火车主轴除锈机除锈部分设计.doc

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）前言世界逐渐在缩小，这在很大程度上都归功于交通的便利及通信的发展，而对于交通来说，铁路的出现无疑是很重要的。铁路运输是一种最有效的已知陆上交通方式，铁路以距离长、速度快、价格低吸引大众，而随着铁路运输的发展，另一个重要的问题也随着出现，那就是铁路运输的安全。铁路火车段修是保证运输安全、保持火车基本性能的重要检修工作，而火车主轴的检修质量对火车的安全运行有很大的影响。火车提速对火车主轴的质量有了更高的要求，而火车主轴的除锈是火车段修中主轴检修的一道重要工序。铁道部在“铁道车辆轮轴探伤工艺规程”铁辆（1995）114号文中严格规定：轮对或车轴探伤时，车轴被探测部位表面须露出基本金属面，除锈质量不符合探伤要求者，不得进行探伤作业。很明显除锈质量的好坏直接影响到火车主轴探伤的可靠性，是防止“切轴”保证火车安全运行的一个重要环节。在原有的火车段修工艺中，火车主轴的除锈是用钢丝刷、钢铲等简单工具进行手工除锈、铲除油泥，该方法明显落后、效果差，火车主轴的铁锈不易彻底清除，金属面难以全部裸露，质量不易得到控制，使探伤作业的可靠性大打了折扣。这是火车检修过程中的一个薄弱环节，也是在防止“切轴”，保证火车安全运行工作中急需攻克的一个关键问题。为了解决这一问题，提高火车检修质量及加强修车机械化，设计了火车主轴除锈机。1 课题的研究意义和主要内容1.1目前现状新中国成立前，包括台湾公营铁路在内，一共修建了 29600公里，复线3155公里，每年平均建设395公里。因改线、改轨以及拆除等原因，到1948年底，实有铁路24900公里，复线约2000公里，每年平均建设322公里。每万平方公里的领土面积仅有铁路259公里，大大落后于当时世界工业国家的铁路发展状况(占美国的114、原苏联的14)。当时我国的铁路设备简陋、标准杂乱、运输能力低，布局偏于东北和京广线以东的地区，西北地区几乎没有铁路。 新中国成立以后，我国的铁路有了空前的发展，现已修成了成渝、宝成、贵昆、成昆、襄渝、湘黔、川黔、黔桂、兰新、青藏线北段等十几条铁路干线。 截至 1999 年底， “ 九五 ” 前四年全路共投入运营新线 5455 公里、复线 4102 公里、电气化铁路 3743 公里，分别是 “ 八五 ” 期间的 1. 03 、 1.07 和 1.46 倍。至此，全国铁路营业里程已逼近 7 万公里，居亚洲第一。 铁路技术装备有了明显的改进，已建成宝成、阳安、石太、包兰、成渝、京秦、贵昆、太焦、襄渝、京包、大秦、郑武、兰武、湘黔怀玉段等十多条电气化铁路，总计 12万公里，还自行设计制造了内燃机车、电力机车、载重50吨的货车和各种客车。桥梁建设跨入了世界先进行列。在江面宽阔、水深湍急的长江上，先后修建了三座铁路、公路两用桥和两座铁路桥(重庆、渡口)以及九江铁路桥。客、货运量大幅度提高，2002年铁路货物运输量18.6亿吨，货物周转量为14980亿吨公里，旅客周转量为4830亿人公里，我国铁路运输在现代化建设中发挥着重要的先行作用。 2004年铁路货物总周转量占全国货物周转量（不含远洋）的52%，旅客周转量占全国旅客周转量的35%。运输里程增长缓慢，不能满足运输需求。改革开放以来中国铁路营运里程复合增长率仅为1.39%，而同期货物运输需求增长率为7%。目前中国铁路是世界上最繁忙的铁路，用占世界6%的营运里程完成了占世界24%的换算周转量。全路主要干线长期处于饱和状态。为扭转铁路运输能力不足的局面，满足经济发展需要，铁道部于2003年提出铁路建设跨越式发展战略。2004年初，铁道部发布了中长期铁路路网规划“十一五”期间，铁路路网建设的重点为：建设快速铁路网、完善路网布局和西部开发性新线、强化煤炭运输通道、形成集装运输网络以及完善铁路枢纽等。随着大规模铁路建设和营运里程的不断增长，铁路运输紧张局面会有所缓解。目前中国铁路运输还是政企合一的管理体制，企业还不具备自主经营权。铁路系统管理体制改革将推进铁路运输企业建立现代企业制度，优化运输组织，提高运营效率，减少运营管理成本。2007年4月18日，我国铁路运输网络迎来了第六次大提速，此次提速标志着我国铁路运输水平迈入了世界优秀行列.作为我国主要交通运输工具的铁路发展到今天，运输安全已成为铁路企业的头等大事。铁路运输安全不仅关系到铁路自身的效率和效益，更重要的是与社会生产、社会生活等各个方面密切相关。“安全第一，预防为主”始终是中国铁路运输的永恒主题，这是国民经济长期稳定发展的需要，也是国家赋予铁路广大职工的神圣职责。火车的段修对保证铁路运输的安全有着十分重要的意义，其中火车主轴的除锈就是铁路段修中最关键的一道工序。1.2 解决方法根据铁道车辆轮轴探伤的工艺和生产要求研制的除锈机首先能够提高轮对轴身、防尘板座的除锈质量;其次,必须适应火车轮对除锈、探伤工艺流水线要求.经反复研究决定采用如下方案:1)轴身除锈：轴身除锈转刷采用电力驱动，电动机通过带传动带动钢丝刷轮除锈,电机与转刷架用整块钢板刚性连接,转刷与轴身的轴向与径向调整通过液压油缸实现.2) 防尘板座及轮座外侧的除锈：对于已退卸轴承的轮对，须对防尘板座及轮座外侧外露部分除锈，采用电动机转子轴直连驱动的刷轮在仿形滑槽内作往复运动来实现除锈，该刷轮组件在仿形滑槽内的往复运动是依靠液压油缸的作用来完成的。3）转轮机构：为达到良好的除锈效果，除了钢丝刷轮的高速自转运动，轮对本身还须作与刷轮自转旋向相反的转动。该机构采用电动机通过传动轴驱动转轮主动轮来工作。4）清洗：在钢丝刷轮对轴身及防尘板座、轮座外侧进行除锈时，采用喷射在轴身上的清水来对其进行清洗，同时达到消尘的目的。5）出轮机构：轮对除锈完毕，需在出轮机构的作用下从轮对除锈机里自动出轮，该部分采用压缩液体为动力，液压油缸为执行元件。液压油缸带动连杆机构实现推轮动作。6)采用可编程序控制器,实现自动控制.2 设计目的和设计方案2.1明确设计任务（1）根据当今社会的实际情况，为简便高效除锈，欲设计一个火车主轴除锈装置。（2）为了进一步明确设计任务，设计者查阅了大量资料，经整理后，制定了设计任务表，如下： 火车主轴除锈系统要求或希望内 容要 求希 望要 求希 望要 求要 求希 望要 求要 求1、 几何形体占用空间小。 外形小巧，结构简单。2、 使用性能操作简便。 能对多种零件表面除锈，自动工作。3、可靠性整个系统运行可靠，除锈彻底。操作安全性高。4、可维修性与寿命使用寿命长，维修方便。零件种类少，通用性强。5、材料 金属材料，强度高。6、加工多用标准件；全部为本厂加工，不毕外协；尽量不需要专用设备。2.2确定设计任务的核心设计任务的核心是“除锈”。2.3建立物理关系的功能结构即有锈的火车轴经过除锈装置把锈去除，得到无锈轴。材料：输入的是有锈火车轴，输出的是无锈火车轴。能量：输入的是动能，输出的是摩擦损失功、势能等。2.4寻求原理解及其结合画出了物理关系的功能结构图，也就找到了能实现总功能的部分功能，并确定了部分功能之间的关系，下一步就是寻求能实现部分功能的物理原理，即原理解，然后再把原理解结合起来，形成技术系统。功能关系原理解如下表：顺序解部分功能123运转(a)轴转除锈机转同时转进给(b)间歇运动连续运动人工控制除锈(c)钢刷磨光机齿形除锈器三个方案为宜第一个方案：a1b1c2第二个方案：a2b3c3第三个方案：a3b2c1经分析方案三较好.2.5初步方案的具体化初步方案的具体化即画出方案的草图（结构）方案支承轮通过皮带传动，带动车轮顺时针旋转，从而使主轴转动3 系统总体结构3.1 总体结构图1、7 升降导轨； 2、3、6 升降油缸； 4、8、22 安装吊架； 5、13、18 钢刷；9、21 移动油缸； 10、20 仿形块； 11、19 刷轮电机； 12 转轮电机； 14、17 轮对； 15 主动轮（转轮）； 16 从动轮（转轮）； 23 v带及带轮； 24 刷轮轴.3.2 除锈3.2.1 除锈方法 除锈的方法包括手工除锈、机械除锈、化学除锈。1.手工除锈 .手工除锈是最简单、最原始的处理方法。手工除锈的工具有榔头、铲刀、刮刀、钢丝刷等，一般厚的锈斑用榔头敲松再用铲刀铲除。用钢丝刷等手工工具进行除锈，不仅效率低，而且对操作人员危害极大，如果操作人员仅依靠普通口罩进行保护，经过几个小时的工作后，鼻腔中就会沾满锈尘，长久以往，就会对人的呼吸系统造成严重伤害;同时所产生的铁锈和砂尘还会随着流水注入江河、湖泊及海洋中，对水中的生物造成危害。手工除锈劳动强度大，环境恶劣，难以除去氧化皮等污物，除锈效果不佳，难以达到规定的清洁度和粗糙度，已逐步被机械方法和化学方法所替代。但在修船过程中，特别是对局部缺陷的修补，常采用此方法；对于机械除锈难以达到的部位，如狭小舱室、型钢反面角隅边缘等作业困难区域，也多应用手工除锈。 2.机械除锈 机械除锈的工具和工艺较多，其中主要如下。 （1）小型风动或电动除锈。主要以电或压缩空气为动力，装配适当的除锈装置，进行往复运动或旋转运动，以适应各种场合的除锈要求。如角向磨光机、钢丝刷、风动针束除锈器、风动敲锈锤、齿型旋转除锈器等，属于半机械化设备，工具轻巧、机动性大，能较彻底去除锈、旧涂层等，能对涂层进行打毛处理，效率比手工除锈大大提高，但不能除去氧化皮，表面粗糙度较小，不能达到优质的表面处理质量，工效较喷射处理低。可在任何部位使用，特别在修船过程中得到广泛应用。 （2）喷丸（砂）除锈。主要以颗粒喷射冲蚀作用构成的以达到表面清洁和适宜的粗糙度，设备包括敞开式喷丸（砂）除锈机、密闭式喷丸（砂室）、真空喷丸（砂）机。敞开式喷丸（砂）机应用较为广泛，能较为彻底地清除金属表面所有的杂质，如氧化皮、锈蚀和旧漆膜，除锈效率高，机械程度高，除锈质量好。但对由于磨料一般不能回收，对其他作业有影响，清理现场麻烦。所以环境污染较重，近来逐渐被限制使用。 （3）高压水磨料除锈。利用高压水射流的冲击作用（加上磨料的磨削作用）和水撬作用破坏锈蚀和涂层对钢板的附着力。其特点是无粉尘污染，不损伤钢板，大大提高除锈效率，除锈质量好。但除锈后的钢板易返锈，须涂装专门的带湿除锈涂料，对一般性能涂料的涂装有较大影响。 （4）抛丸除锈。抛丸除锈是利用高速旋转的叶轮将磨料抛向钢铁表面来达到除锈目的，是一种对船体钢料进行除锈的较为先进的机械处理方法，不仅生产效率高，而且费用低、自动化程度高，可实现流水线操作，环境污染少，但是这种除锈方法设备庞大，功耗大。3.化学除锈 化学除锈主要是利用酸与金属氧化物发生化学反应，从而除掉金属表面的锈蚀产物的一种除锈方法，即通常所说的酸洗除锈，但是这种方法有可能除完表层锈后把里面的物质也顺便反应掉，例如除完铁锈还会跟铁反应。3.2.2 除锈基本原理火车待修轮对沿轨道进入除锈机时，为避免直接撞击转轮机由缓冲液压油缸引导下缓慢到位。本机除锈时，除锈轮对在经过减速器减速后的转轮机械驱动下低速转动，钢丝刷此时可作两种移动，一方面在电动机直接驱动下在除尘板座处做高速旋转运动，另一方面由液压油缸牵引下在沿升降导轨移动，到达工作表面后又在移动进给油缸牵引下在仿形导轨内沿火车主轴处工作表面作轴向移动（此时上下升降、轴向移动的速度均由液压系统的单向节流阀进行调整），对火车主轴进行除锈。3.2.3 除锈装置组成火车主轴除锈机装置主要由刷轮装置、进给及防形装置、转轮装置组成.3.3刷轮装置 3.3.1 轴身刷轮装置轴身刷轮装置主要由刷轮组、刷轮轴、滚动轴承、电动机、v带及带轮等组等组成。如图3-1所示. 图3-1 轴身刷轮装置 3-11.基本尺寸确定初定钢刷直径为200mm,钢刷厚度50mm,钢刷质量,钢刷线速度12.8,皮带有效拉力f=150n.2 电动机选择1） 选择电动机系列按工作要求及工作条件选用三相异步电动机,封闭式结构,电压380v,y系列.y封闭式三相异步电动机具有效率高、噪声低、震动小、体积小、重量轻、运行可靠、安装维护方便、温声低等优点。2） 选择电动机功率钢刷所需有效功率装置总效率 传动总效率所需电动机功率查表可选y系列三相异步电动机y90l-2,额定功率或选y系列三相y100l1-4,额定功率.钢刷轴转速 现以同步转速为3000及1500两种方案进行比较，查得电动机数据,计算出的总传动比列于下表表3-1 电动机数据及总传动比 3-1方案号电动机型号额定功率/同步转速/满载转速/电动机质量/总传动比1y90l-22.230002840252.322y100l1-42.215001420341.16比较两方案可见,方案1选用的电动机虽然质量个价格较低,但总传动比大.为使装置结构紧凑,决定选用方案2,电动机型号为型,额定功率为2.2,同步转速为1500,满载转速为1420.由表查得电动机中心高,外伸轴段.3.v带传动带传动由主动轮、从动轮和张紧在两轮上的传动带组成（如图3-2所示）1主动轮；2从动轮；3传动带图3-2带传动 3-2已知：电动机的带轮传递的功率为，电动机的转速为，电动机的型号为，钢刷轴的转速为；计算：带的类型、长度，根数，传动的中心距，作用在轴上的力和带轮的尺寸。1）计算功率 查表查得；2）选择带型 由图（根据) 皮带选为；3）确定小皮带轮基准直径带轮直径越小，带的弯曲力就越大，会加剧带的疲劳损坏，缩短带的寿命。因此，小带轮直径不应小于表3-2的最小基准直径，在结构尺寸允许的情况下，应该选取较大的带轮直径，这样在传递功率一定时，可以增大带速，减小带的有效拉力和带的根数。小带轮的直径应按表取标准值。表3-2 v带轮的最小基准直径 v 3-2带型yzabcde205075125200355500由表3-2选定 ；4）确定大皮带轮基准直径 确定小带轮基准直径后，大带轮基准直径按式 取 按表取标准值 ；5）验算带的速度带速通常应在范围内，带速小于时不能充分发挥带传动的能力，导致带的根数增加；带速过大时会使离心力过大，不仅产生过大的拉应力，降低带的疲劳强度，而且减小了带与带轮之间的正压力，使摩擦力下降，降低传动能力。带速 ；带速在范围内，符合要求。实际传动比 ；6）初定中心距 ，即，取；7）确定带基准长度从查表取；8）确定实际中心距 ；考虑安装和预紧要求，中心距需要有一个变动范围。安装所需的最小中心距为：；张紧或补偿伸长所需的最大中心距为：9）验算小带轮包角 ；小带轮包角通常应该大于，符合要求。10）确定v带根数单根带所能传递的额定功率查表得；弯曲影响系数查表得；传动比系数查表得;额定功率增量包角系数查表得;长度系数查表得;带的根数 ；取根；11）确定单根普通带的预拉力 带每米长度质量查表得；有效圆周力 12）作用在轴上的力 ；13）带轮结构尺寸带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成，按轮辐结构形式，分为实心、腹板、孔板和椭圆轮辐四种类型。带轮基准直径较小时使用实心式，直径较大时使用腹板式或孔板式，直径大于时使用轮辐式。（1）小带轮：小带轮的，查表可知，采用实心结构，其结构如图（3-3）所示. 轮缘及轮槽结构如图（3-4）所示. 图3-3 实心式带轮的结构 - 3-3图3-4 普通带轮缘及轮槽 3-4查表可得 型带的，最小轮缘厚度带槽的夹角 查表可得 .（2）大带轮：大带轮的，查表可知，采用腹板结构，其结构如图（3-5）所示。图3-5 腹板式带轮结构 3-5查表可得型带的，最小轮缘厚度 带槽的夹角 联接采用普通平键（型）如图（3-8） 查表可知电动机与小带轮之间键的公称尺寸长度选为，大带轮与轴之间的键公称尺寸，长度选为4.刷轮轴刷轮轴的结构如图（3-6）所示1钢刷；2轴承端盖；3轴承；4套筒；5带轮图3-6 轴的结构图 3-6选取轴的材料为45钢，调质处理。为了与带轮的配合，选取轴的直径为；为便于装拆零件采用阶梯轴，装配方案为：带轮、套筒、左端滚动轴承及端盖、左端钢刷从左端装拆、右端滚动轴承及其端盖、钢刷从右端装拆。为避免零件沿轴向或周向相对运动，要对零件进行定位和固定。两侧钢刷的周向定位采用普通评建；滚动轴承利用套筒和端盖作轴向定位和固定，利用轴承内圈与轴的过度配合保证周向固定；带轮的轴向定位使用轴环和套筒，周向采用平键固定。考虑轴承承受径向负荷和轴向负荷，轴段直径，选用6208型深沟球轴承。确定轴的结构尺寸：按扭转强度条件估算轴的最小直径，初估轴的最小直径，查表，取，可得.轴段的直径按扭转强度确定，并按钢刷内径取标准值。长度比钢刷直径略短2-3，以保证螺栓能够压紧钢刷。取轴段直径为，长度。轴段的直径应略大于轴段直径，以便制出轴肩，保证钢刷的轴向定位。长度根据轴承端盖厚度和装置的结构确定。取轴段的直径为，长度。轴段的直径应该大于轴段的直径，以便装拆滚动轴承。长度根据轴承宽度和装置的结构确定。取轴段的直径为，长度。为便于装拆带轮，轴段的直径应大于轴段的直径，为保证带轮轴向定位的可靠性，轴段的右端应该加工出轴环，轴段的长度应略短于带轮毂孔的长度。取轴段的直径为，长度。同一轴上的两个轴承通常取相同的类型和内径，所以轴段的直径和轴段的相同，长度。轴段的直径和长度与轴段的相同，轴段的直径和长度与轴段的相同。所以轴的长度。轴端的倒角取；轴的强度校核：轴上的转矩 ；作用在带轮轴上的力 轴的载荷根据轴的结构作出轴的计算简图，如图（3-7）所示.根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图，如图（3-7）所示.图3-7 轴的计算简图 3-7其中 从作出的轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图中可以看出，截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。截面处的、和的数值如下：支反力 水平面 水平弯矩垂直面 ；.垂直弯矩弯矩和 水平面 垂直面 合成弯矩扭矩 当量弯矩轴的材料为45钢，调质处理，由表查得,则，即,取，轴的计算应力根据计算结果可知，该轴的强度满足要求。5.键联接键联接是将轴上的转动或摆动零件与轴进行周向固定的联接，用以传递转矩。联接采用普通平键（型）如图（3-8） 查表可知固定钢刷键的公称尺寸，长度选为；固定小带轮键的公称尺寸，长度选为，固定大带轮键的公称尺寸，长度选为。图3-8普通平键（a型） 3-8(a)键校核：查表可知键联接的许用挤压应力所以键满足要求。说明：式中键与轮毂槽（或轴槽）的接触高度，为键高； 键的工作长度，型：，为键宽5.轴承要保证轴稳定旋转减少转轴与支承之间的摩擦和磨损还需要用轴承支承。轴承的功用一是支承轴及轴上零件并保持旋转精度，二是减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类，滚动轴承与滑动轴承相比具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑简便，易于互换等优点，因此选择滚动轴承支承。考虑轴承同时承受径向负荷，也可同时承受轴向负荷，选择深沟球轴承，深沟球轴承摩擦阻力小，极限转速高，结构简单，价格便宜。轴的直径，查滚动轴承标准,选用6208深沟球轴承。3.3.2轴两侧刷轮装置轴两侧刷轮装置主要由钢刷、轴承座、电动机及悬挂安装板等组成。如图3-9所示图3-9防尘板座刷轮装置示意图 3-91. 基本尺寸确定初定钢刷直径为200mm,钢刷厚度50mm,钢刷线速度12.8,带动钢刷有效拉力。2. 钢刷旋转电动机选择1） 电动机系列按工作要求及工作条件选用三相异步电动机,封闭式结构,电压380v,y系列.2) 选择电动机功率钢刷所需有效功率装置总效率 所需电动机功率查表可选y系列三相异步电动机y100l1-4,额定功率或选y系列三相y112m-6,额定功率.钢刷轴转速 现以同步转速为1500及1000两种方案进行比较，查得电动机数据,计算出的总传动比列于下表表3-3 电动机数据及总传动比 3-3方案号电动机型号额定功率/同步转速/满载转速/电动机质量/总传动比1y100l1-42.215001420341.162y112m-62.21000960450.78比较两方案可见,方案1选用的电动机虽然质量个价格较低,但总传动比大.为使装置结构紧凑,决定选用方案2,电动机型号为y112m-6型,额定功率为2.2,同步转速为1000,满载转速为960.由表查得电动机中心高,外伸轴段.轴两侧除锈方式一样,所以电动机y112m-6型电动机需要2台.3.带动钢刷轴及轴承座尺寸(1)钢刷轴因为电动机已选定,型号是y112m-6,电动机外伸轴段的直径是28,带动钢刷轴的直径应大于电动机外伸轴段直径,取钢刷轴直径,且做成空心,电动机外伸轴段和钢刷轴之间用普通平键进行周向连接。轴要用轴承支承轴，轴长度确定为 考虑轴承承受径向负荷和轴向负荷，选6208型深沟球轴承，查机械设计手册可知轴承，d、d、b表示如图3-10所示.图3-10 滚动轴承外形尺寸 3-10（2）轴承座尺寸轴承已选定为6208型深沟球轴承，轴承的宽度为，需要安装一对轴承，所以长度为，轴承之间用套筒进行定位，套筒的长度为，为了防止外界杂质进入轴承还需要有好的密封装置，选用毡圈接触式密封。定轴承座尺寸为。（3）键联接电动机外伸轴段与钢刷轴之间用普通平键（型）联接，普通平键如图（3-8），查表4.5-1选择键的尺寸为，键的长度。键校核：查表可知键联接的许用挤压应力所以该键满足要求。说明：式中键与轮毂槽（或轴槽）的接触高度，为键高； 键的工作长度，型：，为键宽3.4 进给及防形装置防形及进给装置由防形导轨架、防形板、安装吊架、刷轮装置移动油缸、升降导轨及上下升降油缸等主要部件组成。3.4.1基本尺寸1. 防形导轨架、防形板、安装吊架、升降导轨尺寸防形导轨架.防形板.安装吊架.升降导轨尺寸3.4.2液压缸2. 液压油缸液压油缸是液压传动系统中的执行元件，它和液压马达一样，都是把液压能转换成机械能的能量转换装置。但二者的运动方式不同，液压马达作旋转运动，而液压油缸作直线往复运动和小于的摆动。液压油缸具有结构简单，工作可靠，制造容易，使用维护方便，易于实现远控和自控等优点。液压缸的输入量是液体的流量和压力，输出量是直线速度和力。液压油缸根据液压力作用方式的不同，又有单作用和双作用之分。单作用液压油缸有柱塞式、活塞式和伸缩式三种结构形式。柱塞式和活塞式较为常用.柱塞式和活塞式单作用液压油缸的工作原理如图3-11所示。当压力p的工作液体由液压油缸进液口a以流量q进入柱塞或活塞底腔后，液体压力均匀作用在柱塞或活塞底面上，柱塞或活塞杆在该液体压力的作用下，产生推力f，并以速度向外伸出。若柱塞或活塞底腔卸压，则柱塞或活塞杆在自重（垂直安装时）或弹簧力等外力作用下缩回。由于液压力只能推动柱塞或活塞杆朝一个方向运动，因此这两种液压油缸属于单作用液压油缸。（a）柱塞式液压缸 (b)活塞式液压缸图3-11 柱塞式和活塞式液压缸 - 3-11说明：d柱塞或活塞直径；p 液压缸进液压力.双作用液压油缸主要有单活塞杆式、差动式、双活塞杆式和伸缩式等类型。单活塞杆式双作用液压油缸如图3-12所示。其进、出液口的布置视安装方式而定。工作时可以缸筒固定，活塞杆驱动负载；也可以活塞杆固定，缸筒驱动负载。在缸筒固定情况下，当a口进液，b口、回液时，活塞杆伸出；当b口进液，a口回液时，活塞杆缩回。由于液压力能推动活塞杆作正反两个方向的运动，因此这种液压油缸属于双作用液压油缸。本机的选用单活塞杆式双作用液压油缸。图3-12 单活塞杆式双作用液压缸原理图 3-12说明：d 活塞直径；d 活塞杆直径. 3. 液压油缸尺寸1)轴身刷轮装置的液压油缸（1）负载升降油缸所受外负载（2）有效面积（3）油缸直径（4）选择准缸径升降油缸说明：p 油缸进出口压力差，取p=2 油缸的机械效率，取 升降油缸有效面积（5）活塞杆直径 取（6）选择准杆径按计算结果查液压元件及选用手册选升降油缸直径（hsgl01-63/32e-1311-500），此液压油缸的最大行程是500，不满足要求，所以选用油缸直径63，工作行程750（hsgl01-63/32e-1311-750）的液压油缸，油缸活塞杆直径为45。2)轴两侧刷轮装置的液压油缸（1）负载升降油缸所受外负载移动油缸所受外负载（2）有效面积（3）油缸直径（4） 选择准缸径升降油缸移动油缸说明：p 油缸进出口压力差，取p=2 油缸的机械效率，取 升降油缸有效面积 移动油缸有效面积（5）活塞杆直径 取（6）选择准杆径查液压元件及选用手册移动油缸直径、工作行程（hsgl01-50/25e-1301-200），升降油缸直径、工作行程（hsgl01-63/32e-1311-200）。3.5 转轮装置转轮装置是经过摆线针轮减速机减速后驱动火车轮对作低速转动，设计转速转/分（火车轮对按，主动轮径，电动机转速1400转分，减速比），转轮机设置有避免火车轮对进入时撞击转轮机的由液压 油缸控制的轮对缓冲装置，另设有出轮时的推轮装置，以使整道工序作业完成后的轮对自动送出火车除锈机而进如下一道工序。3.6 总体尺寸4 液压系统除锈机的传动部分采用了液压驱动的方式，因为液压传动与其他传动方式相比较，具有以下优点:1.液压传动在运行中，能方便地实现无级调速，且调速范围比较大。2.在同等体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力。在同等功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。3.液压装置的工作比较平稳。液压装置重量轻，惯性小，反应快。易于实现启动、制动和频繁的换向。4.液压装置能在大范围内实现无级调速，还可以在液压装置运行的过程中进行调速。5.液压装置容易实现自动化，主要由于它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或者调节的，操作很方便。6.液压装置易于实现过载保护，系统超负载，油液会经溢流阀回油箱。由于采用油液作工作介质，液压元件能自行润滑，因而使用寿命长。7.液压元件已经实现了标准化、系列化和通用化，这使得系统的设计、使用和制造的极为方便。8.液压传动中，由于功率损失所产生的热量可由流动着的油液带走，因此可避免在系统某些局部位置产生过度温升。4.1 液压系统组成液压系统由单级叶片泵、三位四通电磁阀、溢流阀、单向节流阀、油箱及动作执行液压油缸（推轮油缸、上下升降油缸、左右进给移动油缸、轮对缓冲油缸）等主要部件组成。各动作执行油缸的速度可通过单向节流进行调整，系统压力由溢流阀控制在6，各执行油缸的动作是由电磁阀换向来完成。4.2液压系统图液压原理图工作原理：液压泵在电动机带动下旋转，吸进低压液体，当换向阀2右端电磁铁通电换向阀1断电，液体经单向阀流入油缸2的右端，油缸向左移动，当换向阀2断电，液体经单向节流阀流回油箱；当换向阀1左端通电换向阀2断电，液体经单向阀流入油缸1的左端，油缸向右移动，当换向阀1断电液体经单向节流阀流回油箱。当换向阀4右端通电换向阀3断电，液体经单向阀流入油缸4右端，油缸左升降，当换向阀4断电液体经单向节流阀流回油箱；当换向阀3左端通电换向阀4断电液体经单向阀流入油缸3左端，油缸右升降，当换向阀3断电液体经单向节流阀流回油箱，通过改变单向节流阀流口面积的大小来调节通过的流量，进而调节油缸的速度。当液压泵驱动电机不需频繁启动的时候，系统通过电磁溢流阀卸荷。5除锈机主要特点与社会、经济效益分析5.1除锈机主要特点（1）本机特别适合火车主轴除锈用。具有安全可靠、操作简单方便、设备性能稳定、有较强的实用性、提高了生产效率、除锈彻底、大大降低了工人的劳动强度。（2）本机采用液压驱动自动进给，高速旋转的钢丝刷沿机械仿形导轨内按火车轮对工作表面曲线作轴向移动的方式对火车轴进行除锈；液压进给速度可平稳调整。（3）本机设有为工作平稳及防火车轮对撞击转轮机构而设置的液压缓冲机构；设有火车轮对推出本机进入下一道工序的液压推轮装置。（4）在除锈期间，除锈部位喷淋清水，以达到除尘、保护环境、钢丝刷和除锈表面降温及对表面的清洗。 5.2社会、经济效益分析（1）本机确保了火车主轴的除锈质量，为轮对轴颈探伤打下了良好的基础，保证了探伤工序的可靠性，是防止“切轴”，起到保障旅客列车安全运行的重要作用。（2）结束了手工操作的历史，解决了生产工艺落后，工序质量不易控制的问题。提高了段修车机械化的水平，节省了大量的人力物力。（3）改善和提高了修车作业环境，实现文明生产，为火车段修提供了良好的外部条件。（4）提高了工效，减轻了工人的劳动强度。（5）提高了火车的检修质量，除锈彻底、质量有保证，完全露出金属表面，符合工艺要求。为防止车轴裂纹漏检，防止“切轴”，保证火车安全打下了坚实的基础。（6）能产生显著的经济效益。6 结论铁路的发展祢补了陆地旅行速度慢的缺点，以能力大、速度快、安全好、没有废气污染、有效利用资源等特点，适应可现代社会对交通运输的要求。城际高速铁路、重载和快捷货物列车、集装箱多式联运的发展，使铁路具有新的优势。正是由于这些原因，近些年来，铁路在世界范围内重新崛起，发展迅速。随着铁路运输的迅速发展，运输的安全问题也引起了国家的高度重视。铁路段修是保证运输安全的重要工序，而火车主轴的除锈质量对探伤的可靠性有很大的影响。本机能较好地完成火车主轴的除锈，不仅能够对轮对轴身除锈，还可以对防尘板座同时除锈，除锈效果好、效率高，对环境污染小，提高了火车段修工艺质量水平，加强机械化能力，进一步完善了火车检修的工装设备，保证了旅客运输的安全，达到了铁道部铁路货车段修规程中规定的“轮对需清洗、除锈，轴外露部位须露出基本金属面”的要求，保证了探伤的顺利进行。可广泛用于铁路车辆部门的段修生产，是防止“切轴”、保证安全的一项值得推广的设备。本机除锈虽然满足检修工艺的要求，但还须对本机进一步提高自动化程度，进一步改进轮对和出轮速度，这些都需要进一步研究和进一步实践来解决。 致 谢本设计在导师张建卓副教授的悉心指导和严格要求下完成的，从论文的课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着张建卓导师的心血和汗水。老师严谨的治学风格、渊博的学术知识和积极创新的生活态度都深深地影响着我。在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向导师表示深深的感谢和崇高的敬意。在论文的完成过程当中，同时得到了寝室同学的热情帮助，是他们无私的帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向他们一并表示深深地感谢!感谢母校辽宁工程技术大学的培养! 参考文献1 吴宗泽，罗圣国主编，机械设计课程设计手册m，北京：高等教育出版社，1999。2 姜继海，宋锦春等编，高常识主编，液压与气动传动m，北京：高等教育出版社，2002。3 王洪欣，李木，刘秉忠，机械设计工程学，中国矿业大学出版社，2001年1月。4 唐大放，冯晓宁，杨现卿，机械设计工程学，中国矿业大学出版社，2001年9月。5 彭辉，高级船舶除锈涂装工艺，哈尔滨工程大学出版社，2006年3月。6 何庆，机械制造专业毕业设计指导与范例，化学工业出版社，2008年1月。7 孙波，机械专业毕业设计宝典，西安电子科技大学出版社，2008年3月。8 柴鹏飞，王晨光，机械设计课程设计指导书，机械工业出版社，2008年1月。9 现代实用机床设计手册编委会，现代实用机床设计手册，机械工业出版社，2006年6月。10 朱华兴，机床与液压，中国机械工程学会广州机械科学研究院，2003年第2期。11 段齐骏，设计图学，机械工业出版社，2007年7月1日。12 隗金文，王慧，液压传动，东北大学出版社，2001年8月。13 王守城，段俊勇主编，液压元件及选用，北京：化学工业出版社，2007年1月。14张建华，王伟等主编， - ，外语教学与研究出版社，1999年12月。15 ， ， .附录a 提高钢管除锈质量的意义和方法为延长管道的使用寿命，大幅度提高管道的经济效益。首先要保证钢管除锈的质量，选取良好的材料进行防腐。本文就除锈质量和方法对管道的使用寿命的影响作了论述，并提出采用抛丸除锈是当前除锈质量比较好的方法。也介绍了钢管表面抛丸除锈装置和技术性能。一 除锈质量对管道使用寿命的影响在钢管表面涂的防腐材料有好的防腐性能，一定的机械强度，适当的硬度和弹性。防腐涂层要涂的均匀、完整、与管道表面粘的牢固，才能达到防腐的目的。但是，管道的防腐质量在很大程度上取决于涂层与管道表面的粘附力，涂层与管道表面的粘附力又取决于管道表面的除锈质量。也就是说，在管道防腐作业中的除锈质量、涂层厚度、涂层种类和施工条件等各种因素之中，除锈质量对防腐质量和管道使用寿命的影响是最大的。总之，除锈质量在管道防腐中是最重要的问题，必须很好的重视。除锈质量包括干净程度和表面粗糙度两个内容。除锈质量好的管表可以保证与涂层有很大的粘附力，防止涂层在运输、贮存过程中因碰撞、摩擦与土壤砸压造成开裂，保持涂层的完整性、密封性，很好地阻止腐蚀介质的侵入和水汽在涂层下流动，使防腐涂层真正起到并充分发挥它的防腐作用。长时间的生产实践经验证明：除锈质量好的比除锈质量差的或没有除锈的防腐层的使用寿命要长35倍。所以，在优质防腐材料广泛使用的今天，人们对钢管的除锈质量越来越重视，对除锈质量等级的要求越来越高，对除锈质量的检验也越来越严格了。二.除锈方法对钢管表面形态和粘附力的影响钢管的表面形态和所采用的除锈方法是密切相关的，它对涂层和管表的粘附力有很大的影响。采用钢丝刷除锈方法的钢管，只能刷掉铁锈、翘起的氧化皮，而与管表粘附牢固的氧化皮是刷不掉的。采用抛丸除锈方法的钢管，不但可以彻底地清理掉铁锈、氧化物，而且管表在钢丸的猛烈撞击和摩擦力的作用下，形成均匀的粗糙度。这样，采用抛丸清理方法的钢管，不但扩大了管表物理吸附的面积，还大大加强了涂层与管表的机械作用。通过以上的分析和比较，钢管采用抛丸除锈工艺，可以提高除锈质量，改变钢管表面形态，扩大表面积，大幅度地增加涂层和管道的粘附力。同时，钢管经过抛丸除锈后，管表由于受到钢丸的猛烈而强化，材料强度提高，抗腐应力提高近一倍，表面硬度也有不同程度的提高。此外，管表经过钢丸的猛烈撞击后，还能消除焊缝和管表过度腐蚀情况，起着全面检查管表质量的作用。关于钢管抛丸除锈后的表面粗糙度，如果太大，不仅耗费涂料，还可能在齿形锚纹的“波谷”截留空气，危害图层；也可能出现刺破涂层的“波峰”，破坏涂层的完整性，引起腐蚀。钢管表面粗糙度取决于抛射磨料的比重、大小和速度三个主要因素，通过调节这三个因素，可以得到不同的表面粗糙度。三、国内外钢管除锈技术概况我国管道除锈技术是比较落后的，1965年以前，普通是人工用钢丝刷、砂纸和红砖 ，效率低，质量差，劳动强度高，空气污染严重。后来采用机械钢丝刷除锈，沥青防腐工厂预制化生产，对延长管道使用寿命和提高经济效益起了一定作用。虽然以后对这种方法几经改进和提高，但基本技术仍是钢丝刷除锈和沥青防腐，一直使用至今。这种情况与当前国外普遍采用的抛丸除锈和高分子合成材料防腐相比，落后一代。近年来，随着石油化学工业的飞速发展，优质防腐涂料高分子合成材料大量出现，推动了管道防腐技术的发展，并对钢管除锈质量提出了更高的要求。在各种除锈方法之中只有抛丸才能达到这样高的除锈等级。而目前我国采用的钢丝刷除锈方法是根本无法达到的。这样在我国管道防腐技术中，出现了钢丝刷除锈质量差，满足不了高分子合成材料对除锈质量等级要求高的新问题，需要尽快地加以解决。国外各工业发达国家对金属表面处理质量极为重视，不但制定有完备的除锈标准，还有各种检测仪器和专门的检验人员，并普遍地采用了抛丸除锈工艺。例如，美国和法国。以前，抛丸技术在我国的使用只限于铸件清理、钢板除锈、钢材与机械零件表面强化，薄板成型和金属表面装饰等行业，关于钢管采用抛丸除锈问题，未见报导。1981年江汉石油管理局沙市制管厂为适应国外客商的钢管外表面除锈质量必须达到瑞典除锈sis除锈标准2.5级的要求，采用了喷丸除锈方法。喷丸除锈是抛丸出现前的一个发展阶段，虽然除锈质量好，但效率低，耗能高，很快被抛丸所代替。在铸件清砂中，抛丸比喷丸效率高15-20倍，喷丸比抛丸耗能高16.3-22.7倍，在船体除锈中的情况也如此。但是，喷丸以其特有的灵活性，至今还有很大使用价值。在很多清理设备中，都是以抛丸为主，喷丸为辅对固定的抛丸器清理不到的地方，由人工用喷枪清理。现在，随着中外技术交流活动的增加，对国外管道防腐技术有了更多的了解。大家公认，更新钢管除锈设备，研制钢管抛丸除锈装置，势在必行。四.钢管外表面抛丸除锈装置简介钢管抛丸除锈装置由清理室、抛丸器、螺旋输送机、除尘器、滤尘器、离心通风机和通风管等组成。清理室是装置的主体，由钢板焊制而成，内衬鱼鳞状橡胶板或合金板。抛丸器安装在清理室上，高速旋转的叶轮把钢丸以70-80米/秒的初速度成扇面状抛出，当螺旋前进的钢管通过清理室时，将受到钢丸的猛烈撞击而受到清理，弹着点呈长短轴之比较大的椭圆形。清理室的底部为漏斗形，钢丸及被其击落的铁锈、氧化皮和污物的混合物顺着清理室底部的漏斗落入回收螺旋机。该机把混合物输送到提升机底部，提升机再用环形皮带上的铁斗把混合物提升到顶部后抛洒到