機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設計【含CAD圖紙+PDF圖】

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本科畢業(yè)設計(論文) 題目：機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 學 號 導 師 2013年05月 機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設計 摘 要 輪對軸承壓裝機是用于鐵路車輛滾動軸承壓裝的專用設備，適用于鐵路車輛新造及檢修時壓裝軸承，被廣泛應用于各個路局車輛維修、車輛制造廠生產(chǎn)，其對國民生產(chǎn)有著重要的意義?，F(xiàn)如今的鐵路速度越來越快，對軸承的要求越來越高，而軸承的壓裝是鐵路安全的關鍵。為了達到使原有輪對軸承壓裝機能夠獲得更可靠更優(yōu)秀的性能，本次設計主要針對輪對軸承壓裝機進行設計，通過對輪對軸承壓裝機原有技術的改進（主要是液壓系統(tǒng)的改進），實現(xiàn)對輪對軸承壓裝機軸承的準確壓裝，以便更進一步提高行車的安全性與平穩(wěn)性。 關鍵詞： 滾動軸承；壓裝；液壓系統(tǒng) I Loader hydraulic system design of locomotive wheelset bearing pressure Abstract Wheel axle pressure installed special equipment for railway vehicles pressing the bearing press-fit bearings suitable for new-building and maintenance of railway vehicles. Widely used in various railway administrations of its gross national product of great significance . It is widely used , and widely used in vehicle factories, vehicle sections, vehicle overhauling factories and mine railcar companies etc. In this thesis, it is aimed to design and improve the original while axle pressure installed (improve the original design of hydraulic pressure system)to get a new device has reliable and excellent property. To get a accurate push mounting with the wheel axle pressure installed, in order to further increase the security and smooth. Keywords: Taper rolling bearing；Push mounting；Hydraulic pressure system II 目 錄 1 緒論 1 1.1 背景及研究意義 1 1.2 軸承簡介 2 1.3 研究現(xiàn)狀 2 1.4 本文研究內容 3 2 輪對軸承壓裝機工作原理 4 2.1 輪對軸承壓裝機的工作原理 4 3 液壓系統(tǒng)的設計 6 3.1 液壓回路設計和回路工作原理分析 6 3.1.1 頂對回路 6 3.1.2 送對回路 7 3.1.3 鎖緊回路 7 3.1.4 伸套壓裝回路 8 3.1.5 液壓系統(tǒng)原理圖 9 3.1.6 該液壓系統(tǒng)技術特點 11 3.2 液壓系統(tǒng)工作要求 11 3.2.1 液壓傳動系統(tǒng)的型式 11 3.2.3 軸承壓裝機的液壓傳動特點 12 3.3 確定液壓缸的幾何參數(shù) 13 3.3.1 伸套壓裝缸尺寸計算 13 3.3.2 壓裝缸壁厚和外徑的計算 14 3.3.3 輔助缸（頂對缸，送對缸，鎖緊缸）壁厚和外徑的計算 15 3.3.4 計算在各階段液壓缸所需的流量 15 3.4 液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 16 3.5 液壓泵和電機的相關計算 17 3.5.1 確定液壓泵的流量 17 3.5.2 選擇液壓泵的規(guī)格 17 3.5.3 與液壓泵匹配的電動機的選擇 18 3.6 液壓閥的選擇 18 3.6 液壓缸結構設計 20 3.7 其他附件說明 21 4 輪對軸承壓裝機結構設計 22 III 4.1 輪對軸承壓裝機的布置 22 4.2 床身設計 22 4.2.1 底座設計 22 4.2.2 支座設計 23 5 油箱和其它液壓輔助元件的設計 24 5.1 液壓油箱有效容積的計算 24 5.2 液壓油箱的外形尺寸 24 5.3 液壓油 25 5.3.1 液壓油的品種 25 5.3.2 液壓油的粘度 25 5.4 過濾器 26 6 液壓站的設計 27 6.1 液壓泵的安裝方式 27 6.2電動機與液壓泵的連接方式 27 6.3液壓站結構設計的注意事項 28 總結 29 致謝 30 參考文獻 31 畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權聲明 32 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 33 IV 1 緒論 1 緒論 1.1 背景及研究意義 在鐵路高速發(fā)展的今天，鐵路提速是當前技術進步的主題，制約提速的關鍵技術之一是走行部的制造和檢修技術的滯后。而車輛輪對是走行部最為關鍵的部件，其質量的好壞和組裝精度的高低直接影響提速安全，因此對鐵路車輛輪對的加工裝配歷來受到鐵路行業(yè)的重視。鐵路運輸是國民經(jīng)濟的命脈，其安全有效的運輸才能保證生產(chǎn)活動的正常執(zhí)行，輪對軸承壓裝機是鐵路車輛系統(tǒng)滾動軸承壓裝的專業(yè)設備, 對機車安全行駛起著關鍵作用。滾動軸承作為鐵路貨車走行部的關鍵部件，直接關系到車輛運行安全，始終是中國鐵路部門關注的重點。輪對軸承壓裝機主要用途是采用冷壓方式將滾動軸承壓裝到輪對軸頸上。滾動軸承與輪對軸頸的配合為過盈配合, 所以壓裝過程中壓力較大。輪對軸承壓裝機是自動記錄鐵路車輛滾動軸承壓裝時產(chǎn)生的位移－－壓力關系曲線及有關數(shù)據(jù)的新一代滾動軸承壓裝機。 我國鐵路車輛自六十年代開始安裝無軸箱滾動軸承，在滾動軸承的壓裝工藝上，經(jīng)歷了七十年代的移動式油壓機，八十年代的具有記錄時間－－壓力曲線及有關數(shù)據(jù)的固定式滾動軸承壓裝機，1989年以后采用以單片機記錄壓裝力及保壓時間的固定式懸臂雙缸軸承壓裝機，九十年代微機控制與記錄一體化固定式整體承載全鋼結構雙缸軸承壓裝機開始投入鐵路制造與檢修生產(chǎn)中。隨著時代的不斷進步，老產(chǎn)品的淘汰，新產(chǎn)品的涌現(xiàn)是歷史的必然。七十年代的移動式油壓機，解決了壓裝滾動軸承最基本的要求，但勞動強度大，工作效率低，壓力計量采用人工測量，誤差較大，有關數(shù)據(jù)靠手工填寫容易產(chǎn)生差錯，這些缺點很突出。八十年代出現(xiàn)的固定式滾動軸承壓裝機，能夠自動測量和記錄每條輪對軸承壓裝技術參數(shù)，包括自動測量、打印軸承壓裝力、終止壓裝力并且自動給出壓裝力隨時間變化的關系曲線，它的問世很快淘汰了移動式油壓機。由于當時技術水平的限制以及研制者對軸承壓裝過程的認識不足，經(jīng)過十多年來的生產(chǎn)實踐，滾動軸承在壓裝過程中記錄的時間－壓力關系曲線的不足之處日趨明顯。 過去多年來，軸承質量由于受到密封裝置、軸承潤滑脂、保持架質量的影響，不能滿足鐵路運輸發(fā)展對貨車的需求，每年均會發(fā)生幾起滾動軸承熱軸、切軸事故。輪對運行中會產(chǎn)生熱軸，壓裝中偏載使軸端變形，熱軸產(chǎn)生有兩個原因： 34 畢業(yè)設計（論文） 一是軸承的加工過程造成的缺陷；二是軸承壓裝過程不合理，如軸向游隙不符合標準、組裝不良、車輪偏重、長期慣性力的作用。熱軸危害大，輕則車輛不能正常運行，造成數(shù)十萬的經(jīng)濟損失；重則發(fā)生車輛顛覆事故，危及乘客及乘務人員生命財產(chǎn)安全。壓裝過程對軸承的可靠性具有決定性的作用，壓裝缸的設計主要為了保證軸承正確安裝，車軸正常工作，車輛性能發(fā)揮到最大。 1.2 軸承簡介 軸承是各種機械的旋轉軸或可動部位的支承元件，也是依靠滾動體的滾動實現(xiàn)對主機旋轉的支承元件。動軸承通常由外圈、內圈、滾動體、保持器四個主要部件組成。也有少數(shù)結構無內圈或無外圈或全無套圈，由三個部件或兩個部件組成。套圈也稱座圈，分內圈和外圈，推力軸承則為緊圈和活圈。球軸承的內圈外圓面和外圈內圓面上都有滾道(溝)起導輪作用，限制滾動體側面移動，同時也起到了增大滾動體與圈的接觸面，降低接觸應力。滾動體是保證軸承內外套圈之間具有滾動摩擦的零件，它的形狀大小和數(shù)量直接影響滾動軸承的負荷能力和使用性能。保持架的作用，是保持相鄰的滾動體不發(fā)生直接接觸，保證軸承的轉動靈活。各種結構的軸承為適應需要采用各種結構型式和材質的保持架。 1.3 研究現(xiàn)狀 通過幾代人的努力，我國的軸承事業(yè)已取得了長足的進步，解決了一系列制約機車發(fā)展的因素，中國的鐵路貨車滾動軸承事業(yè)正飛速發(fā)展。我國鐵路貨車軸承發(fā)展主要分為四個方面：軸承結構形式、保持架形式、潤滑脂、密封裝置的變化。1978年以前，中國鐵路開始著手使用滾動軸承替代滑動軸承，用滾動軸承代替滑動軸承是鐵道部制定的一項重大技術政策，它可以減少列車的啟動阻力和運行阻力,增加列車牽引噸位，減少燃軸事故，保證行車安全，提高行車速度，減少列車起動阻力85%，運行阻力10%左右，加快車輛周轉，節(jié)省油脂、白合金等材料，降低運營成本，延長車輛檢修周期等。到1980年開始，滾動軸承開始大量裝車使用，當時使用的滾動軸承型號主要有97720、197720、197726和97730 等,其中197726型無軸箱雙列圓錐滾子軸承是我國引進日本技術、國內生產(chǎn)的軸承。通過試驗，基本滿足我國使用的環(huán)境條件和線路狀況，1978年鐵道部決定在我國鐵路貨車上裝用197726型軸承，1980年開始在新造貨車上大量裝車使用，該型軸承成為我國貨車的主型產(chǎn)品。1998年1月，鐵道部車輛局對中外合資后的北京南口斯凱孚鐵路軸承有限公司在197726型軸承基礎上第一次改進設計的軸承圖樣進行了批復，型號為SKF197726型。本次改進設計主要針對于軸承制造質量和內部微觀幾何尺寸，全部采用塑鋼保持架，滾子素線采用圓弧全凸度。1998年1月1日起開始生產(chǎn)SKF197726型軸承并裝車使用，同時該廠停止生產(chǎn)197726型軸承。關于層結構的詳細描述請參閱文獻[2]。 隨著軸承的發(fā)展，軸承壓裝機隨著鐵路車輛軸承的發(fā)展，也不斷的發(fā)展，以適應新的技術要求。在過去，我國最常見的的轉向架軸承壓裝機是移動小車式的，但是隨著車軸與軸承的發(fā)展，軸與軸承配合精度要求越來越高，移動小車式壓裝機工作進度差，失敗率高，而且工人勞動強度大，逐漸被固定式壓裝機所取代。發(fā)展至今日，固定式壓裝機功能已經(jīng)十分強大，在壓裝開始時，操作人員可將軸號、軸型、軸承號及左右端分別輸入控制系統(tǒng)，依照修造工藝的標準，可采用軸承壓裝自動選配系統(tǒng)，利用主控機上的傳感器和測具，獲得軸承與軸頸的各項技術參數(shù)，然后經(jīng)A/D轉換后傳至單片機中經(jīng)計算，獲得壓裝機配備數(shù)據(jù)。這些資料在打印機打印曲線圖表時將給予打出，壓裝結束后，打印機將自動打印出具有位移－壓力曲線以及壓裝力、貼靠力和結果判斷等有關數(shù)據(jù)記錄。為達到軸承壓裝曲線具有真實反映壓裝質量的目的，必須采用在滾動軸承在壓入軸頸過程中記錄它的移動量與之對應的壓力值組成的位移－壓力曲線。新一代的壓裝機能實現(xiàn)自動壓裝、自動檢測、自動調節(jié)，使軸承的壓裝精度大大提高，同時也降低了工人的工作強度。 1.4 本文研究內容 本文主要針對于輪對軸承壓裝機的液壓系統(tǒng)進行設計。包括輪對軸承壓裝機的壓裝缸、輔助缸（頂對、鎖緊、送對）和整個液壓系統(tǒng)的計算；輪對及其軸承、支撐架等關鍵功能裝置的設計。 主要技術參數(shù)：壓裝力；系統(tǒng)工作壓力：；液壓泵額定壓力：。壓裝缸快進速度：；工進速度：；回程速度：。 2 輪對軸承壓裝機工作原理 2 輪對軸承壓裝機工作原理 2.1 輪對軸承壓裝機的工作原理 輪對軸承壓裝機主要由壓裝部分（包括了軸承托架），輪對起落裝置（包括夾緊裝置）和機座構成。壓裝機主體的工作過程可以概括為：通過定位缸使壓裝部分相對于輪對占有一個正確位置，完成定位和導向任務，接著夾緊缸開始工作，將軸夾緊，然后將軸承壓裝至軸頸上。其具體的工作過程如下： a.通過專業(yè)機械將輪對推入壓裝機；b.輪對起落裝置的頂對缸將輪對托起到規(guī)定的高度，通過夾緊缸使輪對定位，使其離開起落裝置，輪對起落裝置退回原位；c.將選配好的兩對軸承分別放在輪對兩側的軸承托架上；d.壓裝部分快進：在軸承擺放、輪對定位完成后，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，通過油管供油，一級缸快進，由頂尖活塞推出，頭套帶動頂尖推出，行程為，頂尖頂住車軸中心處將頂尖定在輪軸中心，并把軸承后檔套裝在車軸兩端軸頸上；e.壓裝部分工進：二級缸工進，活塞與軸承托架通過螺紋連接，活塞前移的同時帶動軸承移動，同時通過導向套推動套杯推出，控制系統(tǒng)記錄貼緊壓力值保壓10秒，將軸承壓入軸頸，并打印出具有位移-壓力曲線以及壓裝力、貼靠力等有關數(shù)據(jù)記錄。壓裝時，壓力曲線應均勻平穩(wěn)上升，曲線中部不允許存在陡噸（壓力曲線不平滑）、降噸（壓力曲線朝數(shù)值減小的方向變化）等缺陷；f.壓裝部分退回原位，確認壓裝過程合格后，夾緊裝置松開，起落裝置將輪對放開，推出輪對。 輪對起落裝置及輪對定位裝置是輪對軸承壓裝機的重要組成部分，其作用是在軸承壓裝前，將輪對拖到規(guī)定高度，使之相對于壓裝機部分占有一個準確位置，對輪對進行粗定位。軸承組裝完畢，起落裝置下降，將輪對放到軌道上。夾緊部分則是保障軸承壓裝順利穩(wěn)定完成的一個保障設施。軸承托架是壓裝機的附屬機構，它起著支撐軸承的作用，并使軸承中心線與壓裝部分中心線，輪對中心線基本重合。 壓裝部分與輪對起落裝置的動作都是由液壓控制元件控制，液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，從實際情況出發(fā)，有機的結合各種傳動形式，力求設計出結構簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。本設計中由于壓裝過程中壓裝機構分兩步動作，輸出的的壓力值差距較大，采用二級液壓缸結構，這樣不僅滿足壓裝過程中力的要求，同時根據(jù)工況，速度也有所提高，提 畢業(yè)設計（論文） 高了壓裝效率。 3 液壓系統(tǒng)的設計 3 液壓系統(tǒng)的設計 滾動軸承壓裝機(以下簡稱壓裝機)是用于鐵路車輛滾動軸承壓裝的專用設備。壓裝機由機體、液壓站和控制臺三部分組成。三部分相對獨立，必要時可單獨使用在不同場合。整個機器的驅動是通過液壓來實現(xiàn)的，相比傳統(tǒng)驅動，液壓具有穩(wěn)定性好、傳動結構簡單、傳動比大等優(yōu)點。 3.1 液壓回路設計和回路工作原理分析 3.1.1 頂對回路 系統(tǒng)工作時，空載啟動液壓泵，然后電磁鐵1YA通電使換向閥4切換至下位，系統(tǒng)升壓。輪對推入后，電磁鐵4YA通電使換向閥4切換至左位，液壓泵1的壓力油經(jīng)單向閥和換向閥4進入頂對缸19的無桿腔，活塞桿頂起輪對；其具體回路如圖3.1所示。 圖3.1 頂對缸工作回路 畢業(yè)設計（論文） 3.1.2 送對回路 延時后，電磁鐵6YA通電使換向閥5切換至左位，泵1的壓力油經(jīng)單向閥和換向閥5進入缸20的無桿腔，活塞桿頂出使V形道軌翻轉；其液壓控制回路如圖3.2所示。 圖3.2 送對缸工作回路 3.1.3 鎖緊回路 到位后壓力繼電器18發(fā)信，電磁鐵4YA、6YA斷電使換向閥4和換向閥5均復至中位，2YA、8YA通電使換向閥7和6切換至左位，泵1的壓力油經(jīng)單向閥后，經(jīng)換向閥7進入壓裝缸22的無桿腔，經(jīng)換向閥6和液壓鎖12進入鎖緊缸21的無桿腔，伸套桿伸出定位，因有閥9造成的回油背壓，壓裝桿不動，此時在節(jié)流閥23的作用下，鎖緊缸21在伸套定位后將輪對鎖緊，并由壓力繼電器15發(fā)信使8YA斷電，換向閥6復至中位，由液壓鎖12鎖緊；其控制回路如圖3.3所示。 圖3.3 鎖緊缸工作回路 畢業(yè)設計（論文） 3.1.4 伸套壓裝回路 此后系統(tǒng)壓力繼續(xù)升高，克服背壓，壓裝桿伸出實現(xiàn)壓裝。壓裝完成后，壓力升高使繼電器14發(fā)信，電磁鐵10YA通電使換向閥11切換至上位，首先，液壓缸22的無桿腔經(jīng)閥8和24釋壓（釋壓時間由節(jié)流閥24的開度決定），然后，電磁鐵2YA斷電，3YA、9YA延時通電后使換向閥7和換向閥6均切換至右位，液壓泵1的壓力油經(jīng)換向閥7和單向閥10進入缸22的有桿腔，經(jīng)閥6和液壓鎖12進入缸21的有桿腔，伸套桿與壓裝桿一起退回，鎖緊缸也退回。到位后，壓力繼電器13發(fā)信，電磁鐵3YA、9YA斷電使換向閥7和6均復至中位，5YA通電使換向閥4切換至右位，泵1的壓力油進入缸19的有桿腔，實現(xiàn)落對且送對，10YA斷電使換向閥11復位，恢復可壓裝狀態(tài)。此后，壓力繼電器17發(fā)信，電磁鐵7YA通電使送對缸復位。最后，壓力繼電器16發(fā)信使5YA、7YA、1YA斷電而使系統(tǒng)復原。其具體回路如圖3.4所示。 圖3.4 伸套壓裝缸工作回路 3.1.5 液壓系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)原理圖如圖3.5所示。 1-變量柱塞泵；2-先導式溢流閥；3、11-二位四通電磁換向閥；4、5、6、7-三位四通電磁換向閥；8、9-順序閥；10-單向閥；12-液壓鎖；13、14、15、16、17、18-壓力繼電器；19-頂對液壓缸；20-送對液壓缸；21-鎖緊液壓缸；22-伸套壓裝液壓缸；23、24-節(jié)流閥。 圖3.5 液壓系統(tǒng)回路圖 圖示為軸承壓裝機的液壓系統(tǒng)原理圖。系統(tǒng)的油源為變量柱塞泵1，其最高工作壓力由先導式溢流閥2設定，卸荷由二位四通電磁換向閥3控制。系統(tǒng)有頂對液壓缸19、送對液壓缸20、鎖緊液壓缸21、伸套壓裝液壓缸22等4個并聯(lián)的執(zhí)行器，分別采用三位四通電磁換向閥4、5、6、7控制其運動方向；鎖緊缸21通過液壓鎖12實現(xiàn)輪對的鎖緊；液壓缸22的無桿腔油路設有順序閥8和節(jié)流閥24，用于壓裝結束后換向前的釋壓控制，以減小壓力沖擊；順序閥9用作缸22的背壓閥。系統(tǒng)中的壓力繼電器13、14、15、16、17、18作為系統(tǒng)的發(fā)信裝置，用于系統(tǒng)工作循環(huán)的自動控制。 表3.1 電磁鐵動作順序表 電磁鐵 輪對頂升 伸套定位 輪對鎖緊 壓裝軸承 伸套桿壓裝桿落回 落對送對 復原 1YA + + + + + + 2YA + + + 3YA + 4YA + 5YA + 6YA + 7YA + 8YA + 9YA + 10YA + （1） 確定回路方式 該液壓系統(tǒng)采用開式回路，即執(zhí)行元件的排油回油箱，油液經(jīng)過沉淀、冷卻后再進入液壓泵的進口。 （2） 選用液壓油液 一般而言，柱塞泵選用HM油，含磷的液壓油在各方面的性能都比較符合，因此我們可以選擇磷酸酯液類液壓油。 （3） 初定系統(tǒng)壓力 由于我們所要設計的液壓系統(tǒng)服務于重型運輸機械，根據(jù)各類機械的常用系統(tǒng)壓力，我們選定系統(tǒng)初定壓力為。 （4） 選擇執(zhí)行元件 在該系統(tǒng)中，要求所有的執(zhí)行元件作直線運動，并且只要求一個方向工作、反向退回，所以選擇單活塞桿液壓缸。 （5） 確定液壓泵類型 在該系統(tǒng)中，我們根據(jù)系統(tǒng)初定壓力選用柱塞泵，由于系統(tǒng)要求高效節(jié)能，應選用變量泵。 （6） 選擇換向回路 本系統(tǒng)采用多個壓力繼電器發(fā)信和電磁換向閥換向，實現(xiàn)了循環(huán)過程的自動控制，消除了人為因素的影響。 （7） 選擇調速方式 該系統(tǒng)采用變量泵調速。 3.1.6 該液壓系統(tǒng)技術特點 （1） 壓裝機的壓裝系統(tǒng)采用柱塞變量泵供油和恒功率控制，在不增大電機驅動功率條件下，消除了溢流損失，也符合壓裝機快速低壓、高速慢壓的工作特點。 （2） 通過液壓缸實現(xiàn)輪對鎖緊，鎖緊后再壓裝，即使兩端壓力不平衡，仍可防止竄動，保證壓裝質量，同時落對時不脫軌，滾動方便，提高了工效。鎖緊裝置設在輪對內側，安裝方便。 （3） 通過順序閥和節(jié)流閥實現(xiàn)壓裝完畢后的釋壓，減小了換向沖擊和振動噪聲，并保護了壓力傳感器。 （4） 通過多個壓力繼電器發(fā)信，實現(xiàn)循環(huán)過程的自動控制，消除了人為因素的影響。 3.2 液壓系統(tǒng)工作要求 3.2.1 液壓傳動系統(tǒng)的型式 根據(jù)液壓循環(huán)方式的不同，液壓傳動方式可分為開式和閉式兩種。 開式系統(tǒng)中，油泵從油箱吸油，供入液壓機后，再排回油箱。其結構簡單，散熱良好，油液能在油箱內澄清，因而應用較普遍。但油箱較大，空氣與油液的接觸機會較多，容易滲入。 在閉式系統(tǒng)中，油泵進油管直接與液動機的排油管相通，形成一個閉合循環(huán)。為了補償系統(tǒng)的泄漏損失，因而常需附設一只小型輔助油泵和油箱。閉式系統(tǒng)結構較復雜，散熱條件較差，要求有較高的過濾精度，因此應用較少。但油箱體積很小，結構緊湊；空氣進入油液的機會少，工作較平穩(wěn)：同時油泵能直接控制液流方向，并允許能量回饋。 軸承壓裝機是用于機車輪對軸承壓裝的設備。其功能是通過頂對、定位、鎖緊、壓裝、送對、落對等動作，將軸承經(jīng)高壓壓裝在輪對上。在本次設計中，液壓傳動方式采用的是開式液壓系統(tǒng)。 3.2.2 液壓傳動系統(tǒng)的主要組成 （1） 液壓缸。 （2） 油泵。 （3） 控制調節(jié)裝置。包括各種壓力、流量及方向控制閥，用于控制和調節(jié)液流的壓力、速度和方向，以滿足機器的工作性能要求和實現(xiàn)各種不同的工作循環(huán)。 （4） 輔助裝置。 本次設計中采用的是變量柱塞泵，采用恒功率控制供能。輔助缸回路中頂對缸、送對缸、鎖緊缸的負載都很小，本設計中取輔助缸負載基本相同，并采用同一型液壓缸；工作缸回路中負載缸的負載較大，采用滿足其負載的液壓缸。 3.2.3 軸承壓裝機的液壓傳動特點 機車輪對軸承壓裝機的液壓傳動系統(tǒng)特點包括： （1） 壓裝機液壓系統(tǒng)屬于多執(zhí)行器系統(tǒng)，為了防止因負載、速度的不同產(chǎn)生壓力和流量的相互干擾，按負載性質和工作特點，將執(zhí)行器分為輔助缸和工作缸多個回路。 （2） 鎖緊缸采用進油節(jié)流調速，壓裝缸釋壓回路采用回油節(jié)流調速。其它液壓缸采用外徑內徑不同的液阻調整有關液壓缸的速度，液阻旋入集成塊內，減少了液壓組件數(shù)量，減少了制造成本。 （3） 液壓系統(tǒng)的動作順序信號由布置在各液壓缸進退行程中的各個壓力繼電器發(fā)出，并由電磁換向閥執(zhí)行，以控制各缸動作，使機器按工藝要求完成工作；為了保證壓裝準確、換向準確并保護有關機械部件，該設備采用循環(huán)過程的自動控制，消除了人為因素的影響。 （4） 鎖緊機構的保壓通過液控單向閥實現(xiàn)，為了保證液控單向閥可靠復位和鎖緊，設置液控單向閥的回路采用了Y型中位機能的三位四通電磁換向閥。 （5） 三個輔助缸為同一內徑，伸套壓裝缸采用另一內徑，以節(jié)省制造費用和密封的使用和更換。但各液壓缸的外形結構及安裝形式多樣化，以滿足主機的結構特點和工作需要。 （6） 釋壓回路由順序閥和節(jié)流閥串聯(lián)實現(xiàn)，保護了閥和油箱，減小了換向沖擊和振動噪聲。 （7） 液壓站獨立于主機，另行放置，便于安裝調試及使用維護。 （8） 該液壓傳動的軸承壓裝機采用液壓自動控制，結構緊湊、振動噪聲較小、工作安全可靠，使用維護簡便，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量較高。 3.3 確定液壓缸的幾何參數(shù) 3.3.1 伸套壓裝缸尺寸計算 （1） 液壓缸工作壓力的確定 根據(jù)要求，系統(tǒng)最高工作壓力為。 （2） 液壓缸內徑和活塞桿直徑的確定 (3.1) 其中為最大壓裝力；為機械效率；為系統(tǒng)最大工作壓力；高壓系統(tǒng)初步計算可以忽略背壓。則： 取 則活塞直徑： (3.2) 表3.2 液壓缸內徑D和活塞桿直徑d的關系(mm) 按機床類型選取d/D 按液壓缸工作壓力選取d/D 機床類型 d/D 工作壓力P/(MPa) d/D 磨床、磨及研磨機床 0.2~0.3 ≤2 0.2~0.3 插床、拉床、刨床 0.5 >2~5 0.5~0.58 鉆、鏜、車、銑床 0.7 >5~7 0.62~0.70 表3.3 液壓缸內徑尺寸系列(GB2348-80)(mm) 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 表3.4 活塞桿內徑尺寸系列(GB2348-80)(mm) 0 2 4 6 8 0 2 5 8 2 6 0 5 0 6 3 0 0 0 00 10 25 40 60 80 00 20 50 80 20 60 00 因為鎖緊缸由液壓鎖鎖緊，且壓裝時為兩端同時壓裝，液壓鎖的作用是為防止兩端壓力不平衡時輪對竄動而設計，也就是說在理想情況下輪對所受合力為零，無需鎖緊，故液壓缸所受壓力不會很大，其缸徑可小一些。同理，頂對缸和送對缸也可估算，經(jīng)估算取鎖緊缸、頂對缸、送對缸的液壓缸內徑為，活塞桿內徑為。 3.3.2 壓裝缸壁厚和外徑的計算 已知壓裝缸內徑為，其活塞桿內徑為。 從材料力學可知，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。液壓缸壁厚是缸筒最薄處的厚度，一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 液壓缸的內徑與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。其計算公式為： 式中 ——液壓缸壁厚（）； ——液壓缸內徑（）； ——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25~1.5）/倍（）； ——缸筒材料的許用應力。其值為:無縫鋼管：。 液壓缸外徑： ，，， (3.3) 查機械設計手冊表23.66-59 壓裝缸采用外徑為，壁厚為無縫鋼管。 3.3.3 輔助缸（頂對缸、送對缸、鎖緊缸）壁厚和外徑的計算 同理，已知輔助缸內徑為，其活塞桿內徑為。 ，，， (3.4) 查機械設計手冊表23.66-59 輔助缸采用外徑為，壁厚為的無縫鋼管。 3.3.4 計算在各階段液壓缸所需的流量 （1） 伸套壓裝缸伸套定位時所需的流量為： (3.5) （2） 伸套壓裝缸壓裝時所需流量為： (3.6) （3） 伸套壓裝缸回程時所需流量為： (3.7) 油管的內徑尺寸一般可參照選用的液壓元件接口尺寸而定，也可按管路允許流速進行計算。管路直徑計算由式得到。 式中 ——流體流量； ——流速，推薦流速：對于吸油管（一般取以下）； 對于壓油管（壓力高、管道短或粘度小的情況下取大值，反之取小值）；對于回油管。 現(xiàn)取壓油管的允許流速為，本系統(tǒng)主油路最大流量， (3.8) 若系統(tǒng)主油路流量按回程時取，則可算得油管內徑為，綜合諸多因素，現(xiàn)取油管的內徑。吸油管同樣按上式計算，，，取。 3.4 液壓系統(tǒng)的壓力損失計算 在液壓系統(tǒng)中，進油管內徑為，回油管內徑為。進油管長度取，回油管長度取。 選用油液，運動粘度，油的密度，此時液壓缸的前進速度為，流量為。則油液在管內流速為： (3.9) 則管道內雷諾數(shù)為： (3.10) < 可見油液在管道內為層流，沿程阻力損失系數(shù) 則沿程阻力損失為： (3.11) 液控單向閥的壓力損失為，換向閥的壓力損失為：，通過管接頭，集成塊等處的局部壓力損失，則： (3.12) 輔助回路的壓力損失： 此時液壓缸的前進速度為，流量為。則油液在管內流速為： (3.13) 則管道內雷諾數(shù)為： (3.14) < 可見油液在管道內為層流，沿程阻力損失系數(shù) 則沿程阻力損失為： (3.15) 液控單向閥的壓力損失為，換向閥的壓力損失為。通過管接頭，集成塊等處的局部壓力損失，則： (3.16) 實際證明：壓力損失在范圍之內。 3.5 液壓泵和電機的相關計算 3.5.1 確定液壓泵的流量 液壓泵的最大流量應為： 式中：——液壓泵的最大流量； ——同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這是溢 流閥正進行工作，尚需加溢流閥的最小溢流量2-3L/min； ——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取，現(xiàn)取。 (3.17) 3.5.2 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)上述計算結果查閱相關手冊，現(xiàn)選用CCY141B柱塞泵，該泵的基本參數(shù)： 每轉排量； 電動機轉速； 容積效率； 總效率。 3.5.3 與液壓泵匹配的電動機的選擇 壓裝機在整個動作循環(huán)過程中，系統(tǒng)所需的壓力和流量都在變化，所需功率也在變化。為滿足整個工作循環(huán)的需要，按較大功率來確定電動機功率。 (3.18) 查閱電動機產(chǎn)品樣本，選用Y255M-6型異步電動機。 3.6 液壓閥的選擇 控制閥的選擇要素如下： 1.閥體類型選擇；2.流量特性選擇；3.口徑選擇；4：閥體與密封材料的選擇；5.執(zhí)行結構與附件選擇。 主要步驟： 根據(jù)工藝條件選擇合適的控制閥結構與材質；根據(jù)工藝對象的特點選擇合適的流量特性；根據(jù)工藝參數(shù)選擇合適的閥門尺寸；根據(jù)現(xiàn)場及工藝要求選擇合適的執(zhí)行機構；根據(jù)工藝過程自動化的要求選擇合適的閥門附件。 a. 方向控制閥的選擇 首先，根據(jù)閥的使用場合和工作要求（控制單作用缸還是雙作用缸，油缸是否要求在工作行程中停留在任何位置，對滑閥機能有無特殊要求等）確定閥的工作位置數(shù)、通路數(shù)及滑閥機能，然后，根據(jù)主機對系統(tǒng)自動化程度的要求確定閥的操縱形式。最后，根據(jù)閥的油液壓力、流量及對閥的壓力損失和泄漏量的要求，參考液壓手冊選擇閥的具體型號和規(guī)格。 選擇單向閥時，應根據(jù)閥的具體用途，按壓力、流量、壓力損失等要求來選擇。 b. 壓力控制閥的選擇 主要根據(jù)系統(tǒng)對閥的具體要求，如調壓范圍、通過閥的最大流量、工作平穩(wěn)性和靈敏度以及閥的安裝形式來選取。但選擇溢流閥時，應按油泵的最大流量來選取。 c. 流量控制閥的選擇 首先，根據(jù)系統(tǒng)對流量控制閥的具體要求，如閥的流量-壓力特性，調節(jié)性能及溫度補償情況的要求，對過濾精度的要求及操縱方式等，確定閥的類型。然后，根據(jù)主機對低速性能的要求，算出最小穩(wěn)定流量。最后，根據(jù)壓力、最大流量、最小穩(wěn)定流量等參數(shù)選擇閥的型號和規(guī)格。 此外，選擇液壓閥時還應注意以下兩點： （1） 一般選擇的液壓閥的額定流量應比系統(tǒng)管路實際通過的最大流量大一些，但必要時允許通過閥的最大流量超過其額定流量的20%。 （2） 應當注意油缸差動連接時，由于面積差形成不同回油量對液壓閥正常工作的影響。 選擇液壓閥主要是根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量。本系統(tǒng)工作壓力在左右，所以液壓閥都選用中、高壓閥。所選定的液壓元件如下表所示。 表3.5 液壓元件表 序號 元件名稱 型號 通徑 調節(jié)壓力（MPa） 可通過流量（L/min) 1 柱塞泵 CCY14-1B - 32 - 2 先導式溢流閥 DBW20-5X 20 31.5 200 3 二位四通電磁換向閥 4WE10D30/A 10 - 120 4 三位四通電磁換向閥 4WE10D30/A 10 - 120 5 三位四通電磁換向閥 4WE10D30/A 10 - 120 6 三位四通電磁換向閥 4WE10D30/A 10 - 120 7 順序閥 HG03 10 - 80 8 單向順序閥 HCG03 10 - 80 9 節(jié)流閥 DVP-10 10 - 80 10 液壓缸 - - - - 11 液壓缸 - -- - - 12 壓力繼電器 HED20A 10 - - 13 液控單向閥 MPW-03 10 - 120 14 單向閥 S10A 10 31.5 120 3.6 液壓缸結構設計 在輪對軸承壓裝機中，由于送對、頂對、夾緊缸形式一樣，因此以壓裝缸為例，對其進行說明： 缸體與缸蓋的連接形式：壓裝缸的缸體與缸蓋的連接形式都為螺紋連接。這種連接方式具有以下優(yōu)點：a.外形尺寸??；b.重量較輕。缺點：a.端部結構復雜，工藝要求較高；b.拆裝時需用專用工具；c.擰端蓋時易損壞密封圈。 活塞桿與活塞的連接結構：一級缸工作壓力大，活塞直徑較小，活塞桿與活塞的連接結構采用整體式結構；二級缸活塞桿與活塞的連接結構采用螺紋連接?；钊麠U導向部分的結構：一級缸活塞桿導向結構為導向套導向；二級缸活塞桿導向結構為端蓋直接導向。 圖3.6 油缸結構圖 活塞及活塞桿處密封圈的選用：一級缸密封圈選用高低唇Y型密封圈，型號：Y 110×90×16 GB10708.1-89以及Y 185×160×20 GB10708.1-89，材料都是耐油橡膠。二級缸活塞與缸體的密封圈選用V型密封圈，型號：V 250×220×49.5 GB10708-89，摩擦阻力大，耐久性好。 液壓缸的緩沖裝置：液壓缸帶動工作部件運動時，因運動件的質量較大，運動速度較高，在到達行程終點時，由于具有較大動量，會產(chǎn)生液壓沖擊和噪音，甚至使活塞與缸筒端蓋之間產(chǎn)生機械碰撞，嚴重影響工作精度并損壞整個系統(tǒng)。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在行程末端設置緩沖裝置。 液壓缸的排氣裝置：液壓缸第一次使用，或者長時間停止工作，液壓系統(tǒng)中的介質會因為自身重力作用或其他原因流出，致使系統(tǒng)中進入空氣。如果壓裝缸或油液中混入空氣，將會使壓裝缸動作不平穩(wěn)，嚴重影響壓裝質量，因此在壓裝機工作之前要確保將系統(tǒng)種的空氣排盡，排氣裝置最常見是在缸體最高位置設置 排氣裝置，因為氣體往往聚集在這里。排氣裝置通常有2種，一種是在缸體最高處開排氣孔，并用管道連接排氣閥進行排氣；還有一種是直接在液壓缸最高位置安裝排氣閥。兩種排氣裝置都是在液壓缸排氣時打開，排氣完成后關閉。通過活塞全行程往返移動數(shù)次排出氣體。液壓系統(tǒng)不在設計范圍內，圖上不予體現(xiàn)。 傳感器和調理器的選用：本機選用壓阻式壓力傳感器，型號為CYG-300。量程為，該傳感器芯片采用特殊工藝封裝，可靠性高、密封性好、頻響高、精度高、穩(wěn)定性好。適用于多種非蝕性氣體，內部線路相當于一個電橋，只是有一個橋壁是可變，當壓力發(fā)生變化時，可變橋壁的阻值發(fā)生變化，從而取得壓力變化信號，為了傳感器正常工作，必須提供其工作電流，該電流由信號調理器提供。 活塞桿穩(wěn)定性的驗算：兩級壓裝缸承受軸向壓縮載荷，參考設計手冊，若支承長度與活塞桿直徑之比小于，則無須考慮活塞桿彎曲穩(wěn)定性。否則，應校核活塞桿的縱向抗彎強度或穩(wěn)定性。液壓缸支承長度是指活塞桿全部外伸時，液壓缸支承點與活塞桿前端連接處之間的距離；為活塞桿直徑。本設計中明顯小于，故可以不考慮活塞桿的穩(wěn)定性。 3.7 其他附件說明 液壓控制元件用來控制液體流動的方向、壓力的高低以及對流量的大小進行預期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因為液壓控制元器件的靈活性，使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機械操縱法、電動操縱閥等。 　 除了上述元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過濾器、蓄能器和密封裝置。通過以上各個器件，我們就能夠建設出一個液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構成的相應的控制回路。根據(jù)不同的控制目標，我們能夠設計不同的系統(tǒng)，然后擬定系統(tǒng)的原理圖，其中這個原理圖是用液壓機械符號來表示的。之后通過計算選擇液壓器件，進而再完成各個系統(tǒng)的回路設計。 4 輪對軸承壓裝機結構設計 4 輪對軸承壓裝機結構設計 壓裝機由機體、液壓站和控制臺三部分組成，其主要結構由床身、液壓缸等組成。本章將從結構方面來分析說明。 4.1 輪對軸承壓裝機的布置 輪對軸承壓裝機的液壓站和控制臺相對主機應該就近布置，壓裝機結構設計成對稱性壓裝缸，其效率高，且對稱結構具有良好的穩(wěn)定性，能抵消一部分內力，其具體結構如圖4.1所示。 圖4.1 壓裝機結構圖 4.2 床身設計 輪對軸承壓裝機的床身分兩部分：底座部分；支座部分。 4.2.1 底座設計 底座的作用是將軸承壓裝機固定在地面上，起著連接作用，床身承受很大的拉力和彎矩，因此機座應具有良好的吸震性，能有效的抵抗外來的干擾，保證壓裝機的精度，如果床身不能有效的吸收外來震動，那么壓裝機將會移位，其精度肯定會下降很多。底座的材料我們選擇含有錳 、鉻、銅等合金元素的鑄鋼。合金元素總量一般小于5%，具有較大的沖擊韌性，并能通過熱處理獲得更好的機械性能。鑄造低合金鋼比碳鋼具有較優(yōu)的使用性能，能減小零件質量，提高使 畢業(yè)設計（論文） 用壽命。為適應特殊需要而煉制的合金鑄鋼，品種繁多，通常含有一種或多種高量合金元素，以獲得某種特殊性能。例如 ，含錳11%～14%的高錳鋼能耐沖擊磨損，多用于礦山機械、工程機械的耐磨零件；以鉻或鉻鎳為主要合金元素的各種不銹鋼，用于在有腐蝕或650℃以上高溫條件下工作的零件，如化工用閥體、泵、容器或大容量電站的汽輪機殼體等。底座的底部有地腳螺栓，地腳螺栓為受力件，一定要埋牢固，以防止在工作中松動從而引起床身變形，影響壓裝檢測精度。壓裝機大多采用可拆卸聯(lián)接，保證相互聯(lián)接的零件拆卸時不受任何損壞，而且拆卸后還能重新裝在一起，如缸體與端蓋采用外螺紋聯(lián)接，壓裝部分與支架，支架與底座之間都通過六角螺釘聯(lián)接。底座結構設計如圖4.2所示。 圖4.2 底座設計圖 4.2.2 支座設計 支座是用來安放液壓缸的，它安裝在底座上，與底座的連接為螺栓連接，由于油缸運動時帶有震動，支座能很好的吸收震動，支座的結構為封閉的箱體結構，具有良好的穩(wěn)定性。其材料為HT200，為較高強度鑄鐵，基體為珠光體，強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好；鑄造性能較好，需要進行人工時效處理。其具體結構圖4.3所示。 圖4.3 支座設計圖 5 油箱和其它液壓輔助元件的設計 5 油箱和其它液壓輔助元件的設計 液壓油箱的作用是貯存液壓油、分離液壓油中的雜質和空氣，同時還起到散熱的作用。 5.1 液壓油箱有效容積的計算 液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量V可概略的確定為： 在低壓系統(tǒng)中（<)可?。? 在中壓系統(tǒng)中（<）可?。? 在高壓系統(tǒng)中（）可?。? 式中：——液壓油箱有效容積； ——液壓泵額定流量。 在本次設計中，系統(tǒng)的額定壓力為，可確定為高壓系統(tǒng)，則： 本設計取油箱容積為。 5.2 液壓油箱的外形尺寸 液壓油箱的有效容積確定后，需設計液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長：寬：高）為或。為提高冷卻效率，在安裝位置不受限制時，可將液壓油箱的容積予以增大。如果所設計的液壓油箱能滿足現(xiàn)有尺寸系列的要求，則可以從中選取。本次設計中油箱選用BEX-800型油箱。 畢業(yè)設計（論文） 5.3 液壓油 5.3.1 液壓油的品種 各種液壓油都有其特性，選用液壓油主要是依據(jù)液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境、工作條件及液壓油的特性，選擇合適的液壓油品種和黏度。 1. 根據(jù)油泵的類型選油 一般而言，齒輪泵對液壓油的抗磨要求比葉片泵、柱塞泵低，因此齒輪泵可選用或油，而葉片泵、柱塞泵一般則選用油。 2. 根據(jù)液壓油的特性及液壓元件的材質選油 含鋅油在鋼-鋼摩擦體上性能很好，但由于含有硫對銅、銀敏感， 因此在含有銅、銀材質部件的系統(tǒng)不能應用，水易侵入的系統(tǒng)也盡量少用。 無灰抗磨油系具有優(yōu)良的水解安定性、破乳化性和可濾性，使用范圍較廣，因含有硫，對銅，銀材質部件系統(tǒng)不適用。 僅含磷的液壓油是具有中負荷水平的抗磨液壓油，其水解安定性、破乳化性、可濾性也不錯，由于不含硫所以對銀系統(tǒng)無傷害。 液壓系統(tǒng)中有鋁元件，則不能選用堿性液壓油。 3. 根據(jù)液壓系統(tǒng)的環(huán)境和工況條件選擇液壓油如下表所示。 表6.1 壓力油的選擇 壓力范圍 7.0MPa以下 7.0-14.0MPa 7.0-14.0MPa 14.0MPa以上 使用溫度 500C以下 500C以下 50-800C 80-1000C 室內固定液壓設備 HL HL或HM HM HM 露天、寒冷和嚴寒區(qū) HR HV或HS HV或HS HV或HS 地下、水上 HL HL或HM HL或HM HM 高溫熱源或明火附近 HFAE，HFAS HFB，HFC HFDR HFDR 5.3.2 液壓油的粘度 在選擇完品種后，需要確定其使用粘度級別。粘度選擇太大，液壓傳動損失大，系統(tǒng)效率低，油泵吸油困難。粘度太小，油泵內滲漏量大，容積損失增加， 畢業(yè)設計（論文） 同樣會使系統(tǒng)效率降低。因此必須針對系統(tǒng)、環(huán)境選擇一個適宜的粘度，使系統(tǒng)在容積效率和機械效率間求得最佳的平衡。 液壓油的粘度選擇主要取決于啟動、系統(tǒng)工作溫度和所用泵的類型。一般中、低壓室內固定液壓系統(tǒng)的工作溫度比環(huán)境溫度高。在此溫度下，液壓油應具有較好的粘度，粘度過低會增大磨損。一般要求粘度指數(shù)在以上。而在戶外高壓機械的液壓系統(tǒng)中（大于）工作溫度要比環(huán)境溫度高出，為減少滲漏，工作粘度最好在。同時，考慮到戶外溫差變化大，因此要求液壓油有較好的粘溫特性，粘度指數(shù)一般應在以上。為了防止泵的磨損，還需要限制最低粘度。 5.4 過濾器 過濾器是除去液體中少量固體顆粒的小型設備，可保護設備的正常工作，當流體進入置有一定規(guī)格濾網(wǎng)的濾筒后，其雜質被阻擋，而清潔的濾液則由過濾器出口排出，當需要清潔時，只要將可拆卸的濾筒取出，處理后重新裝入即可，因此，使用維護極為