机车轮对轴承压装机液压系统方案设计书

1、本科毕业设计（论文）题目：机车轮对轴承压装机液压系统设计系 别机电信息系专 业机械设计制造及其自动化班 级学 生学 号导 师2013年05月机车轮对轴承压装机液压系统设计摘 要轮对轴承压装机是用于铁路车辆滚动轴承压装的专用设备，适用于铁路车辆新造及检修时压装轴承，被广泛应用于各个路局车辆维修、车辆制造厂生产，其 对国民生产有着重要的意义。现如今的铁路速度越来越快，对轴承的要求越来越 高，而轴承的压装是铁路安全的关键。 为了达到使原有轮对轴承压装机能够获得 更可靠更优秀的性能，本次设计主要针对轮对轴承压装机进行设计， 通过对轮对 轴承压装机原有技术的改进（主要是液压系统的改进），实现对轮对轴承压

2、装机 轴承的准确压装，以便更进一步提高行车的安全性与平稳性。关键词： 滚动轴承；压装；液压系统Loader hydraulic system design of locomotive wheelsetbearing pressureAbstractWheel axle pressure in stalled special equipme nt for railway vehicles press ing the bearing press-fit bearings suitable for new-building and maintenance of railway vehicles. W

3、idely used in various railway adm ini strati ons of its gross n ati onal product of great sig nifica nee . It is widely used , and widely used in vehicle factories, vehicle secti ons, vehicle overhauli ng factories and mi ne railcar compa nies etc. I n this thesis, it is aimed to desig n and improve

4、 the origi nal while axle pressure in stalled (improve the original design of hydraulic pressure system)to get a new device has reliable and excelle nt property. To get a accurate push mounting with the wheel axle pressure in stalled, in order to further in crease the security and smooth.Keywords: T

5、aper rolling bearing； Push mounting； Hydraulic pressure system1绪论错误！未定义书签。1.1背景及研究意义错误！未定义书签。1.2轴承简介错误！未定义书签。1.3研究现状错误！未定义书签。1.4本文研究内容错误！未定义书签。2轮对轴承压装机工作原理错误！未定义书签。2.1轮对轴承压装机的工作原理 错误！未定义书签。3 液压系统的设计5.3.1液压回路设计和回路工作原理分析 63.1.1 顶对回路6.送对回路7.锁紧回路7.伸套压装回路.8.3.1.5 液压系统原理图 93.1.6 该液压系统技术特点 113.2液压系统工作要求113

6、.2.1 液压传动系统的型式11轴承压装机的液压传动特点1 23.3确定液压缸的几何参数1.33.3.1 伸套压装缸尺寸计算1.33.3.2 压装缸壁厚和外径的计算 14辅助缸（顶对缸，送对缸，锁紧缸）壁厚和外径的计算 15计算在各阶段液压缸所需的流量 153.4液压系统的压力损失计算 1.63.5液压泵和电机的相关计算1.73.5.1 确定液压泵的流量1.73.5.2 选择液压泵的规格 1.7与液压泵匹配的电动机的选择错误！未定义书签。3.6液压阀的选择 错误！未定义书签。3.6液压缸结构设计错误！未定义书签3.7其他附件说明 错误！未定义书签4轮对轴承压装机结构设计错误！未定义书签4.1轮

7、对轴承压装机的布置 错误！未定义书签4.2床身设计错误！未定义书签421 底座设计错误！未定义书签支座设计错误！未定义书签5油箱和其它液压辅助元件的设计 错误！未定义书签5.1液压油箱有效容积的计算 错误！未定义书签5.2液压油箱的外形尺寸.错误！未定义书签5.3液压油错误！未定义书签5.3.1 液压油的品种.错误！未定义书签5.3.2 液压油的粘度.错误！未定义书签5.4过滤器错误！未定义书签6 液压站的设计错误！未定义书签6.1液压泵的安装方式 错误！未定义书签6.2电动机与液压泵的连接方式错误！未定义书签6.3液压站结构设计的注意事项错误！未定义书签总结错误！未定义书签致谢错误！未定义书

8、签参考文献错误！未定义书签毕业设计（论文）知识产权声明 错误！未定义书签毕业设计（论文）独创性声明错误！未定义书签设计图纸和说明书联系QQ25766365383液压系统的设计滚动轴承压装机（以下简称压装机）是用于铁路车辆滚动轴承压装的专用设 备。压装机由机体、液压站和控制台三部分组成。三部分相对独立，必要时可单 独使用在不同场合。整个机器的驱动是通过液压来实现的，相比传统驱动，液压具有稳定性好、传动结构简单、传动比大等优点。3.1液压回路设计和回路工作原理分析顶对回路系统工作时，空载启动液压泵，然后电磁铁1YA通电使换向阀4切换至下位，系统升压。轮对推入后，电磁铁4YA通电使换向阀4切换至左位

9、，液压泵1 的压力油经单向阀和换向阀4进入顶对缸19的无杆腔，活塞杆顶起轮对；其具 体回路如图3.1所示。图3.1顶对缸工作回路送对回路延时后，电磁铁6YA通电使换向阀5切换至左位，泵1的压力油经单向阀 和换向阀5进入缸20的无杆腔，活塞杆顶出使 V形道轨翻转；其液压控制回路 如图3.2所示。20166 YAlL 7 YA图3.2送对缸工作回路锁紧回路到位后压力继电器18发信，电磁铁4YA、6YA断电使换向阀4和换向阀5 均复至中位，2YA、8YA通电使换向阀7和6切换至左位，泵1的压力油经单向 阀后，经换向阀7进入压装缸22的无杆腔，经换向阀6和液压锁12进入锁紧缸 21的无杆腔，伸套杆伸出

10、定位，因有阀 9造成的回油背压，压装杆不动，此时 在节流阀23的作用下，锁紧缸21在伸套定位后将轮对锁紧，并由压力继电器 15发信使8YA断电，换向阀6复至中位，由液压锁12锁紧；其控制回路如图 3.3所示。伸套压装回路此后系统压力继续升高，克服背压，压装杆伸出实现压装。压装完成后，压 力升高使继电器14发信，电磁铁10YA通电使换向阀11切换至上位，首先，液压 缸22的无杆腔经阀8和24释压（释压时间由节流阀24的开度决定），然后，电磁铁 2YA断电，3YA、9YA延时通电后使换向阀7和换向阀6均切换至右位，液压泵1 的压力油经换向阀7和单向阀10进入缸22的有杆腔，经阀6和液压锁12进入缸

11、21 的有杆腔，伸套杆与压装杆一起退回，锁紧缸也退回。到位后，压力继电器13发信，电磁铁3YA、9YA断电使换向阀7和6均复至中位，5YA通电使换向阀4切 换至右位，泵1的压力油进入缸19的有杆腔，实现落对且送对，10YA断电使换向 阀11复位，恢复可压装状态。此后，压力继电器17发信，电磁铁7YA通电使送对 缸复位。最后，压力继电器16发信使5YA、7YA、1YA断电而使系统复原。其具 体回路如图3.4所示。144VH10YA112YA lL 3YA图3.4伸套压装缸工作回路液压系统原理图系统原理图如图3.5所示191922202110YA184YA171516lL 5YA6YA IL 7Y

12、A8YAlU 9YA23讥X31 YA111w1(24UJ“ft "厂2YA Jj3YA1-变量柱塞泵；2-先导式溢流阀；3、11-二位四通电磁换向阀；4、5、6、7-三位四通电磁换向阀；8、9-顺序阀；10-单向阀；12-液压锁；13、14、15、16、17、18-压力继电器；19-顶对液压缸；20-送对液压缸；21-锁紧液压缸；22-伸套压装液压缸；23、24-节流阀。图3.5液压系统回路图图示为轴承压装机的液压系统原理图。系统的油源为变量柱塞泵1,其最高工 作压力由先导式溢流阀2设定，卸荷由二位四通电磁换向阀3控制。系统有顶对液 压缸19、送对液压缸20、锁紧液压缸21、伸套压

13、装液压缸22等4个并联的执行器， 分别采用三位四通电磁换向阀4、5、6、7控制其运动方向；锁紧缸21通过液压锁 12实现轮对的锁紧；液压缸22的无杆腔油路设有顺序阀8和节流阀24,用于压装 结束后换向前的释压控制，以减小压力冲击；顺序阀9用作缸22的背压阀。系统中的压力继电器13、14、15、16、17、18作为系统的发信装置，用于系统工作循 环的自动控制。表3.1电磁铁动作顺序表电磁铁伸套杆压装落对送轮对顶升伸套定位轮对锁紧压装轴承复原杆落回对1YA+2YA+3YA+4YA+5YA+6YA+7YA+8YA+9YA+10YA+（1）确定回路方式该液压系统采用开式回路，即执行元件的排油回油箱，油

14、液经过沉淀、冷却 后再进入液压泵的进口。（2）选用液压油液一般而言，柱塞泵选用HM油，含磷的液压油在各方面的性能都比较符合， 因此我们可以选择磷酸酯液类液压油。（3）初定系统压力由于我们所要设计的液压系统服务于重型运输机械，根据各类机械的常用系统压力，我们选定系统初定压力为 20MPa。（4）选择执行元件在该系统中，要求所有的执行元件作直线运动，并且只要求一个方向工作、 反向退回，所以选择单活塞杆液压缸。（5）确定液压泵类型在该系统中，我们根据系统初定压力 20MPa选用柱塞泵，由于系统要求高 效节能，应选用变量泵。（6）选择换向回路本系统采用多个压力继电器发信和电磁换向阀换向，实现了循环过程

15、的自动控制，消除了人为因素的影响。（7）选择调速方式该系统采用变量泵调速。该液压系统技术特点（1）压装机的压装系统采用柱塞变量泵供油和恒功率控制，在不增大电机 驱动功率条件下，消除了溢流损失， 也符合压装机快速低压、高速慢压的工作特 点。（2）通过液压缸实现轮对锁紧，锁紧后再压装，即使两端压力不平衡，仍 可防止窜动，保证压装质量，同时落对时不脱轨，滚动方便，提高了工效。锁紧 装置设在轮对内侧，安装方便。（3）通过顺序阀和节流阀实现压装完毕后的释压，减小了换向冲击和振动 噪声，并保护了压力传感器。（4）通过多个压力继电器发信，实现循环过程的自动控制，消除了人为因 素的影响。3.2液压系统工作要求

16、液压传动系统的型式根据液压循环方式的不同，液压传动方式可分为开式和闭式两种。开式系统中，油泵从油箱吸油，供入液压机后，再排回油箱。其结构简单， 散热良好，油液能在油箱内澄清，因而应用较普遍。但油箱较大，空气与油液的 接触机会较多，容易渗入。在闭式系统中，油泵进油管直接与液动机的排油管相通，形成一个闭合循环。 为了补偿系统的泄漏损失，因而常需附设一只小型辅助油泵和油箱。闭式系统结 构较复杂，散热条件较差，要求有较高的过滤精度，因此应用较少。但油箱体积 很小，结构紧凑；空气进入油液的机会少，工作较平稳：同时油泵能直接控制液 流方向，并允许能量回馈。轴承压装机是用于机车轮对轴承压装的设备。其功能是通

17、过顶对、定位、锁 紧、压装、送对、落对等动作，将轴承经高压压装在轮对上。在本次设计中，液 压传动方式采用的是开式液压系统。液压传动系统的主要组成（1）液压缸。（2）油泵。（3）控制调节装置。包括各种压力、流量及方向控制阀，用于控制和调节 液流的压力、速度和方向，以满足机器的工作性能要求和实现各种不同的工作循 环。（4）辅助装置。本次设计中采用的是变量柱塞泵，采用恒功率控制供能。辅助缸回路中顶对 缸、送对缸、锁紧缸的负载都很小，本设计中取辅助缸负载基本相同，并采用同 一型液压缸；工作缸回路中负载缸的负载较大，采用满足其负载的液压缸。轴承压装机的液压传动特点机车轮对轴承压装机的液压传动系统特点包括

18、：（1）压装机液压系统属于多执行器系统，为了防止因负载、速度的不同产 生压力和流量的相互干扰，按负载性质和工作特点，将执行器分为辅助缸和工作 缸多个回路。（2）锁紧缸采用进油节流调速，压装缸释压回路采用回油节流调速。其它液压缸采用外径内径不同的液阻调整有关液压缸的速度，液阻旋入集成块内，减少了液压组件数量，减少了制造成本。（3）液压系统的动作顺序信号由布置在各液压缸进退行程中的各个压力继 电器发出，并由电磁换向阀执行，以控制各缸动作，使机器按工艺要求完成工作； 为了保证压装准确、换向准确并保护有关机械部件，该设备采用循环过程的自动 控制，消除了人为因素的影响。（4）锁紧机构的保压通过液控单向阀

19、实现，为了保证液控单向阀可靠复位 和锁紧，设置液控单向阀的回路采用了 Y型中位机能的三位四通电磁换向阀。（5）三个辅助缸为同一内径，伸套压装缸采用另一内径，以节省制造费用和密封的使用和更换。但各液压缸的外形结构及安装形式多样化，以满足主机的 结构特点和工作需要。（6）释压回路由顺序阀和节流阀串联实现，保护了阀和油箱，减小了换向 冲击和振动噪声。（7）液压站独立于主机，另行放置，便于安装调试及使用维护。（8）该液压传动的轴承压装机采用液压自动控制，结构紧凑、振动噪声较 小、工作安全可靠，使用维护简便，生产效率和产品质量较高。3.3确定液压缸的几何参数伸套压装缸尺寸计算(1) 液压缸工作压力的确定

20、根据要求，系统最高工作压力为20MPa。(2) 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定(3.1)其中R为最大压装力550KN ； cm为机械效率0.95 ； pi为系统最大工作压力20MPa ;高压系统初步计算可以忽略背压。贝D-i = 0.192m = 192mm取 Dr = 200mm则活塞直径：(3.2)dr =0.7 200mm = 140mm表3.2液压缸内径D和活塞杆直径d的关系(mm)按机床类型选取d/D按液压缸工作压力选取d/D机床类型d/D工作压力P/(MPa)d/D磨床、磨及研磨机床0.20.3W20.20.3插床、拉床、刨床0.5>250.50.58钻、镗、车、铳床0.7

21、>570.620.70表3.3液压缸内径尺寸系列 (GB2348-80)(mm)810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250320400500630表3.4活塞杆内径尺寸系列（GB2348-80）（mm）024680258260506300000102540608000205080206000因为锁紧缸由液压锁锁紧，且压装时为两端同时压装，液压锁的作用是为防止两 端压力不平衡时轮对窜动而设计， 也就是说在理想情况下轮对所受合力为零，无需锁紧，故液压缸所受压力不会很大，其缸径可小一些。同理，顶对缸和送对缸 也可估算

22、，经估算取锁紧缸、顶对缸、送对缸的液压缸内径为D 160mm，活塞杆内径为d2 =80mm。压装缸壁厚和外径的计算 已知压装缸内径为200mm，其活塞杆内径为140mm。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各 异。液压缸壁厚是缸筒最薄处的厚度，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径与其壁厚的比值 D -10的圆筒称为薄壁圆筒。其计算公式 为：2 fcr 式中 液压缸壁厚（mm）；D液压缸内径（mm）；Py 试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5） /倍（MPa）；I缸筒材料的许用应力。其值为：无缝钢管：卜IT00MPa。液压缸外径：py =1.5

23、20MPa =30MPa， D 200mm，»T00MPa，2；刁30 汉 0 20.03m 二 30mm2 100(3.3)查机械设计手册表23.66-59压装缸采用外径为250mm，壁厚为30mm无缝钢管辅助缸（顶对缸、送对缸、锁紧缸）壁厚和外径的计算同理，已知辅助缸内径为160mm，其活塞杆内径为80mm。Py =1.5：20M P a30M P a D2 =160mm，b】=100MPa，PyD230 0.160.024m = 24mm（3.4）2二2 100查机械设计手册表23.66-59辅助缸采用外径为200mm，壁厚为24mm的无缝钢管。计算在各阶段液压缸所需的流量(1

24、)伸套压装缸伸套定位时所需的流量为 q1 :23 1423 '3 j(3.5)q1Dr V进0.2 3m min 二 0.0942 m min = 94.2 L min44（2）伸套压装缸压装时所需流量为q2 :3.1440.22 0.4 m3. min = 0.0126 m3 min = 12.6 L min(3.6)（3）伸套压装缸回程时所需流量为q3:TT3 14q3（D； -d；）V回工 （0.22 -0.142） 5m3 min =0.0769 m3 min =76.9L min44（3.7）油管的内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。管路

25、直径计算由式 d 4.6. q v得到。式中q流体流量（m3 s）；v流速m s，推荐流速：对于吸油管v乞1-2m. s （般取1m s以下）；对于压油管v空3-6ms （压力高、管道短或粘度小的情况下取大值，反之取小值）；对于回油管v岂1.5-2.5 m. s。现取压油管的允许流速为v=4ms，本系统主油路最大流量q1=94.2min， 若系统主油路流量按回程时取q3 -76.9L min，则可算得油管内径为d = 20mm , 综合诸多因素，现取油管的内径d =20mm。吸油管同样按上式计算，D =4.6q =4.6942 = 22.3mm(3.8)q =108 L min，v = 1.5

26、 m s，取 d = 30mm。3.4液压系统的压力损失计算在液压系统中，进油管内径为16mm，回油管内径为18mm。进油管长度取 h =2m，回油管长度取J =2m。选用L -HL32油液，运动粘度v =150cst =1.5cm2 s，油的密度=920kgcm3， 此时液压缸的前进速度为4m. min，流量为4 L min。则油液在管内流速为：4q:d24 4 1033.14 162=19.9cm s(3.9)则管道内雷诺数为:Re = 口 二匹=274(3.10)v 二 vd274 < 2320可见油液在管道内为层流，沿程阻力损失系数0.1则沿程阻力损失为：&° I 代；2 920I9.926=人 一 =0.1汇乂= 0.2310 Pa =0.23MPa(3 H)d2162液控