【正文】 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?，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。 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 。 而在頂對、伸套時所需壓力較小，速度較快。 （ 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。 （ 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。 （ 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。 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。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)。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。根據(jù)表 43和表 45，活塞桿直徑系列取 1d =140mm。 考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力應(yīng)為 ???? pppp 1 （ 4— 2） 式中 p —— 液壓泵最大工作壓力； 1p —— 執(zhí)行元件最大工作壓力； ??p —— 進油管路中的壓力損失。液壓泵工作壓力為 ???? pppp 1 =（ +） MPa =20 MPa 上述計算所得的 p 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在不同工況的過度階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。 液壓泵的最大流量應(yīng)為 ? ?maxqKq lp ?? （ 4— 3） 其中 pq —— 液壓泵的最大流量 。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。 ? ?maxqKq lp ?? = =108L/min 3)選擇液壓泵的規(guī)格。 4）與液壓泵匹配的電動機的選 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。 首先計算伸套定位時的功率 伸套定位時外負載為 20210N，進油路的壓力損失為 ，由式可得：Pp= 所以伸套定位時所需電動機的功率為 P: P=?ppqp = ?? = 壓裝時所需的電動機功率 P 為： P=?ppqp = ?? = 由此查閱電動機產(chǎn)品樣本，選用 Y225M6 型異步 電動機 。 選擇單向閥時，應(yīng)根據(jù)閥的具體用途，按壓力、流量、壓力損失等要求來選擇。但選擇溢流閥時，應(yīng)按油泵的最大流量來選取。然后，根據(jù)主機對低速性能的要求，算出最小穩(wěn)定流 量。 此外，選擇液壓閥時還應(yīng)注意以下兩點： 1) 一般選擇的液壓閥的額定流量應(yīng)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%。 選擇液壓閥主要是根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量。 所選定的液壓元件如表 46 所示。管路直徑計算由式 d≥ 得到 。 現(xiàn)取壓油管的允許流速為 v=4m/s，本系統(tǒng)主油路流量最大流量為 q=則： D=vq= = 若系統(tǒng)主油路流量按回程時取 q=,則可算得油管內(nèi)徑為 d=20mm，綜合諸因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)徑 d=20mm。 液壓系統(tǒng)的驗算 驗算系統(tǒng)壓力損失 在液壓系統(tǒng)中，進油管內(nèi)徑為 16mm，回油管內(nèi)徑為 18mm。 選用 LHL32 油液，運動粘度 v=150cst= scm/2 ，油的密度 ? =920kg/ 3cm （ 1）壓力損失的驗算 1）工作回路的壓力損失 此時液壓缸的前進速度為 ，流量為 4L/min。則油液在管內(nèi)流速為： scmdqdqv 10644423221 ????????? 則管道內(nèi)雷諾數(shù)為： 4874Re 11 ???? vdqv dv ?2320 可見油液在管道內(nèi)為層流，沿程阻力損失系數(shù) ?? 則沿程阻力損失為： Mpapavdlp 6221111 ????????? ? ?? 液控單向閥的壓力損失為 41??P = 610? Pa，換向閥的壓力損失為21??P = 610? Pa，通過管接頭，集成塊等處的局部壓力損失 31??P = 610? Pa，則 ： M p appppp ?????????????? ???? 壓力損失在允許范圍內(nèi)，無需改進原設(shè)計。 （ 1） 壓力損失的驗算 1）移門油缸運行時的壓力損失。 壓裝 時的速度為 ，前進時最大流量為，則液壓油在管內(nèi)流速 v1 為 1v =24dq? = 2 ??? cm/min =3316cm/min 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 18 =55cm/s 管道流動雷諾數(shù)為 264 11 ???? vdv， 1Re ＜ 2300,可見油管在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程力 26475Re75 11 ????。 忽略通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進油路總壓力損失 1p? 為 1p? = 11??p + 21??p + 31??p = ② 壓裝 時的回油壓力損失。 回路總壓力損失為 2p? = 12??p + 22??p + 32??p 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 19 =(++1)MPa = ③ 變 量泵 最高 出口壓力 11 22 pA pAFp cmp ????? ? = 031 00 0 6??? Pa+ 610? Pa = 106 Pa = 2） 伸套定位時的壓力損失 ① 伸套定位時的 速度為 3m/min，前進時最大流量為 95L/min，則液壓油在管內(nèi)流速 1v 為 1v =24dq? = 10954 ?? ?? cm/s =342mm/s 管道流動雷諾數(shù)為 163 11 ???? vdv， 1Re ＜ 2300,可見油管在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程力 163675Re75 11 ????。 忽略通過管接頭、油路板等處的局部壓力損失，則進油路總壓力損失 1p? 為 1p? = 11??p + 21??p + 31??p =（ ++） MPa= ② 伸套壓裝 缸 伸套 時的回油壓力損失。 回路總壓力損失為 2p? = 12??p + 22??p + 32??p =(++)MPa = ③ 變 量泵出口壓力 11 22 pA pAFp cmp ????? ? = 6??? Pa+ 610? Pa = 頂對缸、送對缸、鎖緊缸動作 時壓力損失驗算從略。 (2)系統(tǒng)溫升的驗算。本系統(tǒng)采用變量柱塞泵恒功率控制，消除了溢流損失，泵的效率為 。液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量。 2）計算散熱功率。根據(jù)式 tA =(a+b)+，求得油箱散熱面積唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 22 為： tA =? ? )( m?????? =（ +） 2m = 2m 油箱的散熱功率為 TAt?? thc KP 式中 tK — 油箱散熱系數(shù)，查表 **，取 16 )(W 02 Cm ? T? — 油溫與環(huán)境溫度之差，查表 **，取 T? =40C0 表 油箱散熱系數(shù) tK )(W 02 Cm ? 冷卻條件 tK 通風(fēng)條件差 通風(fēng)條件良好 用風(fēng)扇冷卻 循環(huán)水強制冷卻 8～ 9 15～ 17 23 11～ 170 表 414 各種機械允許油溫 （ C0 ） 液壓設(shè)備類型 正常工作溫度 最高允許溫度 數(shù)控機床 30～ 50 55～ 70 一般機床 30～ 55 55～ 70 機車車輛 40～ 60 70～ 80 船舶 30～ 60 80～ 90 冶金機械、液壓機 40～ 70 60～ 90 工程機械、礦石機械 50～ 80 70～ 90 hcP =（ 16? 40? ） W=4294W= maxP?? = 由此可見，在不考慮極小的管路散熱面積的情況下，油箱的散熱面積也能夠滿足系統(tǒng)的散熱要求，即系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)，系統(tǒng)設(shè)計合理。 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。 在本次設(shè)計中，系統(tǒng)的額定壓力為 32 Mpa，可確定為 高 壓系統(tǒng)。 液壓油箱的外形尺寸 液壓油箱的有效容積確定后，需設(shè)計液壓油箱的外形尺寸，一般尺寸比（長：寬：高）為 1： 1： 1 ~ 1： 2： 3。如果所設(shè)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。 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在一般設(shè)備中，液壓油箱多采用鋼板焊接的分離式液壓油箱，很少采用機床床身底座作為液壓油箱。 （ 1）隔板 1）作用 增長液壓油流動循環(huán)時間，除去沉淀的雜質(zhì)，分離、清除水和空氣，調(diào)整溫度，吸收液壓油壓力的波動及防止液面的波動。 3）過濾網(wǎng)的配置 過濾網(wǎng)可以設(shè)計成將液壓油箱內(nèi)部一分為二，使吸油管與回油管隔開，這樣液壓油可以經(jīng)過一次過濾。 （ 2）吸油管與回油管 1）回油管出口 回油管出口型式有直口、斜口、彎管直口、帶擴散器的出口等幾種型式，斜口應(yīng)用的較多，一般為 45 斜口。回油管必須放置在液面以下，一般距液壓油箱底面的距離大于300mm，回油管出口絕對不允許放在液面以上。對溢流閥、順序閥等，應(yīng)注意合理設(shè)計回油集管，不要人為的施以背壓。泄漏油管以單獨配管為好，盡量避免與回油管集流配管的方法。濾油器要有足夠的容量，避免阻力太大。吸油管應(yīng)插入液壓油面以下，防止吸油時卷吸空氣或流入液壓油箱的液壓油攪動油面，致使油中混入氣泡。為了不使回油管的壓力波動波及吸油管，吸油管與回油管的斜口方向應(yīng)一致，而不是相對的。在結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意以下幾點： 1）不要將配管簡單的插入液壓油箱，這樣空氣、雜質(zhì)和水分等便會從其周圍的間隙侵入。 2）在接合面上需襯入密封填料、密封膠和液態(tài)密封膠，以保證可靠的氣密性。 3）為保證液壓油箱通大氣并凈化抽吸空氣，需配備空氣濾清器。 （ 4）頂蓋及清洗孔 1）頂蓋 在液壓油箱頂蓋上裝設(shè)泵、馬達、閥組、空氣濾清器時，必須十分牢固。同時，不允許由閥和管道泄漏在箱蓋上的液壓油流回液壓油箱內(nèi)。 2）清洗孔 液壓油箱上的清洗孔，應(yīng)最大限度地易于清掃液壓油箱內(nèi)的各個角落和取出箱內(nèi)的元件。 （ 5）液面指示 為觀察液壓油箱內(nèi)的液面情況，應(yīng)在箱的側(cè)面安裝液面指示計，指示最高、最低油位。 （ 7）液壓油箱的防銹 為了防 止液壓油箱內(nèi)部生銹，應(yīng)在油箱內(nèi)壁涂耐油防銹涂料。液壓油溫度一般希望保持在 30~50 范圍內(nèi)，最高不超過 60 ，最低不低于 15 。工廠中常用SRY 型油用管狀電加熱器。 ②為保證電加熱器全部浸入液壓油中，應(yīng)使之水平安裝。 2）冷卻 液壓系統(tǒng)工作時，因各種損失，有時使液壓油液產(chǎn)生大量的熱量，直接影響系統(tǒng)的正常工作，這些熱量單憑一般的液壓油箱散發(fā)是不夠的。液壓系統(tǒng)中冷卻器的常用冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種。 一個液壓系統(tǒng)中有很多控制閥，這些控制閥可用不同方式來連接或集成。液壓控制裝置可分為有管集成和無管集成兩大類集 成方式。它用管件（管子和管接頭）將各管式連接液壓控制閥集成在一起。缺點是當(dāng)組成系統(tǒng)的控制元件較多時，要求有較多的管子和管接頭，上下交叉，縱橫交錯，占用空間加大，從而使得系統(tǒng)布置相當(dāng)不便，安裝維護和故障診斷困難，系統(tǒng)運行時，壓力損失大，且容易產(chǎn)生泄漏，混入空氣及振動噪聲等不良現(xiàn)象。 無管集成是將液壓控制元件固定在某種專用或通用的輔助連接件上，輔助連接件內(nèi)開有 一系列通油孔道，液壓控制元件之間的油路聯(lián)系通過這些通油孔道來實現(xiàn)。它們的共同特點是：油路直接做在輔助件或液壓閥閥體上，省去了大量管件（無管集成因此而得名）；結(jié)構(gòu)緊湊，組裝方便，外形整齊美觀；安裝位置靈活（可以直接安裝在液壓泵站上，也可以根據(jù)需要安裝在閥架、主機機身或液壓執(zhí)行器上）；油路通道短，壓力損失較小，不易泄漏。 本次設(shè)計中采用的是無管集成的集成方式。 塊式集 成的特