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 工作压力/MPa ＜5 ＜0.8～1 5～10 1.5～2 10～20 2.5～3 20～30 3～4 30～50 4～5 ＞50 ≥5 表3 各种机械常用的系统工作压力
机床 机械类型 磨床 组合机床 龙门创床 拉床 家业机械 小型工程机械 建筑机械 液压凿岩机 工作压力/MPa 0.8～2 3～5 2～8 8～10 10～18 液压机 大中型挖掘机 重型机械 起重运输机械 20～32
表4 执行元件背压力
系统类型 背压力/MPa 16
简单系统或轻载节流调速系统 回油路带调速阀的系统 回油路设置有背压阀的系统 用补油泵的闭式回路 回油路较复杂的工程机械 回油路较短，且直接回油箱 0.2～0.5 0.4～0.6 0.5～1.5 0.8～1.5 1.2～3 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θ=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（m/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 d/D ≤5.0 0.5～0.55 5.0～7.0 0.62～0.70 ≥7.0 0.7 3
表6 按速比要求确定d/D
υ2/υ1 d/D 1.15 0.3 1.25 0.4 1.33 0.5 1.46 0.55 1.61 0.62 2 0.71 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。
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表7 常用液压缸内径D（mm）
40 125 50 140 63 160 80 180 90 200 100 220 110 250 表8 活塞杆直径d（mm）
缸径 速比 1.46 3 速比 1.46 2 40 22 50 28 63 35 45 80 45 50 缸径 125 70 90 140 80 100 160 90 110 180 100 125 200 110 140 220 125 250 140 90 50 60 100 55 70 110 63 80 （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
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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。
油箱的设计要点
油箱
油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。
油箱可分为开式油箱和闭式油箱二种。开式油箱，箱中液面与大气相通，在油箱盖上装有空气过滤器。开式油箱结构简单，安装维护方便，液压系统普遍采用这种形式。闭式油箱一般用于压力油箱，内充一定压力的惰性气体，充气压力可达0.05MPa。如果按油箱的形状来分，还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液压器件，所以被广泛采用；圆罐形油箱强度高，重量轻，易于清扫，但制造较难，占地空间较大，在大型冶金设备中经常采用。 2.1 油箱的设计要点
图10为油箱简图。设计油箱时应考虑如下几点。
1）油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质；而工作时又能保持适当的液位。
2）吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。吸油管可安装100μm左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切45°角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。 3）吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的2/3～3/4。
图10 油箱
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1—液位计；2—吸油管；3—空气过滤器；4—回油管；5—侧板；6—入孔盖；7—放油塞；8—地脚；9—
隔板；10—底板；11—吸油过滤器；12—盖板；
4）为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。为便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置放油阀。对于不易开盖的油箱，要设置清洗孔，以便于油箱内部的清理。
5）油箱底部应距地面150mm以上，以便于搬运、放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监视液位。
6）对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。常用的方法有： ① 酸洗后磷化。适用于所有介质，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。
② 喷丸后直接涂防锈油。适用于一般矿物油和合成液压油，不适合含水液压液。因不受处理条件限制，大型油箱较多采用此方法。
③ 喷砂后热喷涂氧化铝。适用于除水-乙二醇外的所有介质。
④ 喷砂后进行喷塑。适用于所有介质。但受烘干设备限制，油箱不能过大。
考虑油箱内表面的防腐处理时，不但要顾及与介质的相容性，还要考虑处理后的可加工性、制造到投入使用之间的时间间隔以及经济性，条件允许时采用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。
油箱的容量计算
油箱容量的计算
液压泵站的油箱公称容量系列（JB/T7938-1995），见表1。
表1 油箱容量JB/T7938-1995（L）
4 250 1600 6.3 315 2000 10 400 3150 25 500 4000 40 630 5000 63 800 6300 100 1000 160 1250 油箱容量与系统的流量有关，一般容量可取最大流量的3～5倍。另外，油箱容量大小可从散热角度去设计。计算出系统发热量与散热量，再考虑冷却器散热后，从热平衡角度计算出油箱容量。不设冷却器、自然环境冷却时计算油箱容量的方法如下。
1）系统发热量计算 在液压系统中，凡系统中的损失都变成热能散发出来。每一个周期中，每一个工况其效率不同，因此损失也不同。一个周期发热的功率计算公式为
式中 H——一个周期的平均发热功率（W）； T——一个周期时间（s）；
Ni——第i个工况的输入功率（W）； ηi——第i个工况的效率； ti——第i个工况持续时间（s）。
2）散热量计算 当忽略系统中其他地方的散热，只考虑油箱散热时，显然系统的总发热功率H全部由油
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箱散热来考虑。这时油箱散热面积A的计算公式为
式中 A——油箱的散热面积（m2）； H——油箱需要散热的热功率（W）；
△t——油温（一般以55℃考虑）与周围环境温度的温差（℃）；
K——散热系数。与油箱周围通风条件的好坏而不同，通风很差时K=8～9；良好时X=15～17.5；风扇强行冷却时K=20～23；强迫水冷时K=110～175。
3）油箱容量的计算 设油箱长、宽、高比值为α：b：c，则边长分别为αl、bl、cl、时（见图11），l的计算公式为
式中 A——散热面积（m2）。
图11 油箱容量计算图
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