毕业设计（论文）-铁道轮对轴承压装机液压及电气系统的设计.doc

长沙学院 CHANGSHA UNIVERSITY毕业设计资料设计（论文）题目： 铁道轮对轴承压装机液压及 电气系统的设计 系部： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 3班 学号 指导教师姓名： 职称 讲师 最终评定成绩 长沙学院教务处 二一一年二月制（20 13 届）本科生毕业设计说明书铁道轮对轴承压装机液压及电气系统的设计系部： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 3班 学号 2009011328 指导教师姓名： 职称 讲师 最终评定成绩 20 13 年 6 月 长沙学院毕业设计 摘 要铁道轮对压装机是用来将铁道轮对压入轴承的压装机。本文对铁道轮对轴承压装机的工作原理进行了分析，设计出液压原理图。对液压系统进行了计算和验算，选择了液压系统的液压元件，对压装液压缸进行了结构设计。控制系统采用可编程序控制器（PLC）控制，对PLC的硬件外部接线和软件的流程图、顺序功能图和梯形图进行了设计，并且用宇龙软件进行了硬件接线仿真、程序仿真。对压装机的顶对支架和压装盘进行了简略的结构设计。关键词：压装机、液压系统、控制系统、PLCABSTRACT Railway wheel pressuring machine is equipment which used to press the railway wheel into the bearing part. According to the requirements of project, the working principle and process of the railway wheel bearing pressuring machine is analyzed, the hydraulic principle diagram was designed. The hydraulic system was calculated, and corresponding hydraulic components were selected. The press hydraulic cylinder structure is designed. The control system adopted the programmable logic controller (PLC), and the wiring and PLC external electrical components were designed. Soft was designed which including flow chart (FC), sequence function chart (SFC) and ladder diagram (LD). The Soft was simulate by the Yulong electromechanical control software. The structure of scaffold and press plate is designed.Key words: pressuring machine, hydraulic system, control system, programmable logic controller目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 压装机概论承的设备11.2 压装机的分类11.2.1 气动压装机11.2.2 伺服数字压装机21.2.3 轴承压装机31.3 轴承压装机概述41.4 轴承压装机现状分析41.4.1 国内轮对轴承压装机现状41.4.2 国外压装机现状及发展6第二章 铁道轮对轴承压装机液压原理分析72.1 压装机工作原理72.2压装机的工作步骤82.3 液压系统分析112.3.1 顶对液压系统112.3.2 送对液压系统122.3.3 锁紧液压系统132.3.4 压装液压系统142.4 轮对轴承压装机液压系统原理图15第三章 轮对轴承压装机液压系统设计173.1 轮对轴承压装机主要功能173.2工况分析173.2.1 配置执行件和绘制动作周期顺序图173.2.2 速度负载计算183.3 拟定液压原理图213.3.1 液压回路的选择213.3.2 轮对轴承压装机液压原理图223.4 压装液压缸的设计243.4.1 压装液压缸主要尺寸的确定243.4.2 压装液压缸结构设计273.4.3 其他液压缸主要尺寸的确定293.5 工作流量的设计303.6 液压元件的选择303.6.1 液压泵的选择303.6.2 驱动电机的选择313.6.3 管道的设计323.6.4 油箱的设计333.6.5 其他液压元件的选择333.7验算液压系统性能343.7.1 回路压力损失验算343.7.2 发热温升验算34第四章 轮对轴承压装机控制系统的设计374.1 PLC主机电磁阀的动作顺序374.2 可编程序控制器的选型384.3 I/O点的分配384.4 PLC外部接线394.5 PLC软件设计404.5.1 流程图404.5.2 自动功能顺序功能图设计414.5.3 手动梯形图设计434.6 仿真界面44第五章 部分机构的结构设计465.1 顶对支架结构设计465.2 V形块的设计475.3 压装盘机构48结 论49参考文献50附 录51致 谢55IV第1章 绪论1.1 压装机概论承的设备适合于轴类零件、型材的较正和轴套类等零件的压装。压装机能够提供转子、定子等零件的压装以及定子矽钢片定位、定型的压装和大型轴套、轴承等零件的压制、压延、拉伸、成型。也能完成板材零件的弯曲、压印、套形和简单零件的拉伸等工艺动作，也可用来压装要求不高的粉末、塑料制品。主要适用于铁路车辆、机器制造、电机制造、石油化工等行业，用来压装或拆卸过盈配合的轮与轴、盘类零件。 1.2 压装机的分类压装机，是机械行业里面用来压装轴套、轴承的设备。压装机又可分为气动压装机、轴承压装机、伺服数字压装机、涂胶压装机、油压压装机、马达压装机、数字检测压装机、液压压装机等。1.2.1 气动压装机图1-1 气动压桩机气动压装机被广泛的应用于电子、家电、印刷、包装、塑料、家具、汽车等行业。如：马达组立、轴心、轴承压入、变压器成型、电器开关组立、计算机零件组立、铆合、相框成型、塑料成型、切断、打字等。特点：1、低噪音，无污染，操作简便，外接AC220V交流电源；2、机械启动方式采用双按钮开关设计；3、气缸下行速度可调，气缸行程可调； 4.只需调整气压调压阀，就可达到所需要的压装力，简单方便；5.单柱型左右前三面开放式设计，轻巧不占空间，结构简单，极少维修，生产效率高；6、具有自动计数，压装时间设定功能；7、可以实现在设定行程范围内压力超限报警。1.2.2 伺服数字压装机图1-2 伺服数字压装机用途：汽车减震器装配、精密轴承、轴套、汽车零部件、涡轮增压器,、变速箱、齿轮、汽车底盘零件、副车架衬套等的压装。特点：在产品被压入的过程中，能时刻显示出当前的压装位置、压装力等，能及时准确的判断过盈量是不是大小合适，并且能显示出整个力与位移的压装曲线，很好的解决了传统压机只能压入不能检测、万能试验机效率低不能批量生产的弊端；设备整体结构均通过加强设计，刚性远超出一般普通压机标准，采取了整体防尘设计。主要功能：1、该压装机能精确控制设备的最大压装出力，实时显示当前设备出力；2、测量精度高，以0.01mm为单位实时显示当前压装位置；3、实时描绘力与位移的压装曲线；4、在零件压入过程中同时可进行过盈量检测；5、可对最终压装位置进行对比，以检测是否压入到位；6、可对产品的的刚性进行检测；1.2.3 轴承压装机图1.3 滚动轴承压装机轴承压装机主要是用于铁路车辆滚动轴承压装的设备。压装机由机体、液压站和控制台三个部分组成。三部分相对独立，必要时可单独使用，用在不同场合。机体主要是由床身、支座、主油缸、辅助油缸及轮对夹紧机构组成。该轴承压装机机身、支座在材料强度和刚度上与其他普通的压装机相较而言有很大的提高，主油缸的结构设计与其他普通压装机相比比较独特，所以该压装机具有非常良好的使用性能。液压站的结构和液控密封性能都非常良好，可靠。轴承压装机控制台设计为现下最为流行的计算机操作台结构，该压装机的强电和弱电分别安装在不同的柜子里，所以该轴承压装机的抗干扰能力很强。轴承压装机特点：1、结构紧凑、噪音小、寿命长，通过安全连锁阀的控制，机床运行安全。高可靠性气动摩擦离合器，制动器。 2、当该轴承压装机过载时机床能够在很短的时间内卸荷，从而使该机床停机，这样就很好的保护了模具和机床的安全，该轴承压装机的操作也是非常的方便；3、该轴承压装机油压系统与机台整体的设计，在系统中将油泵液压站设计为后置式，这样设计对保养和维护来说比较方便，也对油泵和电机散热有很大的帮助，设计时将油箱体积增大，这样就使得油温升温比较慢，可以使该轴承压装机长期维持高效率的工作，且它的使用寿命也很长。 4、机架坚固能承受很大的压力，工件上下方便，作业调整容易。 5、油压缸上部设有可调整螺帽，行程之定位，工件之交换，高度之调整更精准更方便。1.3 轴承压装机概述铁路现在正处在高速发展时期，铁路的提速就成为了现在技术进步的中心问题，而制约铁路提速的核心技术就是走行部的生产制造和它的检修技术有些落伍，又车辆轮对是走行部最为精密的零部件，轮对的组装精度和质量的好坏能够直接影响到铁路提速后的安全性1。列车在线路上能否安全运行在很大程度上决定于轮对的结构、材质、制造和修理工艺，同时还决定于轮对的校验质量，轮对的结构和状态影响着车辆运行的平稳性，车辆与线路之间的相互作用力以及车辆的运行阻力2。所以在铁路行业内一直对铁路车辆轮对的加工装配非常重视。图1-4 轮对示意图轮对组装采用压力机压入法，轮毂孔与轮座的接触部分应选用纯净的植物油（禁用桐油）润滑，压力机必须备有正确的校正压力计和记录压装压力曲线图的自动记录器，压装时轮轴中心与压力机活塞中心应一致并平行压入。压装过盈量应符合规定要求，以保证轮毂与轮座间有足够的结合力，又不致使轮轴因过盈量过大而使轮毂产生过大的塑形变形3。铁道轮对轴承压装机是一个专门用于铁路车辆滚动轴承压装的设备,主要用于列车主轴轴承的冷压压装。列车主轴轴承和主轴的配合为过盈配合，安装时压装力较大，若压装机压装轴承质量不高，则易产生热轴和切轴事故。现在，铁路系统所使用的轮对主要是RE2B(70车）和RD2(60t车）两种。RE2B轮对对应的轴承型号是353130B，RD2轮对对应的轴承型号有352226X2-2RZ(TN）、SKF197726、197726TN 三种。为了保证机器压装精度，提高机器压装效率，压装时可以针对不同车型的轴承单独进行工作，因此可以将液压、自动化控制、计算机监控等先进技术引入压装机，对压装设备进行更新改造4。1.4 轴承压装机现状分析1.4.1 国内轮对轴承压装机现状现在我国的轮对轴承压装机，在样式和功能上还是与50年代的差不多，都属于通用型油压机。该轴承压装机由天津重型机械厂和鄂城重型机械厂等生产和制造。在前面过去的几十年中，国内最常见的的转向架轴承压装机是移动小车式的，移动小车式压装机有许多突出的优点，方便于移动，操作过程也非常的简单。但是，随着车轴与轴承的快速发展，轴与轴承的配合精度要求也随着越来越高，移动小车式压装机的工作速度比较低，失败率相对较高，而且工人的劳动强度非常大，所以其已慢慢的被固定式压装机取代5。压装机发展到现在，固定式压装机的功能已经变得非常强大，在压装工作开始的时候，操作员工将轴号、轴型、轴承号及左右端分别输入计算机控制系统，根据制造工艺标准，采用轴承压装自动选配系统，利用主控机上的传感器和测具，从而得到轴承与轴颈的各项技术参数，然后通过A/D转换，传至单片机中经计算机计算，得到压装机的各项配备数据。为了达到轴承压装曲线具有能真实反映出压装质量的目的，故而用滚动轴承在轮对压入轴颈过程中实时记录滚动轴承的移动量与与之对应的压力值所组成的位移压力曲线图。圆锥滚动轴承压装机正是为了适应这种能实时显示位移-压力曲线要求而研制出来的新一代滚动轴承压装机。该压装机不仅大大的提高压装轮对的质量，也减少了工作量。我国铁路货车轴承发展主要分为四个方面：轴承的结构形式、保持架形式、润滑脂、密封装置的变化。1978年以前，中国铁路开始着手使用滚动轴承替代滑动轴承，用滚动轴承代替滑动轴承是铁道部制定的一项重大技术政策，它可以减少列车的启动阻力和运行阻力,增加列车牵引吨位，减少燃轴事故，保证行车安全，提高运行速度，减少列车起动阻力85%，运行阻力10%左右，加快车辆周转，节省油脂、白合金等材料，降低运营成本，延长车辆检修周期等。1980年开始，滚动轴承开始大量装车使用，当时使用的滚动轴承型号主要是当时滚动轴承的型号主要有97720、197720、197726、197726 和97730 等,其中197726型无轴箱双列圆锥滚子轴承是我国引进日本技术、国内生产的轴承4。铁道部1992 年10 月5 日印发了关于下发铁路货车197726 型滚动轴承大修工作会议纪要和铁路货车197726 型滚动轴承大修管理办法的通知(辆货1992133号) ,规定国产圆柱滚子轴承大修时报废,运用中的无轴箱短圆柱滚子轴承允许在检修中就地报废。1998年1月，铁道部车辆局对中外合资后的北京南口斯凯孚铁路轴承有限公司在197726型轴承基础上第一步改进设计的轴承图样进行了批复，型号为SKF197726型4。1.4.2 国外压装机现状及发展现在，国外压装机的液压系统采用的是节能效果相对其他系统来说非常好的压力一流量补偿负载传感闭式系统，该闭式系统的特点是:能够实现压力一流量控制。泵的输出流量也就是执行元件的运行速度，且其运行速度只与操纵阀杆行程大小有关，与负载的大小没有关系，所以该补偿负载传感闭式系统有很好的速度控制特性。该传感闭式液压系统所提供的功率与执行元件运行所要求的功率相差非常小，所以该系统也具有非常好的功率控制特性，功率浪费损失非常小。因为系统的无用功率很小，而且系统在不工作的时候，系统可以近似地实现“0”流量输出，所以系统的发热小，不会出现过热现象，从而大大的提高了整个液压系统的工作寿命6。第二章 铁道轮对轴承压装机液压原理分析2.1 压装机工作原理1压装液压缸 2压装盘 3轮对 4轴5顶对液压缸 6支撑架 7锁紧液压缸图2-1 轮对轴承压装机的结构示意图轮对轴承压装机是将轮对压装在轴承上的一个专用机械，它由锁紧、压装、顶对、送对等几个部分组成，压装机的主体动作都由液压缸来实现，其中锁紧缸与压装缸组合在一起。安装时，锁紧缸安装在压装盘上，压装盘两端各1个，锁紧缸的安装中心要比顶对缸上升到顶端时的轮心高度稍微高一点，从而保证锁紧缸在定位的时能够让轴脱离顶对缸的支撑。顶对缸安装在两导轨之间，作用于轴的中部，并且与两锁紧压装缸在同一个轴线上。工作时顶对缸5先顶起轮对4，到位后，送对缸将轮对送到与压装缸1平行的地方，然后锁紧液压缸7将轮对锁紧，压装液压缸1运动将轴承压入轮对，锁紧缸7松开轮对，顶对缸下降，送对缸缩回，压装完成18。2.2压装机的工作步骤1、顶对缸顶起：顶对缸5伸出将在放置在轨道上套上轮对6的轴4顶起，直到轴4中心与锁紧缸9中心线平行。3轮对；4轴承；5顶对液压缸 图 2-2 顶对缸动作2、送对缸送入：送对缸8伸出将已顶升起来的轴4送入待压装区域。3-轮对；4-轴；8-送对缸图2-3 送对缸动作3、轮对紧锁：锁紧液压缸9伸出将轮对4锁紧，固定轮对4。3-轮对；4-轴；7-锁紧液压缸图2-4 锁紧缸动作4、压装轴承：压装液压缸1伸出，将轴承6压入轮对4。1-压装缸；3-轮对；4-轴；7-锁紧缸图2-5 压装缸动作5、伸套杆，压装杆退回：压装完成后，压装杆1退回。1-压装缸；3-轮对；4-轴；7-锁紧缸图2-6 压装缸退回6、锁紧装置退回：锁紧液压缸9缩回，释放对4。 3-轮对；4-轴；7-锁紧液压缸图2-7 锁紧缸退回7、落对,送对缸返回。压装完成后，顶对缸降落，送对缸收回，系统还原。2.3 液压系统分析轮对压装机的液压系统主要包括顶对液压系统、送对液压系统、锁紧液压系统及压装液压系统。2.3.1 顶对液压系统液压系统原理图如下所示;5-三位四通电磁换向阀；21-液压锁；27-顶对液压缸；29、30-行程开关图2-8顶对液压系统原理图其工作原理是：轮对推入后电磁铁13YA通电使换向阀5切换至左位，液压泵的压力油经单向阀和换向阀5进入顶对缸27、28的无杆腔，活塞杆顶起轮对。当送对液压缸到位后，触碰行程开关30，电磁铁13YA断电使换向阀5复至中位，液压锁使顶对缸保持不动，压装完成后，12YA通电使换向阀切换至右位液压泵的压力油进入顶对液压缸27、28的有杆腔，顶对缸回落，触碰行程开关29，使12YA断电使系统复原。顶对缸顶对时：进油路：换向阀5左腔液压锁21顶对缸27、28无杆腔回油路：顶对缸27有杆腔液压锁21换向阀5左腔顶对缸落对时：进油路：换向阀5右腔液压锁21顶对缸27有杆腔回油路：顶对缸27无杆腔液压锁21换向阀5右腔2.3.2 送对液压系统送对液压系统原理图如下所示：6-三位四通电磁换向阀；41、42-压力继电器；26-送对液压缸图2-9送对液压系统原理图其工作原理是：活塞杆顶起轮对后，电磁铁11YA通电使换向阀6切换至左位，液压泵的压力油经单向阀和换向阀6进入送对液压缸26的无杆腔，活塞杆顶出，到位后由顶对液压系统的压力继电器42发信，电磁铁11YA断电使换向阀复至中位，当顶对缸放落轮对后，顶对液压系统行程开关29发信，电磁铁10YA通电使送对缸复位。最后，压力继电器41发信使电磁铁10YA断电而使系统复原。送对缸26送对：进油路：换向阀6左腔送对缸26无杆腔 回油路：送对缸26有杆腔换向阀6左腔送对缸26复原：进油路：换向阀6右腔送对缸26有杆腔 回油路：送对缸26无杆腔换向阀6右腔2.3.3 锁紧液压系统锁紧液压系统原理图如下所示：7、8-三位四通电磁换向阀 11、12-节流阀 19、20-液压锁；24、25-锁紧液压缸 31、32、33、34-压力继电器 图2-10 锁紧液压系统原理图其工作原理是：7YA通电使换向阀8切换至左位，液压泵的压力油经单向阀后经节流阀12、换向阀8和液压锁19进入右锁紧缸24的无杆腔，触碰行程开关34后，7YA断电使换向阀复位至中位，系统通过液压锁锁紧右锁紧缸24；当压装完成后，6YA得电使换向阀8切换至右位，压力油经换向阀8和液压锁进入右锁紧缸的有杆腔，右锁紧缸退回，当触碰行程开关33后，6YA断电使换向阀8复至中位。左锁紧缸的工作原理同右锁紧缸。锁紧缸锁紧进油路：节流阀12换向阀8左腔液压锁19锁紧缸24无杆腔回油路：锁紧缸24有杆腔液压锁19换向阀8左腔锁紧缸松开时进油路：节流阀12换向阀8右腔液压锁19锁紧缸24有杆腔回油路：锁紧缸24无杆腔液压锁19换向阀8右腔2.3.4 压装液压系统压装液压系统图如下所示：9、10-三位四通换向阀；13、14-溢流阀；15、17-调速阀； 16、18-二位二通电磁换向阀； 22、23-压装液压缸； 35、36、37、38、39、40-行程开关图2-11 压装液压系统图其工作原理是：5YA通电使换向阀9切换至左位，液压泵的压力油经单向阀后，经换向阀8进入二位二通阀18的右位，然后直接进入左压装缸23的无杆腔，伸套杆伸出定位，因有阀13造成的回油背压，压装杆不动。当系统压力继续升高，克服背压，压装杆快速伸出，当触碰行程开关36后，15YA得电，二位二通阀18切换至左位，液压油通过三位四通阀9后经调速阀17进入左压装缸的无杆腔，实现活塞杆从快进到工进的转变。活塞杆继续运动，当触碰行程开关37后，5YA、15YA失电，4YA得电，二位二通电磁换向阀18切换至右位，三位四通换向阀9切换至右位，液压油经过三位四通电磁换向阀9后直接进入左压装缸的有杆腔，实现快退，当触碰行程开关35后，4YA失电，三位四通电磁换向阀9切换至中位。右压装缸的工作原理同左压装缸一样。压装缸快进时进油路：换向阀9左腔换向阀18右位压装缸23无杆腔回油路：压装缸23有杆腔换向阀8左腔溢流阀13压装缸工进时进油路：换向阀8左腔调速阀17压装缸23无杆腔回油路：压装缸23有杆腔换向阀8左腔溢流阀13压装缸快退时进油路：换向阀8右腔压装缸23有杆腔回油路：压装缸23无杆腔换向阀18右腔换向阀8右腔溢流阀132.4 轮对轴承压装机液压系统原理图液压原理图如下:图2-12 轮对轴承压装机液压原理图定量泵自吸能力好，噪音低，压力和流量脉动小，径向负载小，使用寿命较长；采用单向阀2，当系统油压过高时，可以防止油回流；当系统卸荷时，电磁铁1YA得电，系统压力油经溢流阀3直接流回邮箱，系统压力为0；增加了锁紧装置，当液压缸运动到位后，通过液压锁将液压缸固定，以保证压装的稳定性，提高压装精度11。添加背压回路，起到了一定的缓冲作用，防止液压缸运动过快而损坏。第三章 轮对轴承压装机液压系统设计3.1 轮对轴承压装机主要功能顶对缸将顶起轮对，当顶对到位后，送对缸伸出将轮对送到与压装缸中心线平行的地方，然后锁紧液压缸伸出将轮对锁紧，压装液压缸运动将轮对压入轴承，压装完成后，压装缸退回，锁紧缸松开轮对，顶对缸下降，送对缸缩回，压装完成。图3-1 轮对轴承压装机工作循环图3.2工况分析3.2.1 配置执行件和绘制动作周期顺序图根据轮对压装机工作的动作和工况特点，对液压系统采取四种液压缸来执行各动作要求，方案如表3.1所示。表3.1轮对轴承压装机执行件配置方案执行器功能特点序号名称数量1顶对缸2顶起轮对体积小，动作幅度小2送入缸1将轮对送入待压装区域受力小，行程大3锁紧缸2固定轮对体积小，行程短，力小4压装缸2将轴承压入轮对体积大，承受的压力大拟定工作循环周期为147s。顶对缸顶起和放下轮对的时间均为5s，送对缸送入和拉回轮对的时间均为10s，锁紧缸锁紧轮对的时间为10s，松开轮对的时间为5s，左右压装缸压装时间均为45s，退回时间均为6s。其工作顺序图如图3-2所示图3-2 轮对轴承压装机周期顺序图3.2.2 速度负载计算（1）绘制速度循环图由上节可知，压装缸在压装的平均速度，活塞杆的行程，时间，快进时的加速时间和减速时间分别为1s和1s，压装时的速度，压装行程，压装停止时间为1s，快退平均速度，时间，快退时的加速时间和减速时间均为1s。由上面的数据可算出，压装缸在快进加速和减速的行程分别是24.688mm和27.188mm，快进的最高速度为49.375mm/s，压装速度为5mm/s，压装减速行程为2.5mm，快退的加速和减速行程均为33.33mm，最高速度为66.67mm/s。由此可得压装液压缸的速度循环图如图3-3所示。图3-3 压装缸速度循环图（2） 负载计算压装缸活塞杆在运动时所受到载荷9： （3-1）式中：外载荷阻力（包括外摩擦阻力）回油阻力，当油无阻碍回油箱时，当回油有阻力（背压）时，则为作用在活塞承压面上的液压阻力轮对在加速时活塞杆所受力 （3-2）式中： 轮对压装力 轮对质量 轮对压装时的速度 轮对加速时间压装缸在推动轮对时，轮对有极为短暂的加速时间，在这段时间内，轮对加速至，由可得所需力。压装减速时间，速度由减小至0，由公式可得。压装缸在快进阶段启动、匀速和减速时都是无负载运行和均为0，由公式（3-1）可得活塞杆在这三个阶段活塞杆所受力。压装缸在轮对加速阶段，活塞杆压装力由设计任务书可得=600KN，轮对加速所需力，由公式（3-1）可得活塞杆在此阶段的力。压装缸在压装阶段，活塞杆只有压装力=600KN，由公式（3-1）可得活塞杆在此阶段的力。压装缸在压装减速阶段，活塞杆所受压力。压装缸在快退阶段，均不受负载，由公式（3-1）可得活塞杆在此阶段的力。根据上述计算结果，列出各工作阶段所受到的外负载见表3.2，并画出如图3.5的负载循环图。表3.2 压装缸外负载循环表工作循环外负载计算公式结果（N）启动阶段0压装加速600025压装匀速600000压装减速599997.5快退阶段0图3-4 负载循环图3.3 拟定液压原理图3.3.1 液压回路的选择（1）供油方式的确定该设计中的工作负载较大，速度低，流量大，需要通过流量调节速度，各缸运行时间较长，故可选定定量泵供油。（2）顶对回路顶对回路顶升到位后需要保持轮对高度固定，所以回路中要添加两个液控单向阀组成液压锁来保证轮对的固定。其他的只需采用一个三位四通换向阀即可满足工作需求。（3）送对回路送对回路比较简单，只需要将轮对送入压装区即可，所以只需采用一个三位四通换向阀和压力继电器来控制回路。（4）锁紧回路的选择锁紧液压缸与压装缸成90度放置，锁紧缸连接锁紧块伸出顶住轴，使压装缸将轮对压入轴，因锁紧时锁紧块不能窜动，所以回路中需添加两个液控单向阀组成液压锁来锁紧锁紧块。（5）压装回路的选择压装时要实现速度的变化，故在回路中设置一个二位二通阀和一个调速阀来实现速度的变化；快进时直接通过二位二通阀的常开位，工进时二位二通阀闭合，压力油通过调速阀，实现速度的变化。该回路能使节流阀处的工作压差在负载变化时基本保持恒定；因为系统有时处于稳定状态，故系统中采用保压回路，使系统处于稳定状态时维持住压力，该回路保压时间长，压力稳定性高。 3.3.2 轮对轴承压装机液压原理图由压装机各个动作要求，设计出各辅助回路，拟定出液压原理图，如图3.5所示。图3-5 轮对轴承压装机液压系统原理图其工作原理如下1、开机启动，定量泵开始泵油；2、轮对推入后电磁铁13YA通电使换向阀5切换至左位，液压泵的压力油经单向阀和换向阀5进入顶对缸27、28的无杆腔，活塞杆顶起轮对。当送对液压缸到位后，触碰行程开关30，电磁铁13YA断电使换向阀5复至中位，液压锁使顶对缸保持不动。3、活塞杆顶起轮对后，电磁铁11YA通电使换向阀6切换至左位，液压泵的压力油经单向阀和换向阀6进入送对液压缸26的无杆腔，活塞杆顶出，到位后由顶对液压系统的压力继电器42发信，电磁铁11YA断电使换向阀复至中位；4、送对到位后，7YA通电使换向阀8切换至左位，液压泵的压力油经单向阀后经节流阀12、换向阀8和液压锁19进入右锁紧缸24的无杆腔，触碰行程开关34后，7YA断电使换向阀复位至中位，系统通过液压锁锁紧右锁紧缸24；5、轮对锁紧后，左压装缸压装轮对。5YA通电使换向阀9切换至左位，液压泵的压力油经单向阀后，经换向阀9进入二位二通阀18的右位，然后直接进入左压装缸23的无杆腔，因为有溢流阀13造成的回油背压作用，压装杆不动。当系统压力继续升高，克服背压，压装杆快速伸出，当触碰行程开关36后，15YA得电，二位二通阀18切换至左位，液压油通过三位四通阀9后经调速阀17进入左压装缸的无杆腔，实现活塞杆从快进到工进的转变，活塞杆继续运动，当触碰行程开关37后，压装完成，5YA、15YA失电，4YA得电，二位二通电磁换向阀18切换至右位，三位四通换向阀9切换至右位，液压油经过三位四通电磁换向阀9后直接进入左压装缸的有杆腔，实现快退，当触碰行程开关35后，4YA失电，三位四通电磁换向阀9切换至中位；6、右锁紧缸退回。当压装完成后，6YA得电使换向阀8切换至右位，压力油经换向阀8和液压锁进入右锁紧缸的有杆腔，右锁紧缸退回，当触碰行程开关33后，6YA断电使换向阀8复至中位。7、左锁紧缸锁紧，9YA通电使换向阀7切换至左位，液压泵的压力油经单向阀后经节流阀12、换向阀7和液压锁19进入右锁紧缸25的无杆腔，触碰行程开关32后，7YA断电使换向阀复位至中位，系统通过液压锁锁紧右锁紧缸258、右压装缸压装轮对。2YA通电使换向阀10切换至左位，液压泵的压力油经单向阀后，经换向阀10进入二位二通阀16的右位，然后直接进入左压装缸22的无杆腔，伸套杆伸出定位，因有阀14造成的回油背压，压装杆不动。当系统压力继续升高，克服背压，压装杆快速伸出，当触碰行程开关39后，14YA得电，二位二通阀16切换至左位，液压油通过三位四通阀10后经调速阀15进入左压装缸的无杆腔，实现活塞杆从快进到工进的转变，活塞杆继续运动，当触碰行程开关40后，压装完成，2YA、14YA失电，3YA得电，二位二通电磁换向阀16切换至右位，三位四通换向阀10切换至右位，液压油经过三位四通电磁换向阀10后直接进入左压装缸的有杆腔，实现快退，当触碰行程开关38后，3YA失电，三位四通电磁换向阀10切换至中位；9、左锁紧缸退回。当右压装完成后，8YA得电使换向阀7切换至右位，压力油经换向阀7和液压锁进入右锁紧缸的有杆腔，右锁紧缸退回，当触碰行程开关31后，8YA断电使换向阀7复至中位。10、落对。压装完成后，12YA通电使换向阀切换至右位液压泵的压力油进入顶对液压缸27、28的有杆腔，顶对缸回落，触碰行程开关29，使12YA断电使系统复原；11、送对缸复原。当顶对缸放落轮对后，顶对液压系统行程开关29发信，电磁铁10YA通电使送对缸复位。最后，压力继电器41发信使电磁铁10YA断电而使系统复原。整个系统就这样循环。3.4 压装液压缸的设计3.4.1 压装液压缸主要尺寸的确定1）工作压力的确定根据步进缸做功时的最大负载，以及具体工况，参阅参考文献9中表2-1，初选液压缸的工作压力为25Mpa。2）计算液压内径D和活塞杆直径d已知最大负载为F=600025N，初选液压缸工作液压力为p1=25Mpa，根据参考文献9中表2-2、2-3选择背压p2=1Mpa，d/D=0.7。液压缸计算示意图如图3-6所示。图3.6 液压缸计算示意图由图可知9： （3-3）式中 ： 液压缸工作腔压力；液压缸回油腔压力； 工作循环中最大负载；液压缸密封处摩擦力。常用液压缸的机械效率进行估算 （3-4）为液压缸机械效率，一般取=0.90.97，该设计中取0.95。由以上可知9： （3-5）式中 活塞杆直径与液压缸内径之比d/D。由上节可知，F=600025N。将个数据代入式3-5得D=181.21mm，由d/D=0.7可得，d=126.84mm。根据参考文献9中表2-4和表2-5选定液压缸内径和活塞杆直径的标准值，取D=200mm，d=125mm。因为活塞杆所承受的是压缩负载，当其负载值F超过某一临界值时，活塞杆就会失去稳定。故需进行活塞杆稳定校核。可知9： （3-7）式中 安全系数，一般取24。式中取=2 （3-8）式中 安装长度，其值与安装方式有关 由液压缸支承方式决定的末端系数 E活塞杆材料的弹性模量，对钢，可取 J活塞杆横截面惯性矩，由参考文献11表5-3可得=800mm，=4，将数据代入公式（3-8），可得，由公式（3-7）可得，故活塞杆强度满足要求。3）液压缸壁厚和外径D1的计算该液压缸缸筒可以铸造得到，其许用应力=100110Mpa，该设计中取=100Mpa。该缸筒属于厚壁圆管结构，壁厚计算公式8 （3-9）式中： 液压缸壁厚（m）；试验压力，一般取最大工作负载的1.251.5倍（MPa）；取1.4倍液压缸内径（m）；无缝钢管许用应力（MPa）。代入数据得到0.0221m。所以当壁厚大于22mm即可。可取壁厚25mm，缸筒外径D1=250mm。4）确定液压缸工作行程该压装缸的工作行程由轮对的压装间距决定，由任务说明书得压装距离为200mm，设计压装缸快进距离为200mm，故该液压缸的最大行程应该大于等于400mm。依据参考文献9中表2-6液压缸活塞行程参数系列（GB234980）选择活塞最大行程L=400mm。5）缸盖厚度的确定拟定缸筒底部为平面，缸盖厚度8 (3-10)式中 t缸盖厚度将各数据代入公式3-7得：0.0392m，故可取t=40mm。6）其他尺寸由参考文献9可知液压缸内主要尺寸如图3.8所示：图3.7 液压缸主要尺寸该液压缸的最小导向长度H应满足一下条件9 (3-8)式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。由以上可知，L=400mm，D=200mm。则：120mm。本设计中选取H=130mm。活塞的宽度B一般取B=(0.61.0)D，选取B=0.8D=160mm；缸盖滑动支撑面的长度L1根据液压缸内径而定，L1=(0.61.0)d，选取L1=0.8d=100mm。当L1和B选择不适当时，是难以保证最小导向长度H的，若L1和B选取偏大，则需要在缸盖和活塞之间增加隔套K来增加H的值，隔套的长度C由最小导向长度来计算9。 （3-9）根据上式，在本设计中计算C=0，因此在本设计中不需要使用隔套。3.4.2 压装液压缸结构设计在液压缸的结构设计中，主要包括缸盖与缸体的连接形式的设计，活塞与活塞杆的连接方式的设计，活塞杆导向部分结构设，液压缸的安装连接结构设计以及排气装置、密封装置和缓冲装置的设计17，在本设计中，速度较小且行程长，同时工作负载大，速度小，所以需要设计排气装置。（1）缸盖与缸筒连接形式的设计常见的缸盖与缸筒的连接结构主要由法兰式连接、半环连接、螺纹连接、焊接式连接、拉杆式连接。法兰连接结构简单，容易加工安装，但是尺寸较大，比较重；半环连接结构简单，但是需要在缸筒上开槽，削弱了强度；螺纹连接结构外形尺寸小，重量轻，拆装时需要专用工具；焊接式结构简单，尺寸小，但缸筒底部内径不易加工；拉杆式连接结构方便拆装，但尺寸较大，比较重9。在本设计中的液压缸体积大，且工作压力高，可采用螺纹连接结构。 图3.8 缸盖与缸筒的螺纹连接结构（2）活塞杆结构及活塞与活塞杆连接设计活塞杆选用实心杆，且杆的外端结构采用圆盘结构。 活塞与活塞杆的连接方式有整体式和组合式结构，整体式结构简单，适用于较小的液压缸，且不会出出现轴向松动；而组合式容易出现轴向松动，且结构复杂。组合式又分为螺纹连接、半环连接、和锥销连接9。螺纹连接结构简单，但是工作时如果有振动则容易发生松动迹象，所以在使用时须用锁紧装置，螺纹连接在实际中应用较多，一般用在工程机械上的液压缸10，本设计中的液压缸工作压力大，故选用螺纹连接。图3.9 活塞与活塞杆连接结构（3）活塞杆导向部分设计导向部分结构包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套结构可以做成端盖整体式直接导向，也可以做成与端盖分开的导向套结构。导向套的位置可以安装在密封圈的内侧，也可以安装在外侧。当工作压力较高时，采用导向套安装在外侧的结构，使密封圈有足够的油压将唇边张开，以提高密封圈的密封密封性能17。本设计中直接用端盖导向。密封和防尘结构根据参考文献14中表2-3-16进行选择。图3.10 活塞杆导向部分（4）液压缸安装连接形式液压缸的安装根据安装位置和工作要求可以有长螺栓安装、脚架安装、法兰安装、销轴安装和耳环安装，本设计采用法兰安装方式10。本设计中的进、出油口设在缸筒最高处，油口形式采用螺孔连接方式。（5） 排气装置由于各种原因，液压系统会混入空气，影响运动的平稳性。本设计中的液压缸对于速度稳定性要求较高，故需设置排气装置。排气阀的安装位置通常在液压缸的最高处，双作用液压缸应安装两个排气阀。在系统开始工作前，先打开排气阀，让活塞全行程空载往复数次，在空气排净后，再将排气阀拧紧关闭15。排气阀零件尺寸见参考文献14表2-3-18或图2-3-27.3.4.3 其他液压缸主要尺寸的确定（1）顶对缸工作压力拟定为4MPa，取定=0.65，背压选定为0.3MPa，所受工作压力为轮对与轴承的重力，由可得力为24525N，按照式（3-5）代入数据得D=92.68mm，则d=60.24mm。由参考文献9表2-4和2-5取定标准值D=90mm，d=56mm。（2）送对缸工作压力拟定为2MPa，取定=0.25，背压选定为0.2MPa，推力为300N, 同理，将数据代入式（3-5）得到D=14.89mm，d=3.722mm，由参考文献9中表2-4和2-5取定标准值D=16mm，d=5mm。（3）锁紧缸工作压力拟定为1Mpa，取定=0.2，背压选定为0.2MPa，推力为100N，同理，将数据代入式（3-5）得到D=12.88mm，d=2.576mm，按参考文献9中表2-4和2-5取定标准值D=16mm，d=4mm。3.5 工作流量的设计在本设计中的流量计算均为液压缸的流量计算9 （3-10）式中： 液压缸有效工作面积（）；活塞杆最大速度（）。将各液压缸的参数代入到式3-10中得到各液压缸的最大流量如表3.3所示。表3.3 各液压缸最大流量表最大流量L/min液压缸数目总流量L/min顶对缸有杆腔进油1.96011.960无杆腔进油3.2163.216送对缸有杆腔进油1.17911.179无杆腔进油1.3071.307锁紧缸有杆腔进油0.56520.565无杆腔进油0.6030.603压装缸有杆腔进油76.58027