【机械工程及自动化】fz1-2b型翻车机液压系统设计

毕业设计论文题目FZ12B型翻车机液压系统设计外文题目FZ12BTYPETRAINDUMPERHYDRAULICSYSTEMDESIGN专业机械工程及自动化流体传动与控制时间二零一五年六月摘要翻车机指一种用来翻卸铁路敞车散料的大型机械设备。，是铁路运输的主要产品。翻车机液压系统作为翻车机在控制中的主要组成成分，其控制性能的优劣决定了翻车机整体工作性能的好坏。因此，研究翻车机液压系统对推动我国铁路运输的发展有着很重要的意义。本次通过对FZ12B型翻车机液压系统进行分析与设计，对其工况特性进行分析，针对压车和靠车以及控制原理进行分析研究，并对其液压回路进行优化设计，通过对工况分析所得参数对其各部分执行元件的参数进行合理的计算，经过各个厂家液压元件的优缺点对比，合理的完成液压系统所需的各个液压元件的选型，再对所设计的液压系统进行系统性能验算，检验所设计的液压系统的合理性，并进一步完善设计上的不足，最终设计出一套实用性较强的翻车机液压系统。此外，通过对FZ12B型翻车机液压系统进行分析与设计，明确液压系统在整体控制中的作用以及相互之间的联系，为进一步整体机械的设计提供依据。关键词翻车机；液压系统；工况分析；选型；系统性能验算。ABSTRACTDUMPERREFERSTOALARGEMECHANICALEQUIPMENTUSEDFORTIPPINGRAILWAYTRUCKBULKMATERIAL,ISTHEMAINRAILWAYTRANSPORTATIONPRODUCTSDUMPERHYDRAULICSYSTEMASTIPPERCONTROLSYSTEMISONEOFTHECORETECHNOLOGY,THECONTROLPERFORMANCEISGOODORBADDIRECTLYDETERMINESTHEOVERALLPERFORMANCEOFTHECARDUMPERISADVANTAGEOUSORNOTTHEREFORE,RESEARCHONTHEHYDRAULICSYSTEMOFTHELOADERTOPROMOTETHEDEVELOPMENTOFCHINASRAILWAYTRANSPORTATIONHASIMPORTANTSIGNIFICANCEBASEDONTHEANALYSISANDDESIGNOFFZ12BTYPEHYDRAULICDUMPERSYSTEM,ADETAILEDANALYSISOFTHEOPERATINGCHARACTERISTICS,ACCORDINGTOTHEPRESSANDONTHEVEHICLEANDTHECONTROLPRINCIPLEOFANALYSISANDRESEARCH,ANDTHEHYDRAULICCIRCUITDESIGN,REASONABLECALCULATIONOFTHEPARAMETERSOFTHEANALYSISOFTHEPARAMETERSONTHECONDITIONOFEACHPARTOFTHEACTUATOR,THROUGHCOMPARISONTHEADVANTAGESANDDISADVANTAGESOFVARIOUSMANUFACTURERSOFHYDRAULICCOMPONENTS,REASONABLEANDCOMPLETESELECTIONOFVARIOUSHYDRAULICCOMPONENTSHYDRAULICSYSTEMISREQUIRED,THENTHESYSTEMPERFORMANCECALCULATIONOFTHEHYDRAULICSYSTEMOFHYDRAULICSYSTEM,REASONABLETESTDESIGN,ANDFURTHERIMPROVETHEINSUFFICIENCYOFTHEDESIGN,THEFINALDESIGNASETOFPRACTICALHYDRAULICDUMPERSYSTEMINADDITION,THROUGHTHEFZ12BDUMPERHYDRAULICSYSTEMANALYSISANDDESIGN,CLEARTHEROLEOFTHEHYDRAULICSYSTEMINTHEWHOLECONTROLASWELLASTHEMUTUALCONNECTION,TOFURTHERTHEOVERALLMECHANICALDESIGNPROVIDESTHEBASISKEYWORDSTRAINDUMPERHYDRAULICSYSTEMENGINEERINGANALYSISSELECTIONSYSTEMPERFORMANCECHECKING目录1绪论511翻车机概述512翻车机的发展及趋势7121国外翻车机发展史7122国内翻车机发展史7123国内外翻车机的发展趋势813翻车机液压系统的发展状况及趋势914本文研究内容92FZ12B型翻车机简介1021FZ12B型翻车机组成1022FZ12B型翻车机整机技术参数15221翻车机靠车油缸15222翻车机压车油缸15223液压站1623FZ12B型翻车机的使用环境1624FZ12B型翻车机工作过程分析173FZ12B型翻车机液压系统设计2031确定液压系统的工作压力2032靠车部分回路的设计2033压车部回路的设计2134进油回路的设计2335翻车机液压系统的工况分析244FZ12B型翻车机液压系统计算2741液压缸的选择27411靠车油缸和压车油缸的选取2742翻车机的流量计算30421翻车机压车油缸的流量计算30422翻车机靠车油缸的流量计算3143活塞杆作用力计算325液压缸的验算和校核3351压车缸的验算和校核33511压车缸活塞杆应力校核33512压车液压缸工作压力的确定34513液压缸的壁厚计算34514缸体的外径尺寸计算34515确定最小导向长度35517活塞宽度B的确定35516缸体长度L的确定35517油缸稳定性验算35518液压缸进、出油口尺寸的确定36519液压缸的密封设计365110支承导向的选择375111防尘圈的选择385112液压缸材料的选用395113缓冲装置设计3952靠车缸的验算和校核40521靠车缸活塞杆应力校核40522液压缸的壁厚计算40523缸体的外径尺寸计算41524确定最小导向长度41525活塞宽度B的确定42526缸体长度L的确定42527油缸稳定性验算42528液压缸进、出油口尺寸的确定42529液压缸的密封设计435210支承导向的选择445211防尘圈的选择455212液压缸材料的选用465213缓冲装置设计476其他液压元件的选型4861液压控制阀的选型4862泵站电机的选型48621选取叶片泵和电动机48622电机功率计算4963辅助元件的选用4964液压油的选择5165系统发热计算5165根据散热要求计算油箱容量5366大蓄能器容积的选择547液压系统性能验算5671液压系统压力损失5672液压系统的发热温升计算57721计算液压系统的发热功率57722计算液压系统的散热功率5973计算液压系统冲击压力608总结63致谢64参考文献651绪论11翻车机概述翻车机即铁路货车翻卸机，是散货装卸车机械的一种，主要用来翻卸铁路敞车散料，常用于港口、钢厂和电厂等。翻车机作为一种高生产率的散货卸车机械，主要有侧倾式和转子式两种。如图11所示，侧倾式翻车机主要包括平台、端盘、托车梁、驱动装置、压车机构，当车辆被送到平台，压车机构压住车辆之后，平台旋转，将散货卸到侧面的漏斗里。侧倾式翻车机具有结构简捷、刚性强、转动部件少、可靠性高、维护简单、机械压车、机械锁紧，平台移动靠车，无液压系统等特点，适合配备重车调车机系统。当系统开始工作，平台与设备本体在零位时分离，同时与地面锥形定位装置啮合定位，对轨准确，且适合恶劣环境下运行。然而由于翻车机结构庞大，特别是由于侧倾式翻车机整机自重大，工作线速度较高，同时，翻车轴线位于敞车的侧上方，对旋转系统重心的配置不利，因此功率消耗很大。图11侧倾式翻车机FIG11TURNOVERMACHINECLASSIFICATION转子式翻车机的应用也比较广泛，其在工作时需要较大的压车力和较深的基础，主要是由于车辆垂直于长度方向断面的重心位置重载与空载与转子转动的中心位置的间距较小，即翻转轴线靠近其旋转轴线的重心。然而因为其自身重量较轻，耗电量小，生产率较高。转子式翻车机按端环端面结构不同可分C型翻车机、O型翻车机。1“O”型转子式翻车机，如图12所示，属于早期翻车机产品，设备结构较复杂，具有整体刚性好，驱动功率较大，平台移动靠车等特点，主要适用于配备钢丝绳牵引的重车铁牛调车系统（铁牛调车设备是翻车机系统配套的的一种调车设备形式，分为重车铁牛系统和空车铁牛系统，钢丝绳卷筒装置驱动，如图14）。2“C”型转子式翻车机，如图13所示，结构轻巧，根据液压系统特有的控制方式，驱动功率小，使卸车过程车辆弹簧能量有效释放。同时，主要采用“C”型端盘，平台固定，液压压车，液压靠板靠车，消除了对车辆和设备的冲击，降低了压车力。“C”型端盘结构适合配备重车调车系统。图12“O”转子式翻车机图13“C”型转子式翻车机FIG12“O”TYPEROTATORTIPPERFIG13“C”TYPEROTATORTIPPER目前，市场上所使用的翻车机主要配套系统有重车调车机定位车、空车调车机拨车机和铁牛调车设备翻车机卸车系统。1重车调车机定位车，用于牵引重车车辆，设备由车体、调车臂、行走结构、导向轮装置、驱动装置、液压系统、电缆悬挂装置、地面驱动齿条和导向块组成。齿轮齿条驱动。驱动装置配备摩擦离合器和液压制动器，以保证负载均衡，制动可靠。调车臂液压系统采用平衡油缸和摆动油缸双作用方式，起落平稳。如图14所示。图14重车调车机定位车图15空车调车机拨车机图16铁牛调车设备FIG14HEAVYTRAINPOSITIONERFIG15EMPTYTRAINTRACTORFIG16TRAINADJUSTER2空车调车机拨车机，用于将迁车台上的空车车辆推出送到规定位置。同重车调车机采用相同的驱动和导向方式，充分保证了可靠性。车臂固定，单速运行，也可选用调速方式。如图15所示。3铁牛调车设备，它是翻车机系统配套的的一种调车设备形式，分为重车铁牛系统和空车铁牛系统，钢丝绳卷筒装置驱动。如图16所示。12翻车机的发展及趋势121国外翻车机发展史最早的翻车机仅依靠钢丝绳完成翻卸作业，被称为矿山翻笼，随着工业经济不断发展，在此基础上，人们研制出更为专业的车辆翻卸设备，翻车机系统在国外的应用已有近100多年的历史，比我国早了50多年。由于它们研究的历史悠久，开发设计的手段先进，应该说其设备在性能、质量和可靠性上整体优于我国。具有代表性的主要是英国的斯达臣汉肖公司，作为世界上最著名的翻车机系统制造商，其技术和业绩在世界上处于领导地位，之后不久，该公司又与世界另一著名翻车机系统制造商美国德拉夫公司整合，合并成美卓矿机公司，因此美卓公司翻车机系统的发展史基本上就是世界翻车机系统的发展史。移动式电动翻车机作为美卓公司第一台简易翻车机系统于1915年投产于南非智利勘探公司。1918年，该公司研发出已具备现代翻车机雏形的翻车机系统，且安装于美国宾夕法尼亚钢铁公司。据记载，从1928年安装使用直至1997年，美国北加利福尼亚电力公司的转子式翻车机历时近70年依旧运行良好，可以说是翻车机系统历史上的一个奇迹。1951年，研制出于至今已超过半个世纪的第一台双车翻车机系统，每一循环周期翻卸两节车厢，项目所在地为加拿大魁北的加拿大铁矿公司。1967年，该公司已研发出每一周期翻卸三节车厢，当今最复杂、最高效的三车翻车机系统，翻卸效率为5600T/H，使用于美国芝加哥北部的密歇根。直至2003年，美卓公司已生产315台套翻车机系统，分布于世界各地。除美卓矿机公司即汉肖和德拉夫外，国外其它知名公司生产的设备也各有自身的特点，主要有意大利德兴公司、德国蒂森克努伯公司、日本住友公司、法国阿尔斯通公司以及俄罗斯一佳公司。122国内翻车机发展史我国对翻车机的研究起步较为缓慢，上世纪50年代，由于钢厂、电厂对煤和矿石需求量较小，因此单车翻车机就可以满足市场需求。1953年，我国在苏联的帮助下研发成功了第1台60T气动翻车机。1956年，国内试制成功了O形钢丝形式单车翻车机及试制成功我国首台M2型翻车机。然而当时翻车机的卸车效率很低，该阶段可作为第1阶段中的技术准备阶段。之后在与国外合作研发的基础上，1965年我国独自设计出KFJ2A型3支点转子式翻车机，并在此基础上改进完善，研制成功了当时翻车机的主导产品KFJ3A型O形2支点单车翻车机，这种翻车机由齿轮齿块传动，采用3组托辊轮分别支撑端环，作业方式为机械式压车、靠车，翻卸敞车质量为80T，其翻卸能力10节/H。至1970年，首台转子式翻车机和首台侧倾式翻车机诞生。至70年代中期，出现了采用2组托辊轮分别支撑端环的KFJ2型O形单车翻车机，该单车翻车机依靠齿轮齿块传动，机械式压车和靠车的作业方式。此时，翻车机开始配套效率可以提高至14节/H的重车铁牛和空车组成翻车机卸车系统。直至上世纪80年代，KFJ3A型翻车机依然广泛被使用，但是由于其采用机械压车和机械靠车形式对车辆冲击大，铁路系统反应强烈，造成车辆损坏严重的原因，人们研发出C形翻车机，但是这种翻车机由于土建和厂房等原因，依旧存在自身的局限性。为了避免KFJ3A型翻车机存在的问题，国内有针对性地开发研制了新型KFJ3A型O形翻车机卸车线系统。由于该系统采用变频驱动技术，使得翻车机起、制动更平稳，为了缓解机械压车、靠车对车辆的硬冲击，加大了压车梁接触面积，并在压车梁和靠板体表面增设橡胶缓冲装置。为提高车辆在翻车机内的定位精度，采用回转式液压缓冲器和自动复位止挡器协同工作方式。为防止重车不能完全溜进翻车机内，在摘钩平台与翻车机之间增设了重车推车器。迁车台推车器采用推车钩形式，受力更加合理。车辆在迁车台内定位采用缓冲器与止挡器共同作用，止挡器为纯机械形式，动力来源于迁车台，结构新颖，性能可靠。该阶段翻车机的发展主要体现在技术上的改进，如将机械压车和靠车向液压压车和液压靠车方式改进，重车铁牛和空车铁牛向重车调车机和空车调车机方式改进。123翻车机的发展趋势为适应船舶大型化、适应铁路运力挖潜提效，也为满足港口发展，提高经济效益，翻车机越来越明显的向高效、大型、自动化发展翻车机的发展首先就是要适应铁路车型的变化。散料专用线的车辆大多为具有旋转车钩可以不摘钩作业的敞车，不解列作业可以节省大量的摘钩时间，进而可大幅度提高卸车系统的作业效率，这要求实现翻车机旋转中心与铁路车钩的旋转中心重合。大秦铁路为提升运力，以车型升级为主要手段，通过降低车体重量，增大装载能力，不断投入新车型，翻车机转子钢结构的承载力和稳定型，是提高效率的必然要求。翻车机发展到三车翻车机，是通过增加翻卸车数的方法追求卸车效率的结果。目前世界上最大的翻车机是曹妃甸港同时可以翻卸4节的翻车机，该翻车机是由两台双翻串联而成的。提高卸车系统各设备的动作速度及采取大功率、高速度的设计方案可以在一定范围内有效地提高翻车机卸车系统的作业效率。提高翻车机的循环速率，有赖于电控技术的发展。全球最大的翻车机生产商美卓METSO矿机，随着时代的进步，把新技术、新设备都应用到翻车机系统中，其生产的翻车机传动环节由模拟调速系统，到数字化直流调速系统，再到现在日照港3翻车机的交流调速系统，控制精度不断提高、稳定性也越来越高其控制环节改造原继电器逻辑控制，通过PLC控制实现自动化，再到现在的总线控制，技术越来越先进，检修越来越方便。提高了每个环节的可靠性和精度，卸车系统的各设备、单台设备上各机构之间动作实现了电气联锁，提高了安全性。13翻车机液压系统的发展状况及趋势全线自动控制技术在使用计算机技术后运算速度得以加快，更加方便的数据储存和读取以及传输更为方便的各种网络技术的发展为翻车机无人化创造了条件可编程序控制简称PLC通过输入模块I,综合各种操作指令、机电检测信息、故障信息,经逻辑运算、四则运算和数据传送,送出控制信号至输出模块。再通过输出模块控制系统的工作流程,或者发出表征系统故障信息,发出指令停止运行14本文研究内容随着国民经济快速的发展，铁路运输越来越重要，由于我国的主要运输大部分是铁路运输，所以对铁路运输效率的需求日益增加。近几年来国家大力发展铁路运输行业，加大铁路运输的现代化设备，从政策上带动铁路运输机械的大发展。FZ12B型翻车机是结合国际先进技术，创新研制的一种翻车机。FZ12B型翻车机具有如下特点1准确性高，翻车机采用液压靠车,液压夹紧,在翻卸时车辆位置固不动,平稳无冲击夹紧系统中设有液压卸荷补偿,使重车贮存的转向架弹簧能量得以释放,保证车辆上边压力尽量小。翻车机翻转时速度由零逐渐增大到额定转速,回零时速度逐渐减小,并设一爬行速度,爬行速度为额定速度的1/6,保证翻车机回零平稳,准确。2翻车效率高，该系统卸车作业能力大约为每小时2225节。，极大的增加了铁路运输的效率。目前，FZ12B型翻车机已成为主流机型。因此，本次设计主要对FZ12B型悬臂式翻车机的液压系统分析与设计。2FZ12B型翻车机简介21FZ12B型翻车机组成1翻车机转子转子主要由两个“C”形端环、前梁、后梁和平台组成。前梁、后梁、平台与两端环的联接形式为高强度螺栓把合的法兰联接，均为箱形梁结构。其作用是承载待卸车辆，并与车辆一起翻转、卸料。端环外缘有运行轨道以传递载荷到托辊装置上，端环外缘还装有传动齿圈，用以与主动小齿轮啮合驱动翻车机转子翻转。端环为“C”形开口结构，以便翻车机大臂通过翻车机，平台上铺设轨道，供车辆停放和通行。端环内装有铸铁配重，前梁内装有混凝土配重，以平衡转子上的偏载，从而减小不平衡力矩降低驱动功率，减小翻转冲击。端环上设有周向止挡，其作用是防止翻车机回位时越位脱轨。端环结构见图21。图21翻车机端环FIG21ENDRINGOFTRAINDUMPER翻车机平台为焊接金属结构，其上有钢轨、护轨，各种车型都能按规定位置停于翻车机上，翻车机平台如图22所示。图22翻车机平台FIG22PLATFORMOFTRAINDUMPER2翻车机夹紧装置翻车机夹紧装置如图23所示，夹紧装由夹紧架、液压缸等组成，其作用是由上向下夹紧车辆，在翻车机翻转过程中支承车辆并避免冲击。倾翻侧与非倾翻侧各有一个夹紧装置，倾翻侧的夹紧装置与后梁铰接，非倾翻侧的夹紧装置与前梁铰接，每个夹紧装置由四个液压缸驱动，带有少许角度的上下运动，夹紧装置与车帮接触的部位安装天然橡胶缓冲垫，使车帮受力均匀，减小冲击。图23翻车机夹紧装置FIG23CLAMPDEVICEOFTRAINDUMPER3翻车机靠板装置翻车机靠板装置如图24所示，主要由靠板体、液压缸、耐磨板、撑杆等组成。其作用是侧向靠紧车辆，在翻车机翻转过程中支承车辆并避免冲击。倾翻侧的靠板上部铺设钢板，作为卸料时的导料板。靠板体是组合工字梁结构，靠车面安装有耐磨板以便更换，反面与支承在后梁上的四个液压缸铰接，在液压缸的驱动下可前、后移动，其自重由铰接在平台上的二个撑杆支承。靠板体两端安装挡板，其作用是保证靠板作平行移动。在每组翻车机靠板上分别安装有一组靠板开关装置，用于在靠板靠到车辆时发出到位信号。图24翻车机靠板装置FIG24PLATEDEVICEOFTRAINDUMPER4翻车机托辊装置翻车机托辊装置如图25所示，主要由辊子、平衡梁、底座、底梁等组成。其作用是支承翻车机翻转部分在其上旋转。托辊装置共有两组，安装在翻车机两端，每组托辊装置有四个辊子，每两个辊子组成一个辊子组分别支承在端环的左下方与右下方，每个辊子组的两个辊子由可以摆动的平衡梁联接，以保证每个辊子与轨道接触。图25翻车机托辊装置FIG25ROLLERDEVICEOFTRAINDUMPER5翻车机导料装置翻车机导料装置如图26所示，主要由导料板、导料架等组成，安装在两端环内侧，其作用是防止物料在翻卸过程中溢出坑外和撒落在托辊装置上。图26翻车机导料装置FIG26GUIDEDEVICEOFTRAINDUMPER6翻车机传动装置翻车机传动装置如图27所示，主要由电机、减速器、制动器、联轴器、传动小齿轮、底座及轴承座等组成，其作用是驱动翻车机转子部分翻转。传动装置共两套，独立工作，安装在翻车机两端，电机为交流变频电机，其特点是有较高的过载能力，减速器为硬齿面圆柱齿轮减速器，其特点是体积小、承载能力大、效率高。传动小齿轮联轴器电机减速机图27翻车机传动装置FIG27TRANSMISSIONOFTRAINDUMPER7其他翻车机振动器如图28所示，主要由振动电机、振动体、缓冲弹簧、橡胶缓冲器等组成。其作用是振落车箱内残余物料，振动器共四个，安装在靠板上，其振动板凸出靠板平面20MM。图28翻车机振动器FIG28VIBRATOROFTRAINDUMPER22FZ12B型翻车机整机技术参数适用车型C60、C62A、C62、C63、C64、C65、C68、C70等；外型尺寸长度1193813976MM；宽度31003243MM；高度29933446MM；最大载重110T；回转角度正常165，最大175。221翻车机靠车油缸靠车机构简图如图29所示。图29翻车机靠车机构FIG29RELYONTRAINMECHANISMOFTRAINDUMPER数量共4个；安装形式水平安装；动作时间靠车（无杆腔作用）小于3S；缩回（有杆腔作用）大约为15S；压力正常卸料10MPA；冻车卸料16MPA；动作要求有杆腔通油靠板缩回,反之靠板伸出。222翻车机压车油缸压车机构简图如图210所示。图210翻车机靠车机构FIG210CLAMPINGMECHANISMOFTRAINDUMPER数量共8个；安装形式垂直水平面安装；动作时间夹紧（有杆腔作用）小于8S；提升（无杆腔作用）大约为4S；压力正常卸料5MPA；冻车卸料16MPA；动作要求有杆腔通油夹紧梁夹紧,反之松开。为防止翻车机因液压单向阀泄漏而导致车辆翻卸时脱轨，将液控单向阀夹紧的强行失电信号由原来的165改为110，即在正常卸荷完成后，立即将液控单向阀锁闭，避免异常车辆不能完全卸荷，使液控单向阀在165以前一直处于开启状态，从而避免夹紧失控，车辆脱落。223液压站液压站安装位置设在翻车机平台有靠板一侧，液压站尺寸应能满足机械布置的要求。23FZ12B型翻车机的使用环境翻车机卸车系统在如下环境条件下，能正常工作运行环境温度22550；相对湿度28273L/MIN，满足要求。（V09，M083，08）63辅助元件的选用1油管由于系统工作压力为中低压，所以在系统中选用软胶管。本次设计中液压胶管采用美国盖茨橡胶公司的胶管，液压软管主要由耐液体的内胶层、中胶层、2或4或6层钢丝缠绕增强层、外胶层组成，内胶层具有使输送介质承受压力，保护钢丝不受侵蚀的作用，外胶层保护钢丝不受损伤，钢丝层是骨架材料起增强作用。，密封效果好，长胶管采用两根以上胶管，便于管路维护，且管接头易磨处具有保护罩等一些优点。图61美国盖茨公司胶管实物图FIG61USGATEHOSESTRUCTUREPHYSICALMAP2管接头管接头采用锥密封焊接式管接头，除了具有焊接头的优点外，由于其中的O形密封圈装在锥体上，能够调节密封，从而使密封更加可靠。工作压力为16MP工作温度为15摄氏度至60摄氏度。在橡胶管的接头处选用扣压式胶管接头，安装方便，内胶层、中胶层、2或4或6层钢丝缠绕增强层、外胶层组成，适合在油温为1560摄氏度的环境工作。3密封装置密封装置是液体工作介质泄漏及外界气体灰尘等侵入的装置，在液压系统中密封装置起到非常重要的作用，保证系统建立起必要的压力，使其能够正常工作。密封装置能满足在一定的压力。湿度范围内具有良好的密封性能。密封装置和运动件之间的摩檫力要小，摩檫系数要稳定，密封件必须满足的要求密封性能、摩擦性能、耐压性能、寿命、安装性能、经济性。基于上述几点，在相互摩擦有相对运动的元件上使用Y型的密封圈，Y型的密封圈能够随压力增高而增大，自动补偿磨而且损截面小，结构紧凑。在相对摩檫不严重或无相对摩檫的元件上用O型密封圈，O型密封圈密封性能好，安装方便，容易制造，摩檫力小，结构简单。本次设计中的密封件均采用的是特瑞堡的产品。图62特瑞堡密封件实物图FIG62TRELLEBORGSEALSPHYSICALMAP4滤油器在液压系统中常常含有不溶性污染物和超过限制的固体颗粒物，但这是不允许的。液压系统的实效70是由油液污染引起的，这些物质会使间隙表面划伤，降低效率并且增加发热。这些杂质还会使阀芯卡死，小孔或缝隙堵塞，润滑表面破坏，造成液压系统的故障，胶状物和锈垢等杂质，将会导致元件粘着卡死，酸性污染物会加速运动件腐蚀并使油液进一步污染。因此要采用滤油器对油液进行过滤，来保证油液质量符合标准。本次设计采用美国的颇尔过滤器，泵吸油过滤中间高压过滤回油过滤，因为过滤器外置，清洗、更换方便。图63颇尔过滤器实物图FIG63PALLPHYSICALMAP64液压油的选择本次设计的翻车机液压系统所用液压油，必须是适合于中低压系统的油类，要选用具有选用低凝点的液压油。当使用环境温度T在大于30时选用LHM68抗磨液压油。当使用环境温度T在20与30之间时选用LHM或LHM68抗磨液压油。当使用环境温度T在小于20时选用LHM46抗磨液压油。当使用环境温度T在20与0之间时选用LHV32低凝液压油。其质量指标如下运动粘度3743MM2/S50；凝点25；粘度指数90。65系统发热计算除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，所以系统损失总功率为发热量IZIPTTTQ1工作循环周期S；T投入工作液压缸的台数；Z液压缸的输入功率W；RIP各台液压泵的总效率；I第I台液压缸工作时间SIT已知翻卸两节车需要工作时间110S，翻卸六节车需要总的时间为550S。翻车机工艺流程靠车到位翻车、压车压车到70（大约15秒）检测压车信号翻车机翻转最大175翻车机返回至70时，压车梁抬起翻车机返回至0靠车板退回。靠车按2S计算，压车按照5S计算靠车及压车1083（2215）131062891036008356233J压车抬起10835251062891036008324664J泵卸荷1083（11022155）331062891036008325481J泵卸荷（等待迁车台时间）1083（5501103）431062891036008365110J靠车2S所产生的溢流损失310621溢（289194）103609500J靠车返回2S所产生的溢流损失Q231062（2892162）103607280J压车5S产生的溢流损失Q331065（2892543）103608675J压车到位到翻车机翻转到70间压车保压所产生的溢流损失Q43106（155）28910360144500J压车抬起所产生的溢流损失Q551065（289228）1036025417J溢流阀卸荷时所产生的压力损失3105（110225105）628910360124270J溢流阀卸荷（等待迁车台时间）时所产生的压力损失3105（5501103）728910360317900J溢流阀的功率损失（）31276826J溢1234567管路及其它功率损失（003005）PT其P液压泵输入功率3其其1其290410J004（19586）其131062891036008351062891036008331052891036008300425030J1063781083004（5501103）其231062891036008315320J单位时间内系统的发热量系3842441276826904105503185W66根据散热要求计算油箱容量在初步分析了油箱容积的情况下，验算其散热面积是否满足要求。在系统的发热量求出之后，能够根据散热的要求确定油箱的容量。可得油箱的散热面积是62121/KATPHR如不考虑管路的散热，式62可简化为6311HR油箱主要设计如图64所示。由于通常情况下油面的高度是油箱高H的08倍，与油直接接触的表面是全散热面，与油不直接接触的表面是半散热面，图示油箱的有效容积和散热面积分别是图64油箱结构尺寸FIG64STRUCTURESIZETANK64ABHV8065A5161若已求出，再根据结构要求确定的比例关系，即可确定油箱的主要结构1A、尺寸。如按散热要求求出的油箱容积过大，远远超出了用油量的需要，而且受空间尺寸限制，则应当适当缩小油箱的尺寸，或者增加其他的散热措施。油箱容积如果油箱尺寸的高、宽、长之比为111123，油面高度达到油箱高度的08时，要求油箱靠自然冷却使系统保持在允许温度以下，环境通风良好，取K15W/K时，油箱的最小有效体积为6633/185/269LVNT式中T1最高允许温度，取为60；T2环境温度，取为37；TT1T2603723；油箱总容积1629/082036L。现油箱长宽高20101112220L2036L满足散热要求。67大蓄能器容积的选择当蓄能器用于快速供油时，其释放能量迅速，一般可认为气体在绝热条件下工作，可按下式计算67LPPVVKKK7236/13/29/1/4441/2/1/0式中V蓄能器需要提供的容积为V157411693L；P0、V0蓄能器贮油前的充气压力和气室容积，取P02MPA，V024L；P2、V2系统最高工作压力和最高工作压力下的气体容积，P26MPA；P1、V1系统最低工作压力和最低工作压力下的气体容积，P13MPA。考虑压力飞升速率所需流量68LEPV2016902659/MIN5QKT式中V容腔中压力发生变化时的容积变化量L；V动态封闭的容积总容积L；P动态封闭容积压力的变化值，由2MPA升到14MPA；T压力变化时间，取05S；E油液弹性模量，取1000MPA；K系统泄漏系数取11。7液压系统性能验算在参数得知的情况下可进行液压系统的初步计算，对回路的形式、液压元件及联接管路等数据完全确定了以后，再针对实际情况对所设计出来的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。71液压系统的压力损失压力损失包括管路的沿程损失，管路的局部压力损失和阀类元件的局部损失1P2P，总压力损失为3P71321PP72VDL732P式中L管道的长度M；D管道内径M；V液流平均速度M/S；液压油密度KG/M3；沿程阻力系数；局部阻力系数。7423NQP式中QN液压阀的额定流量M3/S；Q通过液压阀的实际流量M3/S；PN液压阀的额定压力损失PA。对于泵到执行元件间的压力损失，如果计算出的比选泵时估计的管路损失大得多P时，应该重新调整泵及其他有关元件的规格尺寸等参数。系统的调整压力75PT1式中PT液压泵的工作压力或支路的调整压力。72液压系统的发热温升计算721计算液压系统的发热功率液压系统工作时，除执行元件驱动外载荷输出有效功率外，其余功率损失全部转化为热量，使油温升高。液压系统的功率损失主要有以下几种形式1液压泵的功率损失76IZIPRITHTTP1式中TT工作的循环周期S；Z投入工作液压泵台数；PRI液压泵输入功率W；PI各台液压泵总效率；TI第I台泵的工作时间S。2液压执行元件功率的损失77JMJRTHTPT12式中M液压执行元件数量；PRJ液压执行元件输入功率W；J液压执行元件效率；TJ第J个执行元件的工作时间S。3溢流阀的功率损失78YHQPP3式中PY溢流阀调整压力PA；QY经溢流阀流回油箱流量M3/S。4油液流经阀或管路功率损失79PQPH4式中P通过阀或管路的压力损失PA；Q通过阀或管路的流量M3/S。由以上各种损失构成了整个系统的功率损失，即液压系统的发热功率7104321HHHRPP上式适用于回路比较简单的液压系统，对于复杂系统，由于功率损失的环节太多，计算较麻烦，通常用下式计算液压系统的发热功率711CRH式中PR是液压系统的总输入功率KW；PC是输出的有效功率KW。712ZIPITRTQPT1713NIMJJWITCTSFP11式中TT工作的周期S；Z液压泵的数量；N液压缸的数量；M液压马达的数量；PI第I台泵实际输出的压力PA；QI第I台泵实际流量M3/S；PI第I台泵实际效率；TI第I台泵的工作时间S；TWJ液压马达外载转矩NM；J液压马达转速RAD/S；TJ液压马达工作时间S；FWI液压缸外载荷N；SI液压缸驱动此载荷的行程M。722计算液压系统的散热功率液压系统的散热渠道主要是油箱表面，但如果系统外接管路较长，而且计算发热功率时，也应考虑管路表面散热。714TAKPHC21式中K1油箱的散热系数，见表61；K2管路的散热系数，见表62；A1油箱的散热面积M2；A2管道的散热面积M2；T油温与环境的温度之差。表71油箱的散热系数W/M21KTAB71TANKHEATCOEFFICIENTW/M2冷却条件K1通风条件很差89通风条件良好1517用风扇冷却23循环水强制冷却110170表72管道散热系数W/M2KTAB72PIPEHEATCOEFFICIENTW/M2管道外径/M风速/MS100100501086512514105694023若系统达到热平衡，则PHRPHC，油温不再升高，此时，最大温差71521AKPTHR环境温度为T0，则油温TT0T。如果计算出的油温超过该液压设备允许的最高油温各种机械允许油温见表73，就要设法增大散热面积，如果油箱的散热面积不能加大，或加大一些也无济于事时，需要装设冷却器。冷却器的散热面积表73各种机械允许油温TAB73KINDSOFMACHINERYTOALLOWTHEOILTEMPERATURE液压设备类型正常工作温度最高允许温度数控机床30505570一般机床30555570机车车辆40607080船舶30608090冶金机械、液压机40706090工程机械、矿山机械50807090716MHCRTKPA式中K冷却器的散热系数；TM平均温升。211TTTM717式中T1液压油入口的温度；T2液压油出口的温度；T1冷却水或风的入口的温度；T2冷却水或风的出口的温度。73计算液压系统冲击压力压力冲击是由于管道液流速度急剧改变而形成的。例如液压执行元件在高速运动中突然停止，换向阀的迅速开启和关闭，都会产生高于静态值的冲击压力。它不仅伴随产生振动和噪声，而且会因过高的冲击压力而使管路、液压元件遭到破坏。对系统影响较大的压力冲击常为以下两种形式1当迅速打开或关闭液流通路时，在系统中产生的冲击压力。直接冲击即T时，管道内压力增大值719TC式中液体密度KG/M3；V关闭或开启液流通道前后管道内流速之差M/S；T关闭或打开液流通道的时间S；管道长度为时，冲击波往返所需的时间S；2L/AC；LAC管道内液流中冲击波的传播速度M/S。若不考虑粘性和管径变化的影响，冲击波在管内的传播速度720EDAC01式中E0液压油的体积弹性模量PA，其推荐值为E0700MPA；管道的壁厚M；D管道的内径M；E管道材料的弹性模量PA。2急剧改变液压缸运动速度时，由于液体及运动机构的惯性作用而引起的压力冲击，其压力的增大值为721TVAMLPI式中LI液流第I段管道的长度M；AI第I段管道的截面积M2；A液压缸活塞面积M2；M与活塞连动的运动部件质量KG；V液压缸的速度变化量M/S；T液压缸速度变化所需时间S。计算出冲击压力后，此压力与管道的静态压力之和即为此时管道的实际压力。实际压力若比初始设计压力大得多时，要重新校核一下相应部件管道的强度及阀件的承压能力，如不满足，要重新调整。8总结我国对铁路运输的规划明确指出要快速提高铁路运输速度，翻车机技术是铁路运输的主干技术，大力发展这项技术对我国铁路运输有十分深远的意义。在这项技术中，翻车机效率越来越称为影响翻卸效率的瓶颈，翻车机是铁路货物运输的核心，所以研究翻车进效率高、运行可靠的先进翻车机是我国当前铁路运输的一项重要的课题。翻车机液压系统作为翻车机控制系统中的核心技术之一，其控制性能的优劣直接决定了翻车机整体性能的优越与否。因此，对翻车机液压系统的研究对推动我国铁路行业的发展具有重要的意义。翻车机诞生发展到成形使用的这一个过程中，设计是这个发展过程里的第一阶段，是必需的过程。而传统的设计方法已经不能满足人们日益增长的需求。经济全球化的格局，科技和经济的竞争日趋激烈，先进的设计理念、现代的设计理论、方法和手段迫于眉睫。设计阶段是一个综合考虑设计、制造、检测、装配、试验、销售、试用、维护和管理直到产品报废与回收等诸多问题的来寻求最优解的过程。而我们的设计只是一个开始，是不全面的，但从中我也了解到很多。本次设计还存在不足之处。一是还需要对整机实际工况进行更加详细的分析，使之更加的准确和合理。二是由于本人的专业素养不够，现场经验缺乏需要在今后的实践中进一步研究和完善，我希望我还能有机会对翻车机以及其他机械有更深入的认识和了解，也会努力争取研究出好的成果。致谢在大四的时光里，两个月的毕业设计很快就过去了，在我的指导老师毛君老师悉心指导下从毕业设计课题的选择到论文最终顺利的完成了毕业设计。在我不会的时候，毛老师都始终给予了我耐心的讲解和支持。他在整个设计过程中认真负责，耐心的为我们指点设计应该怎样完成，毛老师不但教会了我知识，还教会了我很多做人和为人处事的道理，所有的这一切让我对毛老师有的感激之情无以言表。回顾短暂的大学生活，有苦有甜有欢有笑，一切都是那么充实，相逢即是缘，这一切都要感谢我身边的每一位朋友，每一个同学，感谢他们在大学期间对我的帮助，给我了一个短暂而又美好的大学生活。参考文献1王慧主编液压与气压传动阜新矿业学院,20132周德繁张德生编著液压与气压传动哈尔滨工业大学出版社,20133黄学群主编运输机械选型与设计手册化学工业出版社,20114成大先机械设计手册第五版化学工业出版社200845李壮云液压元件与系统机械工业出版社,201266王守城，段俊勇主编液压元件及选用2007，17杜国森主编液压元件产品样本20008李玉琳主编,液压元件与系统设计19919邰英楼，海龙主编材料力学，2013210王永岩主编理论力学，2012711翻车机培训教材12邵龙成，孙大庆,国内翻车机技术的发展，起重运输机械2011613王占雷，陈龙，杨杰翻车机液压系统原理及故障分析机械工程师，2015,214王经伟翻车机液压系统分析，重工与起重技术2009215祁辉，刘焕利，周立兵，孙海斌基于翻车机系统设备选型的研究和分析,机械,20100416STRINGER,JOHNHYDRAULICSYSTEMANALYSISJTHEMACMILLANPRLTD197617王金福，郭冰峰，高晓渤，王刚，姜波，郭晓勇,新型三车翻车机矿山机械20081附录A译文C型翻车机转子的运动状态仿真及应力分析周超史荣燕山大学关键词翻车机MATLABANSYS采用三维建模软件PRO/E来建立翻车机系统的三维实体模型。机械是由若干零件组成的，因此，在运动机构动态仿真前要先作有关零件的实体建模SOLIDMODELING。在PRO/E的INSERT菜单下，可选择零件建模的草绘特征、结构特征或实体特征等来制作零件的实体模型。建立模型的操作步骤如下1模型分析；2进入PRO/E并新建一个零件；3创建基准平面；4定义特征属性；5草绘截面；6基本模型建成。图24压车机构1图25压车机构2图26压车机构3图27压车机构分图上面是翻车机中主要部件的三维模型图，首先是压车机构，该机构完全吊挂在侧梁上，其主要目的是在翻车机转动过程的前期，压住火车车皮防止其滑动；在翻车机转动过程的后期，承担火车车皮的重量。其建模过程中用到的命令主要有拉伸、坐标变换和镜像等。其模型如上图24，图25，图26，图27所示。车机构在整个运动过程中，起到了重要的作用。在运动初期，靠车机构就承担了部分车皮及货物的重量，随着转子的转动，当翻转角度达到90时，其承担了所有的重量。靠车机构由有靠车板，连杆和液压支臂等组成的。其中靠车板与车皮直接接触，它主要是由多个钢板、工字型钢及U型钢等焊接而成的，其模型如下图28所示。翻车机转子是采用板梁组合的箱型结构，其转子圆盘、主梁底梁、及箱型梁侧梁等均由8MM32MM厚的钢板焊接而成，并由高强度螺栓连接。翻车机转子的三维模型如图29所示。PRO/E零件的装配组合在实际的产品开发中有一个把零件装配成部件子装配，再把部件装配成产品的过程。PRO/E的装配过程是通过装配模块快速将零部件组合成产品，在装配中建立部件之间的链接关系。通过指定零件之间的配合关系CONSTRAINTTYPE来进行零件的组合，确定部件在产品中的空间位置，零件的几何体被装配引用。零件的配合关系的种类如下1MATE两平面相密合，且两平面呈反向即两平面的垂直方向为反向；2MATEOFFSET两平面面对面，中间间隔一段距离OFFSET；3ALIGN两平面互相对齐或使两圆弧或圆的中心线成一直线。当两平面互相对齐时，两平面为同向即两平面的垂直方向为相向；4ALIGNOFFSET两平面对齐后隔开一段距离；5INSERT轴与孔的配合；6ORIENT两平面互相平行，且两平面的正法线方向同向；7COORDSYS利用坐标系组合；8TANGENT两曲面以相切方式组合；9PNTONSRF两曲面上某一点相接；10EDGESRF两曲面上某一边相接。无论如何编辑零件，整个装配部件都保持关联性，当某零件被修改后，则引用它的装配部件自动更新。装配模型生成后，如果想将所有零件分解开来，选择VIEW/EXPLODE即可。如要恢复原始的、未分解开的组合件，则选VIEW/UNEXPLODE命令。如果要更改零件分开的距离，选择MODIFY/MODEXPLD命令即可。装配过程可包括数个子装配过程。装配过程与零件建模具有相关性，即在装配过程中可根据使用要求新建或修改零件，零件的修改会在装配文件中相应变化。反之，装配文件中的修改也会在对应的零件文件中相应变化。其装配结构如图210所示。翻车机的总装配如图211所示。在PRO/E的装配中，零件的装配属于虚拟装配，与真实的装配有所不同。在装配中，零件装配的先后次序没有太大的关系，不影响装配的最终结果。通过上述的装配过程，不仅完成了翻车机转子的总装，更对翻车机转子的运动情况和受力情况有了更深的理解，对其动态仿真以及有限元分析有了更进一步的深化。广义坐标选择动力方程的求解速度在很大程度上取决于广义坐标的选择。ADAMS用刚体I的质心笛卡尔坐标和反映刚体方位的欧拉角作为广义坐标即每个刚体用六个广义坐标描述。由于采用了不独立的广义坐标，系统动力学方程是最大数量但却高度稀疏耦合的微分代数方程，适于用稀疏矩阵的方法高效求解。动力学方程的建立AD