确定液压系统参数
初选系统压力
压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等的限制。 在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济； 反之，压力选得太高,对泵、缸、阀等元件的材质、密封、 制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。 一般来说，对于固定的、尺寸不太受限的设备，压力可以选低一些，行走机械、重载设备压力要选得高一些。具体选择可参考表20-3-1和表20-3-2。
| 表20-3-1 | 按载荷选择工作压力 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 载荷 /kN | <5 | 5~10 | 10~20 | 20~30 | 30~40 | >50 |
| 工作压力 /MPa | <0.8~1 | 1.5~2 | 2.5~3 | 3~4 | 4~5 | ≥5 |
| 表20-3-2 | 各种机械常用的系统工作压力 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 机械类型 | 机床 |
农业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 |
液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机械 |
|||
| 磨床 | 组合机床 | 龙门刨床 | 拉床 | |||
| 工作压力/MPa | <0.8~2 | 3~5 | 2~8 | 8~10 | 10~18 | 20~30 |
计算液压缸尺寸或液压马达排量
计算液压缸的尺寸
(1)计算液压缸的尺寸
液压缸有关设计参数见图20-3-2。图20-3-2 (a) 为液压缸活塞杆工作在受压状态，图20-3-2 (b)为活塞杆工作在受拉状态。
活塞杆受压时
(20-3-1)
活塞杆受拉时
(20-3-2)
式中
F —活塞杆所受到的有效外负载力；
A1=Π/4*D2— 无杆腔活塞有效作用面积,m2；
A2 =Π/4*(D2-d2)一 有杆腔活塞有效作用面积，m2；
p1 一液压缸工作腔压力，Pa；
p2 —液压缸回油腔压力，即背压力，Pa，其值根据回路的具体情况而定,初算时可参照表 20-3-3取值，差动连接时要另行考虑；
D——活塞直径，m；
d——活塞杆直径，m。
| 表20-3-3 执行元件背压力 | |
|---|---|
| 系统类型 | 背压力/MPa |
| 简单系统或轻载节流调速系统 | 0. 2~0.5 |
| 回油路带调速阀的系统 | 0.4~0.6 |
| 回油路设置有背压阀的系统 | 0.5~1.5 |
| 用补油泵的闭式回路 | 0.8~1.5 |
| 回油路较复杂的工程机械 | 1.2~3 |
| 回油路较短,且直接回油箱 | 可忽略不计 |
一般，液压缸在受压状态下工作，其活塞面积为
(20-3-3)运用式(20-3-3)需事先确定A1与A2的关系，或是活塞杆径d与活塞直径D的关系，令杆径比Φ= d/D,其比值可按表20-3-4和表20-3-5选取。
(20-3-4)采用差动连接时,往返速度之比v1/v2=(D2-d2)/d2。如果要求往返速度相同,应取d = 0.71D。
对行程与活塞杆直径比L/d>10的受压柱塞或活塞杆，还要做压杆稳定性验算。
当工作速度很低时，还须按最低速度要求验算液压缸尺寸
式中 A—液压缸有效工作面积，m2；
qvmin —系统最小稳定流量，m3/s，在节流调速中取决于回路中所设调速阀或节流阀的最小稳定流量，容积调速中决定于变量泵的最小稳定流量；
vmin——运动机构要求的最小工作速度，m/s。 如果液压缸的有效工作面积A不能满足最低稳定速度的要求，则应按最低稳定速度确定液压缸的结构尺寸。
另外，如果执行元件安装尺寸受到限制，液压缸的缸径及活塞杆的直径须事先确定时，可按载荷的要求和液压缸的结构尺寸来确定系统的工作压力。
液压缸直径D和活塞杆直径d的计算值要按国标规定的液压缸的有关标准进行圆整。如与标准液压缸参数相近，最好选用国产标准液压缸，免于自行设计加工。常用液压缸内径及活塞杆直径见20-3-6 和表20-3-7。
| 表20-3-4 按工作压力选取d/D | |||
|---|---|---|---|
| 工作压力/MPa | ≤5.0 | 5.0~7.0 | ≥7.0 |
| d/D | 0.5~0.55 | 0.62~0.70 | 0.7 |
| 表 20-3-5 按速比要求选取d/D | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| v2/v1 | 1.15 | 1.25 | 1.33 | 1.46 | 1.61 | 2 |
| d/D | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.55 | 0.62 | 0.71 |
| 注：v1为无杆腔进油时活塞运动速度；v2为有杆腔进油时活塞运动速度。 | ||||||
| 表 20-3-6 常用液压缸内径D | mm | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 40 | 50 | 63 | 80 | 90 | 100 | 110 |
| 125 | 140 | 160 | 180 | 200 | 220 | 250 |
| 表 20-3-7活塞杆直径d | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 速比 | 缸径/mm | ||||||
| 40 | 50 | 63 | 80 | 90 | 100 | 110 | |
| 1.46 | 22 | 28 | 35 | 45 | 50 | 55 | 63 |
| 3 | - | - | 45 | 50 | 60 | 70 | 80 |
| 速比 | 缸径/mm | ||||||
| 125 | 140 | 160 | 180 | 200 | 220 | 250 | |
| 1.46 | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 125 | 140 |
| 2 | 90 | 100 | 110 | 125 | 140 | - | - |
计算液压马达排量
| 表 20-3-8液压马达排量计算 | |
| 计算公式 | 符号说明 |
|---|---|
液压马达的排量为
 |
T—液压马达的载荷转矩， N·m ΔP=P1-P2—液压马达的进出口压差，Pa |
液压马达的排量也应满足最低转速要求
 |
qvmin—通过液压马达的最小流量 nmin—液压马达工作时的最低转速 |
作出液压缸或液压马达工况图
工况图包括压力循环图、流量循环图和功率循环图。它们是调整系统参数，选择液压泵、阀等元件的依据。
① 压力循环图——（p-t）图。通过最后确定的液压缸或马达的结构尺寸，再根据实际载荷的大小,求出液压缸或马达在其动作循环各阶段的工作压力,然后把它们绘制成（p-t）图。
② 流量循环图——(qv-t)图。根据已确定的液压缸有效工作面积或液压马达的排量，结合其运动速度算出它在工作循环中每一阶段的实际流量。把它绘制成(qv-t)图。若系统中有多个液压缸或马达同时工作，要把各自的流量图叠加起来绘出总的流量循环图。
③ 功率循环图——（P-t）图。绘出压力循环图和总流量循环图后，根据P=pqv，即可绘出系统的功率循环图。
