液压超净工作台系统设计计算-超净工作台|洁净工作台|净化工作台|百级超净台-品牌洁净台生产厂家

液压超净工作台系统设计计算

液压超净工作台的液压系统的设计是整个机器设计的一部分，它与主机的设计是紧密相关的，往往要同时进行，所设计的液压系统应符合主机的拖动、循环要求,还应满足组成结构简单，工作安全可靠，操纵维护方便，经济性好等条件。升降台的升降运动采用液压传动，可选用远程或无线控制，升降台的升降运动由液压缸的伸缩运动经转化而成为平台的起降，其工作负载变化范围为200～8000N，负载平稳，工作过程中无冲击载荷作用，运行速度较低，，工作平稳，结构合理，安全。

1设计要求

根据升降超净工作台的主要参数，设计一台小型电动升降超净工作台，要求该超净工作台的升降靠液压泵站控制。该超净工作台的承载能力为：200~8000N，工作部件重量约为1000N，上0.1m/min—1.0m/min，降速为6.0/min，工作行程为300mm，升降台的静动摩擦系数分别为fs=0.2，fd=0.1。

2液压升降超净工作台工况分析，确定液压系统的主要参数

2.1工况分析

负载分析

1）工作负载：Ft=Fe=8000+1000=9000N

2）摩擦负载

静摩擦负载：

(2-1)

由公式2-1得=0.2×9000=1800N

动摩擦负载：

（2-2）

由公式2-2得=0.1×9000=900N

3）惯性负载

（2-3）

由公式2-3得 =9000ㄍ9.8×0.015ㄍ0.3

=918.37×0.05

=45.92N

根据以上计算，得出超净工作台在各工作阶段的负载如表2-1所示：

表2-1升降台在各工作阶段的负载ㄍN

工况	负载组成F	系统负载Fㄍ
启动		1800ㄍ0.9=2000N
上升		9900ㄍ0.9=11000N
下降		900ㄍ0.9=1000N
制动		8954.1ㄍ0.9=9949N

注：1.=0.2，=0.1mㄍm,

2.取液压缸机械效率=0.9.

2.2运动分析

根据设计要求知上升速度=0.1mㄍs ，下降速度=6mㄍs，绘制出速度循环图。

2.3计算和拟定液压原理图

一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。

动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。

控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。

3液压缸主要尺寸的确定

查骆简文，朱琪，李兴成主编的《液压传动与控制》8.1和表8.2，取液压缸的工作压力为2MPa。由此求得液压缸无杆腔面积为：

=9900ㄍ×1× =9900ㄍ0.9×2×10

=99ㄍ1.8×10

=55×10m

D= (2-4)

由公式2-4得D===8.4cm

(2-5)

由公式2-5得=6.15cm

由GBㄍ2348-2348查得标准值为：D=9cm，d=6cm。由此计算出液压缸的实际有效面积为：

由公式2-1变形得 = Dㄍ4cm

=63.6cm

=（D-d）ㄍ4

=（9-6）ㄍ4cm

=3.14 ×45ㄍ4cm

=35.3cm

根据以上数据，可以计算出液压缸在一个工作循环各阶段的压力、流量和功率，如表2-2所示：（假定快退时回油压力损失为0.5MPa）

表2-2 液压缸在不同阶段所需压力、流量和功率

工作阶段

系统负载FㄍㄍN

回油腔压力P2ㄍMPa

工作腔压力P1ㄍMPa

输入流量qㄍ（L?min）

输入功率PㄍKM

上升

11000

0.2

0.3

6.36

1.91

下降

9000

0.5

1.2

21.28

1.456

注意：液压缸的机械效率=0.9。

4初拟液压系统原理图

液压系统循环图是表示系统的组成和工作原理的图样，它是以简图的形式全面的具体体现设计任务中提出的技术和其他方面的要求。要拟订一个比较完善的液压系统，就必须对各种基本回路、典型液压系统有全面深刻的了解。

以下是对液压系统回路选择进行的简要分析：

1. 确定共有方式

机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减少发热考虑，泵源系统宜选用变量叶片泵供油。现采用限压式变量叶片泵。

2. 换向回路的选择

选用三向四通电磁换向阀和溢流阀组成的回路。

3. 调压回路的选择

采用直通式溢流阀作为调压回路。

根据以上分析选定的液压回路，再考虑以下因素，联系实际设计出了如图 2-1 所示的液压系统原理图。

2.4液压工作介质的选定

液压工作介质的功用是载能和润滑、冷却，其特性对液压系统的工作品质及功能具有很大影响。

选择液压油要考虑到工作环境（易燃、毒性和气味等）、工作条件（黏度、系统压力、温度、速度等）、油液质量（物化指标、相容性、防锈性等）和经济性（价格、寿命等）等因素。尽管各种液压元件产品都指定了应使用的液压油，但考虑到液压泵是整个系统中工作条件最严俊的部分，所以根据泵的要求来确定液压油的黏度及牌号。

在此次设计中，选择中压系统所适用的液压油HM油，黏度等级为32。

5液压元件的选择

2.5.1. 液压泵的选择

1.液压泵的工作压力的确定

考虑到正常工作中进油管路中有一定的压力损失，所以液压泵的工作压力为（2-6）

式中 ——液压泵的最大工作压力；

——执行元件的最大工作压力；

∑△P——进油管路中总的压力损失,初算时简单系统可取0.2～0.5MPa，复杂系统取0.5～1.5MPa,故取∑△P =。

上述计算所得的式系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量，并确保液压泵的寿命，因此选液压泵的额定压力应满足。中低压系统取小值，高压系统取大值。在本例中。

2. 液压泵的流量确定

液压泵的最大流量应为

(27)

式中 ——液压泵的最大流量；

——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值；

——系统泄露系数，一般取=1.1-1.3，现取=1.1。

则

3. 选择液压泵的规格

根据以上算得的和再查阅有关手册，现选用YBX-16限压式变量叶片泵，该液压泵的基本参数为：每转排量,液压泵的额定压力，电动机转速，容积效率，总效率。

4.泵的确定

首先确定液压泵的最大工作压力。小流量泵在上升和下降时都向系统供油。由以上即是知，在整个工作循环中

液压缸的最大工作压力为1.2MPa，总的压力损失为0.5MPa。为使压力继电器可靠的工作，取其调整压力高出液压缸的最大工作压力0.5MPa。小流量泵的最大工作压力应为

P=1.2+0.5=1.4MPa

其次确定液压泵的最大供油量，由以上计算可知，液压泵所需的最大流量为21.28MPaLㄍmin，若取系统泄漏系数K=1.05，则泵的总流量为

q=1.05×21.18=22.24Lㄍmin

由以上计算知，上升时所需的流量为0.636Lㄍmin，考虑到顺序阀的最小稳定流量为10Lㄍmin，应此，泵的最小稳定流量至少应该为10Lㄍmin。

最后根据以上计算数据查阅产品样本，确定选择YB—25的单级叶片泵，其液压泵的压力位6.3 MPa,当液压泵的转速n=960rㄍmin时，液压泵的输出流量为

q=25Lㄍmin

2.5.2驱动电机的选择

根据课题概述和课题要求，经过对液压系统的设计计算可知，需要电动机一台方可实现其功能，从而来控制超净工作台的上升、下降以及停止。所以选择的电动机为:Y90L—6（1.1KW 1000rㄍmin）—M

（1）电动机的选择原则

①在选用电动机类型时要根据工作机的要求来选取，不需要调速的机械包括长期工作制，短期工作制和反复短期工作机械，应采用异步电动机。负荷平稳但无特殊要求的长期工作制机械，应首先采用鼠笼式异步电动机。常周期性波动负荷的长期工作机械，在带飞轮和启动条件沉重时，应采用绕线式异步电动机。某些反复短期工作制机械，当选用交流电动机，在发热，启动制动特性，调速等方面不能满足需要或技术经济指标过低时，应采用直流电动机。带周期性性冲击负荷的机械，应采用直流电动机。可采用同步电动机。需要连续调速的机械，是调速要求采用交流电动机或直流电动机调速系统，应首先考虑交流电动机调速。

②电动机的结构有开启式，防护式，封闭式和防燥式，应根据防护要求及环境进行选择。

③ 选用电动机的类型，除满足工作机械的要求外，还须满足电网的要求，如启动时能满足电网电压水准，保持功率因数在合理的范围内。

④ 电动机功率应由适当的备用容量，如采用的额定功率小于工作及要求的功率，则不能保证工作机正常工作，甚至因长期过载而使电动机过早的损坏，如采用的额定功率比工作机要求的功率大得多，则因容量本能的充分利用而造成成本提高，同时电机价格升高。通常对在变载荷作用下，长期稳定连续运行的机械，所选用的电动机额定功率应稍大于工作机的功率。

（2）常用电动机的特征及用途如表2-3所示。

（3）电动机的选用

①根据综前所述，应选用Y系列三相异步电动机。

③电机的选用

（2-8）

式中：—工作机械所需要的功率，单位KW，—从电动机到工作机械间各运动副总机械效率。

工作机械所需工作功率可根据工作机械的工作阻力和运动参数进行计算。

= （2-9）

或 = （2-10）

式中：F—工作机的工作阻力，单位，N；v—工作机的速度，单位，m/s；nw=工作机的转速，单位，r/min;—工作机的效率

总的机械效率可按下式计算：

式中：。分别为传动链中各运动副的效率。

根据上式可计算出，所以选电机的功率为1.1KW。

所以选择电机型号为：Y90L-6。

5.3液压控制阀的选择

液压控制阀在液压系统中的作用是控制液流的压力，流量和方向，以满足执行元件在输出的力、运动速度及运动方向上的不同要求。按机能可分为：管式、板式、法兰式、叠加式和插装式等。出上述分类外，又可根据阀的使用压力将其分为低压、中低压、中高压和高压等。

1.控制阀皆具有的共性

（1）所有阀都由阀体、阀芯和操纵部分（手动、机械、电动）所组成；

（2）都是通过改变通流面积或通路来实现操纵控制作用的；

（3）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击振动小；

（4）液流通过时压力损失小；

（5）密封性能好；

(6)结构紧凑，安装、调节、使用维护方便，通过性和互换性好。

2.液压控制阀的性能对液压系统的工作性能有很大的影响，因此液压控制阀应满足下列要求：

(1).动作灵敏、准确、可靠、工作平稳、冲击和振动小。

(2).油液流过时压力损失小。

(3).密封性能好。

(4).结构紧凑，工艺性能好，安装、调整、使用、维修方便，通用性大。

3.阀的基本类型

控制阀在液压系统中的作用是控制液流的压力，流量和方向，以满足执行元件在输出的力、运动速度及运动方向上的不同要求。按机能可分为：管式、板式、法兰式、叠加式和插装式等。出上述分类外，又可根据阀的使用压力将其分为低压、中低压、中高压和高压等。

4.对阀的基本要求：

控制阀的性能对液压系统的工作性能有很大影响，因此液压控制阀应满足下列要求：

1）动作灵敏、准确、可靠、工作平稳、冲击和振动小。

2）油液流过时压力损失小。

3）密封性能好。

4）结构紧凑，工艺性能好，安装、调整、使用、维修方便，通用性大。

5.换向阀

（1）.换向阀的作用、性能要求及分类

换向阀在系统中的作用是利用阀芯和阀体的相对运动来接通、关闭油路或变换油液通向执行元件的流动方向，以使执行元件启动、停止或变换运动方向。

对换向阀的主要性能要求：

1）油液流经换向阀时的压力损失小。

2）各关闭阀口的泄露量小。

3）换向可靠，换向时平稳迅速。

换向阀的应用很广，种类也很多。按结构分由转阀式和滑阀式；按阀芯工作位置数分由二位、三位和多位等；按进出口通道数分有二通、三通、四通和五通等；按操纵和控制方式分有手动、激动、电动和液动等；按安装方式分有管式、板式和法兰式等。

（2）三位换向滑阀的中位机能如下：

三位换向阀的左、右位是切换油液的流动方向，以改变执行元件运动方向的。其中位为常态位置。利用中位P、A、B、T间通路的不同连接，可获得不同的中位机能以适应不同的工作要求。

在分析和选择三位滑阀的中位机能时，须考虑以下几点：

1) 系统的保压与卸荷。

2) 换向平稳性和换向精度。

3) 启动平稳性。

4) 液压缸的停止与浮动。

其机能特点为：在中间位置时，液压泵卸荷，不能并联其他执行元件，从静止到启动较平稳。换向时与O型性能相同。可用于立式或锁紧的系统中。

换向发的操作方式：换向阀的换向原理均相同，只是按阀芯所受操作外力的方式不同可分为手动换向阀、机动换向阀、电动换向阀、液动换向阀和电液动换向阀等。

电磁换向阀是利用电磁铁的推力来实现阀芯换位的换向阀。其因其自动化程度高，操纵轻便，易实现远距离自动控制，因而应用非常广泛。

电磁换向阀按电磁铁所用电源的不同可分为交流（D型）和直流（E型）两种。交流电磁铁使用电源方便，换向时间短，起动力大，但换向冲击大，噪声大，换向频率低，且起动电流大，在阀芯被卡住时会使电磁铁线圈烧毁/。相比之下，直流电磁铁工作比较可靠，换向冲击小，噪声小，换向频率可较高，且在阀芯被卡住时不会增大以至烧毁电磁线圈，但它需要直流电源或整流装置，不很方便。此外，还有一种本整形电磁铁，它的电磁铁是直流型，但上面附有整流器，能将交流电自行整流后再控制电磁铁，因此拥有交直流电磁铁两者的拥有的特点。

本次设计中选用中位机能为H型，电源为H型的三位四通换向阀，型号为34D-63B。当电磁铁1YA得电时，液压升降台处于上升状况；当电磁铁2YA得电时，液压升降台处于下降状况。

6.液控单向顺序阀

液控单向顺序阀的作用是使回路能承受一定的背压力，

根据本设计中系统的要求选用的液控单向顺序阀型号为XY-B25，采用板式连接。溢流阀安装在电磁换向阀前面。

7.溢流阀的选择

溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现调压、稳压和限压的功能。对溢流阀的主要性能要求是：调压范围大，调压偏差小，工作平稳，动作灵敏，过流能力大，压力损失小，噪声小。

溢流阀根据结构和工作原理可分为：直动式溢流阀和先导式溢流阀。

根据本设计中系统的要求，现选用直动式溢流阀，型号为YEF3-10B，采用板式连接。溢流阀安装在电磁换向阀前面。

5.4过滤器的选择

过滤是目前液压系统应用最广泛的油液净化方法。过滤器的基本作用是是系统的液体保持清洁，以延长液压及润滑元件的寿命和保证系统工作正常稳定。液压系统故障的75%左右是由介质的污染所造成的，因此，过滤对液压系统来说是不可缺少的重要辅件。

理想的情况是过滤器能全部滤除污粒，但实际上因污物有各种来源，滤除全部污物是不可能的。因此，必须根据系统不同的使用要求，对油液中污粒的尺寸和数量加以限制。

根据通过阀的最大流量所选液压元件如表2-7所示：

表 2-7 液压元件表

序号

元件名称

通过阀的

最大流量

ㄍ（L?min）

规格

型号

额定流量

ㄍ（L?min）

额定压力

ㄍMPa

额定压降

ㄍMPa

单级叶片

泵

—

YB—25

6.3

—

三位四通

电磁换向

阀

34E—25

6.3

＜0.3

单项顺序阀

18.6

6.3

＜0.2

溢流阀

6.2

Y—10B

6.3

—

过滤器

XU—50×200

6.3

—

6辅助元件的选择

在液压系统中，常用的油管有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。主要按压力和工作环境选择。

钢管能承受较高的压力，价廉；但弯制比较困难，弯曲半径不能太小，多用在压力较高、装配位置比较方便的地方。一般采用无缝钢管，当工作压力小于1.6MPa时，也可用焊接钢管。

紫铜管能承受的压力较低（），经过加热冷却处理后，紫铜管软化，装配时可按需要进行弯曲；但价贵且抗振能力较弱。

尼龙管用在低压系统；塑料管一般只用作回油管用。

胶管用作联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻线或棉线编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本高，因此非必要时尽量不用。

1. 油管的选择

油管的内径可按照所连接口的尺寸确定，也可按照管路中允许的的流速来计算。在本次选择中，由查骆简文，朱琪，李兴成主编的《液压传动与控制》表1.7推荐，取油液在流管的流速为v=3mㄍs，根据液压课本中式5.5算得液压缸及有杆腔相连的油管的内径d为

d=1.13=1.13m

=1.6×10

=0.016m

所以取油管d=16mm。

现参照YBX-25变量液压泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径d为22mm的紫铜管。

2. 管接头的选择

管接头是连接液压元件与油管之间的可拆式元件。要求连接可靠，拆装方便，密封性好。常用的管接头有卡套式、扩口式和焊接式，还有软管接头和快速接头等。管接头按通路数分直通、直角通、三通、四通等。

此次设计选用的是扩口式管接头。扩口式管接头利用管子端部扩口进行密封，不需要其他密封件。其结构简单，适用于薄壁管件连接，工作压力<8MPa。根据管子内径d=16mm选取扩口式直通管接头的直径亦为16mm，管接头起紧压螺母型号GB5647-85。

3. 密封件的选择

在液压元件及其系统中，某些有耦合关系的零件之间存在着平面间隙或环行间隙，不仅高压区的油液会经此间隙向低压区转移形成外泄漏和外泄露，而且空气中的灰尘或异物会乘隙侵入系统，从而导致容积损失，由温升高，污染环境及工作介质。液压缸是创地传递力和速度的执行元件，密封的好坏将直接影响液压缸的工作性能，因此，必须采用有效的密封措施。

密封按耦合面间有无相对运动，可分为动密封和精密封两大类，按其工作原理可分为非接触式密封和接触式密封，非接触式密封主要指间隙密封，接触式密封指线密封和密封件密封。除存在相对运动的耦合面可以采用间隙密封或线密封外，一般应在耦合面之间怎增设密封件。液压系统中最常用的密封间有O型密封圈、Y型密封圈、V型密封圈、防尘圈等。

本次设计选取O形密封圈。

O形密封圈是由耐油橡胶制成，具有结构简单、密封性能良好、摩擦力小、沟槽尺寸小且容易制造等优点，所以在液压与起动装置中获得广泛使用。

2.7验算液压系统性能

2.7.1计算系统的功率损失

1.液压泵的功率损失：