液压传动系统的设计是整机设计的一部分,它除了应符合主机动作循环和静、动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单、工作安全可靠、效率高、寿命长、经济性好、使用维护方便等条件 液压传动系统的设计没有固定的统一步骤,根据系统的简繁、借鉴的多寡和设计人员经验的不同，在做法上有所差异各部分的设计有时还要交替进行，甚至要经过多次反复才能完成第九章 液压系统的设计计算,目录,9.1 明确设计要求和进行工况分析,（一）明确液压系统的任务与要求：1、液压系统应该完成的运动方式（移动、转动或摆动）；2、液压执行元件承受负载的大小和性质、运动速度的大小和 变化范围； 3、液压执行元件的动作顺序和联锁关系，各动作的同步要求；4、液压系统的自动化程度、运动平稳性、定位精度、工作效率、安全性和可维护性等；5、液压系统的工作环境（如环境的温度、湿度、尘埃和外界振动等）；6、液压系统的成本核算液压缸承受的负载由六部分组成：（1）工作负载Fw（2）导轨摩擦负载Ff（3）惯性负载Fi（4）重力负载Fg（5）密封负载Fs（6）背压负载Fb,（二）动力参数分析,不同的机器有不同的工作负载。
工作负载与液压缸运动方向相反时为正值，方向相同时为负值导向摩擦负载是指液压缸驱动运动部件时所受的导轨摩擦阻力惯性负载是运动部件在启动加速或制动减速时的惯性力，其值可按牛顿第二定律求出1）工作负载Fw,（2）导轨摩擦负载Ff,（3）惯性负载Fi,密封负载是指液压缸密封装置的摩擦力，一般通过液压缸的机械效率加以考虑，常取机械效率值为0.90~0.97背压负载是指液压缸回油腔压力所造成的阻力4）重力负载Fg,（5）密封负载Fs,（6）背压负载Fb,液压缸上行时重力取正直，反之取负值液压缸各个主要工作阶段的机械负载F可按下列公式计算,空载启动加速阶段:,快速阶段:,工进阶段：,制动减速：,（三）运动参数分析,结构参数的确定是指根据执行元件工作压力和最大流量确定执行元件的排量或油缸面积9.2 执行元件主要参数的确定,确定执行元件的主要结构参数：,以缸为例，主要结构尺寸指缸的内径D和活塞杆的直径d，计算后按系列标准值确定D和d 对有低速运动要求的系统，尚需对液压缸有效工作面积进行验算，即应保证：,（9.1）,验算结果若不能满足式（9.1），则说明按所设计的结构尺寸和方案达不到所需要的最低速度，必须修改设计。
式中： A—液压缸工作腔的有效工作面积； —控制执行元件速度的流量阀最小稳定流量 ； —液压缸要求达到的最低工作速度复算执行元件的工作压力：,当液压缸的主要尺寸D、d计算出来以后，要按系列标准圆整，有必要根据圆整值对工作压力进行一次复算 在按上述方法确定的工作压力还没有计算回油路的背压，所确定的工作压力只是执行元件为了克服机械总负载所需要的那部分压力，在结构参数D、d确定之后，取适当的背压估算值，即可求出执行元件工作腔的压力对于单杆液压缸，其工作压力P可按下列公式复算：,有杆腔进油阶段,式中： F—液压缸在各工作阶段的最大机械总负载； 、 —分别为缸无杆腔和有杆腔的有效面积； —液压缸回油路的背压无杆腔进油工进阶段,9.3 系统原理图的拟定,在上述工作的基础上可以考虑拟定液压系统，其内容包括：油路循环方式的选择、调速方案的选择、液压基本回路的选择与合成、液压系统原理图的拟定这项工作是设计过程中的重要一步它涉及到设计者对液压传动基础知识的掌握程度和经验的多少，是液压系统的结构、功能、行为与最终设计要求之间的综合。
因此应该明确下列问题：,油路循环方式的选择主要取决于液压系统的调速方式和散热条件一般来说，凡可安放较大油箱、要求系统结构简单、采用节流调速或容积-节流调速的系统，均宜采用开式系统；凡允许采用辅助泵进行补油对工作效率有较高要求、采用容积调速的系统，均宜采用闭式系统依据液压执行元件的负载特性、调速范围和经济性选择调速方案调速方案对主机性能起着决定性的作用3.根据液压系统的工况分析选择液压基本回路 (1)液压系统普遍具有的基本回路：调压回路、换向回路、卸荷回路和安全回路；(2)根据负载性质考虑设置平衡回路、制动回路和缓冲回路等；(3)如果有多个执行元件，要考虑设置顺序动作回路、同步回路、互锁回路；(4)有些系统还需要设置速度换接回路、增速回路、增（减）压回路、锁紧回路、卸压回路等；(5)辅助油路是必要的，如控制油回路、润滑油回路、测压回路等4.拟定液压系统原理图时应该考虑下面一些问题：(1)整个系统合成后，各液压回路之间是否会产生干扰(2)合成后有无重复的元件或回路可以去掉或合并(3)拟定的系统能否实现所要求的各项功能(4)液压系统是否有工作介质的净化装置(5)液压系统是否需要冗余技术来提高可靠性(6)液压系统是否需要设置加热、冷却装置,9.4 元件的计算和选择,1.动力元件的选择,（1）确定液压泵的最大工作压力pp式中，p1—执行元件的最高工作压力； ∑Δp—从液压泵的出口到执行元件入口总的管路损失。
简单系统可取∑Δp=（0.2∽0.5）MPa，复杂系统可取∑Δp=（0.5∽1.5）MPa2）确定液压泵的最大流量qp式中，K—考虑系统泄漏和溢流阀保留最小溢流量 （约为额定流量的15%）的系数，一般取K=1.1∽1.3. Σqmax—同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值当系统中有蓄能器时，泵的最大供油量为一个工作循环中执行元件的平均流量与回路泄漏量之和3）确定液压泵的规格型号和驱动电机功率 液压泵的类型可以根据实际工况和液压泵的最大工作压力选取，然后根据液压泵的最大流量确定其型号值得注意的是，泵的额定压力应该比上述最大工作压力高25%~50%，以留有压力储备额定流量则只需满足上述最大流量即可 液压泵的规格型号确定以后，驱动液压泵的电机功率可以按下式计算：式中，Δpp—液压泵的进、出口压力之差； qp—液压泵的实际流量； ηp—液压泵的总效率限压式变量叶片泵驱动电机的功率可按该泵流量-压力曲线拐点处的流量和压力计算 应该注意，驱动液压泵的电机除了在功率上要满足泵的需要以外，电机的转速也要与泵的额定转速相符合，即泵的实际转速不应高于其额定转速。
2.控制调节元件的选择,（1）溢流阀的选择 直动式溢流阀的响应快，宜作制动阀、安全阀用；先导式溢流阀的启闭特性好，宜作调压阀、背压阀用； 先导式溢流阀的最低调定压力一般只能在0.5∽1MPa范围内； 溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，并注意其最小稳定流量一般来说，溢流阀的最小稳定流量为额定流量的15%以上2）流量阀的选择 中、低压流量阀的最小稳定流量一般为50∽100mL/min；高压流量阀为2.5∽20L/min； 流量阀的进、出口需要有一定的压差，高精度流量阀约需1MPa的压差；要求速度稳定性高的系统，可选用温度补偿型调速阀3）单向阀的选择 选择开启压力小的作为单向阀；开启压力较大（0.3∽0.5MPa）的单向阀可作背压阀用；外泄式液控单向阀与内泄式相比，其控制压力低，工作可靠，可优先选用4）换向阀的选择 按通过阀的流量来选择换向阀类型一般来说，流量在190L/min以上时宜用二通插装阀；190L/min以下时可采用滑阀型换向阀70L/min以下时可用电磁换向阀，否则需用电液换向阀（换向平稳）； 按换向性能等来选择电磁铁类型。
直流湿式电磁铁寿命长，可靠性高，尽可能选用直流湿式电磁换向阀此外，在某些场合还应考虑选用安全防爆型、无冲击型等电磁铁3.辅助元件的选择,（1）蓄能器的选择 蓄能器是依据其容量和工作压力来选用的在液压系统中，蓄能器可用作辅助动力源以及贮存压力能、减小压力冲击或压力脉动可以根据其不同作用来确定其工作容积蓄能器的选择可以参阅相关手册2）过滤器的选择 过滤器是保持工作介质清洁、使液压系统正常工作所不可缺少的辅助元件过滤器是依据其通流能力、过滤精度、承压能力等性能来选择的选择时应注意以下问题：1、过滤器的通流能力应为液压泵流量的两倍，过滤器应在较长时间内保持这种通流能力当通流能力过低时能自动显示或报警；2、滤心要有足够的耐压强度和抗腐蚀性，要方便清洗和更换3）热交换器的选择 热交换器指的是冷却器和加热器，它们的作用是把油温控制在规定范围之内冷却器、加热器分别根据其散热面积和加热功率来选择，选择时可参阅有关技术手册和产品样本值得注意的是，单个加热器的功率不能选的太大，防止局部油温上升太快造成变质如果功率不够，可以多装几个加热器加热管部分应全部浸入液压油中4）管件的选择 管件包括油管和管接头，它们关系到液压系统的工作性能和能量损失的大小。
管件的选择要考虑强度和允许流速两方面的问题一般情况下，油管的直径多由所连接的液压元件接口处尺寸决定强度校核只用于一些重要管路选择管接头时，除了要求有合适的通流能力和较小的压力损失外，还应考虑便于装卸、连接牢固、密封可靠等问题5）密封件的选择 密封元件是用来防止工作介质泄漏及外界灰尘和异物的侵入，对于提高液压系统的工作性能和使用寿命具有重要作用由于影响密封性能的因素很多，致使在选择密封件时要考虑很多问题，比如工作介质的温度、压力、种类、粘度、密封结合面的相对运动速度、密封部位的加工质量和装配质量等密封装置的设计和密封件选择的基本要求如下：1、能随着工作压力的增大自动提高其密封性能；2、密封件物性稳定，耐磨，使用寿命长；3、动密封的动、静摩擦系数小且稳定；4、密封装置工艺性好，维护方便6）压力检测元件的选择 压力表和压力表开关是常用的压力检测元件，可以提供系统工作状态信息和压力指令信号压力表按工作压力和精度选择实际压力在压力表满量程的2/3处比较合适，精度根据实际需要确定压力表开关的选择除了考虑工作压力范围以外还应考虑灵敏度、重复精度等7）油箱的设计 油箱在液压系统中起着重要作用。
它不仅贮存供液压系统循环使用的油液，还有散热、释放混在油液中的气体、为液压元件的安装提供位置等功能油箱的结构和容积计算在已做过说明，这里只说明设计过程中值得注意的一些问题1、油箱容积是指油面高度为油箱高度80%时的油箱有效容积；2、油箱中的最低液面应高于泵的吸油口75mm或1.5倍管径（取二者中的最大值）；油箱中的最高液面不应超过油箱高度的80%；3、在吸油管和回油管之间设置隔板，以增加油液循环距离，使油液有足够的时间和空间来分离气泡和散热隔板高度约为油箱中最低液面的2/3吸油管离油箱底的距离应大于其管径的二倍，距油箱壁不小于其管径的三倍回油管切成450，且面向箱壁；,4、为防止油液污染，油箱上的盖板、管口都要妥善密封注油器上要加过滤网通气口上要加空气滤清器，其容量至少为液压泵额定流量的2倍；5、为了便于散热和搬移，油箱底部离地面至少有150mm箱底要适当倾斜，在最底部设置放油阀排放污油要考虑便于各部件的更换、维护，便于油箱的清洗;6、油箱内壁应涂防锈涂料4.阀类元件的配置,9.5 系统性能验算,1.压力损失验算,式中，ΣΔp1、ΣΔp2—分别为系统进、回油路上总的压力损失； A1、A2—分别为液压缸进、回油腔的有效工作面积，其中,。