机车轮对轴承压装机液压系统设计含全套CAD图纸

本科毕业设计(论文)

题目：机车轮对轴承压装机液压系统设

计

系 别 机电信息系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号

导 师

2013年05月

机车轮对轴承压装机液压系统设计

摘 要

轮对轴承压装机是用于铁路车辆转动轴承压装的专用设备，适用于铁路车辆新造及检修时压装轴承，被普遍应用于各个路局车辆维修、车辆制造厂生产，其对国民生产有着重要的意义。现现在的铁路速度愈来愈快，对轴承的要求愈来愈高，而轴承的压装是铁路安全的关键。为了达到使原有轮对轴承压装性能够取得更靠得住更优秀的性能，本次设计主要针对轮对轴承压装机进行设计，通过对轮对轴承压装机原有技术的改良（主如果液压系统的改良），实现对轮对轴承压装机轴承的准确压装，以便更进一步提高行车的安全性与平稳性。

关键词： 转动轴承；压装；液压系统

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

目 录

1 绪论 ............................................................................................................................................. 1

背景及研究意义 ....................................................................................................................... 1 轴承简介 ................................................................................................................................... 2 研究现状 ................................................................................................................................... 2 本文研究内容 ........................................................................................................................... 3 2 轮对轴承压装机工作原理 ......................................................................................................... 4

轮对轴承压装机的工作原理 ................................................................................................... 4 3 液压系统的设计 ......................................................................................................................... 7

液压回路设计和回路工作原理分析 ....................................................................................... 7

3.1.1 顶对回路 ............................................................................................................... 7 3.1.2 送对回路 ............................................................................................................... 8 3.1.3 锁紧回路 ............................................................................................................... 8 3.1.4 伸套压装回路 ....................................................................................................... 9 3.1.5 液压系统原理图 ................................................................................................. 10 3.1.6 该液压系统技术特点 ......................................................................................... 12 液压系统工作要求 ................................................................................................................. 12

3.2.1 液压传动系统的型式 ......................................................................................... 12 3.2.3 轴承压装机的液压传动特点 ............................................................................. 13 肯定液压缸的几何参数 ......................................................................................................... 14

3.3.1 伸套压装缸尺寸计算 ......................................................................................... 14 3.3.2 压装缸壁厚和外径的计算 ................................................................................. 15 3.3.3 辅助缸（顶对缸、送对缸、锁紧缸）壁厚和外径的计算 ............................. 16 3.3.4 计算在各阶段液压缸所需的流量 ..................................................................... 16 液压系统的压力损失计算 ..................................................................................................... 17 液压泵和电机的相关计算 ..................................................................................................... 18

3.5.1 肯定液压泵的流量 ............................................................................................. 18 3.5.2 选择液压泵的规格 ............................................................................................. 18 3.5.3 与液压泵匹配的电动机的选择 ......................................................................... 19 液压阀的选择 ......................................................................................................................... 19 液压缸结构设计 ..................................................................................................................... 21 其他附件说明 ......................................................................................................................... 22 4 轮对轴承压装机结构设计 ....................................................................................................... 23

轮对轴承压装机的布置 ......................................................................................................... 23 床身设计 ................................................................................................................................. 23

4.2.1 底座设计 ............................................................................................................. 23 4.2.2 支座设计 ............................................................................................................. 24

5 油箱和其它液压辅助元件的设计 ........................................................................................... 25

液压油箱有效容积的计算 ..................................................................................................... 25 液压油箱的外形尺寸 ............................................................................................................. 25 液压油 ..................................................................................................................................... 26

5.3.1 液压油的品种 ..................................................................................................... 26

5.3.2 液压油的粘度 ..................................................................................................... 26 过滤器 ..................................................................................................................................... 27 6 液压站的设计 ........................................................................................................................... 28

液压泵的安装方式 ................................................................................................................. 28 电动机与液压泵的连接方式 ................................................................................................. 28 液压站结构设计的注意事项 ................................................................................................. 29 总结................................................................................................................................................. 30 致谢................................................................................................................................................. 31 参考文献 ......................................................................................................................................... 32 Journal for Numerical Method in 毕业设计（论文）独创性声明 .............................................. 33

1 绪论

背景及研究意义

在铁路高速进展的今天，铁路提速是当前技术进步的主题，制约提速的关键技术之一是走行部的制造和检修技术的滞后。而车辆轮对是走行部最为关键的部件，其质量的好坏和组装精度的高低直接影响提速安全，因此对铁路车辆轮对的加工装配从来受到铁路行业的重视。铁路运输是国民经济的命脉，其安全有效的运输才能保证生产活动的正常执行，轮对轴承压装机是铁路车辆系统转动轴承压装的专业设备, 对机车安全行驶起着关键作用。转动轴承作为铁路货车走行部的关键部件，直接关系到车辆运行安全，始终是中国铁路部门关注的重点。轮对轴承压装机主要用途是采用冷压方式将转动轴承压装到轮对轴颈上。转动轴承与轮对轴颈的配合为过盈配合, 所以压装进程中压力较大。轮对轴承压装机是自动记录铁路车辆转动轴承压装时产生的位移－－压力关系曲线及有关数据的新一代转动轴承压装机。

我国铁路车辆自六十年代开始安装无轴箱转动轴承，在转动轴承的压装工艺上，经历了七十年代的移动式油压机，八十年代的具有记录时刻－－压力曲线及有关数据的固定式转动轴承压装机，1989年以后采用以单片机记录压装力及保压时刻的固定式悬臂双缸轴承压装机，九十年代微机控制与记录一体化固定式整体承载全钢结构双缸轴承压装机开始投入铁路制造与检修生产中。随着时期的不断进步，老产品的淘汰，新产品的涌现是历史的必然。七十年代的移动式油压机，解决了压装转动轴承最大体的要求，但劳动强度大，工作效率低，压力计量采用人工测量，误差较大，有关数据靠手工填写容易产生过失，这些缺点很突出。八十年代出现的固定式转动轴承压装机，能够自动测量和记录每条轮对轴承压装技术参数，包括自动测量、打印轴承压装力、终止压装力而且自动给出压装力随时刻转变的关系曲线，它的问世专门快淘汰了移动式油压机。由于那时技术水平的限制和研制者对轴承压装进程的熟悉不足，通过十连年来的生产实践，转动轴承在压装进程中记录的时刻－压力关系曲线的不足的地方日趋明显。

过去连年来，轴承质量由于受到密封装置、轴承润滑脂、维持架质量的影响，不能知足铁路运输进展对货车的需求，每一年均会发生几起转动轴承热轴、切轴事故。轮对运行中会产生热轴，压装中偏载使轴端变形，热轴产生有两个原因：

一是轴承的加工进程造成的缺点；二是轴承压装进程不合理，如轴向游隙不符合标准、组装不良、车轮偏重、长期惯性力的作用。热轴危害大，轻则车辆不能正常运行，造成数十万的经济损失；重则发生车辆颠覆事故，危及乘客及乘务人员生命财产安全。压装进程对轴承的靠得住性具有决定性的作用，压装缸的设计主要为了保证轴承正确安装，车轴正常工作，车辆性能发挥到最大。

轴承简介

轴承是各类机械的旋转轴或可动部位的支承元件，也是依托转动体的转动实现对主机旋转的支承元件。动轴承通常由外圈、内圈、转动体、维持器四个主要部件组成。也有少数结构无内圈或无外圈或全无套圈，由三个部件或两个部件组成。套圈也称座圈，分内圈和外圈，推力轴承则为紧圈和活圈。球轴承的内圈外圆面和外圈内圆面上都有滚道(沟)起导轮作用，限制转动体侧面移动，同时也起到了增大转动体与圈的接触面，降低接触应力。转动体是保证轴承内外衣圈之间具有转动摩擦的零件，它的形状大小和数量直接影响转动轴承的负荷能力和利用性能。维持架的作用，是维持相邻的转动体不发生直接接触，保证轴承的转动灵活。各类结构的轴承为适应需要采用各类结构型式和材质的维持架。

研究现状

通过几代人的尽力，我国的轴承事业已取得了长足的进步，解决了一系列制约机车进展的因素，中国的铁路货车转动轴承事业正飞速进展。我国铁路货车轴承进展主要分为四个方面：轴承结构形式、维持架形式、润滑脂、密封装置的转变。1978年以前，中国铁路开始着手利用转动轴承替代滑动轴承，用转动轴承代替滑动轴承是铁道部制定的一项重大技术政策，它能够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，提高行车速度，减少列车起动阻力85%，运行阻力10%左右，加速车辆周转，节省油脂、白合金等材料，降低运营本钱，延长车辆检修周期等。到1980年开始，转动轴承开始大量装车利用，那时利用的转动轴承型号主要有97720、197720、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。通过实验，大体知足我国利用的环境条件和线路状况，1978年铁道部决定在我国铁路货车上装用197726型轴承，1980年开始在新造货车上大量装车利用，该型轴承成为我国货车的主型产品。1998年1月，铁道部车辆局对中外合伙后的北京南口斯凯孚铁路轴承有限公司在197726型轴承基础上第一次改良设计的轴承图样

进行了批复，型号为SKF197726型。本次改良设计主要针对于轴承制造质量和内部微观几何尺寸，全数采用塑钢维持架，滚子素线采用圆弧全凸度。1998年1月1日起开始生产SKF197726型轴承并装车利用，同时该厂停止生产197726型轴承。关于层结构的详细描述请参阅文献[2]。

随着轴承的进展，轴承压装机随着铁路车辆轴承的进展，也不断的进展，以适应新的技术要求。在过去，我国最多见的的转向架轴承压装机是移动小车式的，可是随着车轴与轴承的进展，轴与轴承配合精度要求愈来愈高，移动小车式压装机工作进度差，失败率高，而且工人劳动强度大，逐渐被固定式压装机所取代。进展至今日，固定式压装机功能已经十分壮大，在压装开始时，操作人员可将轴号、轴型、轴承号及左右端别离输入控制系统，依照修造工艺的标准，可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，取得轴承与轴颈的各项技术参数，然后经A/D转换后传至单片机中经计算，取得压装机配备数据。这些资料在打印机打印曲线图表时将给予打出，压装结束后，打印机将自动打印出具有位移－压力曲线和压装力、贴靠力和结果判断等有关数据记录。为达到轴承压装曲线具有真实反映压装质量的目的，必需采用在转动轴承在压入轴颈进程中记录它的移动量与之对应的压力值组成的位移－压力曲线。新一代的压装性能实现自动压装、自动检测、自动调节，使轴承的压装精度大大提高，同时也降低了工人的工作强度。

本文研究内容

本文主要针对于轮对轴承压装机的液压系统进行设计。包括轮对轴承压装机的压装缸、辅助缸（顶对、锁紧、送对）和整个液压系统的计算；轮对及其轴承、支撑架等关键功能装置的设计。

主要技术参数：压装力550KN；系统工作压力：20MPa；液压泵额定压力：

32MPa。压装缸快进速度：3mmin；工进速度：0.4mmin；回程速度：5mmin。

2 轮对轴承压装机工作原理

轮对轴承压装机的工作原理

轮对轴承压装机主要由压装部份（包括了轴承托架），轮对起落装置（包括夹紧装置）和机座组成。压装机主体的工作进程能够归纳为：通过定位缸使压装部份相对于轮对占有一个正确位置，完成定位和导向任务，接着夹紧缸开始工作，将轴夹紧，然后将轴承压装至轴颈上。其具体的工作进程如下：

a.通过专业机械将轮对推入压装机；b.轮对起落装置的顶对缸将轮对托起到规定的高度，通过夹紧缸使轮对定位，使其离开起落装置，轮对起落装置退回原位；c.将选配好的两对轴承别离放在轮对双侧的轴承托架上；d.压装部份快进：在轴承摆放、轮对定位完成后，控制系统发出指令，通过油管供油，一级缸快进，由顶尖活塞推出，头套带动顶尖推出，行程为200mm，顶尖顶住车轴中心处将顶尖定在轮轴中心，并把轴承后档套装在车轴两头轴颈上；e.压装部份工进：二级缸工进，活塞与轴承托架通过螺纹连接，活塞前移的同时带动轴承移动，同时通过导向套推动套杯推出，控制系统记录贴紧压力值保压10秒，将轴承压入轴颈，并打印出具有位移-压力曲线和压装力、贴靠力等有关数据记录。压装时，压力曲线应均匀平稳上升，曲线中部不允许存在陡吨（压力曲线不光滑）、降吨（压力曲线朝数值减小的方向转变）等缺点；f.压装部份退回原位，确认压装进程合格后，夹紧装置松开，起落装置将轮对放开，推出轮对。

轮对起落装置及轮对定位装置是轮对轴承压装机的重要组成部份，其作用是在轴承压装前，将轮对拖到规定高度，使之相对于压装机部份占有一个准确位置，对轮对进行粗定位。轴承组装完毕，起落装置下降，将轮对放到轨道上。夹紧部份则是保障轴承压装顺利稳固完成的一个保障设施。轴承托架是压装机的附属机构，它起着支撑轴承的作用，并使轴承中心线与压装部份中心线，轮对中心线大体重合。

压装部份与轮对起落装置的动作都是由液压控制元件控制，液压传动系统是液压机械的一个组成部份，液压传动系统的设计要同主机的整体设计同时进行。着手设计时，从实际情形动身，有机的结合各类传动形式，力求设计出结构简单、工作靠得住、本钱低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。本设计中由于压装进程中压装机构分两步动作，输出的的压力值差距较大，采用二级液压缸结构，如此不仅知足压装进程中力的要求，同时按照工况，速度也有所提高，

提

高了压装效率。

3 液压系统的设计

转动轴承压装机(以下简称压装机)是用于铁路车辆转动轴承压装的专用设备。压装机由机体、液压站和控制台三部份组成。三部份相对独立，必要时可单独利用在不同场合。整个机械的驱动是通过液压来实现的，相较传统驱动，液压具有稳固性好、传动结构简单、传动比大等长处。

液压回路设计和回路工作原理分析

3.1.1 顶对回路

系统工作时，空载启动液压泵，然后电磁铁1YA通电使换向阀4切换至下位，系统升压。轮对推入后，电磁铁4YA通电使换向阀4切换至左位，液压泵1的压力油经单向阀和换向阀4进入顶对缸19的无杆腔，活塞杆顶起轮对；其具体回路如图所示。

图 顶对缸工作回路

3.1.2 送对回路

延时后，电磁铁6YA通电使换向阀5切换至左位，泵1的压力油经单向阀和换向阀5进入缸20的无杆腔，活塞杆顶出使V形道轨翻转；其液压控制回路如图所示。

图 送对缸工作回路

3.1.3 锁紧回路

到位后压力继电器18发信，电磁铁4YA、6YA断电使换向阀4和换向阀5均复至中位，2YA、8YA通电使换向阀7和6切换至左位，泵1的压力油经单向阀后，经换向阀7进入压装缸22的无杆腔，经换向阀6和液压锁12进入锁紧缸21的无杆腔，伸套杆伸出定位，因有阀9造成的回油背压，压装杆不动，现在在节流阀23的作用下，锁紧缸21在伸套定位后将轮对锁紧，并由压力继电器15发信使8YA断电，换向阀6复至中位，由液压锁12锁紧；其控制回路如图所示。

图 锁紧缸工作回路

3.1.4 伸套压装回路

尔后系统压力继续升高，克服背压，压装杆伸出实现压装。压装完成后，压力升高使继电器14发信，电磁铁10YA通电使换向阀11切换至上位，第一，液压缸22的无杆腔经阀8和24释压（释压时刻由节流阀24的开度决定），然后，电磁铁2YA断电，3YA、9YA延时通电后使换向阀7和换向阀6均切换至右位，液压泵1的压力油经换向阀7和单向阀10进入缸22的有杆腔，经阀6和液压锁12进入缸21的有杆腔，伸套杆与压装杆一路退回，锁紧缸也退回。到位后，压力继电器13发信，电磁铁3YA、9YA断电使换向阀7和6均复至中位，5YA通电使换向阀4切换至右位，泵1的压力油进入缸19的有杆腔，实现落对且送对，10YA断电使换向阀11复位，恢复可压装状态。尔后，压力继电器17发信，电磁铁7YA通电使送对缸复位。最后，压力继电器16发信使5YA、7YA、1YA断电而使系统恢复。其具体回路如图所示。

图 伸套压装缸工作回路

3.1.5 液压系统原理图 系统原理图如图所示。

1-变量柱塞泵；2-先导式溢流阀；3、11-二位四通电磁换向阀；4、五、六、7-三位四通电磁换向阀；八、9-顺序阀；10-单向阀；12-液压锁；13、14、1五、1六、17、18-压力继电器；19-顶对液压缸；20-送对液压缸；21-锁紧液压缸；22-伸套压装液压缸；23、24-节流阀。

图 液压系统回路图

图示为轴承压装机的液压系统原理图。系统的油源为变量柱塞泵1，其最高工作压力由先导式溢流阀2设定，卸荷由二位四通电磁换向阀3控制。系统有顶对液压缸1九、送对液压缸20、锁紧液压缸2一、伸套压装液压缸22等4个并联的执行器，别离采用三位四通电磁换向阀4、五、六、7控制其运动方向；锁紧缸21通过液压锁12实现轮对的锁紧；液压缸22的无杆腔油路设有顺序阀8和节流阀24，用于压装结束后换向前的释压控制，以减小压力冲击；顺序阀9用作缸22的背压阀。系统中的压力继电器13、14、1五、1六、17、18作为系统的发信装置，用于系统工作循环的自动控制。

表 电磁铁动作顺序表 电磁铁

伸套杆压装杆落回 + + + +

落对送对 + + +

轮对顶升 伸套定位 轮对锁紧 压装轴承

+ + +

+ + +

+ +

+ +

复原

1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA

（1） 肯定回路方式

该液压系统采用开式回路，即执行元件的排油回油箱，油液通过沉淀、冷却后再进入液压泵的入口。 （2） 选用液压油液

一般而言，柱塞泵选用HM油，含磷的液压油在各方面的性能都比较符合，因此咱们能够选择磷酸酯液类液压油。 （3） 初定系统压力

由于咱们所要设计的液压系统服务于重型运输机械，按照各类机械的常常利用系统压力，咱们选定系统初定压力为20MPa。 （4） 选择执行元件

在该系统中，要求所有的执行元件作直线运动，而且只要求一个方向工作、反向退回，所以选择单活塞杆液压缸。 （5） 肯定液压泵类型

在该系统中，咱们按照系统初定压力20MPa选用柱塞泵，由于系统要求高效节能，应选用变量泵。 （6） 选择换向回路

本系统采用多个压力继电器发信和电磁换向阀换向，实现了循环进程的自动控制，消除人为因素的影响。 （7） 选择调速方式

该系统采用变量泵调速。 3.1.6 该液压系统技术特点

（1） 压装机的压装系统采用柱塞变量泵供油和恒功率控制，在不增大电机驱动功率条件下，消除溢流损失，也符合压装机快速低压、高速慢压的工作特点。 （2） 通过液压缸实现轮对锁紧，锁紧后再压装，即便两头压力不平衡，仍可避免窜动，保证压装质量，同时落对时不脱轨，转动方便，提高了工效。锁紧装置设在轮对内侧，安装方便。

（3） 通过顺序阀和节流阀实现压装完毕后的释压，减小了换向冲击和振动噪声，并保护了压力传感器。

（4） 通过量个压力继电器发信，实现循环进程的自动控制，消除人为因素的影响。

液压系统工作要求

3.2.1 液压传动系统的型式

按照液压循环方式的不同，液压传动方式可分为开式和闭式两种。

开式系统中，油泵从油箱吸油，供入液压机后，再排回油箱。其结构简单，散热良好，油液能在油箱内澄清，因此应用较普遍。但油箱较大，空气与油液的接触机缘较多，容易渗入。

在闭式系统中，油泵进油管直接与液动机的排油管相通，形成一个闭合循环。为了补偿系统的泄漏损失，因此常需附设一只小型辅助油泵和油箱。闭式系统结构较复杂，散热条件较差，要求有较高的过滤精度，因此应用较少。但油箱体积很小，结构紧凑；空气进入油液的机缘少，工作较平稳：同时油泵能直接控制液流方向，并允许能量回馈。

轴承压装机是用于机车轮对轴承压装的设备。其功能是通过顶对、定位、锁紧、压装、送对、落对等动作，将轴承经高压压装在轮对上。在本次设计中，液压传动方式采用的是开式液压系统。 3.2.2 液压传动系统的主要组成

（1） 液压缸。

（2） 油泵。

（3） 控制调节装置。包括各类压力、流量及方向控制阀，用于控制和调节液流的压力、速度和方向，以知足机械的工作性能要求和实现各类不同的工作循环。

（4） 辅助装置。

本次设计中采用的是变量柱塞泵，采用恒功率控制供能。辅助缸回路中顶对缸、送对缸、锁紧缸的负载都很小，本设计中取辅助缸负载大体相同，并采用同一型液压缸；工作缸回路中负载缸的负载较大，采用知足其负载的液压缸。 3.2.3 轴承压装机的液压传动特点

机车轮对轴承压装机的液压传动系统特点包括：

（1） 压装机液压系统属于多执行器系统，为了避免因负载、速度的不同产生压力和流量的彼此干扰，按负载性质和工作特点，将执行器分为辅助缸和工作缸多个回路。

（2） 锁紧缸采用进油节流调速，压装缸释压回路采用回油节流调速。其它液压缸采用外径内径不同的液阻调整有关液压缸的速度，液阻旋入集成块内，减少了液压组件数量，减少了制造本钱。

（3） 液压系统的动作顺序信号由布置在各液压缸进退行程中的各个压力继电器发出，并由电磁换向阀执行，以控制各缸动作，使机械按工艺要求完成工作；为了保证压装准确、换向准确并保护有关机械部件，该设备采用循环进程的自动控制，消除人为因素的影响。

（4） 锁紧机构的保压通过液控单向阀实现，为了保证液控单向阀靠得住复位和锁紧，设置液控单向阀的回路采用了Y型中位性能的三位四通电磁换向阀。 （5） 三个辅助缸为同一内径，伸套压装缸采用另一内径，以节省制造费用和密封的利用和改换。但各液压缸的外形结构及安装形式多样化，以知足主机的结构特点和工作需要。

（6） 释压回路由顺序阀和节流阀串联实现，保护了阀和油箱，减小了换向冲击和振动噪声。

（7） 液压站独立于主机，另行放置，便于安装调试及利用保护。 （8） 该液压传动的轴承压装机采用液压自动控制，结构紧凑、振动噪声较小、工作安全靠得住，利用保护简便，生产效率和产品质量较高。

肯定液压缸的几何参数

3.3.1 伸套压装缸尺寸计算 （1） 液压缸工作压力的肯定

按照要求，系统最高工作压力为20MPa。 （2） 液压缸内径D和活塞杆直径d的肯定

4RD=p1p3cm

其中R为最大压装力550KN；cm为机械效率0.95；p1为系统最大工作压力

20MPa；高压系统初步计算能够忽略背压。则： D10.192m192mm

取D1200mm 则活塞直径：

d10.7200mm140mm

表 液压缸内径D和活塞杆直径d的关系(mm)

按机床类型选取d/D 机床类型 磨床、磨及研磨机床 插床、拉床、刨床 钻、镗、车、铣床

d/D ~

按液压缸工作压力选取d/D

工作压力P/(MPa)

≤2 >2~5 >5~7

d/D ~ ~ ~

表 液压缸内径尺寸系列(GB2348-80)(mm)

8

40 125 320

10 50 （140） 400

12 63 160 500

16 80 （180） 630

20 (90) 200

25 100 （220）

32 （110） 250

表 活塞杆内径尺寸系列(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

因为锁紧缸由液压锁锁紧，且压装时为两头同时压装，液压锁的作用是为避免两头压力不平衡时轮对窜动而设计，也就是说在理想情形下轮对所受合力为零，无需锁紧，故液压缸所受压力不会专门大，其缸径可小一些。同理，顶对缸和送对缸也可估算，经估算取锁紧缸、顶对缸、送对缸的液压缸内径为D2160mm，活塞杆内径为d280mm。 3.3.2 压装缸壁厚和外径的计算

已知压装缸内径为200mm，其活塞杆内径为140mm。

从材料力学可知，经受内压力的圆筒，其内应力散布规律因壁厚的不同而各异。液压缸壁厚是缸筒最薄处的厚度，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 液压缸的内径与其壁厚的比值D/10的圆筒称为薄壁圆筒。其计算公式为：

式中 ——液压缸壁厚（mm）； D——液压缸内径（mm）；

pyD 2py——实验压力，一般取最大工作压力的（~）/倍（MPa）；

——缸筒材料的许用应力。其值为:无缝钢管：100MPa。

液压缸外径：

py1.520MPa30MPa，D1200mm，100MPa，

pyD12[]300.20.03m30mm

2100查机械设计手册表

压装缸采用外径为250mm，壁厚为30mm无缝钢管。

3.3.3 辅助缸（顶对缸、送对缸、锁紧缸）壁厚和外径的计算 同理，已知辅助缸内径为160mm，其活塞杆内径为80mm。 py1.520MPa30MPa，D2160mm，100MPa， pyD22[]300.160.024m24mm

2100查机械设计手册表

辅助缸采用外径为200mm，壁厚为24mm的无缝钢管。 3.3.4 计算在各阶段液压缸所需的流量

（1） 伸套压装缸伸套定位时所需的流量为q1：

3.142q1D1V进0.223m3min0.0942m3min94.2Lmin44

（2） 伸套压装缸压装时所需流量为q2：

3.140.220.4m3min0.0126m3min12.6Lmin

44

（3） 伸套压装缸回程时所需流量为q3： q2D1V压2

q33.14（0.22-0.142）5m3min0.0769m3min76.9Lmin44

(D1d1)V回22 油管的内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定，也可按管路允许流速进行计算。管路直径计算由式d4.6qv取得。 式中 q——流体流量(m3s)；

v——流速ms，推荐流速：对于吸油管v12ms（一般取1ms以下）； 对于压油管v36ms（压力高、管道短或粘度小的情形下取大值，反之取小值）；对于回油管v1.52.5ms。

现取压油管的允许流速为v4ms，本系统主油路最大流量q194.2Lmin，

D4.6q94.24.622.3mm v4

若系统主油路流量按回程时取q376.9Lmin，则可算得油管内径为d20mm，综合诸多因素，现取油管的内径d20mm。吸油管一样按上式计算，

q108Lmin，v1.5ms，取d30mm。

液压系统的压力损失计算

在液压系统中，进油管内径为16mm，回油管内径为18mm。进油管长度取

l12m，回油管长度取l22m。

选用LHL32油液，运动粘度v150cst1.5cm2s，油的密度920kgcm3，现在液压缸的前进速度为4mmin，流量为4Lmin。则油液在管内流速为：

v14q441019.9cms d23.14162

3

则管道内雷诺数为：

Re1v1d4q274 vvd

274<2320

可见油液在管道内为层流，沿程阻力损失系数10.1 则沿程阻力损失为：

P111lv292019.90.10.23106Pa0.23MPa d2162

212

6液控单向阀的压力损失为P140.0510Pa，换向阀的压力损失为：

66，通过管接头，集成块等处的局部压力损失P0.110Pa，P0.0310Pa1312则：

P1P11P12P13P140.230.050.030.10.32MPa

辅助回路的压力损失：

现在液压缸的前进速度为4mmin，流量为6Lmin。则油液在管内流速为：

v24q461029.9cms 22d3.1416

3

则管道内雷诺数为：

v2d4qRe2487

vvd

487<2320

可见油液在管道内为层流，沿程阻力损失系数20.1

则沿程阻力损失为：

P242lv292029.90.10.51106Mpa0.51MPa d2162

222

液控单向阀的压力损失为P240.05106Pa，换向阀的压力损失为

P220.03106Pa。通过管接头，集成块等处的局部压力损失P230.1106Pa，则：

P2P21P22P23P240.510.050.030.10.6MPa

实际证明：压力损失在范围之内。

液压泵和电机的相关计算

3.5.1 肯定液压泵的流量 液压泵的最大流量应为：

qpk(q)max

式中：qp——液压泵的最大流量；

qmax——同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值。若是这是溢 流阀正进行工作，尚需加溢流阀的最小溢流量2-3L/min； k——系统泄漏系数，一般取k1.11.3，现取k1.15。 qpkqmax1.1594.2Lmin108Lmin 3.5.2 选择液压泵的规格

按照上述计算结果查阅相关手册，现选用CCY141B柱塞泵，该泵的大体参数：

每转排量q0160mLr；

电动机转速nH10001500rmin； 容积效率V0.95； 总效率0.8。

3.5.3 与液压泵匹配的电动机的选择

压装机在整个动作循环进程中，系统所需的压力和流量都在转变，所需功率也在转变。为知足整个工作循环的需要，按较大功率来肯定电动机功率。

pppqp2012.65.3kw

600.8

查阅电动机产品样本，选用Y255M-6型异步电动机。

液压阀的选择

控制阀的选择要素如下：

1.阀体类型选择；2.流量特性选择；3.口径选择；4：阀体与密封材料的选择；5.执行结构与附件选择。 主要步骤：

按照工艺条件选择适合的控制阀结构与材质；按照工艺对象的特点选择适合的流量特性；按照工艺参数选择适合的阀门尺寸；按照现场及工艺要求选择适合的执行机构；按照工艺进程自动化的要求选择适合的阀门附件。 a. 方向控制阀的选择

第一，按照阀的利用处合和工作要求（控制单作用缸仍是双作用缸，油缸是不是要求在工作行程中停留在任何位置，对滑阀性能有无特殊要求等）肯定阀的工作位置数、通路数及滑阀性能，然后，按照主机对系统自动化程度的要求肯定阀的操纵形式。最后，按照阀的油液压力、流量及对阀的压力损失和泄漏量的要求，参考液压手册选择阀的具体型号和规格。

选择单向阀时，应按照阀的具体用途，按压力、流量、压力损失等要求来选择。

b. 压力控制阀的选择

主要按照系统对阀的具体要求，如调压范围、通过阀的最大流量、工作平稳性和灵敏度和阀的安装形式来选取。但选择溢流阀时，应按油泵的最大流量来选取。

c. 流量控制阀的选择

第一，按照系统对流量控制阀的具体要求，如阀的流量-压力特性，调节性能及温度补偿情形的要求，对过滤精度的要求及操纵方式等，肯定阀的类型。然后，按照主机对低速性能的要求，算出最小稳固流量。最后，按照压力、最大流量、最小稳固流量等参数选择阀的型号和规格。 另外，选择液压阀时还应注意以下两点：

（1） 一般选择的液压阀的额定流量应比系统管路实际通过的最大流量大一些，但必要时允许通过阀的最大流量超过其额定流量的20%。

（2） 应当注意油缸差动连接时，由于面积差形成不同回油量对液压阀正常工作的影响。

选择液压阀主如果按照阀的工作压力和通过阀的流量。本系统工作压力在

20MPa左右，所以液压阀都选用中、高压阀。所选定的液压元件如下表所示。 表 液压元件表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

元件名称 柱塞泵 先导式溢流阀

型号 CCY14-1B DBW20-5X

通径 调节压力（MPa） 可通过流量（L/min) - 20 10 10 10 10 10 10 10 - -- 10 10 10

32 - - - - - - - - - - -

- 200 120 120 120 120 80 80 80 - - - 120 120

二位四通电磁换向阀 4WE10D30/A 三位四通电磁换向阀 4WE10D30/A 三位四通电磁换向阀 4WE10D30/A 三位四通电磁换向阀 4WE10D30/A

顺序阀 单向顺序阀 节流阀 液压缸 液压缸 压力继电器 液控单向阀 单向阀

HG03 HCG03 DVP-10 - - HED20A MPW-03 S10A

液压缸结构设计

在轮对轴承压装机中，由于送对、顶对、夹紧缸形式一样，因此以压装缸为例，对其进行说明：

缸体与缸盖的连接形式：压装缸的缸体与缸盖的连接形式都为螺纹连接。这种连接方式具有以下长处：a.外形尺寸小；b.重量较轻。缺点：a.端部结构复杂，工艺要求较高；b.拆装时需用专用工具；c.拧端盖时易损坏密封圈。

活塞杆与活塞的连接结构：一级缸工作压力大，活塞直径较小，活塞杆与活塞的连接结构采用整体式结构；二级缸活塞杆与活塞的连接结构采用螺纹连接。活塞杆导向部份的结构：一级缸活塞杆导向结构为导向套导向；二级缸活塞杆导向结构为端盖直接导向。

图 油缸结构图

活塞及活塞杆处密封圈的选用：一级缸密封圈选用高低唇Y型密封圈，型号：Y 110×90×16 和Y 185×160×20 ，材料都是耐油橡胶。二级缸活塞与缸体的密封圈选用V型密封圈，型号：V 250×220× GB10708-89，摩擦阻力大，耐久性好。

液压缸的缓冲装置：液压缸带动工作部件运动时，因运动件的质量较大，运动速度较高，在抵达行程终点时，由于具有较大动量，会产生液压冲击和噪音，乃至使活塞与缸筒端盖之间产生机械碰撞，严峻影响工作精度并损坏整个系统。为避免这种现象的发生，在行程结尾设置缓冲装置。

液压缸的排气装置：液压缸第一次利用，或长时刻停止工作，液压系统中的介质会因为自身重力作用或其他原因流出，致使系统中进入空气。若是压装缸或油液中混入空气，将会使压装缸动作不平稳，严峻影响压装质量，因此在压装机工作之前要确保将系统种的空气排尽，排气装置最多见是在缸体最高位置设置

排气装置，因为气体往往聚集在这里。排气装置通常有2种，一种是在缸体最高处开排气孔，并用管道连接排气阀进行排气；还有一种是直接在液压缸最高位置安装排气阀。两种排气装置都是在液压缸排气时打开，排气完成后关闭。通度日塞全行程来回移动数次排出气体。液压系统不在设计范围内，图上不予表现。

传感器和调理器的选用：本机选用压阻式压力传感器，型号为CYG-300。量程为16MPa，该传感器芯片采用特殊工艺封装，靠得住性高、密封性好、频响高、精度高、稳固性好。适用于多种非蚀性气体，内部线路相当于一个电桥，只是有一个桥壁是可变，当压力发生转变时，可变桥壁的阻值发生转变，从而取得压力转变信号，为了传感器正常工作，必需提供其工作电流，该电流由信号调理器提供。

活塞杆稳固性的验算：两级压装缸经受轴向紧缩载荷，参考设计手册，若支承长度LB与活塞杆直径d之比小于10，则不必考虑活塞杆弯曲稳固性。不然，应校核活塞杆的纵向抗弯强度或稳固性。液压缸支承长度LB是指活塞杆全数外伸时，液压缸支承点与活塞杆前端连接处之间的距离；d为活塞杆直径。本设计中LB明显小于10d，故能够不考虑活塞杆的稳固性。

其他附件说明

液压控制元件用来控制液体流动的方向、压力的高低和对流量的大小进行预期的控制，以知足特定的工作要求。正是因为液压控制元器件的灵活性，使得液压控制系统能够完成不同的活动。液压控制元件依照用途能够分成压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀。依照操作方式能够分成人力操纵阀、机械操纵法、电动操纵阀等。

除上述元件之外，液压控制系统还需要液压辅助元件。这些元件包括管路和管接头、油箱、过滤器、蓄能器和密封装置。通过以上各个器件，咱们就可以够建设出一个液压回路。所谓液压回路就是通过各类液压器件组成的相应的控制回路。按照不同的控制目标，咱们能够设计不同的系统，然后拟定系统的原理图，其中那个原理图是用液压机械符号来表示的。以后通过计算选择液压器件，进而再完成各个系统的回路设计。

4 轮对轴承压装机结构设计

压装机由机体、液压站和控制台三部份组成，其主要结构由床身、液压缸等组成。本章将从结构方面来分析说明。

轮对轴承压装机的布置

轮对轴承压装机的液压站和控制台相对主机应该就近布置，压装机结构设计成对称性压装缸，其效率高，且对称结构具有良好的稳固性，能抵消一部份内力，其具体结构如图所示。

图 压装机结构图

床身设计

轮对轴承压装机的床身分两部份：底座部份；支座部份。 4.2.1 底座设计

底座的作用是将轴承压装机固定在地面上，起着连接作用，床身经受专门大的拉力和弯矩，因此机座应具有良好的吸震性，能有效的抵抗外来的干扰，保证压装机的精度，若是床身不能有效的吸收外来震动，那么压装机将会移位，其精度肯定会下降很多。底座的材料咱们选择含有锰 、铬、铜等合金元素的铸钢。合金元素总量一般小于5%，具有较大的冲击韧性，并能通过热处置取得更好的。铸造低合金钢比碳钢具有较优的利用性能，能减小零件质量，提高使

用寿命。为适应特殊需要而炼制的合金铸钢，品种繁多，通常含有一种或多种高量合金元素，以取得某种特殊性能。例如 ，含锰11%～14%的高能耐冲击磨损，多用于矿山机械、工程机械的耐磨零件；以铬或铬镍为主要合金元素的各类，用于在有侵蚀或650℃以上高温条件下工作的零件，如化工用、泵、容器或大容量电站的汽轮机等。底座的底部有地脚螺栓，地脚螺栓为受力件，必然要埋牢固，以避免在工作中松动从而引发床身变形，影响压装检测精度。压装机大多采用可拆卸联接，保证彼此联接的零件拆卸时不受任何损坏，而且拆卸后还能从头装在一路，如缸体与端盖采用外螺纹联接，压装部份与支架，支架与底座之间都通过六角螺钉联接。底座结构设计如图所示。

图 底座设计图

4.2.2 支座设计

支座是用来安放液压缸的，它安装在底座上，与底座的连接为螺栓连接，由于油缸运动时带有震动，支座能专门好的吸收震动，支座的结构为封锁的箱体结构，具有良好的稳固性。其材料为HT200，为较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处置。其具体结构图所示。

图 支座设计图

5 油箱和其它液压辅助元件的设计

液压油箱的作用是贮存液压油、分离液压油中的杂质和空气，同时还起到散热的作用。

液压油箱有效容积的计算

液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量V可概略的肯定为：

在低压系统中（P<2.5MPa)可取： V24Q

在中压系统中（2.5MPaP<20MPa）可取： V57Q

在高压系统中（P20MPa）可取： V612MPa 式中：V——液压油箱有效容积； Q——液压泵额定流量。

在本次设计中，系统的额定压力为32MPa，可肯定为高压系统，则： V612Q(6001200)L 本设计取油箱容积为800L。

液压油箱的外形尺寸

液压油箱的有效容积肯定后，需设计液压油箱的外形尺寸，一般尺寸比（长：宽：高）为1:1:1或1:2:3。为提高冷却效率，在安装位置不受限制时，可将液压油箱的容积予以增大。若是所设计的液压油箱能知足现有尺寸系列的要求，则能够从当选取。本次设计中油箱选用BEX-800型油箱。

液压油

5.3.1 液压油的品种

各类液压油都有其特性，选用液压油主如果依据液压系统的工作环境、工作条件及液压油的特性，选择适合的液压油品种和黏度。

1. 按照油泵的类型选油

一般而言，齿轮泵对液压油的抗磨要求比叶片泵、柱塞泵低，因此齿轮泵可选用HL或HM油，而叶片泵、柱塞泵一般则选用HM油。

2. 按照液压油的特性及液压元件的材质选油

含锌油在钢-钢摩擦体上性能专门好，但由于含有硫ZnPS对铜、银敏感， 因此在含有铜、银材质部件的系统不能应用，水易侵入的系统也尽可能少用。

无灰抗磨油(SPN)系具有优良的水解安宁性、破乳化性和可滤性，利用范围较广，因含有硫，对铜，银材质部件系统不适用。

仅含磷的液压油是具有中负荷水平的抗磨液压油，其水解安宁性、破乳化性、可滤性也不错，由于不含硫所以对银系统无伤害。

液压系统中有铝元件，则不能选用碱性液压油。

3. 按照液压系统的环境和工况条件选择液压油如下表所示。 表 压力油的选择

压力范围 使用温度 室内固定液压设备 露天、寒冷和严寒区

地下、水上 高温热源或明火附近

以下 500C以下 HL HR HL HFAE，HFAS

500C以下 HL或HM HV或HS HL或HM HFB，HFC

50-800C HM HV或HS HL或HM HFDR

以上 80-1000C HM HV或HS HM HFDR

5.3.2 液压油的粘度

在选择完品种后，需要肯定其利用粘度级别。粘度选择太大，液压传动损

失大，系统效率低，油泵吸油困难。粘度过小，油泵内渗漏量大，容积损失增加，

一样会使系统效率降低。因此必需针对系统、环境选择一个适宜的粘度，使系统在容积效率和机械效率间求得最佳的平衡。

液压油的粘度选择主要取决于启动、系统工作温度和所用泵的类型。一般中、低压室内固定液压系统的工作温度比环境温度高300C400C。在此温度下，液压油应具有较好的粘度，粘度太低会增大磨损。一般要求粘度指数在90以上。而在户外高压机械的液压系统中（大于20MPa）工作温度要比环境温度高出

500C600C，为减少渗漏，工作粘度最好在25mms。同时，考虑到户外温差转

变大，因此要求液压油有较好的粘温特性，粘度指数一般应在130以上。为了避免泵的磨损，还需要限制最低粘度。

过滤器

过滤器是除去液体中少量固体颗粒的小型设备，可保护设备的正常工作，

当流体进入置有必然规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁的滤液则由过滤器出口排出，当需要清洁时，只要将可拆卸的滤筒掏出，处置后从头装入即可，因此，利用保护极为方便。

在选择过滤器的时候，考虑过滤器的过滤精度，过滤精度是指过滤器滤除杂杂质颗粒直径d的公称尺寸，过滤器按过滤精度不同可分为四个品级：粗过滤器（d100m）；普通过滤器（d(10100)m）；精密过滤器（d(510)m）；特精过滤器（d(15)m）。

在选择过滤器的同时，还应考虑到过滤器的过滤能力。过滤能力是指在必然压降下允许通过过滤器的最大流量。过滤器的过滤能力应大于通过它的最大流量，允许的压力降一般为0.030.07MPa。按滤芯材料和结构形式的不同，过滤器可分为网式、线隙式、纸芯式、烧结式过滤器及磁性过滤器等。

按照以上选用过滤器的大体要求选用洗油过滤器nju100s。

6 液压站的设计

复合型液压站是将系统中液压泵及其驱动电机、油箱及附件、液压控制装置及其他辅助元器件等安装在主机之上，系统的执行器仍然安装在主机上。复合型液压站不仅具有向执行器提供液压动力的功能，同时还兼具控制调节功能。依照液压控制装置是不是安装在液压站上，此种液压站又可分为整体式液压站和分离式液压站。整体式液压站是将液压控制阀组及蓄能器等均安装在液压泵站上。分离式液压站是将液压泵及电动机和油箱及附件、液压控制装置和蓄能器等分散装成液压泵站、液压阀组和蓄能器等几部份，各部份之间依照液压系统原理图中肯定的油路连接起来。

液压站的长处是外形美观，便利安装保护，便利检测。

本次设计采用复合型液压站。

液压泵的安装方式

液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电动机及其联轴器等。其安装方式 包括立式和卧式两种。

（1） 立式安装：将液压泵和与之相连的油管放在液压油箱内，这种结构型式紧凑、美观，同时电动机与液压泵的同轴度能保证，吸油条件好，漏油可直接回液压油箱，并节省占地面积。但安装维修不方便，散热条件不好。

（2） 卧式安装：液压泵及管道都安装在液压油箱外面，安装维修方便，散热条件好，但有时电动机与液压泵的同轴度不易保证。

本系统采用的是卧式安装的液压泵装置。

电动机与液压泵的连接方式

为了避免安装时产生同轴度误差带来的不良影响，常采用带有弹性的联轴 器。这种联轴器能够选用零件手册中的标准结构，也可自行设计。为增加电动机与液压泵的联接刚性，避免产生共振，能够把液压泵和电动机先装在刚性较好的底板上使其成为一体，然后底板加垫再装到液压油箱盖上。

为了达到便于安装，简化设计目的，本次设计直接选用已经连接好的油泵电

机组。

液压站结构设计的注意事项

（1） 液压装置中各部件、元件的布置要均匀、便于装配、调整、维修和使 用，而且要适本地注意外观的整齐和美观。

（2） 液压泵与电动机可装在液压油箱的盖上，也可装在液压油箱之外，主要考虑液压油箱的大小和刚度。

（3） 在阀类元件的布置中，行程阀的安放位置必需靠近运动部件。手动换向阀的位置必需靠近操作部位。换向阀之间应留有必然的轴向距离，以便进行手动调整或装拆电磁铁。压力表及其开关应布置在便于观察和调整的地方。 （4） 液压泵与机床相连的管道一般都先集中接到机床的中间接头上，然后再别离向不同部件的各个执行结构中去，如此做有利于搬运、装拆和维修。 （5） 硬管应贴地或沿着机床外形壁面敷设。彼此平行的管道应维持必然的距离，并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性管。软管安装时应避免发生扭转，以避免影响利用寿命。

总结

在铁路高速进展的今天，机车的速度愈来愈快，由最开始的200Km/h、250km/h、350km/h，到此刻我国的高速铁路最高时速已超过500Km/h，但是制约因素也相当多，其中之一是走行部的制造和检修技术的滞后。而车辆轮对是走行部最为关键的部件，其质量的好坏和组装精度的高低直接影响提速安全。因此对铁路车辆轮对的加工装配，从来受到铁路行业的重视。轨道车辆修造是最近几年来进展较快的行业，车辆速度性能的提高离不开修造技术的进步，轴承压装是修造中极为重要的一个环节，通过本次的设计，我深切了解了轴承压装的设备、工艺，拓宽了专业知识面，通过设计进程和CAD图纸的绘制，巩固了这四年学习的机械设计、机械制图、液压传动的知识，培育了我对设计工作认真、细心斗胆的工作态度。

致谢

在论文即将完成之际，我谨向对我提供无私帮忙的老师和同窗们表示真诚的敬意和衷心的感激！

在整个毕设进程中，取得了我的指导老师丁老师的亲切关切和耐心的指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和鼓励着我。从课题的选择到课题的最终完成，丁老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。除佩服丁老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永久学习的表率，并将踊跃影响我此后的学习和工作。在此谨向丁老师致以真挚的谢意和高尚的敬意！

还有其他课题组的老师也给了我许多支持和帮忙，在此请同意我真诚的谢意！同时也感激学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后再一次感激所有在毕业设计中曾经帮忙过我的良师益友和同窗，和在设计中被我引用或参考的论著的作者。

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秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究功效。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包括其他人已经发表或撰写过的功效，不包括他人已申请学位或其他用途利用过的功效。与我一同工作的同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。

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