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F_W是作用在活塞杆上的外部载荷，F_m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F_g，导轨的摩擦力F_f和由于速度变化而产生的惯性力F_a。

     （1）工作载荷F_g

     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F_f

     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）；

         F_N——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F_a

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

=0.5～1.5 m/s2。

     以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷F_W。

     起动加速时 F_W=F_g+F_f+F_a                                         （4）

     稳态运动时 F_W=F_g+F_f                                            （5）

     减速制动时 F_W=F_g+F_f-F_a                                         （6）

     工作载荷F_g并非每阶段都存在，如该阶段没有工作，则 F_g=0。

     除外载荷F_W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F_m，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 η_m——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T_g

     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T_f

T_f=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T_a

               （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η_m（η_m=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	＜5	5～10	10～20	20～30	30～50	＞50
工作压力/MPa	＜0.8～1	1.5～2	2.5～3	3～4	4～5	≥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/MPa	0.8～2	3～5	2～8	8～10	10～18	20～32

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）；

      Q_min——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。

      υ_min——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。