機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設(shè)計,機車,輪對,軸承,裝機,液壓,系統(tǒng),設(shè)計 基于案例的液壓動力回路設(shè)計 Chi-Man Vong, Pak-Kin Wong, Weng-Fai Ip, and Zhi-Xin Yang 科學(xué)與自然，香港大學(xué)，香港 {cmvong,fstpkw,andyip,zxyang}@umac.mo 摘要： 本文介紹了設(shè)計和實現(xiàn)自動基于案例的推理（CBR）為一體的液壓系統(tǒng)回路設(shè)計成功的人工智能典范。在此領(lǐng)域內(nèi)，對基于推理和液壓回路的設(shè)計進行了簡要回顧。然后提出了自動回路設(shè)計和使用CBR學(xué)習(xí)的方法。最后通過應(yīng)用實例說明了選擇CBR在學(xué)習(xí)工業(yè)液壓回路的設(shè)計的應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞：基于案例的推理（CBR），適應(yīng)的案例，液壓回路設(shè)計。 1. 介紹 計算機在工程設(shè)計中的使用已成為行業(yè)的一大趨勢。今天，不同的商業(yè)自動化的計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件可應(yīng)用在許多工程的自動化設(shè)計過程中。然而，CAD軟件在液壓系統(tǒng)的設(shè)計不像在許多其他工程設(shè)計領(lǐng)域一樣突出。這主要是由于壓力分析的復(fù)雜性和在設(shè)計過程中缺少最合適的協(xié)調(diào)方法。在最近的多年來，許多智能CAD專家系統(tǒng)的液壓回路的研究已在文獻中找到。大多數(shù)CAD系統(tǒng)的構(gòu)建從生產(chǎn)規(guī)則[1]設(shè)計的知識表示或基于和面向?qū)ο蟮募蒣2]，降低液壓子回路的復(fù)雜性和技術(shù)構(gòu)件表示。雖然該方法是有效的，收購和維護規(guī)則的問題，不僅是軟件工程師面臨的問題，還有利用該軟件的設(shè)計師。此外，靜態(tài)學(xué)習(xí)的另一個問題是傳統(tǒng)的基于規(guī)則的系統(tǒng)。為解決傳統(tǒng)的繼承問題，基于規(guī)則的專家系統(tǒng)，人工智能社區(qū)提出了另一種推理范式，被稱為基于案例的推理（CBR）。CBR支持新的學(xué)習(xí)方式，知識可以附加到知識庫中沒有廣泛的重新編譯系統(tǒng)。這是一個CBR維護知識的主要優(yōu)點，花費更少的時間。本文研究了CBR在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計和一種原型液壓回路自動設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)來驗證所提出的方法。 ______________________________ 1當(dāng)規(guī)則被更新，整個系統(tǒng)必須被重新編譯。 吳越（主編）：ICHCC2011年，CCIS163，第269-275頁，2011。 施普林格出版社2011年柏林海德堡 2. 回顧 2.1基于案例的推理 CBR[3]是一種可以發(fā)現(xiàn)類比當(dāng)前的工作情況和過去的經(jīng)驗（參考案例）的方法。CBR可以直接利用過去的經(jīng)驗來解決新問題，即確認(rèn)其相似性與特定的已知問題，來尋找一種解決當(dāng)前現(xiàn)狀的方案。 CBR已開發(fā)出許多系統(tǒng)應(yīng)用于各種領(lǐng)域[4，5，6，7，8，9，10]，包括制造，設(shè)計，法律，醫(yī)學(xué)，和規(guī)劃。基本的CBR構(gòu)成有以下四條： ●檢索 - 檢索匹配以往類似的情況下，針對目前存在的問題； ●重用 - 利用基于過去的案例的解決方案以解決目前存在的問題； ●REVISE - 修改過去的解決方案，如果出現(xiàn)任何矛盾時，要適用于目前存在的問題； ●保留 - 隨著問題保留最終的解決方案，因為最終的解決方案在將來可能是有用的。 當(dāng)用戶輸入一個問題時，該問題被解釋并轉(zhuǎn)換為一個新的案例推理系統(tǒng)的特定格式。轉(zhuǎn)換后的新情況進入檢索的階段，在新的情況下，再對以前匹配的案例庫中推理系統(tǒng)案例。CBR通常在檢索階段通過一個簡單的相似函數(shù)來找到最相近的作為當(dāng)前案例的參考。該公式中列出（1）其中是最重要的尺寸，和分別是在輸入和檢索的情況下的特征值。對于符號的特征值， 2.2液壓回路設(shè)計 液壓動力是一種動力傳動系統(tǒng)和控制。它可以把液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，以用于有用的生產(chǎn)工作，如壓制或提升。液壓系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)是回路設(shè)計。一般過程如下： I.回路根據(jù)客戶所提供的信息，例如：回路最大工作壓力，最大負(fù)載，執(zhí)行器速度，工作周期和應(yīng)用等。 II.根據(jù)最大工作壓力、最大負(fù)載和載荷-位移來決定線性或旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)的尺寸。 III.將計算出的執(zhí)行器的尺寸轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。 IV.系統(tǒng)參數(shù)，如液壓油的流量，壓力切換等被確定。 V.根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和設(shè)計規(guī)格選擇適當(dāng)?shù)膱?zhí)行器子回路，泵和泵的子回路。 VI.最終選擇其他在回路中使用的液壓元件。 3.CBR在工業(yè)液壓回路設(shè)計中的應(yīng)用 在2.2節(jié)步驟V，液壓工程師們通常習(xí)慣于修改現(xiàn)有的回路，然后設(shè)計一個新的回路來為了適應(yīng)不同情形下的使用。這是因為液壓回路的設(shè)計通常是相似甚至不同的情況，所以液壓工程師必須手動查找通過許多現(xiàn)行有效的電路，然后選擇一個類似的和合適的并進行修改。 在檢索過程的階段是重復(fù)和繁瑣的，因為工程師要逐一審查每一個回路。然而，檢索現(xiàn)有的回路和使它更好地適應(yīng)當(dāng)前的情況，可以強烈支持CBR。如果現(xiàn)有的回路在計算機數(shù)據(jù)庫中（案例收集庫），每個回路隨著其功能和應(yīng)用程序特定的存儲輸出要求，這些參數(shù)可以作為案例（回路設(shè)計）索引、指標(biāo)。每當(dāng)液壓工程師想要從案例庫檢索過去的案例，他只需要輸入相應(yīng)的功能和應(yīng)用程序的特定要求，和CBR的使用（1）計算最相似的案例。如果工程師不滿意推薦的案例，那么下一個最相似的案例繼續(xù)出現(xiàn)。要做到這一點，因為案件相似水平的實例相似度的計算排名不同。 在那之后，工程師能夠適應(yīng)或修改手動檢索的情況下，由以上過程或應(yīng)用提供CBR適應(yīng)規(guī)則。那些適應(yīng)規(guī)則的具體生產(chǎn)規(guī)則來自專家或工程師自己的經(jīng)驗。最后，工程師可以決定此案例是否足夠好存儲庫到案例庫，以備將來使用。 液壓回路的設(shè)計不同，不僅是因為回路圖的不同，而且與他們的功能屬性也有關(guān)。為了適應(yīng)回路，如果某些組件更換，那么屬性將也可以通過插入或刪除進行修改。 CBR允許的情況下，這樣的結(jié)構(gòu)修飾的屬性可以添加或刪除。例如，一個工程師檢索過去的案例，并執(zhí)行回路設(shè)計的修改，然后數(shù)的屬性將改變根據(jù)，他的子回路通過添加或修改預(yù)定義的屬性，刪除不必要屬性的子回路。 4.應(yīng)用實例 實現(xiàn)系統(tǒng)能夠提供基于回路規(guī)格最相似的回路設(shè)計。工作環(huán)境和前段用戶界面回路設(shè)計系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力這部分中顯示出的一個例子與援助。表1顯示的部分屬性在圖2所顯示液壓子回路實例的表示。 圖1.工作環(huán)境和回路設(shè)計系統(tǒng)前端用戶界面 表1.液壓子回路的部分屬性 繪圖名稱 變量 最大流量 33L/min 最大壓力 630巴 速度變化的階段 2 壓力變化的階段 1 ● ● ● ● 每當(dāng)檢索到過去類似的案例，就可以重復(fù)利用已有的案例。然而，并不是每一個案例都是適應(yīng)當(dāng)前系統(tǒng)的，作為任何系統(tǒng)設(shè)定的規(guī)則，往往是不完整的。在這一刻，用戶干預(yù)是必要的，以補償系統(tǒng)的無法適應(yīng)。用戶將會利用自己的專業(yè)領(lǐng)域知識來修改案例。為了學(xué)習(xí)領(lǐng)域知識，由用戶執(zhí)行的操作是通過記錄回答問題的步驟。當(dāng)一個用戶要尋找一個合適案例的時候，系統(tǒng)會詢問用戶執(zhí)行的操作。一旦用戶已經(jīng)選擇了該操作，相應(yīng)的操作提供給用戶選擇。在記錄操作時，系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)從用戶尋找相應(yīng)的知識。博學(xué)的知識被封裝稱為案例，因為它是用來引導(dǎo)。隨后，當(dāng)出現(xiàn)類似的問題出現(xiàn)時，系統(tǒng)將變得能夠擁有通過參照適應(yīng)個案處理的適應(yīng)能力。 4.1系統(tǒng)實現(xiàn)學(xué)習(xí) 首先，隨著它們各自的屬性，現(xiàn)有液壓子回路的標(biāo)準(zhǔn)功能塊圖構(gòu)建，如上面列出的。在訓(xùn)練階段的系統(tǒng)，顯示出了現(xiàn)有圖紙預(yù)覽列表。用戶可以選擇一種父子回路，進而推導(dǎo)出一種新的回路。例如，考慮道上述例子，如果用戶更改“最大流量”屬性，從33L/分鐘到350L/分鐘，泵組件的父子回路必須被替換為新的、一個能夠支持流量350L/分鐘。這是借助于生產(chǎn)由用戶提供的規(guī)則： 如果最大流量≦33L/min，然后用舊的塊、其它使用新的塊 該系統(tǒng)可以保持所有這些生產(chǎn)規(guī)則，以適應(yīng)未來的情況。每當(dāng)子回路最大流量大于33L/分鐘，它必須選擇一個特定的泵組件。由于減壓閥組件的變化，一個尺寸較大的泄壓閥符號應(yīng)插在子回路如圖2所示。附圖的變化也可以通過與系統(tǒng)集成基于AutoCAD平臺。 圖 2.推薦系統(tǒng)回路設(shè)計使用CBR的組件的一個例子 4.2 設(shè)計實例和結(jié)果討論 對于一個110噸的臥式液壓木質(zhì)輸入規(guī)格壓縮站如表2所示。由于回路中沒有標(biāo)準(zhǔn)的解決方案設(shè)計，所以設(shè)計的評價將集中在設(shè)計的有效性。“從原型系統(tǒng)回路設(shè)計產(chǎn)生的結(jié)果被證實按照規(guī)定的規(guī)格，由專家從兩個演出變化-結(jié)構(gòu)圖變化結(jié)構(gòu) - 速度變異領(lǐng)先的液壓工程公司。該回路的主要貢獻是設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計時間減少。非專家通?；?、4天時間完成回路設(shè)計。手工設(shè)計的主要困難是要找到適當(dāng)?shù)慕M件和組件之間的連接。這是因為缺乏通用設(shè)計理論，從而發(fā)現(xiàn)和理解電路中組件的屬性是一個非常費時的任務(wù)，即使是專家。 利用CBR，過去許多回路可重復(fù)使用和重新考慮選擇的時間滿意的電路規(guī)格的組件可以被保存。余下的工作主要是回路的設(shè)計是如何適應(yīng)到一個新的適合現(xiàn)有的回路，是比從頭開始設(shè)計一個全新的回路要簡單得多。 表2中.輸入規(guī)格的110噸臥式液壓木制壓榨站 屬性 值 執(zhí)行器組數(shù)目 1（柱塞式油缸擠壓） 最大負(fù)載（噸） 100 行程長度（毫米） 300 最大行程速度（毫米/秒） 30 最大擠壓速度（毫米/秒） 10 安裝方法 前部與后部法蘭 擠壓過程中的負(fù)荷壓力的變化階段的數(shù)目 1 控制擠壓動作的類型 位置感測 執(zhí)行器的速度階段 2 可接受的噪音等級 60分貝 預(yù)計使用壽命 5年 機床操作小時/天 12小時/天 原動機額定轉(zhuǎn)速 1450轉(zhuǎn) 最大系統(tǒng)額定壓力 210巴 5. 結(jié)論 CBR是一個在AI的方法，可以極大地支持決策過程人類。 CBR的最重要的部分是重復(fù)使用過去的經(jīng)驗，目前的問題，所以，目前的問題相同的部分可以直接再利用比喻使用的相似，缺失部分的問題是可以解決的專家適應(yīng)規(guī)則。這項工作是一個新的嘗試，應(yīng)用CBR方法液壓系統(tǒng)電路設(shè)計與建設(shè)學(xué)習(xí)能力。該電路設(shè)計系統(tǒng)可以極大地減少不必要的時間消耗反復(fù)類似的液壓回路設(shè)計，通過重用過去的案例。此外，計劃重新編譯由于是不必要的修改電路知識基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力的CBR。工業(yè)液壓自動設(shè)計系統(tǒng)的原型控制電路已建成使用推薦的方法，它一直驗證能夠成功。 參考文獻 1. 伯頓，RT，薩金特，CM：使用專家系統(tǒng)的設(shè)計單，母體樂電路。 ：第二屆國際會議流體傳動及控制，第605-610頁（1989年） 2. Chan, K.K：一個面向?qū)ο蟮腎CAD系統(tǒng)液壓回路的實現(xiàn)。理學(xué)碩士。論文工程系，英國華威大學(xué)（1997年） 3. 沃森。，瑪麗，F(xiàn).：基于案例的推理。知識工程9（4），327-354（1994） 4. 格巴爾，F(xiàn).，Voβ;，A.，Greth?er，W.，施密特貝爾茲，B.：推理復(fù)雜的案件。Kluwer學(xué)術(shù)出版社，多德雷赫特（1997） 5. Vong, C.M., Wong, P.K.：發(fā)動機點火信號的小波包診斷變換和多類最小二乘支持向量機。專家系統(tǒng)應(yīng)用38（7），8563-8570（2011） 6. Vong, C.M., Wong, P.K.:基于案例的適應(yīng)汽車發(fā)動機電子控制單元校準(zhǔn)。專家系統(tǒng)的應(yīng)用37（4），3184-3194（2010） 7. Vong, C.M., Wong, P.K., Ip, W.F.:基于案例的分類系統(tǒng)與集群的汽車發(fā)動機火花塞點火診斷：IEEE / ACIS9日的國際會議計算機和信息科學(xué)（ICIS），頁17-22。 IEEE出版社，洛斯阿拉米托斯（2010） 8. Vong, C.M., Huang, H., Wong, P.K.:發(fā)動機火花點火診斷的小波包變換和基于案例的推理。在IEEE國際會議上信息與自動化（ICIA），第565-570頁。 IEEE出版社，洛斯阿拉米托斯（2010） 9. Vong, C.M., Huang, H., Wong, P.K.:基于案例推理的汽車發(fā)動機性能優(yōu)化。 ：第二屆國際計算力學(xué)研討會第12屆國際會議上加強和促進計算在工程與科學(xué)，第185-190方法。 AIP出版社，紐約（2009年） 10.Vong, C.M., Wong, P.K., Huang, H.:基于案例推理的汽車發(fā)動機電子控制單元校準(zhǔn)。在IEEE國際會議信息自動化（ICIA）2009年，第1380至85年（2009年） 11.Vong, C.M., Leung, T.P., Wong, P.K.:基于案例推理和適應(yīng)水的生產(chǎn)機械設(shè)計。人工工程中的應(yīng)用智力15（1），567-585（2002） 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 題目：機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設(shè)計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2013年 3 月 15 日 1. 目前進度 機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)總體方案的初步設(shè)計,部分計算。 2. 工藝過程 推入輪對→輪對頂升→伸套定位→輪對鎖緊→壓裝軸承→伸套桿、壓裝桿退回，鎖緊裝置退回→落對→送對。 3. 液壓系統(tǒng)的初步方案設(shè)計 （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(shè)計的液壓系統(tǒng)服務(wù)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20MPa。 （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20MPa選用柱塞泵，由于系統(tǒng)要求高效節(jié)能，應(yīng)選用變量泵。 （6） 選擇換向回路 該系統(tǒng)液壓設(shè)備自動化程度較高，應(yīng)選用電動換向。執(zhí)行元件較多，可選用多路換向閥。 （7） 選擇調(diào)速方式 該系統(tǒng)采用變量泵調(diào)速。 4. 液壓系統(tǒng)原理圖 圖1 液壓系統(tǒng)原理圖 1-變量柱塞泵；2、11-單向閥；3-先導(dǎo)式溢流閥；4、12-二位四通電磁換向閥；5、6、7、8-三位四通電磁換向閥；9、10-順序閥；13-液壓鎖；14、15、16、17、18、19-壓力繼電器；20-頂對液壓缸；21-送對液壓缸；22-鎖緊液壓缸；23-伸套壓裝液壓缸；24、25-節(jié)流閥 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(dǎo)式溢流閥3設(shè)定，卸荷由二位四通電磁換向閥4控制，單向閥2用于防止油液倒灌。系統(tǒng)有頂對液壓缸20、送對液壓缸21、鎖緊液壓缸22、伸套壓裝液壓缸23等4個并聯(lián)的執(zhí)行器，分別采用三位四通電磁換向閥5、6、7、8控制其運動方向；鎖緊缸22通過液壓鎖13實現(xiàn)輪對的鎖緊；液壓缸23的無桿腔油路設(shè)有順序閥9和節(jié)流閥25，用于壓裝結(jié)束后換向前的釋壓控制，以減小壓力沖擊；順序閥10用作缸23的背壓閥。系統(tǒng)中的壓力繼電器14、15、16、17、18、19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。 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形道軌翻轉(zhuǎn)；到位后壓力繼電器19發(fā)信，電磁鐵4YA、6YA斷電使換向閥5和換向閥6均復(fù)至中位，2YA、8YA通電使換向閥8和7切換至左位，泵1的壓力油經(jīng)閥2后，經(jīng)換向閥8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造成的回油背壓，壓裝桿不動，此時在節(jié)流閥24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23的無桿腔經(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均切換至右位，液壓泵1的壓力油經(jīng)換向閥8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，伸套桿與壓裝桿一起退回，鎖緊缸也退回。到位后，壓力繼電器14發(fā)信，電磁鐵3YA、9YA斷電使換向閥8和7均復(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18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。 電磁鐵動作表 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(fù)原 1YA + + + + + + 2YA + + + 3YA + 4YA + 5YA + 6YA + 7YA + 8YA + 9YA + 10YA + 5. 液壓缸部分計算 1　 已知系統(tǒng)初定壓力，液壓缸最高工作壓力，，； 根據(jù)上述已知條件，算得：； 2　 該液壓系統(tǒng)所有液壓缸全為單活塞桿液壓缸，分析得：其中頂對液壓缸、送對液壓缸、鎖緊液壓缸的最大工作壓力都相同，，由于上述三個液壓缸回路無背壓，視其背壓都為，因此不考慮背壓的影響； 算得： 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993圓整、 3　 其中伸套壓裝液壓缸因有順序閥10造成的背壓，所以要考慮回油背壓，假定初定背壓值，（其中無桿腔有效面積等于有桿腔面積兩倍，即），則： 由，可知活塞桿直徑： 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2348-1993圓整、 按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出： 6. 存在問題及解決措施 （1） 電動機的選擇和計算； 根據(jù)液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件的工作過程來進行進一步計算，來求得所需電動機的功率P。 （2） 液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率的計算。 根據(jù)液壓缸的速度和負(fù)載圖以及液壓缸的有效面積，進而算出液壓缸工作過程各階段的壓力、流量和功率。 7. 后期工作安排 （1）最終方案設(shè)計的確定改進； （2）完成整個液壓系統(tǒng)的設(shè)計計算； （3）畫出CAD圖 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 題目：機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設(shè)計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 2012年 12 月 20 日 機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設(shè)計 1.本課題綜述 1.1課題背景： 在當(dāng)今這個高速發(fā)展的社會，世界的格局不斷在變革，技術(shù)在不斷變革，我們身邊的各種交通運輸工具也一樣不斷的面臨著更新變革。在這個社會里，如果要想得到長足的發(fā)展，拉近和發(fā)達國家、地區(qū)的差距，時刻處于領(lǐng)先位置，那么改革和發(fā)展那是必不可少的，當(dāng)然也包括技術(shù)的改革和發(fā)展，否則我們就會被這個強權(quán)社會所淘汰，永遠處于一個弱勢的地位，不能與那些所謂的世界強國爭鋒。就拿鐵道運輸來說，鐵道運輸是國家運輸?shù)拿}，它分布廣，運輸量大，客貨兩運，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著非常重要的作用。世界各國都在不斷的努力發(fā)展各自的鐵道事業(yè)。尤其是近今年高鐵的飛速發(fā)展，更進一步凸顯出了鐵道運輸?shù)木薮笞饔谩檫M一步提高鐵道運營能力和效率、增強與航空、公路、水運的競爭力，提高行車速度是關(guān)鍵的一步，高鐵的飛速發(fā)展就為這一點作了很好的注釋。隨著列車提速的實現(xiàn)，對機車運行的平穩(wěn)性和安全性提出更高的要求，而對軸承壓裝質(zhì)量也就顯得尤為重要，它不僅關(guān)系到列車運行的平穩(wěn)和舒適，更關(guān)系到列車安全。對于機車輪對來說，輪對壓裝機主要用于機車輪對的壓裝，軸承壓裝機的設(shè)計，尤其是軸承壓裝機液壓系統(tǒng)的設(shè)計就更是尤為重要，液壓傳動與控制系統(tǒng)相當(dāng)于壓裝機的神經(jīng)中樞系統(tǒng)，液壓傳動的準(zhǔn)確性與平穩(wěn)性決定了機器性能的好壞。伴隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，壓裝機也在不斷的更新發(fā)展。壓裝機是對機械零部件進行安裝以及拆除為目的的設(shè)備，在機械加工行業(yè)具有廣泛的用途，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域都擔(dān)負(fù)起了至關(guān)重要的作用。高效率、低能耗、低噪聲是近代液壓機的主要特點。除此外，還必須使液壓系統(tǒng)的價值與成本之比要高，只有這樣，才能在市場上具有競爭力。 1.2機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)國內(nèi)外相關(guān)研究情況 目前關(guān)于輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)的研究、設(shè)計在國內(nèi)外還是比較多的，主要集中在進行軸承壓裝機液壓機系統(tǒng)的設(shè)計、研究開發(fā)和改進等方面的研究。 劉勝榮等設(shè)計的鐵路貨車滾動軸承壓裝機液壓系統(tǒng)并詳細闡述了其工作過程，實現(xiàn)了21t軸重及25t軸重輪對軸承的壓裝任務(wù)，達到了預(yù)定的目的。其中壓裝機舉升機構(gòu)、引申定位機構(gòu)及軸向鎖定機構(gòu)均采用液壓驅(qū)動，壓裝過程較為平穩(wěn)，且能提供合適的動力。壓裝采用雙端同時動作的方式，能實現(xiàn)頻繁作業(yè)，效率較高。結(jié)果表明：該液壓系統(tǒng)運行平穩(wěn)，能驅(qū)動與控制各液壓缸的有序動作，能實現(xiàn)21t軸重及25t軸重輪對軸承的壓裝任務(wù)。 張謙對鐵路貨車通用輪對軸承壓裝裝置也進行了設(shè)計研究。張謙認(rèn)為，為保證壓裝精度，提高壓裝效率，壓裝時可以針對不同車型的軸承進行工作，因此將液壓、自動化控制、計算機監(jiān)控等先進技術(shù)引入壓裝機，對壓裝設(shè)備進行了一系列更新改造。張謙通過分析壓裝機的機械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)及自動化控制方式，設(shè)計的軸承壓裝機采用框架式結(jié)構(gòu)，由機體、液壓站和控制臺三部分組成。壓裝機采用液壓驅(qū)動，兩端支撐架上各安裝一個伸套壓裝缸，其安裝中心線高于輪對限位處的輪心高度1~2mm，以保證頂尖挑起輪對時能使輪對脫離頂出缸支撐。頂出缸安裝時與兩伸套壓裝缸同軸線，利用油缸活塞桿頭上端連接的V形塊舉升輪對。輪對軸向鎖緊器用于壓裝過程存在兩端壓力不平衡時，限制輪對的軸向游動，保證壓裝質(zhì)量。壓裝機采用兩套獨立的液壓機構(gòu)，伸套定位、壓裝、頂輪、送輪、落輪等動作由控制臺通過電磁閥控制液壓缸來完成，可以實現(xiàn)輪對兩端同時自動壓裝軸承、任一端單獨自動壓裝軸承、分工步手動操作完成壓裝動作。 萬賢杞分析了原列車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設(shè)計中的不足之處，為了滿足列車提速后運行的可靠性要求，對原設(shè)計方案進行技術(shù)性改造，設(shè)計了新型輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)。萬賢杞認(rèn)為原列車輪對軸承壓裝液壓系統(tǒng)有一定的長處，比如：原來的設(shè)計采用2臺壓裝機對稱布置同時啟動，液壓系統(tǒng)由送輪對回路，托輪對回路，壓裝回路和壓力控制回路等組成。利用鍛模件組織結(jié)構(gòu)致密，纖維呈線性分布的理想組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，選用中心孔定位壓裝輪對軸承的安裝方式，顯示了原來的設(shè)計者光輝的智慧亮點。但是其中也有一些缺點毛病可圈可點，如：原軸承壓裝采用2臺壓裝機對稱安裝，設(shè)備重復(fù)復(fù)制；不經(jīng)濟的效益還體現(xiàn)在頂輪對壓裝軸承全過程同步精度不甚高，調(diào)速難度大，同步精度干擾因素甚多；過多地使用壓力繼電器而沒有防止誤動作的特效措施；系統(tǒng)從頂輪對增壓的速度換接過程采用電磁閥，因電磁閥滯后造成動作不連續(xù)，又因高壓腔無卸壓回路而產(chǎn)生換向沖擊，損壞元件和密封裝置，造成液壓元件頻繁更換和維修，降低了工作效率。系統(tǒng)自動化程度有待提高，人機間不協(xié)調(diào)隱性心理因素存在等等缺陷。于是萬賢杞對軸承壓裝機的液壓系統(tǒng)進行了改造設(shè)計。它保留了原軸承壓裝機的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)點，不改變原執(zhí)行器的頂輪對缸和壓裝機的結(jié)構(gòu)尺寸和送輪對、托輪對、頂輪對、壓裝軸承等工序，但是提高了液壓系統(tǒng)的工作壓力，可根據(jù)列車對輪對的結(jié)構(gòu)要求，調(diào)節(jié)軸承壓裝力。新型輪對軸承壓裝機與原壓裝機比較，其優(yōu)點有：（1）采用1臺壓裝機取代2臺壓裝機對稱布置壓裝，由3個同步回路取代多缸動作的不協(xié)調(diào)，提高了同步運行精度，避免了人機間不協(xié)調(diào)心理隱性事故隱患，提高了可靠性、經(jīng)濟效益和操作環(huán)境布局；（2）選擇合理的液壓回路，避免了原壓裝機液壓回路因換向沖擊而產(chǎn)生的元件損壞和泄漏等問題，減少了設(shè)備維修和元件更換。 柳波、聶寶安等也對鐵道輪對軸承壓裝機進行了設(shè)計研究，他們分析了原壓裝機液壓系統(tǒng)的設(shè)計不足，并提出優(yōu)化改造措施。他們認(rèn)為原來的壓裝機缺陷有以下五點：（1）壓裝力不足；（2）輪對竄動；（3）元件損壞嚴(yán)重，維護頻繁，費用大，成本高；（4）定量泵供油時，在壓裝加壓過程中，運動速度很慢，溢流損失大，發(fā)熱嚴(yán)重，油液黏度降低，泄漏增大，影響檢測準(zhǔn)確度；（5）系統(tǒng)不能實現(xiàn)全過程自動化控制，存在人為因素，留下隱患。通過對原來的不足的分析，他們設(shè)計了自己的新型壓裝機液壓系統(tǒng)，并作了以下的改進：（1）加大壓裝力，在原結(jié)構(gòu)尺寸不變的條件下，增大系統(tǒng)工作壓力。（2）在原來的設(shè)計基礎(chǔ)上，增加了鎖緊回路和釋壓回路，并將組合式伸套壓裝缸改為伸縮缸，同時增加壓力繼電器實現(xiàn)全過程自動控制。通過這一系列的改造之后，其優(yōu)點就凸顯無疑，比如：（1）系統(tǒng)實現(xiàn)了全過程自動控制，消除人為影響因素；（2）采用柱塞變量泵，提高了系統(tǒng)工作壓力以滿足增大壓裝力的要求，同時又消除溢流損失，也符合壓裝機快速低壓、高壓慢速的工作特點；（3）采用液壓鎖緊裝置，使輪對鎖緊，再壓裝，即使存在兩端壓力不平衡，仍可防止竄動，保證壓裝質(zhì)量。同時落對時不脫軌，滾動方便，提高工效。鎖緊裝置安裝在輪對內(nèi)側(cè)，且安裝方便；（4）采用高壓系列閥及壓力繼電器，元件不過載工作，延遲使用壽命，減少維護，降低成本。（5）采用釋壓回路，減少高壓時換向的沖擊影響，并保護壓力傳感器。 1.3研究意義： 隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，運輸行業(yè)也在不斷地飛速發(fā)展，尤其是鐵道運輸，鐵道運輸是國家運輸?shù)拿}，它分布廣，運輸量大，為進一步發(fā)揮鐵道運輸?shù)倪\輸能力，就需要對鐵道、鐵路、列車不斷進行技術(shù)革新，使得它能夠完成更好的履行自己的職能。那么，要發(fā)展鐵道技術(shù)，其中機車輪對軸承壓裝機的設(shè)計就顯得尤為重要，壓裝機的液壓系統(tǒng)更是其中的關(guān)鍵，不容忽視。本課題旨在前人的基礎(chǔ)上，設(shè)計研究一套新型的機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)，為在這一方面的研究提供理論依據(jù)。 2.本課題研究的主要內(nèi)容和將要采用的研究方案、研究方法 2.1研究內(nèi)容： 本課題研究的主要內(nèi)容有： （1） 輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)的整體設(shè)計構(gòu)思； （2） 輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)的設(shè)計 2.2研究方案： l 分析原有壓裝機的液壓系統(tǒng)，查找設(shè)計中的缺陷和不足； l 分析原有壓裝機整體設(shè)計上的不足；并想辦法改正； l 通過分析，形成一個自己的整體設(shè)計思路； l 設(shè)計壓裝機的液壓系統(tǒng)； l 最后，仔細查找新設(shè)計的不足和缺陷，想辦法更正 3.本課題研究的重點和難點，前期已展開工作 3.1研究的重點及難點： 本課題研究的重點及難點： 軸承壓裝機的液壓系統(tǒng)部分的設(shè)計； 3.2前期已展開的工作: 4. 完成本課題的工作方案及進度計劃： 本課題的工作方案及進度計劃如下： （1）上學(xué)期第16至第17周：利用互聯(lián)網(wǎng)，圖書館書籍查閱國內(nèi)外與本課題相關(guān)的文獻資料，并且進行整理歸類，準(zhǔn)備開題報告； （2）上學(xué)期第18至第19周：確定初步本課題的研究方案，撰寫開題報告； （3）下學(xué)期第1至第5周：改進相關(guān)研究方案，進行中期的設(shè)計計算； （4）下學(xué)期第7周：中期答辯； （5）下學(xué)期第8至第9周：基本完成設(shè)計任務(wù)，作最后的核對計算，確保無誤； （6）下學(xué)期第11周：撰寫最終15000字以上的論文，準(zhǔn)備最終答辯； （7）下學(xué)期第15周：畢業(yè)答辯。 5 指導(dǎo)教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 參考文獻 [1] 柳波、聶寶安.《新型鐵道輪對軸承壓裝機設(shè)計研究》.湖南省長沙市·長沙鐵道學(xué)院機 電學(xué)院工程機械研究室.2001年第1期； [2] 吳地勇.《自動輪對壓裝機液壓系統(tǒng)研究與開發(fā)》.合肥工業(yè)大學(xué)碩士研究論文.2009.03； [3] 張謙.《鐵路貨車通用輪對軸承壓裝裝置的研究》.湖南株洲.湖南鐵路科技職業(yè)學(xué)院機電 工程系.《機械工程師》.2012年第3期； [4] 萬賢杞.《談新型列車輪對軸承壓裝機設(shè)計》.湖南省.湖南建材高等?？茖W(xué)校.《液壓與 氣動》.2001年第10期； [5] 胡國良、王雪軍、王小明.《25t軸重貨車滾動軸承壓裝機電液控制系統(tǒng)設(shè)計》.江西南 昌.華東交通大學(xué)機電工程學(xué)院.《液壓與氣動》.2008年第4期； [6] 王小明、張海、鄧建明.《基于FluidSIM-H軟件的列車軸承壓裝機液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計》. 江西南昌.華東交通大學(xué)機電工程學(xué)院.《機床與液壓》.2012年3月第38卷第6期； [7] 劉勝榮、孫劍、楊咸啟、趙磊.《鐵路貨車滾動軸承壓裝機液壓系統(tǒng)》.安徽黃山.黃山學(xué) 院信息工程學(xué)院.《液壓與氣動》.2012年第4期； [8] 齊志宏、聶欣然.《鐵路貨車滾動軸承壓裝機與軸承壓裝質(zhì)量》[J].《鐵道車輛》.2001.39 （8）：33-35； [9] 曾祥榮.《液壓傳動》[M].北京：國防工業(yè)出版社.1984； [10] 雷天覺.《液壓工程手冊》[M].北京：機械工業(yè)出版社.1996； [11] 胡玉興.《液壓傳動》[M].北京：中國鐵道出版社.2006； [12] 曹陽、孫明道.《淺析中國鐵路貨車的重載化》[J].鐵道車輛.2007,8,18(3)； [13] 尹珊波、胡軍科.《鐵路貨車軸承壓裝機液壓同步控制措施》.《鐵道車輛》2005.9.10； [14] 彭少雄、肖定峰.《貨車滾動軸承壓裝機液壓系統(tǒng)泄漏對壓裝質(zhì)量的影響》.《鐵道車 輛》.1998.9.25； [15] The LEE Company Technical Center.LEE Technical Hydraulic Handbook. Westbrook, Connecticut.1989； [16] A.L.Hitchcox.Water Hydraulics Continues Steady Growth.Hydraulics &Pneumatics, DEC 1999:31； [17] T.Vidar.From Finite Differences to Finite Elements：A Short History of Numerical Analysis of Partial Differential Equations.Journal of Computational and Applied Mathematics.2001，128：1~54； [18] K.K.Gupta，J.L.Meek.A Brief History of the Beginning of the Finite Element Method.International Journal for Numerical Method in Engineering.1996，39(22)3761~3774. 本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 題目：機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設(shè)計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 B090201 學(xué) 生 劉浩東 學(xué) 號 B09020113 導(dǎo) 師 丁鋒 2013年05月 機車輪對軸承壓裝機液壓系統(tǒng)設(shè)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(shè)備，適用于鐵路車輛新造及檢修時壓裝軸承，被廣泛應(yīng)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(guān)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(shè)計主要針對輪對軸承壓裝機進行設(shè)計，通過對輪對軸承壓裝機原有技術(shù)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(zhǔn)確壓裝，以便更進一步提高行車的安全性與平穩(wěn)性。 關(guān)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(nèi)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(shè)計 6 3.1 液壓回路設(shè)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(shù)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(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)計 20 3.7 其他附件說明 21 4 輪對軸承壓裝機結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 III 4.1 輪對軸承壓裝機的布置 22 4.2 床身設(shè)計 22 4.2.1 底座設(shè)計 22 4.2.2 支座設(shè)計 23 5 油箱和其它液壓輔助元件的設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計的注意事項 28 總結(jié) 29 致謝 30 參考文獻 31 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 32 畢業(yè)設(shè)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(dāng)前技術(shù)進步的主題，制約提速的關(guān)鍵技術(shù)之一是走行部的制造和檢修技術(shù)的滯后。而車輛輪對是走行部最為關(guān)鍵的部件，其質(zhì)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(shè)備, 對機車安全行駛起著關(guān)鍵作用。滾動軸承作為鐵路貨車走行部的關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到車輛運行安全，始終是中國鐵路部門關(guān)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(guān)系曲線及有關(guān)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(guān)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(jié)構(gòu)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(guān)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(shù)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(guān)系曲線，它的問世很快淘汰了移動式油壓機。由于當(dāng)時技術(shù)水平的限制以及研制者對軸承壓裝過程的認(rèn)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(guān)系曲線的不足之處日趨明顯。 過去多年來，軸承質(zhì)量由于受到密封裝置、軸承潤滑脂、保持架質(zhì)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)、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(wù)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(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)的支承元件。動軸承通常由外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持器四個主要部件組成。也有少數(shù)結(jié)構(gòu)無內(nèi)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(nèi)圈和外圈，推力軸承則為緊圈和活圈。球軸承的內(nèi)圈外圓面和外圈內(nèi)圓面上都有滾道(溝)起導(dǎo)輪作用，限制滾動體側(cè)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(yīng)力。滾動體是保證軸承內(nèi)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(fù)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(zhuǎn)動靈活。各種結(jié)構(gòu)的軸承為適應(yīng)需要采用各種結(jié)構(gòu)型式和材質(zhì)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(jié)構(gòu)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(shù)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(zhuǎn)，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(dāng)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(shù)、國內(nèi)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(chǔ)上第一次改進設(shè)計的軸承圖樣進行了批復(fù)，型號為SKF197726型。本次改進設(shè)計主要針對于軸承制造質(zhì)量和內(nèi)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(guān)于層結(jié)構(gòu)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(yīng)新的技術(shù)要求。在過去，我國最常見的的轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)，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(shù)參數(shù)，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)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(jié)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(jié)果判斷等有關(guān)數(shù)據(jù)記錄。為達到軸承壓裝曲線具有真實反映壓裝質(zhì)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(yīng)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(diào)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(nèi)容 本文主要針對于輪對軸承壓裝機的液壓系統(tǒng)進行設(shè)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(guān)鍵功能裝置的設(shè)計。 主要技術(shù)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(gòu)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(dǎo)向任務(wù)，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(cè)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(dǎo)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(guān)數(shù)據(jù)記錄。壓裝時，壓力曲線應(yīng)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(rèn)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(zhǔn)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(shè)施。軸承托架是壓裝機的附屬機構(gòu)，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(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行。著手設(shè)計時，從實際情況出發(fā)，有機的結(jié)合各種傳動形式，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)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(shè)計中由于壓裝過程中壓裝機構(gòu)分兩步動作，輸出的的壓力值差距較大，采用二級液壓缸結(jié)構(gòu)，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(shè)計（論文） 高了壓裝效率。 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 3 液壓系統(tǒng)的設(shè)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(shè)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(qū)動是通過液壓來實現(xiàn)的，相比傳統(tǒng)驅(qū)動，液壓具有穩(wěn)定性好、傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大等優(yōu)點。 3.1 液壓回路設(shè)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(shè)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(zhuǎn)；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(fù)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(fù)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(shè)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(fù)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(fù)位，恢復(fù)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(fù)位。最后，壓力繼電器16發(fā)信使5YA、7YA、1YA斷電而使系統(tǒng)復(fù)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(dǎo)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(dǎo)式溢流閥2設(shè)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(shè)有順序閥8和節(jié)流閥24，用于壓裝結(jié)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(fù)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(shè)計的液壓系統(tǒng)服務(wù)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(yīng)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(diào)速方式 該系統(tǒng)采用變量泵調(diào)速。 3.1.6 該液壓系統(tǒng)技術(shù)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(qū)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(zhì)量，同時落對時不脫軌，滾動方便，提高了工效。鎖緊裝置設(shè)在輪對內(nèi)側(cè)，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(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，并允許能量回饋。 軸承壓裝機是用于機車輪對軸承壓裝的設(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)。 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(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。 本次設(shè)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(fù)載都很小，本設(shè)計中取輔助缸負(fù)載基本相同，并采用同一型液壓缸；工作缸回路中負(fù)載缸的負(fù)載較大，采用滿足其負(fù)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(fù)載、速度的不同產(chǎn)生壓力和流量的相互干擾，按負(fù)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。 （2） 鎖緊缸采用進油節(jié)流調(diào)速，壓裝缸釋壓回路采用回油節(jié)流調(diào)速。其它液壓缸采用外徑內(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，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(zhǔn)確、換向準(zhǔn)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)省制造費用和密封的使用和更換。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） 液壓站獨立于主機，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、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(zhì)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(nèi)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(nèi)徑D和活塞桿直徑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(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3.4 活塞桿內(nèi)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(shè)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(nèi)徑為，活塞桿內(nèi)徑為。 3.3.2 壓裝缸壁厚和外徑的計算 已知壓裝缸內(nèi)徑為，其活塞桿內(nèi)徑為。 從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)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(nèi)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(nèi)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(yīng)力。其值為:無縫鋼管：。 液壓缸外徑： ，，， (3.3) 查機械設(shè)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(nèi)徑為，其活塞桿內(nèi)徑為。 ，，， (3.4) 查機械設(shè)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(nèi)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(nèi)徑為，綜合諸多因素，現(xiàn)取油管的內(nèi)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(nèi)徑為，回油管內(nèi)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(nèi)流速為： (3.9) 則管道內(nèi)雷諾數(shù)為： (3.10) < 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： (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(nèi)流速為： (3.13) 則管道內(nèi)雷諾數(shù)為： (3.14) < 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： (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(nèi)。 3.5 液壓泵和電機的相關(guān)計算 3.5.1 確定液壓泵的流量 液壓泵的最大流量應(yīng)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(jié)果查閱相關(guān)手冊，現(xiàn)選用CCY141B柱塞泵，該泵的基本參數(shù)： 每轉(zhuǎn)排量； 電動機轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)與材質(zhì)；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(gòu)；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(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。 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(diào)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(yīng)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(diào)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(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%。 （2） 應(yīng)當(dāng)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(diào)節(jié)壓力（MPa） 可通過流量（L/min) 1 柱塞泵 CCY14-1B - 32 - 2 先導(dǎo)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(jié)構(gòu)設(shè)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.外形尺寸小；b.重量較輕。缺點：a.端部結(jié)構(gòu)復(fù)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(jié)構(gòu)：一級缸工作壓力大，活塞直徑較小，活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)采用整體式結(jié)構(gòu)；二級缸活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)采用螺紋連接?；钊麠U導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)：一級缸活塞桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向套導(dǎo)向；二級缸活塞桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為端蓋直接導(dǎo)向。 圖3.6 油缸結(jié)構(gòu)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(jié)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(zhì)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(yán)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(shè)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(zhì)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(yán)重影響壓裝質(zhì)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(shè)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(guān)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(shè)計范圍內(nèi)，圖上不予體現(xiàn)。 傳感器和調(diào)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(nèi)部線路相當(dāng)于一個電橋，只是有一個橋壁是可變，當(dāng)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(diào)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(shè)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(yīng)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(shè)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(yù)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(shè)出一個液壓回路。所謂液壓回路就是通過各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，我們能夠設(shè)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(shè)計。 4 輪對軸承壓裝機結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 輪對軸承壓裝機結(jié)構(gòu)設(shè)計 壓裝機由機體、液壓站和控制臺三部分組成，其主要結(jié)構(gòu)由床身、液壓缸等組成。本章將從結(jié)構(gòu)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(yīng)該就近布置，壓裝機結(jié)構(gòu)設(shè)計成對稱性壓裝缸，其效率高，且對稱結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性，能抵消一部分內(nèi)力，其具體結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。 圖4.1 壓裝機結(jié)構(gòu)圖 4.2 床身設(shè)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(shè)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(yīng)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(zhì)量，提高使 畢業(yè)設(shè)計（論文） 用壽命。為適應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4.2所示。 圖4.2 底座設(shè)計圖 4.2.2 支座設(shè)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(jié)構(gòu)為封閉的箱體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)圖4.3所示。 圖4.3 支座設(shè)計圖 5 油箱和其它液壓輔助元件的設(shè)計 5 油箱和其它液壓輔助元件的設(shè)計 液壓油箱的作用是貯存液壓油、分離液壓油中的雜質(zhì)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（<)可取： 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(shè)計中，系統(tǒng)的額定壓力為，可確定為高壓系統(tǒng)，則： 本設(shè)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(shè)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(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。本次設(shè)計中油箱選用BEX-800型油箱。 畢業(yè)設(shè)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(zhì)選油 含鋅油在鋼-鋼摩擦體上性能很好，但由于含有硫?qū)︺~、銀敏感， 因此在含有銅、銀材質(zhì)部件的系統(tǒng)不能應(yīng)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(zhì)部件系統(tǒng)不適用。 僅含磷的液壓油是具有中負(fù)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(nèi)固定液壓設(shè)備 HL HL或HM HM HM 露天、寒冷和嚴(yán)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?zé)嵩椿蛎骰鸶浇? 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(nèi)滲漏量大，容積損失增加， 畢業(yè)設(shè)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(nèi)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(yīng)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(yīng)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(shè)備，可保護設(shè)備的正常工作，當(dāng)流體進入置有一定規(guī)格濾網(wǎng)的濾筒