第2章液压传动系统的设计
液压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。
液压系统的设计没有固定的
统一步骤，根据系统的繁简、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。
图2.1所示为
液压系统设计的基本内容和一般
流程。
2.1 明确设计要求、
图2.1 液压系统设计的一般流程
进行工况分析
2.1.1 明确设计要求
1．明确液压系统的动作和性能要求
液压系统的动作和性能要求，主要包括有：运动方式、行程和速度范围、载荷情况、运动平稳性和精度、工作循环和动作周期、同步或联锁要求、工作可靠性等。
2．明确液压系统的工作环境
液压系统的工作环境，主要是指：环境温度、湿度、尘埃、是否易燃、外界冲击振动的情况以及安装空间的大小等。
2.1.2 执行元件的工况分析
对执行元件的工况进行分析，就是查明每个执行元件在各自工作过程中的速度和负载的大小、方向及其变化规律。
通常是用一个工作循环内各阶段的速度和负载值列表表示，必要时还应作出速度和负载随时间（或位移）变化的曲线图（称速度循环图和负载循环图）。
在一般情况下，液压缸承受的负载由六部分组成，即工作负载、导轨摩擦负载、惯性负载、重力负载、密封负载和背压负载，前五项构成了液压缸所要克服的机械总负载。
1. 工作负载F W
—— 液压缸回油路的背压（Pa ），在系统设计完成之前无法准确计算，可先按表
p b 2.5估计。
差动快进时，有杆腔压力大于无杆腔，其压差p =是油液从有杆腔流入无杆 p b 腔的压力损失。
2.2.4 执行元件的工况图
各执行元件的主要参数确定之后，不但可以复算液压执行元件在工作循环各阶段内的工作压力，还可求出需要输入的流量和功率。
这时就可作出系统中各执行元件在其工作过程中的工况图，即液压执行元件在一个工作循环中的压力、流量和功率随时间（或位移）的变化曲线图（图2.2为某一机床进给液压缸工况图）。
当液压执行元件不只有一个时，将系统中各执行元件的工况图进行叠加，便得到整个系统的工况图。
液压系统的工况图可以显示整个工作循环中的系统压力、流量和功率的最大值及其分布情况，为后续设计中选择元件、回路或修正设计提供依据。
对于单个执行元件的系统或某些简单系统，其工况图的绘制可以省略，而仅将计算出的各阶段压力、流量和功率值列表表示。
图2.2 机床进给液压缸工况图
—快进时间；—工进时间；—快退时间
1t 2t 3t 2.3 液压系统原理图的拟定
液压系统原理图是表示液压系统的组成和工作原理的图样。
拟定液压系统原理图是设计液压系统的关键一步，它对系统的性能及设计方案的合理性、经济性具有决定性的影响。
1. 确定油路类型
一般具有较大空间可以存放油箱且不另设散热装置的系统，都采用开式油路；凡允许采用辅助泵进行补油并借此进行冷却油交换来达到冷却目的的系统，都采用闭式油路。
通常节流调速系统采用开式油路，容积调速系统采用闭式回路。
2. 选择液压回路
在拟订液压系统原理图时，应根据各类主机的工作特点和性能要求，首先确定对主机主要性能起决定性影响的主要回路。
例如，对于机床液压系统，调速和速度换接回路是主要回路；对于压力机液压系统，压力回路是主要回路。
然后再考虑其它辅助回路，例如有垂直运
以满足低速稳定性要求；单活塞杆液压缸系统若无杆腔有效作用面积为有杆腔有效作用面积的n倍，当有杆腔进油时，则回油流量为进油流量的n倍，因此应以n倍的流量来选择通过该回油路的阀类元件。
2.4.3 选择液压辅助元件
油管的规格尺寸大多由所连接的液压元件接口处尺寸决定，只有对一些重要的管道才验算其内径和壁厚，验算公式见参考文献[1]中的第7章。
滤油器、液压蓄能器和油箱容量的选择亦见参考文献[1]中第7章。
2.4.4 阀类元件配置形式的选择
对于机床等固定式的液压设备，常将液压系统的动力源、阀类元件（包括某些辅助元件）集中安装在主机外的液压站上。
这样能使安装与维修方便，并消除了动力源振动与油温变化对主机工作精度的影响。
而阀类元件在液压站上的配置也有多种形式可供选择。
配置形式不同，液压系统元件的连接安装结构和压力损失也有所不同。
阀类元件的配置形式目前广泛采用集成化配置，具体有下列三种：
1. 油路板式
油路板又称阀板，它是一块较厚的液压元件安装板，板式连接阀类元件由螺钉安装在板的正面，管接头安装在板的侧面，各元件之间的油路全部由板内的加工孔道形成，见图2.3。
这种配置形式的优点是结构紧凑、油管少、调节方便、不易出故障；缺点是加工较困难、油路的压力损失较大。
2. 叠加阀式
叠加阀与一般管式、板式连接标准元件相比，其工作原理没有多大差别，但具体结构却不相同。
它是自成系列的元件（图2.4），每个叠加阀既起控制阀作用，又起通道体的作用。
因此，叠加阀式配置不需要另外的连接块，只需用长螺栓直接将各叠加阀叠装在底板上，即可组成所需的液压系统。
这种配置形式的优点是结构紧凑、油管少、体积小、质量轻、不需设计专用的连接块，油路的压力损失小。
图2.3 油路板式配置 2.4 叠加阀式配置
1-油路板；2-板式阀；3-管接头
3. 集成块式
集成块由通道体和其上安装的阀类元件及管接头组成。
通道体是一块通用化的六面体，四周除一面装通向执行元件的管接头之外，其余三面均可安装阀类元件。
块内由钻孔形成油路，一般一块就是一个常用的典型基本回路。
一个液压系统往往由几个集成块组成，块的上下两面作为块与块之间的结合面，各集成块与顶盖、底板一起用长螺栓叠装起来，即组成整个液压系统，见图2.5。
总进油口与回油口开在底板上，通过集成块的公共孔道直接通顶盖。
这种配置形式的优点是结构紧凑、油管少、可标准化、便于设计与制造、更改设计方便、油路压力损失小。
2.5 液压系统技术性能的验算
液压系统初步设计完成之后，需要对它的主要性能包括系统的压力损失和发热温升加以验算，以便评价其设计质量，并改进和完善
液压系统。
下面介绍系统压力损失及发热温升的验算方法。
2.5.1 系统压力损失的验算
画出管路装配草图后，即可计算管路的沿程压力损失、局部压力损失，它们
∆p λ∆p ζ的计算公式详见参考文献[1]中第3章。
管路总的压力损失为
（2.18）
l
p p p λζ∆=∆+∆∑∑∑ 应按系统工作循环的不同阶段，对进油路和回油路分别计算压力损失。
但是，在系统的具体管道布置情况没有明确之前，和仍无法计算。
为
∆p λ∑∆p ζ∑了尽早地评价系统的功率利用情况，避免后面的设计工作出现大的反复，在系统方案初步确定之后，通常用液流通过阀类元件的局部压力损失（见参考文献[1]中第3章式∆p V ∑（3.29））来对管路的压力损失进行概略地估算，因为这部分损失在系统的整个压力损失中占很大的比重。
在对进、回油路分别算出和后，将此验算值与前述设计过程中初步选
∆p V 1∑∆p V
2
∑取的进、回油路压力损失经验值相比较，若验算值较大，一般应对原设计进行必要的修改，重新调整有关阀类元件的规格和管道尺寸等，以降低系统的压力损失。
需要指出，实践证明，对于较简单的液压系统，压力损失验算可以省略。
图2.5 集成块式配置图 1-油管；2-集成块；3-液压阀； 4-电动机；5-液压泵 6-油箱。