第八章液压传动系统的设计与计算

需经过多次反复比较，才能最后确定，设计较简单的液压
系统时，有些步骤可以合并或简化。
第八章：液压传动系统的设计和计算
8.2 工况分析和确定执行元件主要参数 液压系统的工况分析，主要内容是对液压系统进行运 动分析和负载分析。分析的目的是查明每个执行元件在
各自工作过程中的流量，压力和功率的变化规
一、 运动分析 运动分析是对液压执行元件在一个工作循环中各时段或各
PBN
PB q B
p
103
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二、选择阀类元件 各种阀类元件的规格型号按液压系统原理图和工况图 中提供的情况从产品样本中选取。各种阀的公称压力和 额定流量一般应与最大通过流量相接近。必要时，通过
阀的流量可略大于该阀的额定流量，但一般不超过20%。
流量阀按系统中流量调节范围选取，其最小稳定流量应 满足工作部件最低运动速度的要求。
现多种可能方案时，宜平行展开，反复进行对比再作出取舍决
定。在选择液压回路时，还要考虑回路控制方式。
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控制方式主要根据主机的要求确定，如果要求系统按一 定顺序自动循环，可使用行程控制或压力控制。采用行程
阀控制可使动作可靠。若采用电液比例控制，可编程控制
和微机控制，可简化油路，改善系统的工作性能，而且使 系统具有较大的柔性和通用性。 最后把选择出来的各种液压回路进行综合组成液压系统， 归并整理和修正，增添必要的元件或辅助回路，使之组成
有了负载循环图和速度循环图，
可以计算出系统的功率，十分 方便。
液压缸负载循环图
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三、 液压缸主要参数的确定 通过上述工况分析，运用第三模块的有关公式即可初步确 定液压缸主要参数、液压缸活塞直径D和活塞杆直径d。但 液压缸有时有最低速度要求时，
还要满足：
A
q min
min
在液压系统中通过压力损失的计算，我们可以把整个系统的 各段压力损失折合到液压泵出口处，以便于更确切地算出液压 泵出口和液压缸进、出口的实际工作压力，从而确定各压力阀 (溢流阀、顺序阀、卸荷阀、压力继电器等)的调整压力。下面
给出单杆液压缸在不同连接时的系统压力损失计算公式。
1、当执行元件是液压缸时,按下式验算液压泵的最高工作压 力和压力损失:
[σ]-----油管材料的许用拉应力（MPa）
铜管可取
管,是材料抗拉强度，n是安全系数（n = 4~8）。
b / n
,对于钢
25MPa
算出的油管尺寸须按有关资料选取相应规格的标准油管。
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2、油箱 为了储油和散热，油箱必须有足够的容量和散热
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三、选择液压捕助元件
1、油管 油管的规格尺寸大多由它所连接的液压元件接口处
的尺寸决定，对一些重要的管道应验算其内径和壁厚。 油管内径按下式计算：
d 2

qV
式中： d---油管内径（m）； qV----通过油管的流量（㎡/ S） ---油管允许流速（m/s）,其值见表。
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四 、绘制执行元件工况图
液压缸尺寸确定之后，就可根据液压缸的速度循环图和负 载循环图，算出液压缸在工作循环中不同阶段的工作压力、 流量和功率，进一步可绘制出液压缸的压力循环图(p-s)，流 量循环图（q-S）和功率循环图(PN-s)，图中S表示位移。
压力循环图(p-s)
面积。油箱的有效容量（指液面高度为油箱高度的80%时， 油箱所储压油的体积）确定如下： 当PB≤2.5MPa时： 当2.5Mpa＜PB≤6.3Mpa时： 当PB＞6.3Mpa时： 3、其它辅件 其它辅件（如滤油器，压力表和管接头等） 由有关资料或手册选取。
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8.5 液压系统主要性能的验算
式中 F----液压缸总负载（N）；Fw---液压缸工作负载（N）；
Ff----外摩檫阻力（N）；Fb----液压缸回油阻力（N）； Fs----密封摩檫阻力（N）； Fi----惯性负载（N）；
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1、液压缸工作负载Fw
液压缸工作负载与设备工作性质有关，有的表现为切削力， 有的为拖动或拉动力，与外负载相平衡。因此，在计算前 需要根据工作条件对负载特性进行深入的分析，并注明力 的方向，可参阅有关手册中的公式计算，或由样机实测确
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系统压力损失为油路总压力损失。在液压元件没有确定之
前，系统压力损失可凭经验进行估计：一般节流阀调速和 管路简单的液压系统，取∑△P=0.2~0.5MPa；油路中有调 速阀或复杂的液压系统，可取∑△P=0.5~1.5MPa；如果系 统在执行件停止运动时才出现最高工作压力，侧确定液压
位移段的速度变化情况进行分析，并画出速度循环图。
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图示是某机床动力 滑台的运动分析图，
实际上是滑台的速度位移曲线图，通常又 称为速度循环图。它 表明了在一个工作循 环内各阶段速度的大
小及变化情况。
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二、 负载分析 把执行元件工作的各个阶段所需克服的负载，用负载-位移曲 线表示，称为负载循环图。绘制负载循环图时，应先分析计算 执行元件的受力情况。上图为液压负载分析简图。液压缸的实 际总负载F可用下式计算： F=Fw+Ff+Fb+Fs+Fi
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管道允许流速推荐值
管 道 名 称 吸油管 压油管 回油管
（m/s）
0.6~1.5 2.5~5 1.5~2
说 明 流量大时可取大的值 压力较高、流量较大 和管道较短时 可取大的值
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pd 油管壁厚可按下式计算： 2
式中 δ----油管壁厚（m）; p-----管内压力(MPa); d------油管内径(m);
完整的系统。
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整理后，务必使系统结构简单紧凑，工作安全可靠，
动作平稳，效率高，调整和维护保养方便，而且尽可能
采用标准元件，自行设计元件应减少到最低限度。
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8.4 选择液压元件并确定安装连接形式 选择液压元件要根据工况图反映的最大压力和流量来选择。
惯性负载是运动部件的加速度存在引起的，发生在启动、制动、
加速和减速期间，其惯性而产生的负载，按牛顿第二定律计算。
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用公式F=Fw+Ff+Fb+Fs+Fi
计算出工作循环中各阶段的工
作负载后，便可以绘出液压缸 工作负载循环图，为使图示直 观简单，可将各阶段的负载线 按其段内的最大负载等值绘出。
一、选择液压泵
首先确定液压泵的类型，然后根据液压缸工况图中的最高工 作压力和系统压力损失，确定液压泵最高工作压力， 计算公式如下： PB≥PH + ∑△p
式中 PB-----液压泵最高工作压力（MPa）; PH------液压缸工况图中所示的最高工作压力（MPa）;
p------系统压力损失（MPa）.
压系统。
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4、选择液压元件 根据系统的最大压力与流量选择液压泵 和电机及控制元件和辅助元件。元件的性能要符合系统要求。 5、液压系统性能验算 前面的参数有些是根据经验估算的。 选择液压元件后可以根据选择的各元件及辅助元件的参数比 较精确的来验算液压系统性能。如果验算液压系统性能达不
液压泵的规格型号按上面求得的PB和qB 值在产品样本中选 取。为保证液压泵正常工作，所选液压泵的公称压力可比系统
的最高工作压力高出25%~40%。液压泵的流量则与系统所需
流量相当，不宜超过太多。 液压泵电动机的功率可以按下式计算：
式中 PBN-----电动机功率（KW）； p----液压泵的总效率，见液压泵产品样本。
教学重点
液压传动系统设计方案的确定和液 压系统图的拟定，主要参数计算。
教学难点
负载的工况分析和工况图绘制
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8.1 液压系统的设计步骤 液压系统的设计与整机设计必须同时进行。 一、液压系统的设计步骤：
1、工况分析 主要了解执行机构的运动方式、行程和速度
范
围、负载、运动精度、整机对系统的性能要求、工作环境等。 2、初步确定液压系统参数 根据前面的工况分析，确定执行元 件的压力与流量。 3、拟定液压系统原理图 主要是选择基本回路，组成完整的液
式中A—液压缸的有效工作面积（㎡）, qmin—节流阀、调速阀或变量泵的最小稳定流量，（m3/s）
min—液压缸最低速度（m/s）。
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若不符合上述条件，A的数值就必须修改。液压 缸的结构参数（如D ,d）最后还必须圆整成标准值。 根据选定的标准值，再计算液压缸的实际有效面积 和有效长度L。
由于前面在设计液压系统时,很多参数是估算的.现在液
压系统的元件确定,可以较准确地验算液压系统的性能. 液 压系统的性能验算主要有二项,一是压力损失的计算，二 是发热温升验算.如果原来设计接近验算结果,证明原来设 计是可行的,否则要对原设计进行修正。
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一、液压系统的压力损失的验算
泵最高工作压力时，取∑△P=0。
液压泵的最大供油量qB由液压缸工况图中的最大流量qH 确定，计算公式如下：q B≥K∑qmax
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式中
q B -------液压泵最大供油量(m3/s);
∑qmax----同时动作的各液压缸所需流量之和的最大值(㎡/S); K-----考虑系统泄露的修正系数，一般取K=1.1~1.3