基于常見液壓傳動系統的設計思路

摘要：液壓傳動系統設計是整個機械設備設計的重要組成部分，文章基于經驗設計法介紹了常見液壓傳動系統的設計思路，即明確液壓系統的設計要求；進行現場工況分析，確定系統的主要參數；確定液壓系統方案，編制液壓系統原理圖；計算參數和選擇液壓元件；驗證液壓系統的性能；繪制工作圖紙，編制工藝技術文件。

關鍵詞：液壓傳動；系統設計；經驗法；計算機輔助設計；CAD

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0010-02

目前，液壓系統的設計主要采用傳統設計方法——經驗法。借助液壓系統計算機輔助設計（液壓CAD）技術進行液壓系統的設計，將成為今后主要的現代設計方法，但它也是建立在經驗法設計的基礎上的。因此主要介紹經驗設計法。

液壓傳動系統設計是整個機械設備設計的重要組成部分，它與主機的設計是緊密相關的。其設計應從實際出發，重視調查研究，注意吸收國內外先進技術，在滿足主機在動作和性能方面規定要求的前提下，應力求結構簡單、成本低、效率高、工作安全可靠、使用維護方便及使用壽命長。

液壓傳動系統的一般設計步驟為：明確液壓傳動系統的工藝設計要求；進行現場工況分析，確定液壓傳動系統的主要參數；確定液壓系統設計方案，擬定液壓系統傳動原理圖；計算和選擇液壓元件參數；驗算液壓系統的性能要求；繪制工作圖紙，編制工藝技術文件。上述各步驟的工作內容，有時需要平行進行，穿插進行，交叉展開。對某些比較復雜的液壓系統，需經過多次反復實驗比較，才能做出最后確定。設計較簡單的中等復雜的液壓系統時，設計中的有些步驟也可以合并或

簡化。

1明確液壓系統的設計要求

液壓傳動系統的設計必須能全面滿足主機的各項功能和技術性能。因此，在開始設計液壓系統時，首先要對機械設備主機的工作情況進行詳細的了解與分析，明確主機對液壓系統提出的工藝要求，具體內容包括：（1）主機的用途、類型、應用范圍、主要結構、總體布局以及對液壓系統執行元件在位置布置和空間尺寸上的限制；（2）對液壓系統動作和性能的要求，如主機的工作循環、液壓執行元件的運動方式（往復直線運動或旋轉運動或擺動）、自動化程度、調速范圍、運動平穩性和精度、負載狀況及其工作范圍；（3）主機各液壓執行元件的動作順序或者聯鎖要求；（4）工程現場的液壓系統的工作環境和工作條件，如周圍介質情況、環境溫度范圍、濕度系數、塵埃情況、外界沖擊振動等；（5）其他方面的要求，如液壓裝置在設計質量、外形尺寸、運行可靠性、經濟性等方面的規定或限制。

2分析系統工況，確定主要參數

2.1分析系統工況

液壓系統的現場工況分析是指對液壓執行元件的工作狀況進行分析，即進行正常的運動分析和負載分析。其分析的目的主要是確定每個執行元件在各自工作過程中的流量、壓力和功率的變化過程，并將此工作過程用曲線表示出來，作為確定系統運行的主要參數（壓力和流量） 、編制擬定液壓系統方案的主要依據。

第一，動作運動分析。動作運動分析就是對執行元件在一個工作循環中各階段的運動速度變化規律情況進行分析，并畫出速度運行循環圖。圖1為某機床動力滑臺的液壓運動分析圖，其中圖1（a）為滑臺工作循環圖，表示液壓系統的動作過程；圖1（b）為速度－位移曲線圖，表示滑臺在一個工作循環內各階段運動速度的大小及變化情況。

（a）工作循環圖 （b）速度－位移曲線圖

圖1動力滑臺運動分析圖

第二，負載分析。負載分析就是確定執行元件所受的負載大小和方向。液壓執行元件所承受的負載可由主機的規格規定，可由實驗樣機通過做實驗測定，也可以由理論分析確定。當用理論分析確定執行元件的實際運行負載時，必須仔細考慮各執行元件在一個循環中的工況及相應的負載類型。例如：工作負載（切削力、擠壓力、彈性塑性變形抗力、重力等）、慣性負載和阻力負載（摩擦力、密封力、背壓力）等。計算時可根據有關定律或查閱相關設計手冊來完成。把執行元件各階段的負載用負載－位移曲線表示出來，就是負載循環圖。圖2為負載循環圖：

圖2執行元件的負載循環圖

2.2確定主要參數

因為這時回路的結構還沒有完全確定，所以這里所說的主要參數是指液壓執行元件的主要參數。液壓系統采用的執行元件的形式，必須滿足主機的運動功能、性能要求及結構、安裝上的限制。根據所要求的負載運動形式，選用不同的執行元件的配置。

液壓執行元件主要的參數有壓力和流量，這兩個參數是計算和選擇液壓元件的主要依據。要確定執行元件的壓力值和流量值，首先選擇傳動系統的工作壓力，然后根據液壓執行元件的負載循環圖，計算出執行元件的主要幾何參數，最后根據速度循環圖確定其流量值。

3確定液壓系統方案

確定液壓系統的運行方案，編制擬定液壓系統原理圖是整個液壓系統設計中最重要的一步，它對系統的性能、經濟性具有決定性的影響。它包含三項內容：選擇系統類型、選擇液壓回路及擬定液壓系統原理圖。

3.1選擇系統的類型

系統的類型有開式和閉式兩種，根據調速方式和散熱要求來選擇，結構簡單的液壓系統或節流調速的液壓系統，一般采用開式系統；容積調速或要求效率高的系統，多采用閉式系統。

3.2選擇液壓回路

液壓系統的回路是決定主機動作和性能的基礎，要根據液壓系統所需完成的任務和對液壓系統的設計要求來選擇液壓基本回路。選擇時要先從影響主機的關鍵回路進行，比如對機床的液壓系統和調速以及速度換接的主要回路；另外對于液壓機的液壓系統，調壓回路就應該是主回路。其后在考慮其他的輔助的回路系統，對于有垂直運動的部件要考慮到平衡回路，對于有多個執行元件的系統要考慮到執行元件的各個動作以及同步動作和互不干擾的回路等。若有多種方案時，應反復進行分析對比，參考同類型液壓系統中選擇較好的回路。

4液壓元器件的選擇

4.1選擇液壓泵的規格

根據最大壓力pb和流量qb，查出液壓元件產品樣本，選擇合適的液壓泵的規格型號。

為使液壓泵有一定的壓力儲備，泵的額定壓力pn應比系統最高壓力大25%～60%。泵的額定流量應與計算所需的流量相當，不能超過太多，以免造成過大的功率損失。

4.2液壓控制閥的選擇

液壓控制閥應根據閥所在回路的最大工作壓力和流經閥的最大流量來選擇閥的規格。選擇溢流閥時，應按動力源液壓泵的最大流量選取；選擇節流閥和調速閥時，應考慮其最小穩定流量，以滿足低速運行穩定性能的要求。此外，還要考慮閥的操縱方式、連接方式和換向閥的中位機能等。

4.3液壓元件配置形式的選擇

如果液壓站設備為固定式的，經常把液壓系統中的液壓元件、動力源以及各種輔助元件相對集中的安裝在主機外的液壓站中。這樣做的好處在于方便了元件的維修和安排，而且消除了由于油溫或動力源振動問題對主機工作的精確度。液壓元件的配置形式目前廣泛采用集成化配置，具體有下列三種：板式配置、集成塊式集成配置和疊加閥式集成配置。其中，集成化配置因其結構緊湊、油管少、可標準化、安裝方便、便于設計與制造、壓力損失小等優點得以廣泛應用。

參考文獻

[1]宋錦春．液壓技術實用手冊[M]．北京：中國電力出版社，2011．

[2]許毅，楊兆舉．液壓與氣動技術及應用[M]．北京：北京師范大學出版社，2012．

作者簡介：徐丕兵（1976-），男，山東平度人，供職于青島市技師學院，中級職稱， 研究方向：控制工程。

摘要：液壓傳動系統設計是整個機械設備設計的重要組成部分，文章基于經驗設計法介紹了常見液壓傳動系統的設計思路，即明確液壓系統的設計要求；進行現場工況分析，確定系統的主要參數；確定液壓系統方案，編制液壓系統原理圖；計算參數和選擇液壓元件；驗證液壓系統的性能；繪制工作圖紙，編制工藝技術文件。

關鍵詞：液壓傳動；系統設計；經驗法；計算機輔助設計；CAD

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0010-02

目前，液壓系統的設計主要采用傳統設計方法——經驗法。借助液壓系統計算機輔助設計（液壓CAD）技術進行液壓系統的設計，將成為今后主要的現代設計方法，但它也是建立在經驗法設計的基礎上的。因此主要介紹經驗設計法。

液壓傳動系統設計是整個機械設備設計的重要組成部分，它與主機的設計是緊密相關的。其設計應從實際出發，重視調查研究，注意吸收國內外先進技術，在滿足主機在動作和性能方面規定要求的前提下，應力求結構簡單、成本低、效率高、工作安全可靠、使用維護方便及使用壽命長。

液壓傳動系統的一般設計步驟為：明確液壓傳動系統的工藝設計要求；進行現場工況分析，確定液壓傳動系統的主要參數；確定液壓系統設計方案，擬定液壓系統傳動原理圖；計算和選擇液壓元件參數；驗算液壓系統的性能要求；繪制工作圖紙，編制工藝技術文件。上述各步驟的工作內容，有時需要平行進行，穿插進行，交叉展開。對某些比較復雜的液壓系統，需經過多次反復實驗比較，才能做出最后確定。設計較簡單的中等復雜的液壓系統時，設計中的有些步驟也可以合并或

簡化。

1明確液壓系統的設計要求

液壓傳動系統的設計必須能全面滿足主機的各項功能和技術性能。因此，在開始設計液壓系統時，首先要對機械設備主機的工作情況進行詳細的了解與分析，明確主機對液壓系統提出的工藝要求，具體內容包括：（1）主機的用途、類型、應用范圍、主要結構、總體布局以及對液壓系統執行元件在位置布置和空間尺寸上的限制；（2）對液壓系統動作和性能的要求，如主機的工作循環、液壓執行元件的運動方式（往復直線運動或旋轉運動或擺動）、自動化程度、調速范圍、運動平穩性和精度、負載狀況及其工作范圍；（3）主機各液壓執行元件的動作順序或者聯鎖要求；（4）工程現場的液壓系統的工作環境和工作條件，如周圍介質情況、環境溫度范圍、濕度系數、塵埃情況、外界沖擊振動等；（5）其他方面的要求，如液壓裝置在設計質量、外形尺寸、運行可靠性、經濟性等方面的規定或限制。

2分析系統工況，確定主要參數

2.1分析系統工況

液壓系統的現場工況分析是指對液壓執行元件的工作狀況進行分析，即進行正常的運動分析和負載分析。其分析的目的主要是確定每個執行元件在各自工作過程中的流量、壓力和功率的變化過程，并將此工作過程用曲線表示出來，作為確定系統運行的主要參數（壓力和流量） 、編制擬定液壓系統方案的主要依據。

第一，動作運動分析。動作運動分析就是對執行元件在一個工作循環中各階段的運動速度變化規律情況進行分析，并畫出速度運行循環圖。圖1為某機床動力滑臺的液壓運動分析圖，其中圖1（a）為滑臺工作循環圖，表示液壓系統的動作過程；圖1（b）為速度－位移曲線圖，表示滑臺在一個工作循環內各階段運動速度的大小及變化情況。

（a）工作循環圖 （b）速度－位移曲線圖

圖1動力滑臺運動分析圖

第二，負載分析。負載分析就是確定執行元件所受的負載大小和方向。液壓執行元件所承受的負載可由主機的規格規定，可由實驗樣機通過做實驗測定，也可以由理論分析確定。當用理論分析確定執行元件的實際運行負載時，必須仔細考慮各執行元件在一個循環中的工況及相應的負載類型。例如：工作負載（切削力、擠壓力、彈性塑性變形抗力、重力等）、慣性負載和阻力負載（摩擦力、密封力、背壓力）等。計算時可根據有關定律或查閱相關設計手冊來完成。把執行元件各階段的負載用負載－位移曲線表示出來，就是負載循環圖。圖2為負載循環圖：

圖2執行元件的負載循環圖

2.2確定主要參數

因為這時回路的結構還沒有完全確定，所以這里所說的主要參數是指液壓執行元件的主要參數。液壓系統采用的執行元件的形式，必須滿足主機的運動功能、性能要求及結構、安裝上的限制。根據所要求的負載運動形式，選用不同的執行元件的配置。

液壓執行元件主要的參數有壓力和流量，這兩個參數是計算和選擇液壓元件的主要依據。要確定執行元件的壓力值和流量值，首先選擇傳動系統的工作壓力，然后根據液壓執行元件的負載循環圖，計算出執行元件的主要幾何參數，最后根據速度循環圖確定其流量值。

3確定液壓系統方案

確定液壓系統的運行方案，編制擬定液壓系統原理圖是整個液壓系統設計中最重要的一步，它對系統的性能、經濟性具有決定性的影響。它包含三項內容：選擇系統類型、選擇液壓回路及擬定液壓系統原理圖。

3.1選擇系統的類型

系統的類型有開式和閉式兩種，根據調速方式和散熱要求來選擇，結構簡單的液壓系統或節流調速的液壓系統，一般采用開式系統；容積調速或要求效率高的系統，多采用閉式系統。

3.2選擇液壓回路

液壓系統的回路是決定主機動作和性能的基礎，要根據液壓系統所需完成的任務和對液壓系統的設計要求來選擇液壓基本回路。選擇時要先從影響主機的關鍵回路進行，比如對機床的液壓系統和調速以及速度換接的主要回路；另外對于液壓機的液壓系統，調壓回路就應該是主回路。其后在考慮其他的輔助的回路系統，對于有垂直運動的部件要考慮到平衡回路，對于有多個執行元件的系統要考慮到執行元件的各個動作以及同步動作和互不干擾的回路等。若有多種方案時，應反復進行分析對比，參考同類型液壓系統中選擇較好的回路。

4液壓元器件的選擇

4.1選擇液壓泵的規格

根據最大壓力pb和流量qb，查出液壓元件產品樣本，選擇合適的液壓泵的規格型號。

為使液壓泵有一定的壓力儲備，泵的額定壓力pn應比系統最高壓力大25%～60%。泵的額定流量應與計算所需的流量相當，不能超過太多，以免造成過大的功率損失。

4.2液壓控制閥的選擇

液壓控制閥應根據閥所在回路的最大工作壓力和流經閥的最大流量來選擇閥的規格。選擇溢流閥時，應按動力源液壓泵的最大流量選取；選擇節流閥和調速閥時，應考慮其最小穩定流量，以滿足低速運行穩定性能的要求。此外，還要考慮閥的操縱方式、連接方式和換向閥的中位機能等。

4.3液壓元件配置形式的選擇

如果液壓站設備為固定式的，經常把液壓系統中的液壓元件、動力源以及各種輔助元件相對集中的安裝在主機外的液壓站中。這樣做的好處在于方便了元件的維修和安排，而且消除了由于油溫或動力源振動問題對主機工作的精確度。液壓元件的配置形式目前廣泛采用集成化配置，具體有下列三種：板式配置、集成塊式集成配置和疊加閥式集成配置。其中，集成化配置因其結構緊湊、油管少、可標準化、安裝方便、便于設計與制造、壓力損失小等優點得以廣泛應用。

參考文獻

[1]宋錦春．液壓技術實用手冊[M]．北京：中國電力出版社，2011．

[2]許毅，楊兆舉．液壓與氣動技術及應用[M]．北京：北京師范大學出版社，2012．

作者簡介：徐丕兵（1976-），男，山東平度人，供職于青島市技師學院，中級職稱， 研究方向：控制工程。

摘要：液壓傳動系統設計是整個機械設備設計的重要組成部分，文章基于經驗設計法介紹了常見液壓傳動系統的設計思路，即明確液壓系統的設計要求；進行現場工況分析，確定系統的主要參數；確定液壓系統方案，編制液壓系統原理圖；計算參數和選擇液壓元件；驗證液壓系統的性能；繪制工作圖紙，編制工藝技術文件。

關鍵詞：液壓傳動；系統設計；經驗法；計算機輔助設計；CAD

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）21-0010-02

目前，液壓系統的設計主要采用傳統設計方法——經驗法。借助液壓系統計算機輔助設計（液壓CAD）技術進行液壓系統的設計，將成為今后主要的現代設計方法，但它也是建立在經驗法設計的基礎上的。因此主要介紹經驗設計法。

液壓傳動系統設計是整個機械設備設計的重要組成部分，它與主機的設計是緊密相關的。其設計應從實際出發，重視調查研究，注意吸收國內外先進技術，在滿足主機在動作和性能方面規定要求的前提下，應力求結構簡單、成本低、效率高、工作安全可靠、使用維護方便及使用壽命長。

液壓傳動系統的一般設計步驟為：明確液壓傳動系統的工藝設計要求；進行現場工況分析，確定液壓傳動系統的主要參數；確定液壓系統設計方案，擬定液壓系統傳動原理圖；計算和選擇液壓元件參數；驗算液壓系統的性能要求；繪制工作圖紙，編制工藝技術文件。上述各步驟的工作內容，有時需要平行進行，穿插進行，交叉展開。對某些比較復雜的液壓系統，需經過多次反復實驗比較，才能做出最后確定。設計較簡單的中等復雜的液壓系統時，設計中的有些步驟也可以合并或

簡化。

1明確液壓系統的設計要求

液壓傳動系統的設計必須能全面滿足主機的各項功能和技術性能。因此，在開始設計液壓系統時，首先要對機械設備主機的工作情況進行詳細的了解與分析，明確主機對液壓系統提出的工藝要求，具體內容包括：（1）主機的用途、類型、應用范圍、主要結構、總體布局以及對液壓系統執行元件在位置布置和空間尺寸上的限制；（2）對液壓系統動作和性能的要求，如主機的工作循環、液壓執行元件的運動方式（往復直線運動或旋轉運動或擺動）、自動化程度、調速范圍、運動平穩性和精度、負載狀況及其工作范圍；（3）主機各液壓執行元件的動作順序或者聯鎖要求；（4）工程現場的液壓系統的工作環境和工作條件，如周圍介質情況、環境溫度范圍、濕度系數、塵埃情況、外界沖擊振動等；（5）其他方面的要求，如液壓裝置在設計質量、外形尺寸、運行可靠性、經濟性等方面的規定或限制。

2分析系統工況，確定主要參數

2.1分析系統工況

液壓系統的現場工況分析是指對液壓執行元件的工作狀況進行分析，即進行正常的運動分析和負載分析。其分析的目的主要是確定每個執行元件在各自工作過程中的流量、壓力和功率的變化過程，并將此工作過程用曲線表示出來，作為確定系統運行的主要參數（壓力和流量） 、編制擬定液壓系統方案的主要依據。

第一，動作運動分析。動作運動分析就是對執行元件在一個工作循環中各階段的運動速度變化規律情況進行分析，并畫出速度運行循環圖。圖1為某機床動力滑臺的液壓運動分析圖，其中圖1（a）為滑臺工作循環圖，表示液壓系統的動作過程；圖1（b）為速度－位移曲線圖，表示滑臺在一個工作循環內各階段運動速度的大小及變化情況。

（a）工作循環圖 （b）速度－位移曲線圖

圖1動力滑臺運動分析圖

第二，負載分析。負載分析就是確定執行元件所受的負載大小和方向。液壓執行元件所承受的負載可由主機的規格規定，可由實驗樣機通過做實驗測定，也可以由理論分析確定。當用理論分析確定執行元件的實際運行負載時，必須仔細考慮各執行元件在一個循環中的工況及相應的負載類型。例如：工作負載（切削力、擠壓力、彈性塑性變形抗力、重力等）、慣性負載和阻力負載（摩擦力、密封力、背壓力）等。計算時可根據有關定律或查閱相關設計手冊來完成。把執行元件各階段的負載用負載－位移曲線表示出來，就是負載循環圖。圖2為負載循環圖：

圖2執行元件的負載循環圖

2.2確定主要參數

因為這時回路的結構還沒有完全確定，所以這里所說的主要參數是指液壓執行元件的主要參數。液壓系統采用的執行元件的形式，必須滿足主機的運動功能、性能要求及結構、安裝上的限制。根據所要求的負載運動形式，選用不同的執行元件的配置。

液壓執行元件主要的參數有壓力和流量，這兩個參數是計算和選擇液壓元件的主要依據。要確定執行元件的壓力值和流量值，首先選擇傳動系統的工作壓力，然后根據液壓執行元件的負載循環圖，計算出執行元件的主要幾何參數，最后根據速度循環圖確定其流量值。

3確定液壓系統方案

確定液壓系統的運行方案，編制擬定液壓系統原理圖是整個液壓系統設計中最重要的一步，它對系統的性能、經濟性具有決定性的影響。它包含三項內容：選擇系統類型、選擇液壓回路及擬定液壓系統原理圖。

3.1選擇系統的類型

系統的類型有開式和閉式兩種，根據調速方式和散熱要求來選擇，結構簡單的液壓系統或節流調速的液壓系統，一般采用開式系統；容積調速或要求效率高的系統，多采用閉式系統。

3.2選擇液壓回路

液壓系統的回路是決定主機動作和性能的基礎，要根據液壓系統所需完成的任務和對液壓系統的設計要求來選擇液壓基本回路。選擇時要先從影響主機的關鍵回路進行，比如對機床的液壓系統和調速以及速度換接的主要回路；另外對于液壓機的液壓系統，調壓回路就應該是主回路。其后在考慮其他的輔助的回路系統，對于有垂直運動的部件要考慮到平衡回路，對于有多個執行元件的系統要考慮到執行元件的各個動作以及同步動作和互不干擾的回路等。若有多種方案時，應反復進行分析對比，參考同類型液壓系統中選擇較好的回路。

4液壓元器件的選擇

4.1選擇液壓泵的規格

根據最大壓力pb和流量qb，查出液壓元件產品樣本，選擇合適的液壓泵的規格型號。

為使液壓泵有一定的壓力儲備，泵的額定壓力pn應比系統最高壓力大25%～60%。泵的額定流量應與計算所需的流量相當，不能超過太多，以免造成過大的功率損失。

4.2液壓控制閥的選擇

液壓控制閥應根據閥所在回路的最大工作壓力和流經閥的最大流量來選擇閥的規格。選擇溢流閥時，應按動力源液壓泵的最大流量選取；選擇節流閥和調速閥時，應考慮其最小穩定流量，以滿足低速運行穩定性能的要求。此外，還要考慮閥的操縱方式、連接方式和換向閥的中位機能等。

4.3液壓元件配置形式的選擇

如果液壓站設備為固定式的，經常把液壓系統中的液壓元件、動力源以及各種輔助元件相對集中的安裝在主機外的液壓站中。這樣做的好處在于方便了元件的維修和安排，而且消除了由于油溫或動力源振動問題對主機工作的精確度。液壓元件的配置形式目前廣泛采用集成化配置，具體有下列三種：板式配置、集成塊式集成配置和疊加閥式集成配置。其中，集成化配置因其結構緊湊、油管少、可標準化、安裝方便、便于設計與制造、壓力損失小等優點得以廣泛應用。

參考文獻

[1]宋錦春．液壓技術實用手冊[M]．北京：中國電力出版社，2011．

[2]許毅，楊兆舉．液壓與氣動技術及應用[M]．北京：北京師范大學出版社，2012．

作者簡介：徐丕兵（1976-），男，山東平度人，供職于青島市技師學院，中級職稱， 研究方向：控制工程。