【正文】 間計(jì)算 在粗真空、低真空下，真空設(shè)備本身內(nèi)表面的出氣量與設(shè)備總的氣體負(fù)荷相比，可以忽略不計(jì)。因而，粗真空、低真空情況下計(jì)算抽氣時(shí)間時(shí)一般不需要考慮出氣的影響。 簡(jiǎn)單的抽氣系統(tǒng)原理圖如圖 31 所示。它由真空室、管道和真空泵三部分組成。 S為泵的有效抽速； Sp為泵的名義抽速； P 為真空室某一時(shí)刻的壓強(qiáng)； P0為真空室的極限壓強(qiáng)； U 為管道流導(dǎo)。 臨沂大學(xué)本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 28 圖 31 真空系統(tǒng)原理圖 1）計(jì)算主泵的有效抽速 根據(jù)真空室要求的工作壓強(qiáng) Pg，真空室的總氣體量 Q，計(jì)算泵的有效抽速： S＝PgQ （升 /秒） 式中 Q為真空室的總氣體量（托 升 /秒）， Q通常有三部分組成，即 Q＝ Q1＋ Q2＋ Q3 （托 升 /秒） 之中 Q1 — 真空室總做過(guò)程中產(chǎn)生的氣體量； Q2 — 真空室及真空元件的放棄量； Q3 — 真空室的總漏氣量。 所述，設(shè)計(jì)一臺(tái)保溫爐，真空室的直徑 DB ＝ 600mm，容積為（近似看成圓柱形） V＝ ，內(nèi)表面積為 A＝ 。真空室的材料為不銹鋼（ 1 小時(shí)后的出率為 107 托升 /秒 厘米 2， 2 小時(shí)后的出氣率為 107托升 /秒 厘米 2）。 真空室工作壓強(qiáng) Pg＝ 1 103托； 真空室工藝過(guò)程中放出的氣體量 Q1＝ 1 102托 升 /秒； 系統(tǒng)的總漏氣量 Q3＝ 5 103托 升 /秒； 被抽出的氣體為 20℃干燥空氣。 1）確定真空室中保持 1 103 托的工作壓強(qiáng)所需要的真空系統(tǒng)的有效抽速 S 有公式 S＝PgQ 可得 其中， Q＝ Q1＋ Q2＋ Q3（ Q2為真空室表面出氣量，暫選不銹鋼 1小時(shí)后的出氣量） Q1＝ 110 2托 升 /秒； Q3＝ 510 3托 升 /秒； Q2＝ 10 7托升 /秒 厘米 2 24450＝ 103托 升 /秒； 所以 Q＝ Q1＋ Q2＋ Q3＝ 110 2＋ 10 3＋ 510 3＝ 10 2托 升 /秒； 臨沂大學(xué)本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 29 將 Q值代入公式中得： S＝PgQ＝32101 ?? ＝ （升 /秒 ） 但為了可靠起見(jiàn)可根據(jù)設(shè)備具體情況適當(dāng)增大，我們鉆增大 20%，那么實(shí)際要求的有效抽速 S 應(yīng)該為 23（升 /秒）。 根據(jù)市場(chǎng)選擇的羅茨泵型號(hào)為 ZJ30，由（真空設(shè)計(jì)手冊(cè)）表 323 可得推薦配用前級(jí)泵型號(hào)為 2X4。 2）計(jì)算抽氣時(shí)間 不考慮管道的容積，真空室容積為 V＝ ，工作壓強(qiáng) Pg＝ 1 103托，用 2X30型機(jī)械泵從大氣抽到 101 托，其抽速 Sp＝ 4 升 /秒（應(yīng)為管道流導(dǎo)很大，故管道對(duì)抽速的影響可以忽略）。由公式得： t＝ SpV㏒ PPi 式中 t — 抽氣時(shí)間（秒）； Kq — 修正系數(shù) ，與設(shè)備抽氣終止時(shí)的壓強(qiáng)有關(guān)，由（真空設(shè)計(jì)手冊(cè)）表 105得，Kq＝ 4； Pi — 設(shè)備開(kāi)始抽氣時(shí)的壓強(qiáng)（托）； P — 經(jīng) t時(shí)間抽氣后的壓強(qiáng)（托）； Sp — 泵的名義抽速 （升 /秒）； V — 真空設(shè)備容積（升） 以上可得： t＝ SpV㏒ PPi ＝ 4 4 3? ㏒110760?＝ 42（分） 計(jì)算從 101托到 103托的抽氣時(shí)間： 考慮出氣的影響， 1小時(shí)后的出氣量 Q1＝ 107 24450＝ 103托升 /秒， 則 P2＝ SQ1 ＝ 3?? ＝ 10 4 托 ＜ 110 3 托?？梢?jiàn)所要的真空室只需要 1小時(shí)就能達(dá)到 。 臨沂大學(xué)本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 30 4 升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)械工程中，液壓傳動(dòng)被廣泛采用。液壓傳動(dòng)是以液體為工作介質(zhì) 來(lái)進(jìn)行能量傳遞的一種傳動(dòng)形式。液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比有以下主要優(yōu)點(diǎn)： （ 1）在同等功率情況下，液壓執(zhí)行元件體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。例如同功率液壓馬達(dá)的重量約只有電動(dòng)機(jī)的 1/6 左右。 （ 2）液壓傳動(dòng)的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置； （ 3）液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于重量輕、慣性小、反映快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向； （ 4）操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍達(dá) 2021： 1），它還可以在運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速； （ 5）一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑， 使用壽命長(zhǎng)； （ 6） 容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)； （ 7）既易實(shí)現(xiàn)機(jī)械的自動(dòng)化，又易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制甚至計(jì)算機(jī)控制后，可實(shí)現(xiàn)大負(fù)載、高精度、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。 （ 8）液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于設(shè)計(jì)、制造和使用。 同時(shí)液壓傳動(dòng)也有缺點(diǎn)： （ 1）由于流體流動(dòng)的阻力損失和泄漏較大，所以效率較低。如果處理不當(dāng)，泄漏不僅污染場(chǎng)地，而且還可能引起火災(zāi)和爆炸事故。 （ 2）工作性能易受溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 （ 3）液壓元件的制造精度要求較高，因而價(jià)格較貴。 （ 4）由于液體介質(zhì)的泄漏及可壓縮性影響，不能得到嚴(yán)格的定比傳動(dòng)。 （ 5）液壓傳動(dòng)出故障時(shí)不易找出原因；使用和維修要求有較高的技術(shù)水平。 （ 6）油液污染 [19]。 液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵、液壓閥、執(zhí)行器及輔件等液壓元件組成。它的工作原理是用液壓泵把電動(dòng)機(jī)或原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，通過(guò)控制、調(diào)節(jié)閥和液壓執(zhí)行器，把液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)完成所需要的各種動(dòng)作。 （ 1）液壓泵（動(dòng)力元件）：是將原動(dòng)機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件，臨沂大學(xué)本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 31 其作用是向液壓系統(tǒng)提供壓力油，液壓泵是液壓系統(tǒng)的心臟。因在液壓泵中齒輪油泵是借一對(duì)相互嚙合的齒輪將電動(dòng)機(jī)所輸出機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的裝置，齒輪泵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維護(hù)方便，且噪音小，所以本次設(shè)計(jì)選用齒輪油泵。 （ 2）執(zhí)行元件：把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的元件，執(zhí)行元件包括液壓缸和液壓馬達(dá)。 （ 3）控制元件：包括壓力、方向、流量控制閥，是對(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量、方向進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的元件。 （ 4）輔助元件：上述三個(gè)組成部分以外的其他元件，如管道、管接頭、油箱、濾油 器等為輔助元件。 液壓傳動(dòng)的應(yīng)用 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置 往復(fù)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置 回轉(zhuǎn)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置 仿行裝置 輔助裝置 步進(jìn)傳動(dòng)裝置 靜壓支撐 綜合以上原因我們?cè)诒驹O(shè)計(jì)中選用液壓升降機(jī)構(gòu)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 所設(shè)計(jì)的升降系統(tǒng)要達(dá)到勻速上升 ，且重力場(chǎng)的作用下勻速降落。 1）液壓缸的負(fù)載計(jì)算 一般說(shuō)來(lái)，液壓缸承受的動(dòng)力性負(fù)載有工作負(fù)載 Fw、慣性負(fù)載 Fm、重力負(fù)載 Fg，約束性負(fù)載有摩擦阻力 Ff、背壓負(fù)載 Fb、液壓缸自身的密封阻力 Fsf。即作用在液壓缸上的外負(fù)載為： sfbfgmw FFFFFFF ?????? 而所設(shè)計(jì)的升降系統(tǒng)，只把爐體上下勻速運(yùn)動(dòng)，因此，所設(shè)計(jì)的外負(fù)載可看作為： 重力負(fù)載 Fg、背壓負(fù)載 Fb、液壓缸自身的密封阻力 Fsf。 因此 ? ? mbg FFF ?/?? 式中 F— 外負(fù)載 (KN)； Fg— 重力負(fù)載 (N)， Fg＝ 30010 ＝ 3000(N)； Fb— 背壓負(fù)載 (N)，由公式 Fb＝ Pb A2得， 式中， Pb 為液壓缸背壓，中低壓系統(tǒng)或輕載節(jié)流 調(diào)速系統(tǒng)取 ～ ，則臨沂大學(xué)本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 32 Pb＝ ， A2為液壓缸回油腔有效工作面積 ，則 A2＝ 1159mm2 ， 所以 Fb＝ Pb A2＝ 106 1159 106＝ 464(N)； Fsf— 液壓缸自身的密封阻力，一般將它設(shè)入液壓缸的機(jī)械效率中考慮，通常取 η m＝ ～ ，則 η m＝ ； 以上所述， F＝（ Fg＋ Fb＋ Fsf） /η m＝（ 3000＋ 464） /＝ (kN). 2)系統(tǒng)工作壓力的確定 根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載循環(huán)關(guān)系，可以確定系統(tǒng)的最大載荷點(diǎn)，載 充分考慮系統(tǒng)所需流量、系統(tǒng)效率和性能要求等因素和，由表 41選擇系統(tǒng)工作壓力。 表 .41 按負(fù)載選擇系統(tǒng)工作壓力 負(fù)載 /kN ＜ 5 5～ 10 10～ 20 20～ 30 30～ 50 ＞ 50 系統(tǒng)壓力 / MPa ＜ ～ 1 ～ 2 ～ 3 3～ 4 4～ 5 ＞ 5～ 7 由表可知，根據(jù)液壓缸的負(fù)載力確定其系統(tǒng)所承受的壓力，則， P＝ 。 3）液壓泵的確定 根據(jù)系統(tǒng)的工況來(lái)選擇液壓泵，泵的主要參數(shù)有壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率。 為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和泵的使用壽命 ，一般在固定設(shè)備系統(tǒng)中，正常工作壓力為泵 的額定工作壓力的 80%左右。泵的流量要大于系統(tǒng)的工作的最大流量。 根據(jù)以上參數(shù)、系統(tǒng)所承受的工作壓力確定其液壓泵，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四卷）查得， 所選的液壓泵為 ：外嚙合齒輪泵 CBB。 外嚙合齒輪泵 CBB 的性能參數(shù)：排量 — ～ 125mL/r1 ；額定壓力 — ；額定轉(zhuǎn)速 — 1450r/min；容積效率 — ≥ 70～ 95。 4）執(zhí)行元件流量和流速的確定 根據(jù)外嚙合齒輪泵的性能參數(shù)，確定額定流量： nVq ?? 式中 V＝ ； n＝ 1450r/min； 代入上式中可得： nVq ?? ＝ 106 1450r/min＝ 。 額定流速： ν ＝ Aqv? 式中 η v— 總的機(jī)械效率，取 η v＝ ； A — 有效面積， A＝ 1159mm2； q — 額定流量， q＝ ； 臨沂大學(xué)本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 33 ν ＝Aqv?＝63101159 ??? ?? ≈ 25m/min 5） 液壓 泵的驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算和電動(dòng)機(jī)的確定 在泵的規(guī)格表中 ，一般同時(shí)給出額定工況（額定壓力、轉(zhuǎn)速、排量或流量）下泵的驅(qū)動(dòng)功率，可按此直接選擇電動(dòng)機(jī)；也可按液壓泵的實(shí)際使用情況，用公式計(jì)算其：其 pNNQPP ??60? （ kW） 式中 ψ — 轉(zhuǎn)換系數(shù)，一般液壓泵，恒功率變量液壓泵， ψ ＝ ； PN— 液壓泵的額定壓力 MPa， PN＝ ； QN— 液壓泵的額定流量， L/min， QN＝ L/min； η p— 液壓泵的總效率，由手 冊(cè)查得，取 η p＝ ； 則 pNNQPP ??60? ＝ ??? ＝ （ kW） 根據(jù)液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率、額定流量、輸出壓力，確定其電動(dòng)機(jī)。資料 [20]中查得，一般異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)： Y290S4 ，其額定功率 為 ,轉(zhuǎn)速 1400 r/min。 液壓泵站設(shè)計(jì) 1）工作壓強(qiáng)的確定 由 ，系統(tǒng)所承受的工作壓強(qiáng)為 F＝ (kN) 2）流量的確定 根據(jù)外嚙合齒輪泵的性能參數(shù)，確定額定流量： nVq ?? 式中 V＝ ； n＝ 1450r/min； 代入上式中可得： nVq ?? ＝ 106 1450r/min＝ 。 3）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算 在泵的規(guī)格表中，一般同時(shí)給出額定工況（額定壓力、轉(zhuǎn)速、排量或流量）下泵的驅(qū)動(dòng)功率，可按此直接選擇電動(dòng)機(jī)；也可按液壓泵的實(shí)際使用情況，用公式計(jì)算其：其 pNNQPP ??60? (kW) 式中 ψ — 轉(zhuǎn)換系數(shù)，一般液壓泵，恒功率變量 液壓泵， ψ ＝ ； PN— 液壓泵的額定壓力 MPa， PN＝ ； QN— 液壓泵的額定流量， L/min， QN＝ L/min； 臨沂大學(xué)本科專業(yè)職業(yè)生涯設(shè)計(jì) 34 η p— 液壓泵的總效率，由手冊(cè)查得，取 η p＝ ； 則 pNNQPP ??60? ＝ ??? ＝ (kW) 4）油箱容積的計(jì)算 液壓系統(tǒng)的散熱主要依靠，油箱越大，散熱越快，但占地面積也越大；油箱小，則油溫較高。油箱容量可按經(jīng)驗(yàn)公式確定 ： vqV ?? 式中 qv— 液壓泵每分鐘排出的液體體積 (L)， qv＝ (L)； α— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)為低壓系統(tǒng)，低壓系統(tǒng)取 2～ 4，則 α＝ 4； 以上可得， vqV ?? ＝ 4＝ 145(L) 5）過(guò)濾器的選擇 根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)要求，且設(shè)備要求故障低，則選過(guò)濾精度為 10μm 的過(guò)濾器。由資料 [20]中查得，所選的過(guò)濾器型號(hào)為， ZUA40 10S。 6）閥的選擇 ① 溢流閥的選擇 根據(jù)液壓泵的 流量及工作壓強(qiáng)，確定其溢流閥。液壓泵的額定流量為 L/min，液壓泵的額定壓力為 ，所以由資料 [20]中可查得溢流閥的型號(hào)為： Y2H*10。即溢流閥