1
2
第十章
液压系统的设计与计算
3
§ 10-1 概述
液压系统有液压传动系统和液压控制系
统之分, 一般所说液压系统的设计是泛指液
压传动系统的设计 。 但从结构组成和工作原
理上看, 这两类系统并无本质上的差别 。 因
此, 传动系统的设计内容和方法只需略作调
整, 即可直接用来控制系统的设计 。
液压传动系统包括液压开关系统, 液压
伺服系统, 液压比例传动系统等多种类型 。
液压开关系统的设计不但出现得最早, 油路
结构亦最复杂, 考虑方方面面也最多, 因此
也就最具有典型性 。 本章着重用它来作为说
明液压系统设计的内容 。
4
设计的基本内容和一般流程如下：
明确系统设计要求
分析系统工况
确定主要参数
拟订液压系统草图
选择液压元件
验算液压系统性能
绘制工作图，编制技术文件
副否符合
要求
否
是
5
§ 10-2 液压传动系统的设计
一, 明确系统设计要求
1,主机的用途, 主要结构, 总体布局；主
机对液压系统执行元件在位置布置和空间
尺寸上的限制 。
2,主机的工作循环, 液压执行元件的运动
方式 (移动, 摆动或转动 )及其工作范围 。
3,液压执行元件的负载和运动速度的大小
及其变化范围 。
6
4,主机各液压执行元件的动作顺序或互锁
要求 。
5,对液压系统工作性能 (如工作平稳性,
转换精度等 ),工作效率, 自动化程度等
方面的要求 。
6,液压系统的工作环境和工作条件 。
7,其它方面的要求 。
7
二, 分析系统工况, 确定主要参数
<－ >,分析系统工况
对液压系统进行工况分析, 就是
要查明它的每个执行元件在各自工作
过程中的运动速度和负载的变化规律 。
这是满足主机规定的动作要求和承载
能力所必需具备的 。
分析系统工况的重要性
8
1,液压系统承受的负载
①, 可由主机的规格规定；
②, 可由样机通过实验测定；
③, 可由理论分析确定 。
当用理论分析确定系统的实际负载
时, 必须仔细考虑它所有的组成项目,
例如：工作负载 （ 切削力, 挤压力, 弹
性塑性变形拉力, 重力等 ）, 惯性负载
和阻力负载 （ 摩擦力, 背压力 ） 等, 并
把它们绘成图形 。
9
2,速度图,将液压执行元件在各动作阶段
内的运动速度绘制出来 。
注意,设计简单的液压系统时, 这两种图
可以省略不画 。
a) b)
a)、负载图 b)、速度图
10
<二 >,确定主要参数,指确定液压执行元
件的工作压力和最大流量 。
1,液压系统采用执行元件的形式, 视主机
所要实现的运动种类和性质而定 。
运动
形式
往复直线运动 回转运动 往复
摆动短行程 长行程 高 速 低 速
建议采用
的执行元
件形式
活塞缸
柱塞缸；
液压马达与齿
轮齿条；
液压马达与丝
杠螺母机构。
高速液压
马达
低速液压马达；
高速液压马达
与减速机构。
摆动马达
表 10-1 执行元件形式的选择
11
2,执行元件的工作压力可以根据负载图中
的最大负载选取或根据主机的类型选取 。
负载
F(N) <5000
5000 ～
10000
10000 ～
20000
20000 ～
30000
30000 ～
50000 >50000
工作压力
p(Mpa) <0.8～ 1 1.5 ～ 2 2.5 ～ 3 3 ～ 4 4 ～ 5 >5 ～ 7
表 10-2 按负载选择执行元件工作压力
主机
类型
机床 农用机械；
小型工程机械；
工程机械辅助机构；
液压机；
中、大型挖掘机；
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
p(Mpa) ≦ 2 3 ～ 5 ≦ 8 8 ～ 10 10 ～ 16 20 ～ 32
表 10-3 按主机类型选择执行元件工作压力
12
3,最大流量则由执行元件速度图中的最大
速度计算出来 。
一般步骤
先选定执行元件的运动
形式及其工作压力 p→ 再按
最大负载和预估的执行元件
的 η m求出 A或 Vm → 进行各
种必要的验算, 修正, 园整
后 → 确定这些结构参数 → 最
后算出 qmax。
13
<三 >,液压系统执行元件的工况图
工况图是在执行元件结构参数确定
之后, 根据设计任务要求, 算出不同阶
段中的实际工作压力, 流量和功率之后
作出的 。
14
三, 拟定液压系统草图
包含三项内容,确定系统类型, 选择液
压回路 和 拼搭液压系统 。
1,液压系统在类型上究竟采用开式还是闭式,
主要取决于它的调速方式和散热要求 。
2,选择液压回路是根据系统的设计要求和工
况图从众多的成熟方案中评比挑选出来的 。
3,拼搭液压系统是把挑选出来的各种液压回
路综合在一起, 进行归并整理, 增添必要的
元件或辅助油路, 使之成为完整的系统 。
15
四, 选择液压元件
<一 >,液压泵
1,液压泵的最大工作压力必须等于或超过液压
执行元件最大工作压力及进油路上总压力损失
这二者之和 。
1),液压执行元件最大工作压力从工况图中找到；
2),进油路上的总压力损失可以通过估算求得,
也可以按经验资料估计 。
表 10-4 进油路总压力损失经验值
系统结构情况 总压力损失△ p1
一般节流阀及管路简单的系统 0.2～ 0.5
进油路有调速阀及管路复杂的系统 0.5 ～ 1.5
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2,液压泵的流量必须等于或超过几个同 时工
作的液压执行元件总流量的最大值以及回路
中泄漏量这二者之和 。
1),执行元件总流量的最大值可以从工况图找
到 。
2),回路中的泄漏量可按总流量最大值的
10%～ 30%估算 。
3,在参照产品样本选取液压泵时, 泵的额定
压力应选得比最大工作压力高 25%～ 60%，
以便留有压力储备；额定流量只须选得能满
足上述最大流量需要即可 。
17
<二 >,阀类元件
阀类元件的规格按液压系统的最大
压力和通过该阀的实际流量从产品样本
上选定 。
1,选择节流阀, 调速阀时还要考虑最小稳
定流量 。
2,各类阀都需选得使其实际流量最多不
超过公称流量的 120%,以免引起发
热, 噪声和过大的压力损失 。
3,对于可靠性要求特别高的系统, 阀类元
件的额定压力应高出其工作压力较多 。
18
<三 >,油管：
油管规格的确定见第七章 。 而许多
油管的规格是由它所连接的液压件接口
处的尺寸决定的 。
<四 >,油箱
油箱容量的估算见第七章 。
五, 验算液压系统性能
<一 >,回路压力损失验算
压力损失包括管道内的沿程损失和
局部损失以及阀类元件处的局部损失三
项 。
19
1,管道内的这两种损失可用有关的公式估
算；
2,阀类元件处的局部损失从样本中查出 。
<二 >,发热温升验算
这项验算是用热平衡原理来对油液
的温升值进行估计 。
<三 >,冲击消震验算
参见第五章 。
<四 >,动态性能验算
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第十章
液压系统的设计与计算
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§ 10-1 概述
液压系统有液压传动系统和液压控制系
统之分, 一般所说液压系统的设计是泛指液
压传动系统的设计 。 但从结构组成和工作原
理上看, 这两类系统并无本质上的差别 。 因
此, 传动系统的设计内容和方法只需略作调
整, 即可直接用来控制系统的设计 。
液压传动系统包括液压开关系统, 液压
伺服系统, 液压比例传动系统等多种类型 。
液压开关系统的设计不但出现得最早, 油路
结构亦最复杂, 考虑方方面面也最多, 因此
也就最具有典型性 。 本章着重用它来作为说
明液压系统设计的内容 。
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设计的基本内容和一般流程如下：
明确系统设计要求
分析系统工况
确定主要参数
拟订液压系统草图
选择液压元件
验算液压系统性能
绘制工作图，编制技术文件
副否符合
要求
否
是
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§ 10-2 液压传动系统的设计
一, 明确系统设计要求
1,主机的用途, 主要结构, 总体布局；主
机对液压系统执行元件在位置布置和空间
尺寸上的限制 。
2,主机的工作循环, 液压执行元件的运动
方式 (移动, 摆动或转动 )及其工作范围 。
3,液压执行元件的负载和运动速度的大小
及其变化范围 。
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4,主机各液压执行元件的动作顺序或互锁
要求 。
5,对液压系统工作性能 (如工作平稳性,
转换精度等 ),工作效率, 自动化程度等
方面的要求 。
6,液压系统的工作环境和工作条件 。
7,其它方面的要求 。
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二, 分析系统工况, 确定主要参数
<－ >,分析系统工况
对液压系统进行工况分析, 就是
要查明它的每个执行元件在各自工作
过程中的运动速度和负载的变化规律 。
这是满足主机规定的动作要求和承载
能力所必需具备的 。
分析系统工况的重要性
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1,液压系统承受的负载
①, 可由主机的规格规定；
②, 可由样机通过实验测定；
③, 可由理论分析确定 。
当用理论分析确定系统的实际负载
时, 必须仔细考虑它所有的组成项目,
例如：工作负载 （ 切削力, 挤压力, 弹
性塑性变形拉力, 重力等 ）, 惯性负载
和阻力负载 （ 摩擦力, 背压力 ） 等, 并
把它们绘成图形 。
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2,速度图,将液压执行元件在各动作阶段
内的运动速度绘制出来 。
注意,设计简单的液压系统时, 这两种图
可以省略不画 。
a) b)
a)、负载图 b)、速度图
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<二 >,确定主要参数,指确定液压执行元
件的工作压力和最大流量 。
1,液压系统采用执行元件的形式, 视主机
所要实现的运动种类和性质而定 。
运动
形式
往复直线运动 回转运动 往复
摆动短行程 长行程 高 速 低 速
建议采用
的执行元
件形式
活塞缸
柱塞缸；
液压马达与齿
轮齿条；
液压马达与丝
杠螺母机构。
高速液压
马达
低速液压马达；
高速液压马达
与减速机构。
摆动马达
表 10-1 执行元件形式的选择
11
2,执行元件的工作压力可以根据负载图中
的最大负载选取或根据主机的类型选取 。
负载
F(N) <5000
5000 ～
10000
10000 ～
20000
20000 ～
30000
30000 ～
50000 >50000
工作压力
p(Mpa) <0.8～ 1 1.5 ～ 2 2.5 ～ 3 3 ～ 4 4 ～ 5 >5 ～ 7
表 10-2 按负载选择执行元件工作压力
主机
类型
机床 农用机械；
小型工程机械；
工程机械辅助机构；
液压机；
中、大型挖掘机；
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
p(Mpa) ≦ 2 3 ～ 5 ≦ 8 8 ～ 10 10 ～ 16 20 ～ 32
表 10-3 按主机类型选择执行元件工作压力
12
3,最大流量则由执行元件速度图中的最大
速度计算出来 。
一般步骤
先选定执行元件的运动
形式及其工作压力 p→ 再按
最大负载和预估的执行元件
的 η m求出 A或 Vm → 进行各
种必要的验算, 修正, 园整
后 → 确定这些结构参数 → 最
后算出 qmax。
13
<三 >,液压系统执行元件的工况图
工况图是在执行元件结构参数确定
之后, 根据设计任务要求, 算出不同阶
段中的实际工作压力, 流量和功率之后
作出的 。
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三, 拟定液压系统草图
包含三项内容,确定系统类型, 选择液
压回路 和 拼搭液压系统 。
1,液压系统在类型上究竟采用开式还是闭式,
主要取决于它的调速方式和散热要求 。
2,选择液压回路是根据系统的设计要求和工
况图从众多的成熟方案中评比挑选出来的 。
3,拼搭液压系统是把挑选出来的各种液压回
路综合在一起, 进行归并整理, 增添必要的
元件或辅助油路, 使之成为完整的系统 。
15
四, 选择液压元件
<一 >,液压泵
1,液压泵的最大工作压力必须等于或超过液压
执行元件最大工作压力及进油路上总压力损失
这二者之和 。
1),液压执行元件最大工作压力从工况图中找到；
2),进油路上的总压力损失可以通过估算求得,
也可以按经验资料估计 。
表 10-4 进油路总压力损失经验值
系统结构情况 总压力损失△ p1
一般节流阀及管路简单的系统 0.2～ 0.5
进油路有调速阀及管路复杂的系统 0.5 ～ 1.5
16
2,液压泵的流量必须等于或超过几个同 时工
作的液压执行元件总流量的最大值以及回路
中泄漏量这二者之和 。
1),执行元件总流量的最大值可以从工况图找
到 。
2),回路中的泄漏量可按总流量最大值的
10%～ 30%估算 。
3,在参照产品样本选取液压泵时, 泵的额定
压力应选得比最大工作压力高 25%～ 60%，
以便留有压力储备；额定流量只须选得能满
足上述最大流量需要即可 。
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<二 >,阀类元件
阀类元件的规格按液压系统的最大
压力和通过该阀的实际流量从产品样本
上选定 。
1,选择节流阀, 调速阀时还要考虑最小稳
定流量 。
2,各类阀都需选得使其实际流量最多不
超过公称流量的 120%,以免引起发
热, 噪声和过大的压力损失 。
3,对于可靠性要求特别高的系统, 阀类元
件的额定压力应高出其工作压力较多 。
18
<三 >,油管：
油管规格的确定见第七章 。 而许多
油管的规格是由它所连接的液压件接口
处的尺寸决定的 。
<四 >,油箱
油箱容量的估算见第七章 。
五, 验算液压系统性能
<一 >,回路压力损失验算
压力损失包括管道内的沿程损失和
局部损失以及阀类元件处的局部损失三
项 。
19
1,管道内的这两种损失可用有关的公式估
算；
2,阀类元件处的局部损失从样本中查出 。
<二 >,发热温升验算
这项验算是用热平衡原理来对油液
的温升值进行估计 。
<三 >,冲击消震验算
参见第五章 。
<四 >,动态性能验算
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