一、计算题1. 已知某液压支架推拉千斤顶的活塞与活塞杆的横截面积分别为154cm
2、54cm
2,行程为600mm,泵站工作压力为25MPa,实际流量为154L/min,试求其活塞杆的伸缩速度和伸出、缩回的时间。(计算结果保留3位小数,取η=1)
解:
(1)活塞杆伸出速度
(2)活塞杆缩回速度
(3)活塞杆的伸出时间
(4)活塞杆缩回的时间
答:活塞杆的伸缩速度分别为1000cm/min和1540cm/min,活塞杆伸出和缩回的时间分别为0.06min和0.039min。
2. 已知某液压支架推拉千斤顶的缸径为
140mm,活塞杆径为85mm,行程为600mm,泵站的工作压力为31.5MPa,实际流量为100L/min,试求此推拉千斤顶伸出、缩回所需要的时间。(计算结果保留3位小数)
解:
(1)此千斤顶伸出时间
(2)此千斤顶缩回时间
答:此千斤顶伸出、缩回所需的时间分别为0.092min和0.058min。
二、论述题1. 请论述液控单向阀油液不逆流的故障原因及处理方法。
液控单向阀油液不逆流故障原因及解决办法如下:
(1)控制压力过低。
解决办法:提高控制压力,使之达到要求值。
(2)控制油管道接头漏油严重。
解决办法:紧固接头,消除漏油。
(3)单向阀卡死。
解决办法:清洗。
2. 根据图,请论述液压泵的工作原理。
如题图所示,该图是一个简单的单柱塞液压泵的工作原理图。柱塞2安装在泵体3内,柱塞在弹簧1的作用下与偏心轮4转动时,柱塞做上下往复运动。柱塞向下运动时,柱塞顶端和泵体所形成的密封容积增大,形成局部真空,油箱中的液体在大气压的作用下通过单向阀6进入泵体内,单向阀5封住出液口,防止系统液体回流,这时液压泵吸液;当柱塞向上运动时,密封容积减小,这时单向阀6封住吸液口,避免液体流回油箱,于是使吸入泵体的液体经单向阀5压入系统,实现排液过程。若偏心轮5不停地转动,柱塞不断地做往复直线运动,就可以实现连续不断地吸液和排液过程,从而能向液压系统输送具有一定压力和一定流量的工作液体。这样,就把电动机的机械能转换为工作液体的液压能。
3. 请论述换向阀不换向的故障原因。
换向滑阀不换向的故障原因如下:
(1)滑阀卡死。
(2)阀体变形。
(3)具有中间位置的对中弹簧折断。
(4)操纵压力不够。
(5)电磁铁线圈烧坏或电磁铁推力不足。
(6)电气线路出故障。
(7)液控换向阀控制油路无油或被堵塞。
4. 按作用方式不同,液压缸分为哪些种类?各种缸应用在液压支架什么地方?液压缸的特点是什么?请加以论述。
按照作用方式不同,液压缸(千斤顶)分为单作用和双作用两大类:
(1)单作用液压缸。只从液压缸的一侧进液,所以只能在工作液的作用下向一个方向运动,其复位依靠外力实现。液压支架前梁短柱就是单作用液压缸。
(2)双作用液压缸。可以分别从液压缸两侧进液,正反两方向的运动都是在工作液的作用下完成的。液压支架的推拉、平衡都由双作用液压缸完成。
液压缸具有结构简单、工作可靠、制造容易和维护方便等优点,是应用最广泛的液压元件。
5. 什么是帕斯卡原理?请根据此原理,论述液压千斤顶推力与柱塞面积的关系。
在密闭容器中的静止液体,当一处受到压力时,这个压力将通过液体传到连通器的任意点上,而且其压力值处处相等,这个原理称为帕斯卡原理。
由此可知,作用在活塞上的推力大小与活塞的有效面积成正比。即
式中P
1,P
2——大小活塞的推力;
A,a——大柱塞、小柱塞的横截面积。
可见,液体在密闭容器内传递的过程中还可以实现力的放大和缩小。
6. 与橡胶密封件配套使用的主要塑料件有哪几种?它们的作用、形状、材料与代号各是什么?请加以论述。
与橡胶密封件配套使用的主要塑料件有:
(1)挡圈(O形密封圈):与O形橡胶密封圈配套使用作为防挤圈,一般用聚四氟乙烯、尼龙6或1010制成。根据结构要求,挡圈分为A型(即切口式)、B型(即闭口式)两种。挡圈的代号如下:
(2)LDN型挡圈:用共聚甲醛树脂经注射成形。它可与内动式蕾形橡胶密封圈配套,用于防挤和减磨,其代号如下:
(3)LW型活塞导向环:用共聚甲醛树脂经注射成形。它与鼓形橡胶密封圈配套使用,用于防挤、导向和减磨环,其代号如下:
(4)K型卡箍:用共聚甲醛树脂经注射成形。它在液压缸活塞头内,可作为有关零件定位、减磨及导向之用,其代号如下:
7. 间隙密封的特点是什么?适用于什么场合?请加以论述。
间隙密封的特点是结构简单,摩擦力小,使用寿命长但对零件的加工精度要求高,难以完全消除泄露,密封效果较差,密封性能不能随压力的增大而提高,并且配合面磨损后不能自动补偿。
因此,间隙密封用于尺寸较小、压力较低、运动速度较高的缸体内孔与活塞间的密封。
8. 何谓换向阀的“位”和“通”?换向阀的作用是什么?请加以论述。
在换向阀的结构原理及图形符号中,方格表示滑阀的工作位置,两个方格表示有两个工作位置,三个方格则为三个工作位置,方格即为换向阀的“位”;箭头首尾或堵塞符号与一个方格的交点表示阀的接出,其交点数为滑阀的通路数,即为换向阀的“通”。换向阀的作用是利用阀芯位置的改变,改变阀体上各油口的连通或断开状态,从而控制油路连通、断开或改变方向。
9. 液压传动系统由哪几部分组成?各部分的功能是什么?请加以论述。
液压传动系统由液压动力源、液压执行元件、液压控制元件、液压辅助元件和工作液体组成。
各部分的功能如下:
(1)液压动力源。将机械能转换为液压能,主要元件为液压泵。
(2)液压执行元件。将液压能转换为机械能,主要元件为液压缸。
(3)液压控制元件。控制油液的方向、压力和流量,主要元件有方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀等。
(4)液压辅助元件。它包括油箱、管道、过滤器、蓄能器、冷却器、加热器及监测仪表等。
(5)工作液体。它是能量的承受和传递介质,也起着润滑运动零件和冷却传动系统的作用。
10. 请论述液压马达的作用以及液压马达与液压泵不可以互逆的原因。
液压马达是液压系统的一种执行元件,其作用是将液压泵提供的液压能转变为机械能。从能量转换的观点看,液压马达和液压泵是相互可逆工作的液压元件,向任何一种液压泵输入工作液,都可以使其变成液压马达工况;反之,当液压马达主轴有外力矩驱动旋转时,也可成为液压泵工况。
但是,由于液压马达与液压泵的工作条件不同,对它们的性质要求也不同。所以,同结构类型的液压马达与液压泵之间仍有差别。因此,实际工作中液压泵和液压马达不可互逆使用。
11. 什么是液压传动?它与液力传动有什么区别?请加以论述。
液压传动是利用密闭系统中的压力液体实现能量传递和转换的一种传动方式。
液压传动与液力传动的区别是:液压传动以液体为工作介质,在液压泵中将机械能转换为液压能,在液压缸或液压马达中将液压能转换为机械能。而液力传动是一种利用液体动能来传递动力的传动方法,如液力偶合器、离心式水泵等。
12. O形橡胶密封圈的截面直径有哪几种?怎样标记?目前常用的是哪一种?请加以论述。
O形橡胶密封圈的标准,我国曾先后颁发过三个国家标准。
第一个标准为1976年颁发的GB1235.76,该标准规定O形圈的截面直径为1.9mm、2.4mm、3.1mm、3.5mm、5.7mm和7.6mm等六种,也是现在常用的。其标记方法为:
第二个、第三个标准为1982年和1992年颁发的GB3452.1—1982和GB3452.1—1992。这两个标准引用了国际标准,后者增加了宇航标准。这两个标准规定O形圈的直径为1.8mm、2.65mm、3.55mm、5.3mm和7.0mm五种。其标记方法为:
13. 请论述Y形密封圈的工作原理。
Y形密封圈又称唇形密封圈,它有较显著的自紧作用。无液压时,其唇部与轴间产生初始接触压力,以保持低压密封,其尾部与轴间保持一定的间隙。工作中,压力液对Y形密封圈的谷部唇口产生径向压力,使唇口与轴增加接触压力,同时把Y形密封圈推向左方,消灭Y形密封圈与轴的间隙,从而因自紧作用,得到良好的密封。
这种Y密封形圈曾广泛地使用在各种柱、帽或缸的活塞上,但由于唇边易磨损翻转,失去密封作用,现已逐渐被鼓形圈和山形圈所代替。
Y形密封圈有内动式与外动式两种,代号分别为NY与WY,如NY10×18×7代表适用于轴径10mm、沟槽直径18mm、沟槽宽度7mm的内动Y形密封圈。
14. 请论述液压传动与机械传动相比有哪些优缺点。
与机械传动相比,液压传动的优点是:
(1)可进行无级调速,调速方便且范围大。
(2)运动比较平稳,反应快,冲击小,能高速启动、制动换向。
(3)控制调节元件操作方便、省力,容易实现自动化。
(4)能自动防止过载,实现安全保护,液压元件能够自行进行润滑,寿命长。
(5)在传递相同功率的前提下,液压传动装置体积小,质量轻,结构紧凑。
液压传动也存在如下缺点:
(1)液压传动由于液体容易泄露,因而对液压元件的制造精度要求较高,加工和安装都比较困难。
(2)液压传动容易泄露,所以难以保证严格的传动比。
(3)在工作过程能量损失较大,系统效率较低。
(4)对油温敏感,不宜在很高和很低的温度下工作。
(5)出现故障,不宜查找原因。
15. 请论述鼓形密封圈的结构与工作原理及分类。
鼓形密封圈的断面形状似鼓,因此称为鼓形圈。它由两个U形夹织物橡胶圈做骨架,以其唇边相对,在中间填塞橡胶压制硫化而成的双向实心密封圈,它与缸壁产生接触压力而得到密封,在它的两侧各配装一个塑料导向环,鼓形密封圈可承受60MPa的工作压力。由于它可双向密封,简化了活塞的结构,缩短了活塞的长度,我国曾把它作为液压支架中缸、柱活塞密封的定型结构,广泛地应用在液压支架上。这种密封圈主要缺点是断面较大,影响立柱的行程发挥,用于双伸缩立柱时不太合理,且制造比较复杂。
鼓形密封圈的代号为G,如G100×80×34代表适用于缸体内径100mm、沟槽直径80mm、沟槽宽度34mm的鼓形密封圈。
16. 请论述齿轮的困油现象及解决办法。
为了使齿轮泵能连续平衡地供油,必须使齿轮啮合的重叠系数ε大于1。这样,齿轮在啮合过程中,前一对轮齿尚未脱离啮合,后一对轮齿已进入啮合。由于两对轮齿同时啮合,就有一部分油液被围困在两对轮齿所形成的独立的封闭腔内,这一封闭腔和泵的吸压油腔相互间不连通。当齿轮旋转时,此封闭腔容积发生变化,使油液压缩或膨胀,压油腔相互间不连通,这种现象称为困油现象。
解决办法:在齿轮两侧盖板或轴套上,相对于齿轮连心线的两旁开始卸荷槽,以沟通闭死容积。
17. 请论述液压系统常见的故障及在维护使用中应特别注意的问题。
液压系统的常见故障有噪声、“爬行”、系统压力不足、油温过高等。在使用维护时应特别注意以下几点:
(1)防止油液中进入污物造成元件卡阻、加速磨损。
(2)防止系统中进入空气造成噪声、“爬行”、气阻等现象。
(3)要特别注意和防止油温过高,出现迹象,立即查清原因,及时处理。
18. 为了保证液压系统正常的工作,液压传动对液压控制阀的要求有哪些?请加以论述。
为了保证液压系统正常的工作,液压传动系统对液压控制阀的要求如下:
(1)结构简单、紧凑,动作灵敏,使用可靠,调整方便。
(2)密封性能好,液流通过阀口时,压力损失小。
(3)通用性好,便于安装和维护。
19. 请论述液压传动对工作液体的基本要求。
液压传动对工作液体的基本要求有:
(1)合适的黏度,并且有较好的黏温特性。
(2)质地纯净杂质少。
(3)润滑性能好,在工作压力和温度发生变化时,应具有较高的油膜强度。
(4)具有良好的防蚀性、防锈性和相容性。
(5)对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性。
(6)抗泡沫性好,抗乳化性好。
20. 溢流阀的功用是什么?溢流阀和减压阀有哪些不同?请加以论述。
溢流阀在液压系统中的作用主要有两个:
(1)起溢流和稳压作用,保持液压系统的压力恒定。
(2)起限压保护作用,防止液压系统过载。
溢流阀和减压阀有以下不同:
(1)溢流阀保证入口压力恒定,而减压阀保证出口阀恒定。
(2)溢流阀控制油源来自进油侧,而减压阀控制油源来自回油路。
(3)溢流阀出口接回油箱,而减压出口通往低压系统。
21. 什么是增压器?其用途有哪些?请加以论述。
常用增压器是由两个不同缸径的液压缸串联在一起的。向大直径液压缸输入较低压力的工作液,从小直径液压缸内可得到较高压力的工作液,其压力之比即为缸面积之比。
采用增压器可以用压力较低的泵得到压力较高的工作液。增压器特别适用于具有短期大负载和位移量较小的液压设备上,如液压试验机就普遍使用增压器。
22. 请论述O形橡胶密封圈的密封原理和性能。
O形橡胶密封圈装在沟槽内,受到一定的预压力作用,在接触面上产生初始接触压力,从而获得预密封的效果。在受到介质压力作用后,产生自封作用,接触面接触压力数值上升,从而增强密封效果。
O形密封圈在静止条件下可承受100MPa或更高的压力,在运动条件下可以承受35MPa的压力。
用于动密封时,工作介质压力超过35MPa时,应在承压面设置挡圈,以延长O形密封圈的使用寿命。
23. 请论述同结构类型的液压马达与液压泵的差别。
同结构类型的液压马达与液压泵是有差别的,其差别主要是:
(1)液压马达应能正反转运行,因此其结构具有对称性;而液压泵通常是单向旋转,结构上没有这一要求。
(2)液压泵通常有自吸能力,为改善吸液性能和避免出现气蚀,通常把吸液口做得比排液口大;而液压马达则无这一要求。
(3)为适应调速需要,液压马达的转速范围大,特别对其最低稳定转速有一定的要求;而液压泵都是在高速下稳定工作的,其转速基本不变。
(4)由于液压马达一般具有背压,故必须设置独立的泄漏口,将液压马达的泄漏液体引回油箱。
24. 请论述外啮合齿轮泵的工作原理。
外啮合齿轮油泵一般由一对齿轮数相同的齿轮和传动轴、轴承、端盖和壳体等组成。主动齿轮带动从动齿轮旋转,其啮合线把齿轮、壳体和端盖等形成的密封空间分成两个区域。在退出啮合的区域时,齿轮原先被另一个齿轮齿部占有的位置空出来,密封容积增大,形成吸油区。吸入的油液随着齿轮的旋转,经过轮齿槽与外壳形成的空间被带到啮合点的左侧。当进入啮合时,一个齿轮的齿槽被另一个齿轮的轮齿所占有,密封空间减小,油液被挤出。由于轮齿一个接一个地进入和退出啮合,其吸油和压油就连续进行。
25. 请论述液压传动技术应用在支架上的优、缺点。
液压传动技术应用在支架上的优点如下:
(1)液压传动比较容易在较大范围内实现无级调速,而且操作换向简便,这正是液压支架各油缸动作所要求的基本性能。
(2)液压传动可以比较方便地将电动机的旋转运动转换为液压缸的直线运动,并得到相应的较大的液压缸的推力。
(3)液压传动可以比较简单地将能量传输给整个工作面各支架的液压缸,而且液压元件的安装无严格的相对位置要求,安装配置极为方便,便于实现远距离的能量传输及控制。
(4)液压传动的参数,如压力、速度、运动方向和位移量等控制简便,参数变化速度快,有利于控制自动化。
(5)液压传动各元件尺寸小、质量轻、结构比较紧凑。
液压传动技术应用在支架上的缺点如下:
(1)液压传动要求保持元件、油箱的清洁,对于工作介质的质量和管理要求较高,这对于煤矿井下来说是比较困难的。
(2)液压传动元件的精度要求高,使制造、维护、保养均较困难,费用较高。
(3)液压传动易于发热,损失功率,传动效率低。