力相等，等于p_j1,和p_j2大的，为3.5 Mp_a

(2) a)运动时：C点的压力由负载决定，等于

由于大于减压阀1的调定压力，C点的压力为2 Mp_a，推不动。此时，B点的压力由溢流阀决定，等于4.5 Mp_a，A点的压力由减压阀2决定，等于3.5 Mp_a

到达终点后：推不动，不存在到达终点的情况。

b)运动时：A点和C点的压力相等，由负载决定，等于2.8 Mp_a。大于p_j1,但小于p_j2，所以B点的压力为3.5 Mp_a。

到达终点后：到达终点后：B点的压力由溢流阀决定，等于4.5 Mp_a，A点和C点的压力相等，等于p_j1,和p_j2大的，为3.5 Mp_a

5-14 如图所示回路为顺序阀和溢流阀的串联回路，顺序阀的调整压力为p_x、溢流阀的调整压力为p_y，当外负载为无穷大时，试问：

1）液压泵出口压力为多少？

2）若将两个阀的位置互换，液压泵的出口压力又为多少？

题5-14图

答：此题分析时应分p_y>p_x和p_y<p_x两种情况。

1）当p_y>p_x，出口压力为p_y，当p_y<p_x时，出口压力为p_x

2）当p_y>p_x，出口压力为p_y+p_x，当p_y<p_x时，出口压力为p_y+p_x

5-15 如图所示为一个电液换向阀控制的换向回路，请问该回路是否能完成油缸的换向动作？为什么？如果不能，如何改正？

题5-15图

答：1）不能。 

2）此电液换向阀为外控内泄换向阀，控制压力压力在中位时卸荷，图中A点压力为0，无法驱动换向阀的主阀芯移动。电磁阀动作后，主阀不会换向。

3）改为下图。

箭头所指单向阀起背压阀作用。

5-16节流阀前后压力差Δp=0.3MPa，通过的流量为q=25L/min，假设节流孔为薄壁小孔（流量系数为0.62），油液密度为ρ=900kg/m3。试求通流截面积A。

答：通过薄壁小孔的流量为

则通流截面面积

5-17请利用四个插装阀单元组合起来作主级，以适当的电磁换向阀作先导级，构成具有O型中位机能的三位四通电液换向阀。

答：