畢業(yè)設(shè)計（論文）-轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機的液壓系統(tǒng)設(shè)計

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1、 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 第37頁 《機械認知實踐》上機大作業(yè)之 長文檔編排訓(xùn)練 專業(yè)班級： 鐵道車輛二班 學(xué) 號： 20097632 姓 名： 任課教師： 成 績：  西 南 交 通 大 學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機的液壓系統(tǒng)設(shè)計

2、 年 級: 200X 學(xué) 號: 200XXXX 姓 名: XXX 專 業(yè): 鐵道車輛 指導(dǎo)老師: XXX 年 月  200X年6月 院 系 機械工程系 專 業(yè) 鐵道車輛 年 級 200X級 姓 名 XXX 題 目 轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機的液壓系統(tǒng)設(shè)計

3、 指導(dǎo)教師 評 語

4、

5、 指導(dǎo)教師 (簽章) 評 閱 人 評 語

6、

7、 評 閱 人 (簽章) 成 績 答辯委員會主任 (簽章)

8、 年 月 日  畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 班 級 200X 級 學(xué)生姓名 XXX 學(xué) 號 200XXX 發(fā)題日期：200X年4月10日 完成日期： 6月25日 題 目 　轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機的液壓系統(tǒng)設(shè)計

9、 1、本論文的目的、意義： 隨著我國鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，對客、貨車輛的需求日益增加，一方面要求縮短車輛的檢修時間，另一方面要求安全可靠。對提高貨車的檢修質(zhì)量而言，轉(zhuǎn)向架的檢修是一道必不可少的工序。其中轉(zhuǎn)向架的底部是重點檢修部位之一，若采用傳統(tǒng)的手段，由于其工位較低，存在工人勞動強度大、安全性差、工作效率低等缺點。因此為能夠改善這些狀況，設(shè)計制造一種安全可靠的貨車轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機是非常必要的，而其中最為重要的液壓系統(tǒng)的設(shè)計更是重中之。

10、 2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)： 學(xué)生通過對設(shè)計方案的比較，確定其設(shè)計方案，并設(shè)計液壓系統(tǒng)原理圖；然后通過相關(guān)計算，確定液壓元件的主要技術(shù)參數(shù)，并選擇液壓元件；最后對液壓系統(tǒng)進行性能驗算與校核。學(xué)生應(yīng)繪制液壓原理圖1張，A1圖幅；完成與本設(shè)計相關(guān)的1萬

11、英語字符的翻譯；寫不少于15000字的設(shè)計說明書。  3、設(shè)計各部分內(nèi)容及時間分配：（共 11 周） 第一部分

12、 收集資料及實習(xí) （ 2周 ） 第二部分 設(shè)計方案的比較和確定 （ 2周 ） 第三部分 設(shè)計并繪制液壓系統(tǒng)原理圖 　　 （ 2周 ） 第四部分 選擇與設(shè)計液壓元件 　　　　　　　 （ 2周 ） 第五部分 性能驗算與校核　　　　　　　　　 （ 1周 ） 第六部分 畢業(yè)論文寫作

13、 （ 1周 ） 評閱及答辯　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 （ 1周 ） 備 注 參考文獻： 1.章洪甲，黃誼，王積偉主編.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，2003 2.宋京其主編.液壓平衡回路辨析

14、.液壓與氣動，2005，1：74~76 3.雷天覺主編.新編液壓工程手冊.北京：北京理工大學(xué)出版社，1998 4.張利平主編.液壓與氣動設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1997 5.章洪甲，黃誼主編.液壓傳動習(xí)題集.北京：機械工業(yè)出版社，2000

15、 6.官忠范主編.液壓傳動系統(tǒng).北京：機械工業(yè)出版社，1989 7.有關(guān)教材 8.有關(guān)專業(yè)期刊，會議資料 9.國外相關(guān)車

16、輛設(shè)計資料 10.現(xiàn)場相關(guān)資料 　 指導(dǎo)教師：XXX　　　 200X年4月10日 審 批 人： 年 月 日  摘要 隨著我國鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，對客、貨車輛的需求日益增加，一方面要求縮短車輛的檢修時間，另一方面

17、要求安全可靠。對提高轉(zhuǎn)向架的檢修質(zhì)量而言，用轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機作業(yè)是非常必要的，而其中最為重要的液壓系統(tǒng)的設(shè)計更是重中之重。 本次設(shè)計是對貨車轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機液壓系統(tǒng)的一次探討和改進。首先，根據(jù)轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機主機的相關(guān)情況及翻轉(zhuǎn)機的工作要求，構(gòu)思出多種液壓系統(tǒng)方案，并進行比較、確定、繪制液壓系統(tǒng)原理圖；然后對該液壓系統(tǒng)的受力部分進行詳細的負載分析，進而計算出各液壓執(zhí)行元件的主要尺寸和參數(shù)；接著設(shè)計出與該液壓系統(tǒng)配套的液壓能源裝置、輔件、控制元件及密封裝置和元件；最后，對液壓系統(tǒng)進行相關(guān)的性能驗算，完成本次設(shè)計的全部內(nèi)容。 科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，液壓技術(shù)也正發(fā)生著日新月異的變化。作為液壓技術(shù)技術(shù)中的一小方

18、面應(yīng)用——轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機的液壓系統(tǒng)，主要向著以下幾方面發(fā)展：(1)小體積，大功率；(2)集成化、模塊化；(3)高度智能化。 關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機；液壓系統(tǒng)；設(shè)計  Abstract Along with the rapid development of railway construction in passenger and cargo traffic increasing demand,on the one hand, the time required to reduce vehicle maintenance, on the other hand, requi

19、res a safe and reliable. Bogie overhaul to improve the quality, the use of bogie overturned aircraft operations is essential and the most important hydraulic system design is essential. This design of the vehicle is to explore and improve a bogie overturned aircraft hydraulic system. First of all,

20、according to bogie overturned on the basis of the relevant circumstances and work requirements of turnover machine mainframe machines, we make the idea of a hydraulic system program, and comparisons, identification, mapping hydraulic systems theory. Then we make a detailed analysis of load to part o

21、f the hydraulic system to power, and calculate the hydraulic parameters and size of the main components. Then we design hydraulic systems associated with the hydraulic energy devices, des pieces, control components and sealed devices and components. Finally, related to the hydraulic system performan

22、ce checking computations, with the completion of the current design of the entire contents. With rapid development of science and technology, hydraulic technology is undergoing rapid changes. Hydraulic technology as a small technology applications—— bogie overturned aircraft hydraulic systems, main

23、ly toward the following areas of development : (1) the small size, high power; (2) integrated, modular; (3) highly intelligent. Key word： Bogie overturned; hydraulic system; Design 目 錄 緒 論 10 1.1液壓傳動的簡介 10 1.2液壓傳動在轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機中的應(yīng)用和發(fā)展 11 第2章 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 12 2.1液壓系統(tǒng)使用要求 12 2.1.1主機簡介 12 2

24、.1.2液壓系統(tǒng)的任務(wù)和要求 13 2.2多方案的提出、比較與確定 13 2.3液壓系統(tǒng)原理圖的說明 14 2.4負載特性分析 15 2.4.1平移機構(gòu)負載特性分析 16 2.4.2升降機構(gòu)負載特性分析 16 2.4.3夾緊機構(gòu)負載特性分析 17 2.4.4 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)負載特性分析 18 第3章 液壓執(zhí)行元件的設(shè)計計算與選用 19 3.1液壓執(zhí)行元件類型的選擇 19 3.2執(zhí)行元件的設(shè)計計算 20 3.2.1平移液壓缸的設(shè)計計算 20 3.2.2升降液壓缸的設(shè)計計算 21 3.2.3夾緊液壓缸的設(shè)計計算 23 3.2.4液壓馬達的設(shè)計計算 24 第四章 液壓能源裝

25、置設(shè)計 25 4.1液壓泵站類型的選擇 25 4.2液壓泵的計算與選擇 26 4.3油箱的設(shè)計與計算 26 4.4過濾器的選擇 27 第五章 液壓控制元件的選用與計算 28 5.1溢流閥的選擇 28 5.2流量閥的選擇 29 5.3換向閥的選擇 29 5.4單向閥及液控單向閥的選擇 29 第六章 液壓系統(tǒng)密封裝置選用與設(shè)計 30 6.1影響密封性能的因素與密封裝置的設(shè)計要點 31 6.1.1影響密封性能的因素 31 6.1.2密封裝置的設(shè)計要點 31 6.2密封件的選用 31 第7章 液壓系統(tǒng)性能估算 32 7.1系統(tǒng)壓力損失驗算 32 7.2系統(tǒng)發(fā)熱與溫升

26、估算 33 結(jié) 論 35 致 謝 36 參考文獻 36   緒 論 液壓傳動是以液壓液作為工作介質(zhì)對能量進行傳遞和控制的一種傳動形式，相對于機械傳動來說，它是一門新技術(shù)。但如從17世紀末巴斯卡提出靜壓傳遞原理，18世紀末英國制成世界上第一臺水壓機算起，也有二三百年的歷史了。而近代液壓傳動在工業(yè)上的真正推廣使用，則是在本世紀中葉以后的事。近幾十年來，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，且滲透到液壓技術(shù)中并與之密切結(jié)合，是其應(yīng)用領(lǐng)域遍及到各個工業(yè)部門，已成為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、提高勞動生產(chǎn)率等必不可少的重要手段之一。 1.1液壓傳動的簡介 1.液壓傳動：它是以液壓

27、油為工作介質(zhì)，通過動力元件(油泵)將原動機的機械能變?yōu)橐簤河偷膲毫δ埽偻ㄟ^控制元件，然后借助執(zhí)行元件(油缸或油馬達)將壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載實現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運動，且通過對控制元件遙控操縱和對流量的調(diào)節(jié)，調(diào)定執(zhí)行元件的力和速度。當(dāng)外界對上述系統(tǒng)有擾動時，執(zhí)行元件的輸出量一般要偏離原有調(diào)定值，產(chǎn)生一定的誤差。 2.液壓控制：和液壓傳動一樣，系統(tǒng)中也包括動力元件、控制元件和執(zhí)行元件，也是通過油液傳遞功率。二者不同之點是液壓控制具有反饋裝置，反饋裝置的作用是執(zhí)行元件的輸出量(位移、速度、力等機械量)反饋回去與輸入量(可以是變化的，也可以是恒定的)進行比較，用比較后的偏差來控制系統(tǒng)，使執(zhí)行元件的

28、輸出隨輸入量的變化而變化或保持恒定。它是一種構(gòu)成閉環(huán)回路的液壓傳動系統(tǒng)，也叫液壓隨動系統(tǒng)或液壓伺服系統(tǒng)。 液壓傳動系統(tǒng)中用的是通斷式或邏輯式控制元件，就其控制目的，是保持被調(diào)定值的穩(wěn)定或單純變換方向，也叫定值和順序控制元件。 液壓控制系統(tǒng)中用的是伺服控制元件，具有反饋結(jié)構(gòu)，并用電氣裝置進行控制，有較高的控制精度和響應(yīng)速度，所控制的壓力和流量常連續(xù)變化。輸出功率可放大。 比例控制是介于上述二者之間的一種控制，所用比例控制閥是在通斷式控制元件和伺服控制元件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的電――液控制元件，兼?zhèn)淞松鲜鰞深愒囊恍┨攸c，用于用手調(diào)的通斷式控制不能滿足要求，但也不需要伺服閥對液壓系統(tǒng)

29、那樣嚴格的污染控制要求的場合。 3.在目前四大類傳動方式(機械、電氣、液壓和氣壓)中，沒有一種動力傳動是十全十美的，而液壓傳動具有下述極其明顯的優(yōu)點： (1)從結(jié)構(gòu)上看，其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出功率在四類傳動方式中是力壓群芳的，有很大的力矩慣量比，在傳遞相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活。 (2)從工作性能上看，速度、扭矩、功率均可無級調(diào)節(jié)，動作響應(yīng)性快，能迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，調(diào)速范圍可達100：l到2000：1；動作快速性好，控制、調(diào)節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力，便于與電氣控制相配合，以及與CPU(計算機)的連接，便于實現(xiàn)自動

30、化。 (3)從使用維護上看，元件的自潤滑性好，易實現(xiàn)過載保護與保壓，安全可靠；元件易于實現(xiàn)系列化、標準化、通用化。 (4)所有采用液壓技術(shù)的設(shè)備安全可靠性好。 (5)經(jīng)濟：液壓技術(shù)的可塑性和可變性很強，可以增加柔性生產(chǎn)的柔度，和容易對生產(chǎn)程序進行改變和調(diào)整，液壓元件相對說來制造成本也不高，適應(yīng)性比較強。 (6)液壓易與微機控制等新技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成“機-電-液-光”一體化已成為世界發(fā)展的潮流，便于實現(xiàn)數(shù)字化。 4.任何事物都是一分為二的，液壓傳動也不例外，有以下缺點： (1)液壓傳動因有相對運動表面不可避免地存在泄漏，同時油液不是絕對不可壓縮的，加上油管等彈性變形，液壓傳動不能得到嚴

31、格的傳動比，因而不能用于如加工螺紋齒輪等機床的內(nèi)聯(lián)傳動鏈中。 (2)油液流動過程中存在沿損失、局部損失和泄漏損失，傳動效率較低，不適宜遠距離傳動。 (3)在高溫和低溫條件下，采用液壓傳動有一定的困難。 (4)為防止漏油以及為滿足某些性能上的要求，液壓元件制造精度要求高，給使用與維修保養(yǎng)帶來一定困難。 (5)發(fā)生故障不易檢查，特別是液壓技術(shù)不太普及的單位，這一矛盾往往阻礙著液壓技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用。液壓設(shè)備維修需要依賴經(jīng)驗，培訓(xùn)液壓技術(shù)人員的時間較長。 1.2液壓傳動在轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機中的應(yīng)用和發(fā)展 液壓傳動是以流體作為工作介質(zhì)對能量進行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的液體經(jīng)由一些機

32、件控制之后來傳遞運動和動力。相對于電力拖動和機械傳動而言，液壓傳動具有輸出力大，重量輕，慣性小，調(diào)速方便以及易于控制等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于工程機械，建筑機械、鐵道車輛和機床等設(shè)備上。 轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機作為鐵道車輛中轉(zhuǎn)向架的檢修設(shè)備，必然用到液壓技術(shù)。我國早在20世紀60年代時，就出現(xiàn)了簡單的液壓翻轉(zhuǎn)機。該機除起升機構(gòu)采用螺桿式機械裝置外，送進、夾緊及翻轉(zhuǎn)機構(gòu)都采用液壓缸來執(zhí)行。后來又出現(xiàn)了全液壓轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機。改機全套機構(gòu)都采用單活塞桿液壓缸來實現(xiàn)，液壓傳動在轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機中此得到充分應(yīng)用，走向成熟。 隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅猛發(fā)展和微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，液壓技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合，液壓傳動技術(shù)在轉(zhuǎn)向架

33、翻轉(zhuǎn)機的應(yīng)用有如下趨勢； 1.體積小、功率高、可靠性高 為了能在盡可能小的空間里傳遞盡可能大功率，液壓元件的結(jié)構(gòu)不斷地在向小型化發(fā)展。市場上出現(xiàn)了一種新型的被稱為“肌腱”的執(zhí)行元件。它的形狀像一根兩端有接頭的軟管，把它接入系統(tǒng)使用時，它的徑向和軸向都會發(fā)生伸縮，軸向的伸縮量可達其總長的15%--30%。在相同條件下，它的作用力是普通汽缸的10倍。這種元件抗污染，運動時不會生抖動，在有些場合還可用它的徑向膨脹去夾持工件等，是一種極有應(yīng)用前景的元件，而微型元件也得到發(fā)展，如活塞直徑小到2.5mm的汽缸，10mm寬的氣閥以及相關(guān)的輔助元件已成為系列化產(chǎn)品。由于這些元件能在0.2---0.7Mpa

34、壓力下工作，所以可被方便地集成到標準的系統(tǒng)中。新小型閥，在流量相同時，它的體積僅是過去的7%。這些小，微型的元件相信在不久的將來必然用到轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機之中。 2.與微電子結(jié)合，走向智能化 液壓技術(shù)從本世紀70年代中期起就開始和微電子工業(yè)接觸，并相互結(jié)合。在迄今30多年時間內(nèi)，結(jié)合層次不斷提高，由簡單拼裝，分散混合到總體組合，出現(xiàn)了多種形式的獨立產(chǎn)品如數(shù)字液壓泵，數(shù)字閥，數(shù)字液壓缸等，其中的高級形式已發(fā)展到把編了程的芯片和液壓控制元件，液壓執(zhí)行元件或能源裝置，檢測反饋裝置，數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，集成電路等匯成一體，這種匯在一起的聯(lián)結(jié)體只要一收到微處理機或微型計算機處送來的信息，就能實現(xiàn)預(yù)先規(guī)定的任務(wù)。

35、 液壓技術(shù)的智能化階段雖然開始不久，但是從它的星星點點實踐成功的事例來看，成果已非常誘人。例如，折臂式小汽車裝卸器能把小汽車吊起來，拖入集裝箱內(nèi)，按最緊湊的排列位置堆放好，最多時能裝入8輛。裝卸器內(nèi)裝有微型計算機，它能按預(yù)定程序操縱8個液壓缸，在傳感器的配合下協(xié)調(diào)連桿機構(gòu)的動作，完成堆裝任務(wù)。卸車時的操作按相反的順序協(xié)調(diào)動作，以使受訓(xùn)練的波音民航噴氣客機駕駛員不用上天就可以經(jīng)歷6個自由度的顛簸搖擺，座椅振動，著陸彈跳等項的運動感覺，并能對駕駛員的操作作出擬真的響應(yīng)。 總之，液壓技術(shù)在與微電子技術(shù)緊密結(jié)合后，在微型計算機或微處理機的控制下，可以進一步拓寬它的應(yīng)用領(lǐng)域，形形式式機器人和智能元件

36、的使用不過是它最常見的例子而已。相信在不久的將來我們就可以看到的高智能化的轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機。 可以預(yù)見，為滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需要，液壓技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，它在鐵道車輛檢修設(shè)備中的應(yīng)用會越來越廣泛。 第2章 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計 2.1液壓系統(tǒng)使用要求 2.1.1主機簡介 轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機是用來翻轉(zhuǎn)側(cè)架和搖枕的機器，它一般布置在檢修車間小環(huán)行流水線的固定工作臺上。由于其自動化程度較高，因而能很大的減輕檢修工人的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。 轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機主機結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 圖2-1 轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機主機結(jié)構(gòu) 1.轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機主機主要由平移機構(gòu)、升降機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)

37、四大部分組成。其性能要求：噪音小、工作平穩(wěn)、可靠、操作簡單等。 2.主機的工藝循環(huán)為：轉(zhuǎn)向架到位→前進→上升→夾緊→翻轉(zhuǎn)→回轉(zhuǎn)→松開→下降→后退→轉(zhuǎn)向架送走，如此反復(fù)。 2.1.2液壓系統(tǒng)的任務(wù)和要求 液壓系統(tǒng)的任務(wù)是完成4個功能：前進(后退)、上升(下降)、夾緊(松開)、翻轉(zhuǎn)(回轉(zhuǎn))，分別由平移機構(gòu)、升降機構(gòu)、夾緊機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)完成對應(yīng)的功能。 對液壓系統(tǒng)工作性能的要求：運動平穩(wěn)、定位精度和轉(zhuǎn)換精度高、自動化程度高、工作性能好、散熱性能好、振動、沖擊與噪聲小、安全可靠、采用電-液一體化控制。 2.2多方案的提出、比較與確定 通過對主機的相關(guān)情況及其配套的液壓系統(tǒng)的任務(wù)和要求可設(shè)計

38、出多種系統(tǒng)方案滿足所需設(shè)計液壓系統(tǒng)的要求。 1.方案一 其液壓系統(tǒng)原理如圖2-2所示。 圖2-2 方案一的翻轉(zhuǎn)機液壓系統(tǒng)原理圖 2.方案二 其液壓系統(tǒng)原理圖如圖2-3所示。 比較對照圖2-2和2-3，我們可以看出兩圖的主油路基本相同，不同的是在支回路上： (1)在升降機構(gòu)及夾緊機構(gòu)的油路上，方案二的原理圖多了2個分流集流閥。根據(jù)分流集流閥的定義：這是一種同步控制閥，其功能是一個油源按一定的流量比例(一般相同)同時向兩個液壓缸或馬達供油(分流)或接受回油(集流)，而兩路流量(即執(zhí)行元件速度)不受負載壓力變化的影響；分流集流閥具有壓力補償?shù)墓δ?。而在轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機工作時，轉(zhuǎn)向架兩

39、邊極有可能不處于水平位置，這就要求液壓系統(tǒng)有矯正措施，而分流集流閥正好可以滿足此點； 圖2-3 方案二的液壓系統(tǒng)原理圖 (2)在翻轉(zhuǎn)執(zhí)行元件上的選擇不同：方案一選擇用2個液壓缸，而方案二則選擇用2個液壓馬達來實現(xiàn)。在液壓產(chǎn)品中，能單獨實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動執(zhí)行元件的唯一產(chǎn)品是液壓馬達。在方案一中，用液壓缸實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，必然要添加一些機械裝置，這就造成了機器機構(gòu)復(fù)雜，成本高，維修不方便。 通過上述比較分析，我們選擇方案二。 2.3液壓系統(tǒng)原理圖的說明 圖2-3所示為選定的轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機的液壓系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)的執(zhí)行器有兩個起升液壓缸26和27、兩個水平伸縮液壓缸28和29、兩個夾緊液壓缸30和3

40、1、兩個翻轉(zhuǎn)液壓馬達33和34。上述每兩個液壓執(zhí)行元件的油路為并聯(lián)連接，并依次分別由電磁換向閥10、11、12、13控制運動方向。起升液壓缸、夾緊液壓缸和翻轉(zhuǎn)液壓馬達分別設(shè)與液壓鎖17、18和19。系統(tǒng)采用單向定量液壓泵3供油，工作壓力由電磁溢流閥2調(diào)定，當(dāng)其電磁鐵斷電時，液壓泵可卸荷。 系統(tǒng)的工作原理如下： 1.平移液壓缸回路 通過二位二通電磁換向閥24和25工作位置的組合，可使兩個平移液壓缸28和29實現(xiàn)聯(lián)動或單動。聯(lián)動時，將控制開關(guān)轉(zhuǎn)換到聯(lián)動位置，按動平移缸的伸出按鈕，換向閥24和25分別切換至左位和右位，三位四通電磁換向閥11切換至右位，液壓泵3的壓力油經(jīng)閥11和閥24、25同時

41、進入平移液壓缸28和29的無桿腔，兩個平移缸活塞桿同時伸出，完成翻轉(zhuǎn)機手臂對準工件的動作；按動平移缸縮回按鈕，換向閥24和25仍保持在左位和右位，換向閥11切換至左位，液壓泵的壓力油經(jīng)換向閥11左位進入平移缸28、29的有桿腔，兩個缸同時縮回，完成翻轉(zhuǎn)機手臂收回的動作。如果因臺車上的搖枕側(cè)架放置不當(dāng) (如不處于水平位置)，需要單獨調(diào)整某平移缸的伸出長度時，可把開關(guān)轉(zhuǎn)換至單動位置(換向閥24和25中，一個接通，另一個斷開)，使單個液壓缸的活塞桿伸出或縮回，達到要求的位置。 2.升降液壓缸回路 通過二位二通電磁換向閥22和23工作位置的組合，可使兩個平移液壓缸26和27實現(xiàn)聯(lián)動或單動。聯(lián)動時，

42、將控制開關(guān)轉(zhuǎn)換到聯(lián)動位置，按動升降缸的起升按鈕，換向閥22和23分別切換至左位和右位，三位四通電磁換向閥10切換至右位，液壓泵3的壓力油經(jīng)閥10右位、平衡閥14中的單向閥、液壓鎖17的右單向閥、分流集流閥20、換向閥22的左位和23的右位，進入升降液壓缸26和27的無桿腔，同時導(dǎo)通17的左側(cè)液控單向閥，有桿腔經(jīng)此閥向油箱排油，兩個升降缸活塞桿同時上升，完成工件的起升動作；按動升降缸下降按鈕，換向閥10切換至左位，換向閥22和23仍分別保持在左位和右位，液壓泵的壓力油經(jīng)換向閥10左位、液壓鎖17的左側(cè)單向閥、同時進入升降缸26、27的有桿腔，同時導(dǎo)通17的右側(cè)液控單向閥，無桿腔經(jīng)此閥向油箱排油，

43、兩個缸的活塞桿同時下降，完成工件的下降動作。如果由于某種原因 (如搖枕側(cè)架不處于水平位置)，需要單獨調(diào)整某升降缸的伸出長度時，可把開關(guān)轉(zhuǎn)換至單動位置(換向閥22和23中，一個接通，另一個斷開)，從而使單個液壓缸的活塞桿起升或下降，達到要求的位置。 3.夾緊液壓缸回路 按動夾緊按鈕，二位四通電磁換向閥12切換至左位，液壓泵3的壓力油經(jīng)閥12左位、液壓鎖18左側(cè)單向閥、單向節(jié)流閥21的單向閥、分流集流閥32，同時進入夾緊缸30、31的無桿腔，并導(dǎo)通18的右側(cè)液控單向閥供有桿腔回油，兩個缸的活塞桿同時伸出，活塞桿夾住搖枕側(cè)架，油壓隨之升高，達到壓力繼電器35的設(shè)定壓力時，發(fā)出信號，換向閥12斷電

44、復(fù)至右位，由單向節(jié)流閥21、雙向液壓鎖18實現(xiàn)保壓，完成夾緊工件的動作；保壓結(jié)束后，液壓泵3的壓力油經(jīng)換向閥12右位、液壓鎖18右側(cè)單向閥，進入夾緊缸30、31有桿腔，并導(dǎo)通閥18的左側(cè)液控單向閥供無桿腔回油，兩個缸的活塞桿同時縮回，完成松開工件動作。 4.翻轉(zhuǎn)液壓馬達回路 按動翻轉(zhuǎn)按鈕，三位四通電磁換向閥13切換至右位，液壓泵3的壓力油經(jīng)閥13右位、平衡閥16中的單向閥、液壓鎖19右側(cè)單向閥，同時進入液壓馬達33、34的進油腔，并導(dǎo)通19的左側(cè)液控單向閥供馬達排油腔的油液回油箱，完成工件翻轉(zhuǎn)動作；按動回翻按鈕，換向閥13切換至左位，液壓泵3的壓力油經(jīng)換向閥12左位、液壓鎖19的右側(cè)單向閥

45、、平衡閥15，同時進入液壓馬達33、34的進油腔(此時馬達的進、出油口互換)，并導(dǎo)通19的右側(cè)液控單向閥供馬達排油腔的油液回油箱，完成工件回翻動作。 2.4負載特性分析 液壓系統(tǒng)承受的負載可由主機的規(guī)格規(guī)定，可由樣機通過實驗測定，也可以由理論分析確定，當(dāng)用理論分析確定系統(tǒng)的實際負載時，必須仔細考慮它所有的組成項目，例如：工作負載(切削力、擠壓力、彈性塑性變形抗力、重力等)、慣性負載和阻力負載(摩擦力、背壓力)等。相關(guān)主機物理參數(shù)由《轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)機的機械系統(tǒng)設(shè)計》供給。摩擦系數(shù)如表2-1。 表2-1 摩擦系數(shù) 導(dǎo)軌類型 導(dǎo)軌材料 運動狀態(tài) 摩擦系數(shù) 滑動導(dǎo)軌 鑄

46、鐵對鑄鐵 起動時 低速（） 高速（） 0.15 ~ 0.2 0.1 ~ 0.12 0.05 ~ 0.08 滾動導(dǎo)軌 鑄鐵對滾珠（柱） 淬火鋼導(dǎo)軌對滾柱 0.005 ~ 0.02 0.003 ~ 0.006 靜壓導(dǎo)軌 鑄鐵 0.005 2.4.1平移機構(gòu)負載特性分析 平移機構(gòu)的工作循環(huán)為“起動→加速→勻速前進→制動→停止→加速→勻速后退→制動→停止” ,其中加速和制動時間不超過0.2；勻速運動時的速度為6；動力滑臺采用滑動導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)可由附錄中的表附2-2查得；行程為420；液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使用液壓缸。 1.外負載 平移液壓缸在前進和后

47、退的過程中沒有受到來自轉(zhuǎn)向架的力的作用，所以外負載 2.慣性負載 平移機構(gòu)部件的總質(zhì)量 kg N 3.阻力負載 平移機構(gòu)對動力滑動導(dǎo)軌的法向力為 N 靜摩擦力 N 動摩擦力 N 由此得出平移液壓缸在各工作階段的負載如表2-1所示。 表2-2 平移液壓缸在各工作階段的負載 工 況 負載組成 負載值F 起 動 196N 加 速 （前進或后退） 198N 勻速 （前進或后退） 98N 制動 （前進或后退） 198N 注：

48、不考慮動力滑臺上顛復(fù)力矩的作用 2.4.2升降機構(gòu)負載特性分析 升降機構(gòu)的工作循環(huán)為“起動→加速→勻速上升→制動→停止→加速→勻速下降→制動→停止” ,其中加速和制動時間不超過0.2s；勻速運動時的速度為6m/min；動力滑臺采用滑動導(dǎo)軌，其摩擦系數(shù)可由表附2-1查得；行程為440mm；液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使用液壓缸，升降機構(gòu)的質(zhì)量kg，轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量kg。 1.外負載 N 2.慣性負載 N 3.阻力負載 升降機構(gòu)對動力滑動導(dǎo)軌的最大法向力為：當(dāng)轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)90時，要使其不下滑，夾緊液壓缸必須給其一個法向力， N N 靜摩擦力 N 動摩擦力

49、 N 由此得出升降液壓缸在各工作階段的負載如表2-2所示。 表2-3 升降液壓缸在各工作階段的負載 工 況 負載組成 負載值F 起 動 70560N 加速上升 66260N 勻速上升 65660N 制 動 55260N 加速下降 55260N 勻速下降 55860N 注意：為翻轉(zhuǎn)角度 2.4.3夾緊機構(gòu)負載特性分析 夾緊機構(gòu)的工作循環(huán)為“起動→加速→勻速下降→制動→停止→加速→勻速上升→制動→停止” ,其中加速和制動時間不超過0.2s；勻速運動時的速度為6m/min；行程為1

50、50mm；夾緊機構(gòu)部件的質(zhì)量 kg；液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使用液壓缸。 1.外負載 夾緊機構(gòu)在上升和下降的過程中只受到部件本身重力的作用。但是在夾緊后 必須要對側(cè)架有法向力的作用才能使轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)時不至于滑動，也即壓力繼電器的調(diào) 定壓力。 這個法向力的大小可如下求得： 當(dāng)轉(zhuǎn)向架翻轉(zhuǎn)90時，有 N 所以，外負載為 N 2.慣性負載 N 3.阻力負載 夾緊機構(gòu)部件在動力滑動導(dǎo)軌的法線上沒有力的作用，所以阻力為零。 由此得出夾緊液壓缸在各工作階段的負載如表2-3所示。 表2-4 夾緊液壓缸在各工作階段的負載 工 況 負載組成 負載值F 起

51、 動 49019.6N 加速下降 49018.6N 勻速下降 49019.6N 制 動 49020.6N 加速上升 49020.6N 勻速上升 49019.6N 2.4.4 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)負載特性分析 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作循環(huán)為“起動→加速→勻速翻轉(zhuǎn)→制動→停止→加速→勻速回轉(zhuǎn)→制動→停止” ,其中加速和制動時間不超過0.2s；勻速翻轉(zhuǎn)是的角速度r/min；翻轉(zhuǎn)角度為；最高工作壓力8MPa,液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使用液壓馬達。 1.外負載轉(zhuǎn)矩 由于夾緊液壓缸對轉(zhuǎn)向架力的作用點離液壓馬達轉(zhuǎn)動軸的中心線的距離，所以外負載轉(zhuǎn)矩 N·m 2.慣性轉(zhuǎn)矩

52、 把轉(zhuǎn)向架假想為一均質(zhì)細長桿，其長度mm(轉(zhuǎn)8A轉(zhuǎn)向架6種型號尺寸的平均值)，則 轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)動慣量 kg·m2 回轉(zhuǎn)半徑 m 慣性轉(zhuǎn)矩 N·m 3.阻力轉(zhuǎn)矩 由于馬達是旋轉(zhuǎn)元件，在其轉(zhuǎn)動軸上不存在著法向力，因此阻力轉(zhuǎn)矩為零。 由此得出液壓馬達在各工作階段的負載如表2-4所示。 表2-5 液壓馬達在各工作階段的負載 工 況 負載組成 負載值F 起 動 4900N·m 加速翻轉(zhuǎn) 5597N·m 勻速翻轉(zhuǎn) 4900N·m 制 動 4203N·m 加速回轉(zhuǎn) -4203N·m 勻速

53、回轉(zhuǎn) -4900N·m 制 動 -5597N·m 第3章 液壓執(zhí)行元件的設(shè)計計算與選用 3.1液壓執(zhí)行元件類型的選擇 液壓系統(tǒng)采用的執(zhí)行元件的類型，根據(jù)主機所要實現(xiàn)的運動形式（平移、升降和翻轉(zhuǎn)）和性質(zhì)（速度和負載的大小）而定，同時參照表3-1來選擇。 表3-1 液壓執(zhí)行元件類型 名 稱 特 點 使 用 場 合 雙活塞桿液壓缸 雙向?qū)ΨQ 雙向工作的往復(fù)運動 單活塞液壓缸 有效工作面積大、雙向不對稱 往返不對稱的直線運動，差動連接可實現(xiàn)快進，往返速度相等 柱塞缸 結(jié)構(gòu)簡單 單向工作，靠重力或其他外力返回 擺

54、動缸 單葉片式轉(zhuǎn)角小于 單葉片式轉(zhuǎn)角小于 小于的擺動運動 小于的擺動運動 齒輪馬達 結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜 高轉(zhuǎn)速，低扭矩的回轉(zhuǎn)運動 葉片馬達 體積小，轉(zhuǎn)動慣量小 高速低扭矩，動作靈敏的回轉(zhuǎn)運動 擺線齒輪馬達 體積小，輸出扭矩大 低速，小功率，大扭矩的回轉(zhuǎn)運動 軸向柱塞馬達 運動平穩(wěn)、扭矩大、轉(zhuǎn)速范圍寬 大扭矩回轉(zhuǎn)運動 徑向柱塞馬達 轉(zhuǎn)速低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸出扭矩大 低速大扭矩回轉(zhuǎn)運動 選定結(jié)果如下： 1.平移液壓缸—單活塞桿液壓缸； 2.升降液壓缸—單活塞桿液壓缸； 3.夾緊液壓缸—單活塞桿液壓缸； 4.液壓馬達—柱塞馬達中的低速馬達； 3.2執(zhí)行元

55、件的設(shè)計計算 依據(jù)上述各機構(gòu)(平移機構(gòu)、升降機構(gòu)、夾緊機構(gòu)及翻轉(zhuǎn)機構(gòu))的外負載可求得各機構(gòu)中的執(zhí)行元件的主要參數(shù)。 3.2.1平移液壓缸的設(shè)計計算 1.缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑 由表3-2可知，平移機構(gòu)在最大負載約為200N時液壓系統(tǒng)宜取壓力MPa。 表3-2 按負載選擇液壓執(zhí)行元件的工作壓力 載荷/(kN) <5 5 ~ 10 10 ~ 20 20 ~ 30 30 ~ 50 >50 工作壓力(MPa) <0.8 ~ 1 1.5 ~ 2 2.5 ~ 3 3 ~ 4 4 ~ 5 ≥5 ~ 7 鑒于動力滑臺要求前進、后退速度相等，這里的液壓缸又選用單活塞桿式，

56、所以作差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積應(yīng)為有桿腔有桿腔的2倍，即，而活塞桿直徑與缸筒直徑成的關(guān)系。 在手臂加速前伸時，為防止其突然前沖，按表3-3取MPa。勻速前進時液壓缸作差動連接，管路中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按0.2MPa考慮。加速后退時回油腔中是有背壓的，這時也可按0.3MPa估算。 系 統(tǒng) 類 型 背壓阻力 MPa 中低壓系統(tǒng)或輕載節(jié)流調(diào)速系統(tǒng) 0.2 ~ 0.5 回油路帶調(diào)速閥或背壓閥的系統(tǒng) 0.5 ~ 1.5 采用輔助泵補油的閉式油路系統(tǒng) 1.0 ~ 1.5 采用多路閥的復(fù)雜的中高壓系統(tǒng)(工程機械)

57、1.2 ~ 3.0 表3-3 背壓阻力 由加速運動時的負載值可計算出液壓缸面積 m2 m2 m m 將這些直徑按GB2348—80圓整成就近標準值得 m、m 由此得出液壓缸兩腔的實際有效面積為m2， m2。經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。 根據(jù)上述值及公式(3-1) 、(3-2) 、(3-3)，可估算出液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，如表3-4所示。 起動、加速前進、勻速： (3-1) 加速后退：

58、 (3-2) 制動： (3-3) 表3-4 平移液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值 工 況 負載 F/(N) 回油腔壓力 /(MPa) 進油腔壓力 /(MPa) 輸入流量 m3·s-1 輸入功率 P/(KW) 起 動 196 0 0.163 — — 加速前進 198 0.3 1.06 0.1256 0.133 勻 速 98 0.2 0.681

59、 0.1256 0.086 加速后退 198 0.3 0.417 0.3768 0.157 制 動 198 0.3 0.266 0.5024 0.133 注：液壓缸的機械效率取=0.96 2.缸筒長度 由最大工作行程決定， mm 3.2.2升降液壓缸的設(shè)計計算 1.缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑 由表附3-2可知，升降機構(gòu)在最大負載約為70560N時液壓系統(tǒng)宜取壓力MPa。 鑒于動力滑臺要求前進、后退速度相等，這里的液壓缸又選用單活塞桿式，所以作差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積應(yīng)為有桿腔有桿腔的2倍，即，而活塞桿直徑與缸筒直徑成的關(guān)系。 在升降

60、機構(gòu)加速上升時，為防止其突然前沖，按表附3-3取MPa。勻速上升時液壓缸作差動連接，管路中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按0.3MPa考慮。加速下降時回油腔中是有背壓的，這時也可按0.6MPa估算。 由勻速上升時的負載值可計算出液壓缸面積 m2 m2 m m 將這些直徑按GB2348—80圓整成就近標準值得 m、m 由此得出液壓缸兩腔的實際有效面積為m2， m2。經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。 根據(jù)上述值及公式(3-4) 、(3-5) 、(3-6)，可估算出液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，如表3-5所示。 起動、加速上升、勻

61、速上升： (3-4) 加速下降、勻速下降： (3-5) 制動： (3-6) 表3-5 升降液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值 工 況 負載 F/(N) 回油腔壓力 /(MPa) 進油腔壓力 /(MPa) 輸入流量 m3·s-1 輸入功率 P/(KW) 起 動 70560 0

62、 14.65 — — 加速上升 66260 0.3 14.14 5.014 7.09 勻速上升 65660 0.6 14.39 5.014 7.22 制 動 55260 P1+0.6 5.426 5.014 2.72 加速下降 55260 0.6 10.25 6.280 6.43 勻速下降 55860 0.6 10.34 6.280 6.49 注：液壓缸的機械效率取=0.96 2.缸筒長度 由最大工作行程決定， mm 3.2.3夾緊液壓缸的設(shè)計計算 1.缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑 由表3-2可知，升降機構(gòu)在最大負載

63、約為49020.6N時液壓系統(tǒng)宜取壓力MPa。 鑒于動力滑臺要求前進、后退速度相等，這里的液壓缸又選用單活塞桿式，所以作差動連接。這種情況下液壓缸無桿腔的工作面積應(yīng)為有桿腔有桿腔的2倍，即，而活塞桿直徑與缸筒直徑成的關(guān)系。 在加緊機構(gòu)加速下降時，為防止其突然前沖，按表3-3取MPa。勻速下降時液壓缸作差動連接，管路中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無桿腔，但其差值較小，可先按0.3MPa考慮。加速上升時回油腔中是有背壓的，這時也可按0.6MPa估算。 由勻速下降時的負載值可計算出液壓缸面積 m2 m2 m m 將這些直徑按GB2348—80圓整成就近標準值得 m、m 由此得

64、出液壓缸兩腔的實際有效面積為m2， m2。經(jīng)驗算，活塞桿的強度和穩(wěn)定性均符合要求。 根據(jù)上述值及公式(3-7) 、(3-8) 、(3-9)、(3-10)，可估算出液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率，如表3-6所示。 起動： (3-7) 表3-6 夾緊液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值 工 況 負載 F/(N) 回油腔壓力 /(MPa) 進油腔壓力 /(MPa) 輸入流量 m3·s-1 輸入功率 P/(KW) 起 動 49019.6 0 10.18 — — 加速下降 4

65、9018.6 P1- 10.55 5.014 5.29 勻速下降 49019.6 P1- 10.94 5.014 5.49 制 動 49020.6 P1+ 4.85 5.014 2.43 勻速上升 49019.6 P1+ 9.21 6.280 5.78 加速上升 49020.6 P1+ 9.21 6.280 5.78 注：液壓缸的機械效率取=0.96 加速下降、勻速下降： (3-8) 加速上升、勻速上升： (3

66、-9) 制動： (3-10) 2.缸筒長度 由最大工作行程決定， mm 3.2.4液壓馬達的設(shè)計計算 液壓馬達的理論排量由下式?jīng)Q定 式中 ——液壓馬達外負載轉(zhuǎn)矩； ——液壓馬達最高工作壓力； ——液壓馬達的背壓，有表附2-3差得； ——液壓馬達的機械效率，葉片馬達取0.80~0.90；齒輪馬達取0.85~0.95；軸向柱塞馬達取0.92~0.99；低速馬達取0.93~0.96。 所以 壓馬達最大理論流量(即所需最大流量)按式計算 式中 ——液壓馬達理論排量； ——液壓馬達的最高轉(zhuǎn)速，由于使用低速液壓馬達，所以其最高轉(zhuǎn)速為10r/min. 因此 L/min 第四章 液壓能源裝置設(shè)計 液壓能源裝置是液壓系統(tǒng)是液壓系統(tǒng)的重要組成部分。通常有2種形式：一種是液壓裝置與主機分離的液壓泵站；一種是液壓裝置與主機合為一體