4.1 液压传动系统的特点
液压传动具有许多优点，如结构紧凑，体积小，重量轻，反应快，承载能力大；较易实现无级调速，调速比大；运动平稳；易于实现自动化；特别是采用电—液联合传动时，能实现较复杂的自动化工作循环；具有自润滑能力；磨损小，寿命长；液压元件易于实现通用化、标准化，便于大批量生产。
4.2明确设计要求
设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进行进一步液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与设计内容有关的其它方面的情况了解清楚。
(1)主机的概况：用途，性能，工艺流程，作业环境，总体布局等； (2)液压系统要完成那些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； (3)液压缸驱动机构的运动形式，运动速度； (4)各动作机构的载荷大小及其性质；
(5)对调速范围，运动平稳性，转换精度等性能方面的要求； (6)自动化程度，操作控制方式的要求； (7)对防尘，防燥，噪音，安全可靠性的要求。
4.3液压系统主要参数的确定
4.3.1液压缸主要尺寸的确定 (1)液压缸工作压力的确定
升降缸的工作压力初步确定为p1=50MPa。 (2)液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 由公式(2.7)得:P?又由公式(2.8):P?F?cm?4?3500?3920N 0.9(D2?d2)p1
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则D?4P4?3920?32?d2??(110?10)?100mm 6?p1??2?10即液压缸内径D=130 mm,活塞杆直径d=110 mm。 (3)液压缸壁厚和外径的计算
对于液压缸的内径D与其壁厚δ的比值D/δ≤10的厚壁圆筒,其壁厚按公式2.9进行计算:
??D????0.4py(?1) 2????0.4py式中 Py——试验压力，一般取最大工作压力的（1.25～1.5）倍,
取Py=1.3P=1.3×2=50MPa；
???——缸筒材料的许用应力, 材料为45钢,采用模锻进行锻造,其
许用应力???=115MPa。
则??130115?0.4?2.6(?1)?12.7mm 2115?0.4?2.6取壁厚δ=18mm
则缸筒外径D1?D?2??130+18×2=166mm
此外由于在进出油口上有凸台,其内径D=100 mm,外径D2=160 mm,具体见零件图。
(4)液压缸工作行程的确定
液压缸工作行程长度,可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。 液压缸的工作行程为400mm。 (5)缸盖厚度的确定
液压缸缸盖上有连接缸体的孔,其有效厚度t按有孔进行近似计算。 由公式(2.11) t?0.433D2PyD2???(D2?d0)
式中 t——缸盖有效厚度(mm)； D2——缸盖止口内径(mm)；D2=80mm d0——缸盖孔的直径(mm)； d0=60mm
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???——缸盖材料的许用应力,其材料为HT200, ???=25MPa。 则 t?0.433?110取t=30mm
(6)最小导向长度的确定
对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求: 由公式(2.12) H?LD? 2022.6?110?16.6mm
25?(110?16)式中 L——液压缸的最大行程； D——液压缸的内径。 则H≥
70110?=68.5mm 202取H=136mm
活塞的宽度B一般取B=(0.6～1.0)D, 则液压缸的活塞宽度B=58～86mm,取B=63mm即可。 (7)缸体长度的确定
则升降缸缸体长度L=20+70+90+30+136=346mm。 (8)活塞杆的稳定性验算和强度验算
① 活塞杆的稳定性验算
l346??3?10 d110由于活塞杆的长度L远小于其直径d的10倍(即L<10d),可不必进行稳定性验算。
②活塞杆强度验算 当
4FRl?10时由公式(2.14): ?????? 22d?(d?d1)式中 d1——空心活塞杆内径,对实心活塞杆d1=0；
???——活塞杆材料的许用应力，其材料为45钢，则???=270MPa。 则??4?3500?1.2MPa<< ???=270MPa ?32??(110?10)显然活塞杆强度满足要求。
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4.4液压缸的结构设计
液压缸主要尺寸确定以后,就进行各部分的结构设计。 (1)缸体与缸盖的连接形式
缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关.在结构简单、容易加工、便于装拆的前提下,采用内六角圆柱螺钉进行连接。由于工作压力较小,不需要校核联接螺钉的强度。 (2)活塞杆与活塞的连接结构
为了使结构简单,将活塞与活塞杆做成一体的,形成活塞套,套在空心轴上。 (3)活塞杆导向部分的结构
升降缸的活塞杆采用两端同时导向的结构,上端是把导向套和端盖做成一体,利用端盖直接导向,下端利用过渡部分进行导向。活塞杆与导向部分采用O形密封圈进行密封即可。
(4)活塞及活塞杆处密封圈的选用
活塞及活塞杆处的密封圈的选用,应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。活塞及活塞杆与密封腔体处的密封均采用O形密封圈即可。 (5)液压缸的缓冲装置
升降缸采用的是节流调速阀来达到缓冲的目的。必须指出的是该缓冲装置，只能在液压缸全行程终了时才起缓冲作用，当活塞在行程过程中停止运动时，该缓冲装置不起缓冲作用。这时在回油路上可设置行程阀来实现缓冲。 (6)液压缸的安装连接结构 ①液压缸的安装形式
升降液压缸采用竖直的方式安装在回转缸的上方，其重心作用于回转缸上。 ②液压缸进、出油口形式及大小的确定
升降缸的进、出油口布置在缸体上。进、出油口的形式选用螺孔连接。根据移动缸的内径，确定螺孔连接油口的安装尺寸为M27×2。
升降液压缸的整体结构和公差配合见装配图，各零件的具体结构、尺寸、技术要求、公差及表面粗糙度详见零件图。
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4.5拟定液压执行元件运动控制回路
(1)方向控制用换向阀来控制。
(2)速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量来控制，调速方式为节流调速。
(3)节流调速一般是采用定量泵供油，用流量控制阀来改变输入和输出液压执行元件来调节速度，此种调节方式结构方式简单。一般采用开式循环方式，在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。
4.6 液压源系统
(1)液压系统的工作介质完全由液压源来控制，液压源的核心元件是液压泵，用安全阀限定系统的最高压力。 (2)液压系统供油过程中采用单泵供油。
(3)油液的净化装置是液压源中不可缺少的，泵的入口装有精滤油器。 (4)根据液压设备所处环境及油温的要求，还要考虑冷却装置。
4.7 绘制液压系统图
整机的液压系统图由各自拟定好的控制回路及液压源组合而成，各回路组合要去掉多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的连锁关系，避免误操作发生。要尽量减少能量损失环节，提高系统的工作效率。
为避免液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的监测元件，如压力表。
各液压元件尽量采用国产标准件，在图中要按国家标准规定的液压元件职能符号的常态位置绘制。
系统图中应注明各液压元件的名称和动作，注明液压元件的序号以及各电磁铁的代号，并附有电磁铁的动作顺序表。
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