【文章內(nèi)容簡介】 元件。具體計算步驟如下： ① 計算液壓缸的主要尺寸以及所需的壓力和流量 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 5 ② 計算液壓泵的工作壓力、流量和傳動功率 ③ 選擇液壓泵和電動機的類型和規(guī)格 ④ 選擇閥類元件和輔助元件的規(guī)格（詳見以下說明及圖紙部分） 4對液壓系統(tǒng)進行驗算 必要時，對液壓系統(tǒng)的壓力損失和發(fā)熱溫升要進行演算，但是有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗過的同類型設(shè)備可供類比參考，或者有可靠的試驗結(jié)果，那么也可以不再進行驗算。 5繪制正式工作圖和編制技術(shù)文件 設(shè)計的最后一步是要整理出全部圖紙和技術(shù)文件。正 式工作圖一般包括如下內(nèi)容：液壓系統(tǒng)原理圖；自行設(shè)計的全套工作圖（指液壓缸等非標準液壓元件）；液壓泵、液壓閥及管路的安裝總圖。 技術(shù)文件一般包括以下內(nèi)容：基本件、標準件、通用件及外購件匯總表，液壓系統(tǒng)安裝和調(diào)試要求，設(shè)計說明書等。 總體步驟如下： 圖 31 液壓系統(tǒng)設(shè)計步驟圖 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 6 液壓系統(tǒng)工作要求 液壓傳動系統(tǒng)的型式 根據(jù) 液流循 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(jié) 構(gòu) 簡單 ，散熱 良好，油液能在油箱 內(nèi) 澄清，因而 應(yīng) 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(shè) 一只小型 輔 助油泵和油箱。 閉 式系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)較 復(fù) 雜， 散 熱條 件 較 差，要求有 較 高的 過濾精度 ，因此 應(yīng) 用 較 少。但油箱體 積 很小，結(jié) 構(gòu) 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，并能 允許 能量回 饋 。 軸承壓裝 機是用于 鐵道輪對軸承裝壓的 設(shè)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(shè)計 中， 液壓傳動方式 采用的是 開 式液 壓 系統(tǒng) 。 液壓傳動系統(tǒng)的主要組成 （ 1）液 壓 機（ 本次設(shè)計為液壓缸 ）。 （ 2）油泵。 （ 3）控制 調(diào)節(jié)裝 置。包括各種 壓力 、流量及方向控制 閥 、用于控制和 調(diào)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。如油箱、冷 卻 器、 濾 油器、蓄能器、管道以及控制 儀 表等等。 本次設(shè)計中采用的是 變量柱塞泵，采用恒功率控制來供能。 輔助缸回路中 頂對缸、送對缸、鎖 緊缸 的 負載 都很小 ， 本設(shè)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 壓裝 缸的負載較大，采用滿足其負載的液壓缸。 軸承壓裝機 的液壓傳動特點 與 電氣 及機械 傳動 方式比 較 ，液 壓傳動 有以下特 點 ：（ 1）同 樣 的功率，液 壓傳動裝 置的重量 輕 ，體 積緊湊 ， 慣 性小；（ 2）能在很大范 圍內(nèi) ， 實現(xiàn)無級調(diào)速 ；（ 3）運動 平 穩(wěn) ，便于 實現(xiàn)頻 繁及平 穩(wěn) 的 換 向；（ 4）與 電氣 或 壓縮 空氣相配合，可以 實現(xiàn)多種的自 動 化；（ 5）系 統(tǒng)內(nèi) 全部機構(gòu)都在油 內(nèi) 工作，能自 行潤 滑，可以 經(jīng) 久耐用；（ 6）液 壓組 件易于 實現(xiàn) 通用化和 標 準化；（ 7）液 壓傳動 易于 實現(xiàn) 超 載 保 護 。 鐵道輪對軸承壓裝機 的液 壓系統(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(zhì) 和工作特 點 ， 將執(zhí) 行器分 為輔 助缸和工作缸 多 個 回路，每一 個 回路采用 雙聯(lián) 液 壓 泵的一唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 7 臺泵供油。 （ 2） 除 了 鎖緊缸 采用 進 油 節(jié) 流 閥調(diào)速 和壓裝缸釋壓回路中采用回油節(jié)流閥調(diào)速外 ，其它需 調(diào) 整速度的液 壓 缸采用相同外 徑 但 內(nèi)徑 不同的液阻 調(diào) 整有 關(guān) 液 壓 缸的速度，液阻旋入集成 塊內(nèi) ， 減 少了液 壓組 件 數(shù) 量，降低了制造成本。 （ 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(guān) 機械部件， 該設(shè)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(gòu)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(fù)位 和鎖緊 ， 設(shè) 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(nèi)徑 ， 伸套壓裝 缸 采用 另一 內(nèi)徑 ，以 節(jié) 省制造 費 用和密封件的使用與更 換 。但各液 壓 缸的外形 結(jié) 構(gòu)及安 裝 形式多 樣 化， 以 滿 足主機的 結(jié)構(gòu)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） 系 統(tǒng) 集成采用了上置式液 壓 站 結(jié) 構(gòu)配置方法， 采用液壓控制裝置的復(fù)合式集成。 液 壓閥 均 裝 在 基塊 或 集成 塊上，輔 助缸回路的 液壓閥放在基塊上采用疊加閥式集成分為三摞 ，而主工作回路上的閥都放在集成塊上 ；液 壓 站與各 執(zhí) 行器采 用膠 管 連 接。液 壓 站、 電 控系 統(tǒng) 均 獨 立于主機，另行放置，便于安 裝調(diào)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(jié) 構(gòu) 緊湊 、震 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(zhì) 量 較 高。 液 壓傳動 的缺 點 （ 1）泄漏 難 以避免，影 響 工作效率和 運動 的平 穩(wěn) 性，而且不適用于要求 較 高的定比 傳動 。 為 了防止漏油，配合件的制造精度要求 較 高。 （ 2）油液的 溫 度及粘度的 變 化， 會 影 響傳動 機構(gòu)的工 作性能。在低 溫 及高 溫條 件下，采用液 壓傳動 ，均有 較 大的困 難 。 （ 3）油液中 如滲 有空氣， 則會產(chǎn) 生噪音并使 動 作不平 穩(wěn) 。 （ 4）液 壓組 件的制造及系 統(tǒng) 的 調(diào) 整均需 較 高的技 術(shù) 水準。 （ 5）確定故障 產(chǎn) 生的原因以及消除 這 些原因都比 較 困 難 。 這些缺點在液壓系統(tǒng)中普遍存在，不是本次設(shè)計中獨立存在的，設(shè)計過程中只能盡量弱化，無法完全避免。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 8 4 液壓系統(tǒng)參數(shù)計算 明確 設(shè)計 依 據(jù)進 行工 況 分析 壓裝機是將軸承壓裝在輪對上的裝置，它由伸套定位、壓裝、頂對、送對等幾部分構(gòu)成。隨著列車的提速，為提高行車的安全性，原有的壓裝機已不能滿足所 需的要求?，F(xiàn)針對原有壓裝機的不足 設(shè)計一 臺新型鐵道輪對軸承壓裝機 ， 要求 其 液壓系統(tǒng)完成的工作循環(huán) 為： 輪對頂伸、伸套定位、壓裝軸承、伸套桿壓裝桿退回、落對 ，等待下一個工序。 已知 ： 壓裝機工作時的壓裝力為 Ft=550KN；往復(fù)運動的加速、減速慣性力為Fa=10000N,靜摩擦力為 Ffs=25000N，動摩擦力為 Ffu=15000N；伸套定位所需的力為 Fz=5000N,伸套速度為 V1=3m/min，伸套行程長度為 L1= m；壓裝速度為 V2= m/min，壓裝長度為 L2=；回程速度為 V=5m/min。 本設(shè)計以伸套壓裝缸的分析計算為主， 表 41 為 伸套壓裝缸在各工作階段 的外負載 。 表 41 液壓缸在各工作階段的負載值 工況 負載組成 負載值 F/N 啟動 F=Ffs 25000 加速 F=Ffu+Fa 25000 伸套 F=Ffu+Fz 20210 壓裝 F=Ffu+Ft 565000 快退 F=Ffu 15000 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 （ 1） 確定供油方式 考慮到該機械在壓裝時負載較大所需壓力高，速度較低 。 而在頂對、伸套時所需壓力較小，速度較快。從節(jié)省能源、減少發(fā)熱和所需壓力考慮，泵源系統(tǒng) 可選用恒功率控制的變量柱塞泵。 （ 2）調(diào)速方式的選擇 本系統(tǒng)通過泵源的恒功率控制實現(xiàn)了壓裝機的快速低壓、高壓低速的工作特點。 （ 3）液壓缸動作換接方式的選擇 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。 （ 4）通過液壓鎖實現(xiàn)輪對鎖緊，鎖緊后再壓裝，即使兩端壓力不平衡，仍可唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 9 防止竄動，保證壓裝質(zhì)量。同時落對時不脫軌，滾動方便，提高功效。 （ 5）通過節(jié)流閥和順序閥實現(xiàn)壓裝完畢后的釋壓，減小壓力沖擊和振動噪聲。 最后把所有選擇的液壓回路組合起來，即可組成 下面 所示 的液壓系統(tǒng)原 理 圖。 圖 41 鐵道輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設(shè)計 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 5切換至左位，液壓泵 1的壓力油經(jīng)單向閥 2 和換向閥 5進入頂對缸 20的無桿腔，活塞桿頂起輪對；延時后，電磁鐵 6YA通電，使換向閥 6切換至左位，泵 1的壓力油經(jīng)閥 2 和換向閥 6進入缸 21的無桿腔，活塞桿頂出使 V 形道 進入壓裝缸 23 的無桿腔， 經(jīng)換向閥 7 和液壓鎖 13 進入鎖緊缸22 的無桿腔，伸套桿伸出定位，因有閥 10 造成的回油被壓，壓裝桿不動 ，此時在節(jié)流閥 24的作用下，鎖緊缸 22在伸套定位后將輪對鎖緊，并由壓力繼電器 16發(fā)信使8YA 斷電，換向閥 7 復(fù)至中位，由液壓鎖 13 鎖緊；此后系統(tǒng) 壓力繼續(xù)升高，克服被壓，壓裝桿伸出實現(xiàn)壓裝，壓裝完成后，壓力升高使壓力繼電器 15 發(fā)信，電磁鐵 10YA通電使換向閥 12切換至上位，首先，液壓缸 桿腔經(jīng)閥 9和 25釋壓（釋壓時間由節(jié)流閥 25的開度決定），然后，電磁鐵 2YA斷電 3YA、 9YA 延時通電后使換向閥 8 和換向閥 7切換至右位，液壓缸 1 的壓力油經(jīng)換向閥 和單向閥 11進入缸 23的有桿腔，經(jīng)閥 7和液壓鎖 13 進入缸 22 的 有桿腔，伸套桿和壓裝桿一起退回，鎖緊缸也退回。到位后，壓力繼電器 14 發(fā)信，電磁換向閥 3YA、 9YA 斷電使換向閥 8和 7復(fù)至中位，5YA 通電使換向閥 5 切換至右位，泵 1 的壓力油進入缸 20 的有桿腔實現(xiàn)落對且送對，10YA 斷電使換向閥 12復(fù)位，恢復(fù)可壓裝狀態(tài)。此后壓力繼電器 發(fā)信，電磁鐵 7YA通電使送對缸復(fù)位。最后，壓力繼電器 17 發(fā)信使 5YA、 7YA、 1YA斷電而使系統(tǒng)復(fù)原。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 10 表 42 液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序 液壓 系統(tǒng)的計算和選擇液壓元件 液壓缸主要參數(shù)的確定 液壓缸采用單桿式，由負載力大小 設(shè)液壓缸的工作壓力為 P1=20MPa，高壓系統(tǒng)初步計算背壓 P2 忽略，由表 43可知，按液壓缸工作壓力選 d/D=,將上式數(shù)據(jù)代入式（ 41）得： D=???????????????? ???????? 212cm 1pp1PF4Ddηπ （ 4— 1） 可得 D= 5650004 6 ??? ?==195mm 根據(jù)表 44，將液壓缸內(nèi)徑圓整為標準系列直徑 1D =200mm。根據(jù)表 43和表 45，活塞桿直徑系列取 1d =140mm。 表 43 液壓缸內(nèi)徑 D與活塞桿直徑 d的關(guān)系 (mm) 按機床類型選取 d/D 按液壓缸工作壓力選取 d/D 機床類別 d/D 工作壓力 p/(MPa) d/D 磨床、 磨 及研磨機床 ～ ≤ 2 ～ 插床、拉床、刨床 ＞ 2～ 5 ～ 鉆、鏜、車、銑床 ＞ 5～ 7 ～ 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 11 — — ＞ 7 表 44 液壓缸內(nèi)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 45 活塞桿直徑系列（ GB234880） (mm) 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 因為鎖緊缸由液壓鎖鎖