系统参数
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2023年2月27日发(作者：ni数据采集卡)进行工况分析、确定液压系统的主要参数
通过工况分析，可以看出液压执行元件在工作过程中速度和载荷变化情况，为确定
系统及各执行元件的参数提供依据。
液压系统的主要参数是压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依
据。压力决定于外载荷。流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。
2.1载荷的组成和计算
2.1.1液压缸的载荷组成与计算
图1表示一个以液压缸为执行元件的液压系统计算简图。各有关参数标注图上，其
中FW是作用在活塞杆上的外部载荷，Fm中活塞与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力。
图1液压系统计算简图
作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷Fg，导轨的摩擦力Ff和由于速度变化而
产生的惯性力Fa。
（1）工作载荷Fg
常见的工作载荷有作用于活塞杆轴线上的重力、切削力、挤压力等。这些作用力的
方向如与活塞运动方向相同为负，相反为正。
（2）导轨摩擦载荷Ff
对于平导轨
（1）
对于V型导轨
（2）
式中G——运动部件所受的重力（N）；
FN——外载荷作用于导轨上的正压力（N）；
μ——摩擦系数，见表1；
α——V型导轨的夹角，一般为90°。
（3）惯性载荷Fa
表1摩擦系数μ
导轨类型导轨材料运动状态摩擦系数
滑动导轨铸铁对铸铁
起动时0.15～0.20
低速（υ＜0.16m/s)0.1～0.12
高速（υ＞0.16m/s）0.05～0.08
滚动导轨
铸铁对滚柱（珠）0.005～0.02
淬火钢导轨对滚柱0.003～0.006
静压导轨铸铁0.005
式中g——重力加速度；g=9.81m/s2；
△υ——速度变化量（m/s）；
△t——起动或制动时间（s）。一般机械△t=0.1～0.5s，对轻载
低速运动部件取小值，对重载高速部件取大值。行走机械一般取
=0.5～
1.5m/s2。
以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷FW。
起动加速时
FW=Fg+Ff+Fa
（4）
稳态运动时
FW=Fg+Ff
（5）
减速制动时
FW=Fg+Ff-Fa
（6）
工作载荷Fg并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则Fg=0。
除外载荷FW外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，由于
各种缸的密封材质和密封形成不同，密封阻力难以精确计算，一般估算为
（7）
式中ηm——液压缸的机械效率，一般取0.90～0.95。
（8）
2.1.2液压马达载荷力矩的组成与计算
（1）工作载荷力矩Tg
常见的载荷力矩有被驱动轮的阻力矩、液压卷筒的阻力矩等。
（2）轴颈摩擦力矩Tf
Tf=μGr（9）
式中G——旋转部件施加于轴劲上的径向力（N）；
μ——摩擦系数，参考表1选用；
r——旋转轴的半径（m）。
（3）惯性力矩Ta
（10）
式中ε——角加速度（rad/s2）；
△ω——角速度变化量（rad/s）；
△t——起动或制动时间（s）；
J——回转部件的转动惯量（kg·m2）。
起动加速时
（11）
稳定运行时
（12）
减速制动时
（13）
计算液压马达载荷转矩T时还要考虑液压马达的机械效率ηm（ηm=0.9～0.99）。
（14）
根据液压缸或液压马达各阶段的载荷，绘制出执行元件的载荷循环图，以便进一步
选择系统工作压力和确定其他有关参数。
2.2初选系统工作压力
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，从材料消耗角度看出不经济；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2和表3。
2.3计算液压缸的主要结构尺寸和液压马达的排量
（1）计算液压缸的主要结构尺寸
液压缸有关设计参数见图2。图a为液压缸活塞杆工作在受压状态，图b活塞杆工
作在受拉状态。
活塞杆受压时
（15）
活塞杆受压时
（16）
式中——无杆腔活塞有效作用面积（m2）；
——有杆腔活塞有效作用面积（m2）；
p1——液压缸工作腔压力（Pa）；
p2——液压缸回油腔压力（Pa），即背压力。其值根据回路的具体情况而定，
初算时可参照表4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）。
图2液压缸主要设计参数
表2按载荷选择工作压力
载荷/kN＜55～1010～2020～3030～50＞50
工作压力/MPa＜0.8～11.5～22.5～33～44～5≥5
表3各种机械常用的系统工作压力
机械类型
机床家业机械
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
磨床组合机床龙门创床拉床
工作压力/MPa0.8～23～52～88～1010～1820～32
表4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
（17）
运用式（17）须事先确定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5和表6选取。
（18）
采用差动连接时，υ1/υ2=（D2-d2）/d2。如果求往返速度相同时，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）；
Qmin——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。
υmin——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表7和表8。
表5按工作压力选取d/D
工作压力/MPa≤5.05.0～7.0≥7.0
d/D0.5～0.550.62～0.700.7
表6按速比要求确定d/D
υ2/υ11.151.251.331.461.612
d/D0.30.40.50.550.620.71
注：υ1—无杆腔进油时活塞运动速度；
υ2—有杆腔进油时活塞运动速度。
表7常用液压缸内径D（mm）
4110
125140250
表8活塞杆直径d（mm）
速比
缸径
4110
1.4622283545505563
34550607080
速比
缸径
125140250
1.46725140
290
（2）计算液压马达的排量
液压马达的排量为
式中T——液压马达的载荷转矩（N·m）；
△p=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
式中Qmin——通过液压马达的最小流量；
nmin——液压马达工作时的最低转速。
2.4计算液压缸或液压马达所需流量
（1）液压缸工作时所需流量
Q=Aυ（19）
式中A——液压缸有效作用面积（m2）；
υ——活塞与缸体的相对速度（m/s）。
（2）液压马达的流量
Q=qnm（20）
式中q——液压马达排量（m3/r）；
nm——液压马达的转速（r/s）。
2.5绘制液压系统工况图
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执行元件的结构尺寸，再根据
实际载荷的大小，倒求出液压执行元件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——（Q-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（Q-t）图。若
系统中有多个液压执行元件同时工作，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=pQ，即
可绘出系统的功率循环图。