液压控制系统设计
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1 液压缸选型
四足机器人大腿上的液压缸所受的推力较大，而小腿上的液压缸所受的推力较小，而且，4个大腿上的液压缸所受的最大推力接近，4个小腿上的液压缸所受的最大推力也接近。因而，在设计液压缸时，大腿上的液压缸设计成相同尺寸，小腿上的液压缸设计成相同尺寸。
而四足机器人髋上的液压缸仅在四足机器人受到横向冲击的情况下工作。根据仿真结果可知，髋上的4个液压缸所受到的最大推力为 1.8kN，最大速度为130mm/s。由于髋上的液压缸推力和速度比大腿与小腿上的液压缸推力和速度小很多，在设计时，总流量主要考虑大腿和小腿上液压缸的叠加，髋上的液压缸流量由蓄能器供给。
根据仿真计算结果图，大腿上的液压缸所受最大推力取8kN，小腿上的液压缸所受的最大推力取4kN，即液压系统的最大载荷为8kN。查阅《液压工程师技术手册》如下表所示，
当载荷为5~10kN时，工作压力宜取1.5~2MPa，为了使液压控制系统的动态性能更好，同时使机械结构更紧凑，取液压缸的负载压力为6MPa。
液压缸暂定交由常州恒力液压有限公司生产。
1.1 大腿上的液压缸
大腿上的液压缸设计成相同尺寸，该液压缸的最大负载压力为P Lm=6MPa，所受最大负载推力为F m=8kN。
P1A1−P2A2=F
其中，P1——液压缸无杆腔压力；
P2——液压缸有杆腔压力；
D2；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A1=π
4
（D2−d2）；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A2=π
4
F——负载推力；
液压缸负载压力F满足：
P Lm =
F m
A 1=P 1−P 2A 2A 1
=6MPa 由上式可以得到
A 1=
F m P Lm =80006
mm 2=1333.3mm 2 所以，
D =√4A 1π=√4×1333.3π
=41.2mm 圆整后取D =40mm 。
查阅《液压工程师技术手册》如下表所示，
取d =25mm 。根据仿真结果，液压缸行程大于70mm 即可。液压缸和伺服阀组合成的液压包外形图按照之前设计的电动缸伺服电机外形图设计。
1.2 小腿上的液压缸
小腿上的液压缸设计成相同尺寸，该液压缸的最大负载压力也为P Lm =6MPa ，所受最大负载推力为F m =4kN 。
P 1A 1−P 2A 2=F
其中，P 1——液压缸无杆腔压力； P 2——液压缸有杆腔压力；
A 1——液压缸无杆腔有效面积，A 1=π
4D 2；
A 1——液压缸无杆腔有效面积，A 2=π4（D 2−d 2）； F ——负载推力； 液压缸负载压力F 满足：
P Lm
=F m A 1=P 1−P 2A 2A 1
=6MPa 由上式可以得到
A 1=F m
P Lm =40006
mm 2=666.6mm 2
所以，
D=√4A1
π
=√
4×666.6
π
=29.1mm
圆整后取D=32mm。
查阅《液压工程师技术手册》如下表所示，
d与D的比值取0.5，所以，d=16mm。根据仿真结果，液压缸行程大于70mm 即可。液压缸和伺服阀组合成的液压包外形图按照之前设计的电动缸伺服电机外形图设计。
1.3 髋上的液压缸
髋上的液压缸设计成相同尺寸，该液压缸的最大负载压力也为P Lm=6MPa，所受最大负载推力为F m=1.8kN。
P1A1−P2A2=F
其中，P1——液压缸无杆腔压力；
P2——液压缸有杆腔压力；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A1=π
4
D2；
A1——液压缸无杆腔有效面积，A2=π
4
（D2−d2）；
F——负载推力；
液压缸负载压力F满足：
P Lm=F m
A1
=P1−P2
A2
A1
=6MPa
由上式可以得到
A1=F m
P Lm
=
1800
6
mm2=300mm2
所以，
D=√4A1
π
=√
4×300
π
=19.5mm
圆整后取D=20mm。
查阅《液压工程师技术手册》如下表所示，
d与D的比值取0.5，所以，d=10mm。根据仿真结果，液压缸行程大于70mm 即可。液压缸和伺服阀组合成的液压包外形图按照之前设计的电动缸伺服电机外形图设计。
2 流量计算
液压缸内径和活塞杆外径确定后，可根据液压缸的最大速度计算出各个液压缸的最大流量，计算流量的公式如下
Q=v∙π
4
D2∙60∙10−6(L/min)
根据上述公式计算得到各个液压缸所有动作的最大流量如下表所示
将大腿和小腿上的8个缸的流量叠加，得到系统的总流量Q随时间变化的曲线如下图所示。
由上图可以看出，系统流量Q按正弦规律变化，最大流量为28L/min。髋上的液压缸在四足机器人行走时并不工作，只是在受到横向冲击时工作。所以，根据系统总流量选择液压泵时之不考虑髋上的液压缸流量，髋上的液压缸流量由蓄能器供给。
3 电液伺服阀选型
电液伺服阀根据液压缸的最大负载压力P Lm和最大负载流量Q Lm来选型。最大负载压力取P Lm=6MPa，各个液压缸的最大负载流量Q Lm前面已经计算出。
油源压力P S=3
2P Lm=3
2
×6MPa=9MPa
阀压降∆P V=P S−P Lm=9−6=3MPa
根据伺服阀样本给出的额定阀压降∆P VS及额定负载流量Q Ls及阀压降∆P V，求伺服阀流量