火車主軸除銹系統(tǒng)設(shè)計

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）前言 作為現(xiàn)代化運(yùn)輸方式之一，鐵路運(yùn)輸在世界許多國家中，對于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足人民生活需要起著重要而積極的作用。它聯(lián)接城市，深入鄉(xiāng)村，密切聯(lián)系著億萬旅客和貨主，不僅對于社會經(jīng)濟(jì)生活，而且對于人民群眾的生命、財產(chǎn)都具有最廣泛、最直接、最迅速的影響。當(dāng)某一干線鐵路發(fā)生運(yùn)輸堵塞、中斷，或當(dāng)某一次旅客列車發(fā)生列車沖突、脫軌事故時，必然直接妨礙千百個企業(yè)的生產(chǎn)或引起千家萬戶的焦慮。正因為如此，鐵路運(yùn)輸安全對于整個社會生活是具有重要意義和重大影響。任何在運(yùn)輸過程中發(fā)生的人員傷亡、貨物破損、設(shè)備破壞等任何事故，都必然在造成生命財產(chǎn)的損失。鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩诤艽蟪潭壬蠜Q定于機(jī)車主

2、軸的可靠性，機(jī)車在運(yùn)行過程中，機(jī)車主軸承受著整個機(jī)車的重量，也是機(jī)車中損耗最大的部件之一。所以必須定期對車軸做探傷檢測以及保養(yǎng)。而僅僅是探傷檢測以及保養(yǎng)并不能夠完全保證火車主軸的可靠性，因為機(jī)車在經(jīng)過一定時間的運(yùn)作之后，主軸表面難免會生銹，而生銹之后直接影響的就是檢測的準(zhǔn)確度和保養(yǎng)的全面性，因此在檢測和保養(yǎng)之前須對火車主軸進(jìn)行除銹工作。目前，各車輛段、大修廠及廠礦鐵路運(yùn)輸單位大多采用拋丸除銹，拋丸除銹是一種對鋼料進(jìn)行除銹的較為先進(jìn)的機(jī)械處理方法，其作用通常是進(jìn)行表面除銹,和強(qiáng)化處理,以得到良好的物理性能.提高表面的強(qiáng)度和抗腐蝕性能，但是這種除銹方法設(shè)備龐大，功耗大。因此，為了簡便高效除銹，欲設(shè)

3、計生產(chǎn)火車主軸除銹系統(tǒng)，從而提高列車養(yǎng)護(hù)的效率，減少火車檢修的整體費用，提高資源利用率。1 火車主軸除銹系統(tǒng)總體布置1.1 火車主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)車輪半徑450mm軸長2145mm軸中部直徑174mm軸兩端直徑150mm軌距1435mm車輪厚度145mm輪緣厚40mm輪緣高30mm圖1-1 火車主軸結(jié)構(gòu)圖fig.1-1 the axle structure of the train1.2 方案設(shè)計建立物理關(guān)系的功能結(jié)構(gòu)，技術(shù)系統(tǒng)的輸入量和輸出量，即材料、能和信號流程的輸入量和輸出量，都是物理量。設(shè)計任務(wù)的總功能如圖所示?？偣δ苁浅P。材料流程中，以銹軸為輸入，無銹軸為輸出。能量流程中，主要是位能變化

4、和摩擦功損失等。把總功能分解為三個部分功能：運(yùn)轉(zhuǎn)、進(jìn)給和除銹。經(jīng)過方案評價最終方案為除銹機(jī)于火車主軸軸向往復(fù)運(yùn)動，同時軸低速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖1-2 功能結(jié)構(gòu)圖fig.1-2 functional structure1.3 結(jié)構(gòu)布局圖1-3 總體布局fig.1-3 overall layout根據(jù)分析以及考慮火車主軸的結(jié)構(gòu)特點，本除銹系統(tǒng)采用主軸與除銹機(jī)同方向轉(zhuǎn)動機(jī)械除銹原理進(jìn)行設(shè)計。通過分析火車主軸的結(jié)構(gòu)尺寸，外形特點，確定除銹系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，同時要實現(xiàn)除銹設(shè)備的準(zhǔn)確走位。火車主軸除銹系統(tǒng)是通過兩個支撐輪支撐車輪，支撐輪轉(zhuǎn)動，帶動車輪轉(zhuǎn)動，從而使主軸旋轉(zhuǎn)。除銹機(jī)通過電機(jī)施以動力，與主軸轉(zhuǎn)動方向相反，機(jī)

5、械除銹。整個系統(tǒng)以液壓系統(tǒng)為主，分為三個除銹部位，即為主軸兩邊支撐部位和主軸中間部位。其中主軸兩邊支撐部位除銹機(jī)x、y軸進(jìn)給均采用液壓缸進(jìn)給。主軸中間部位除銹機(jī)x軸采用螺旋傳動進(jìn)給，y軸采用液壓缸進(jìn)給。同時，要能實現(xiàn)多次重復(fù)除銹，可以采用人工控制，但費時費力。設(shè)計中央控制臺，使系統(tǒng)自動定量除銹。各個部件受中央控制臺控制，其中包括電機(jī)開閉，除銹機(jī)開閉，油泵開閉，水泵開閉，照明開閉，進(jìn)給控制等功能，達(dá)到高效徹底除銹的目的。2 中部除銹系統(tǒng)設(shè)計2.1 除銹機(jī)電動機(jī)選擇2.1.1確定傳動方案除銹刷安裝位于軸兩端，采用皮帶傳動。2.1.2 選擇電動機(jī)除銹機(jī)的摩擦力f=300n，直徑160mm，線速度v=

6、7.5m/s2.1.3 選擇電動機(jī)系列載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作環(huán)境多塵，電源為三相交流，電壓380v。選用三相異步電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380v，y系列。2.1.4 選擇電動機(jī)功率除銹所需有效功率 （2-1） 傳動總效率 （2-2）皮帶傳動效率0.95滾動軸承效率0.99除銹機(jī)效率0.96所需電動機(jī)功率 （2-3）可選y系列三相異步電動機(jī)y100l24型，額定功率，或選y系列三相異步電動y132s6型，額定功率。2.1.5確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速除銹機(jī)轉(zhuǎn)速 （2-4）現(xiàn)以同步轉(zhuǎn)速為1500r/min及1000r/min兩種方案進(jìn)行比較表2-1 方案對比tab.2-1 contrast progr

7、amme方案號電動機(jī)型號額定功率kw同步轉(zhuǎn)速r/min滿載轉(zhuǎn)速r/min傳動比1y100l243150014201.582y132s6310009601.07經(jīng)過對比選用方案1，電動機(jī)中心高h(yuǎn)=100mm，外伸軸段de=28mm60mm2.1.6 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)計算 0軸：0軸即電動機(jī)軸 （2-5） i軸：i軸即除銹機(jī)工作軸 （2-6） （2-7） （2-8）2.2 v帶傳動設(shè)計設(shè)計內(nèi)容：確定v帶型號、長度、根數(shù)、傳動中心距、帶輪直徑、預(yù)緊力及壓軸力。轉(zhuǎn)速，確定計算功率根據(jù)工作情況，查表33工況系數(shù)=1.0 設(shè)計功率 （2-9）選擇帶型 根據(jù)=3kw和，從圖39中選取z型a帶確定小帶

8、輪基準(zhǔn)直徑 小帶輪基準(zhǔn)直徑查表34和表35，=100mm 傳動比i= /=1420/897=1.58 1.58100=158mm 按表35取標(biāo)準(zhǔn)值=160mm 實際轉(zhuǎn)速=1420=887.5r/min驗算帶的速度 v= （2-10）帶速在m/s范圍內(nèi)，符合要求。初定中心距 0.7 （2-11）0.7（100+160）2（100+160） 182520 取=350mm確定基準(zhǔn)長度l l=2+ （2-12） =2從表37中選取相近的基準(zhǔn)長度ld=1120mm確定實際中心距 （2-13）驗算小帶輪包角 （2-14）確定v帶根數(shù)單根v帶額定功率 查表32，得=1.31kw彎曲影響系數(shù)k 查表38，得k

9、=1.0275傳動比系數(shù)k 查表39，得k=1.1202額定功率增量=1.0275 （2-15）包角系數(shù)k 查表36，得k=0.98長度系數(shù)k 查表37，得k=1.08v帶根數(shù)z= （2-16）z=2根確定單根v帶的預(yù)緊力 v帶每米長度質(zhì)量q 查表310，得q=0.1kg/m f （2-17） =500確定壓軸力f=2 （2-18）2.3 軸承選擇軸頸d=30mm，轉(zhuǎn)速n=887.5r/min選擇一對6206軸承（gb/t27694）主要性能參數(shù)：額定動載荷c=15000n，額定靜載荷c=10000n,壽命指數(shù)，對球軸承，=3。軸承的當(dāng)量動載荷p=xr+ya查表512得x=1,y=0p=r=3

10、56n （2-19）l= 滿足要求 （2-20）2.4 中部滑動螺旋副的設(shè)計計算基本要求：進(jìn)給速度0.01m/s，徑向力f=2000n，采用梯形螺紋，牙型角，材料45號鋼，精度等級8級，抗拉強(qiáng)度極限，屈服極限。2.4.1耐磨性梯形螺紋 螺桿中徑= （2-21）式中為螺母高徑比，整體式螺母取 為許用壓強(qiáng)，查表4.183取14mpa 根據(jù)整體結(jié)構(gòu)并按gb5796.286選取公稱直徑d=20mm螺距p=4mm中徑d=d=18mm大徑d=20.5mm小徑d=15.5mm小徑d=16mm旋合長度h=1.2=21.6mm旋合圈數(shù)n=螺紋的工作高度h=0.5工作壓強(qiáng)p= （2-22）2.4.2 驗算自鎖 螺

11、紋升角 （2-23） 當(dāng)量摩擦角 （2-24）式中為摩擦系數(shù)，查表4.184取0.13 為螺紋牙型角302.4.3 螺桿強(qiáng)度 當(dāng)量應(yīng)力=13.1mpa （2-25） 滿足要求 式中t=ftan（2000 （2-26） 為螺桿材料的許用應(yīng)力，查表4.185為120mpa2.4.4 螺牙強(qiáng)度 螺牙根部寬度b=0.65p=0.65 剪切強(qiáng)度 （2-27） 滿足要求式中為材料的許用剪應(yīng)力，查表4.185取72mpa 彎曲強(qiáng)度 （2-28） 滿足要求式中為材料的許用彎曲應(yīng)力，查表4.185取132mpa2.4.5 螺母體強(qiáng)度 螺母外徑d （2-29）取d=40mm式中為材料的許用拉應(yīng)力，查表4.185取

12、30mpa凸緣外徑d （2-30）取d=44mm式中為材料的許用擠壓應(yīng)力，查表4.185取70mpa凸緣厚度 （2-31）取=2mm式中為螺母材料的許用剪應(yīng)力，查表4.185取40mpa2.4.6 螺桿的剛度 每米螺紋距離上的彈性變形量 為每米螺紋距離上彈性變形量的許用值，查表4.186為30。軸向載荷使每一個導(dǎo)程產(chǎn)生的彈性變形 （2-32）轉(zhuǎn)矩使每一個導(dǎo)程產(chǎn)生的彈性變形 （2-33）按危險情況考慮，取 （2-34）式中s為導(dǎo)程，單線即螺距；e為螺桿材料的彈性模量，e=206000mpa，g為材料的切變模量，g=83300mpa，轉(zhuǎn)矩t=，查表4.186，=55=每米螺紋距離上的彈性變形量滿足

13、條件2.4.7 螺桿穩(wěn)定性 （2-35）式中為螺桿的最大工作長度臨界載荷fn （2-36） 式中螺桿危險截面的軸慣性矩 （2-37）螺桿危險截面的慣性半徑 （2-38） （2-39）滿足要求2.4.8 驅(qū)動力矩 t （2-40）式中 （2-41）為支撐面的摩擦力矩2.4.9 效率 （2-42）2.5 中部進(jìn)給馬達(dá)選擇螺桿轉(zhuǎn)速 （2-43）螺桿轉(zhuǎn)矩t=選用yma19b葉片馬達(dá)額定壓力=6.3mpa轉(zhuǎn)速=150r/min排量ml/r （2-44）基本參數(shù)計算 （2-45）功率 （2-46） 2.6 中部擺動液壓缸計算2.6.1 液壓缸基本參數(shù)的確定工作負(fù)載和工作壓力液壓缸最大工作負(fù)載r=1800n

14、，工作壓力取p=3mpa工作速度和速比工作速度=0.01m/s 速比查表得 缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑 f=r= （2-47）由此可求出缸筒內(nèi)徑為: d= （2-48）求出d=28.3mm 式中 機(jī)械效率根據(jù)密封形式來確定，通常橡膠密封時取0.95系統(tǒng)背壓p=0mpa系統(tǒng)最高壓力p=3mpa根據(jù)查表gb/t23481993圓整得到d=32mm活塞桿直徑為 d= （2-49）根據(jù)gb/t23481993規(guī)定的活塞桿尺寸圓整為d=16mm最大工作行程 （2-50）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t1980規(guī)定的液壓缸行程系列圓整到s=160mm活塞有效計算長度液壓缸的安裝尺寸，可查設(shè)計手冊得 安裝尺寸=+s=53+1

15、60=213mm當(dāng)活塞桿全部伸出時，有效計算長度為： l=160+160+53=373mm液壓缸的安裝尺寸(查設(shè)計手冊得到)最小導(dǎo)向長度 h （2-51） 取最小導(dǎo)向長度為29mm式中 l液壓缸最大行程 d缸筒內(nèi)徑導(dǎo)向套長度a=（0.61.0）d=(0.61.0)32=(19.232)mm （2-52）導(dǎo)向套長度為30mm活塞寬度 b=（0.61.0）d=(0.61.0)=（19.232）mm （2-53）活塞桿寬度b=28mm式中d缸筒內(nèi)徑缸筒壁厚：材料的許用應(yīng)力計算 （2-54）式中 缸體材料的抗拉強(qiáng)度，缸體材料為45號鋼，=800mpan安全系數(shù).一般取n=5 =0.26(mm) （2-

16、55）查缸筒壁厚度表，取=3mm式中 p-系統(tǒng)最高壓力,p=3mpa。缸筒外徑 =32+23=38mm （2-56）2.6.3 油缸強(qiáng)度計算已知參數(shù)：缸徑d=32 桿徑d=16 行程s=160 缸筒壁厚=3 有效計算長度l=373 (參數(shù)單位：mm)油缸強(qiáng)度計算a.活塞桿應(yīng)力校核= （2-57） 活塞桿材質(zhì)為調(diào)質(zhì)，經(jīng)查表得強(qiáng)度極限為800mpa,材料的許用應(yīng)力為： （n為安全系數(shù)）. （2-58）由此可見，應(yīng)力完全滿足要求。 式中 油缸最大閉鎖壓力 b.缸筒強(qiáng)度驗算：由于缸筒壁厚與缸徑之比，屬于薄壁缸筒，其壁厚和強(qiáng)度條件計算公式為 （2-59） 由此可見,強(qiáng)度滿足要求。式中 p系統(tǒng)最高壓力,p

17、=3mpa d缸筒內(nèi)徑缸筒材料的許用應(yīng)力。油缸穩(wěn)定性驗算油缸在工作是承受的壓應(yīng)力最大，所以有必要校核活塞桿的壓穩(wěn)定性。因為l/d=373/16=23.3>10,所以其受力狀態(tài)已不再屬于單純壓縮，必須同時考慮縱向彎曲。a. 活塞桿斷面最小慣性矩j= （2-60）b. 活塞桿橫斷面回轉(zhuǎn)半經(jīng)i= （2-61）c.活塞桿柔性系數(shù)= （2-62）式中 為長度折算系數(shù)，一般取1；l為有效計算長度d. 鋼材柔度極限值 = （2-63）式中 45鋼材比例極限；e材料彈性模量e. 從以上計算得知， >,即為大柔度壓桿時，穩(wěn)定力為： （2-64） f. 油缸最大閉鎖力 = （2-65） 式中 油缸最大

18、閉鎖壓力g. 穩(wěn)定性安全系數(shù) （2-66）由此可見，穩(wěn)定性可以滿足要求。2.7 導(dǎo)軌設(shè)計選用普通滑動導(dǎo)軌，導(dǎo)軌面直接接觸，處于混合摩擦或邊界摩擦狀態(tài)?？拐裥院茫瑒偠雀?，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低。導(dǎo)軌材料選用耐磨鑄鐵，成本低，工藝性好，減振性好，廣泛應(yīng)用于一般機(jī)械。導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)選用雙矩形導(dǎo)軌，承載能力大，制造簡單。3 兩側(cè)除銹系統(tǒng)設(shè)計3.1 除銹機(jī)電動機(jī)選擇3.1.1 確定傳動方案使用聯(lián)軸器將除銹機(jī)軸與電機(jī)軸聯(lián)結(jié)。3.1.2 選擇電動機(jī) 除銹機(jī)的摩擦力f=150n，直徑160mm，線速度v=7.5m/s3.1.3 選擇電動機(jī)系列載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作環(huán)境多塵，電源為三相交流，電壓380v。

19、選用三相異步電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380v，y系列。3.1.4 選擇電動機(jī)功率除銹所需有效功率 （3-1）傳動總效率 （3-2）聯(lián)軸器效率0.99除銹機(jī)效率0.96所需電動機(jī)功率 （3-3）可選y系列三相異步電動機(jī)y100l6型，額定功率。電動機(jī)中心高h(yuǎn)=100mm，外伸軸段de=28mm60mm3.1.5 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)計算 0軸：0軸即電動機(jī)軸 （3-4）i軸：i軸即除銹機(jī)工作軸 （3-5）3.2 兩側(cè)軸向進(jìn)給液壓缸計算工作負(fù)載和工作壓力液壓缸最大工作負(fù)載r=1000n，工作壓力取p=3mpa工作速度和速比工作速度=0.01m/s 速比查表得 缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑 f=r= (

20、3-6)由此可求出缸筒內(nèi)徑為: d= （3-7）求出d=21.1mm 式中 機(jī)械效率根據(jù)密封形式來確定，通常橡膠密封時取0.95系統(tǒng)背壓p=0mpa 系統(tǒng)最高壓力p=3mpa根據(jù)查表gb/t23481993圓整得到d=32mm活塞桿直徑為 d= （3-8）根據(jù)gb/t23481993規(guī)定的活塞桿尺寸圓整為d=16mm最大工作行程 （3-9）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t1980規(guī)定的液壓缸行程系列圓整到s=280mm活塞有效計算長度液壓缸的安裝尺寸，可查設(shè)計手冊得 安裝尺寸=+s=53+280=333mm當(dāng)活塞桿全部伸出時，有效計算長度為： l=280+280+53=613mm液壓缸的安裝尺寸(查設(shè)計手

21、冊得到)最小導(dǎo)向長度 h （3-10） 取最小導(dǎo)向長度為32mm式中 l液壓缸最大行程 d缸筒內(nèi)徑導(dǎo)向套長度a=（0.61.0）d=(0.61.0)16=(19.232)mm （3-11）導(dǎo)向套長度為30mm活塞寬度 b=（0.61.0）d=(0.61.0)=（19.232）mm （3-12）活塞桿寬度b=28mm式中d缸筒內(nèi)徑缸筒壁厚：材料的許用應(yīng)力計算 （3-13）式中 缸體材料的抗拉強(qiáng)度，缸體材料為45號鋼，=800mpan安全系數(shù).一般取n=5 =0.26mm （3-14）查缸筒壁厚度表，取=3mm式中 p-系統(tǒng)最高壓力,p=3mpa。缸筒外徑 =32+23=38mm油缸強(qiáng)度計算同中部

22、液壓缸設(shè)計。3.3 兩側(cè)擺動液壓缸計算工作負(fù)載和工作壓力液壓缸最大工作負(fù)載r=1500n，工作壓力取p=3mpa工作速度和速比工作速度=0.01m/s 速比查表得 缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑 f=r= （3-15）由此可求出缸筒內(nèi)徑為: d= （3-16）求出d=25.9mm 式中 機(jī)械效率根據(jù)密封形式來確定，通常橡膠密封時取0.95系統(tǒng)背壓p=0mpa 系統(tǒng)最高壓力p=3mpa根據(jù)查表gb/t23481993圓整得到d=32mm活塞桿直徑為 d= （3-17）根據(jù)gb/t23481993規(guī)定的活塞桿尺寸圓整為d=16mm最大工作行程 （3-18）根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t1980規(guī)定的液壓缸行程系列圓整

23、到s=160mm活塞有效計算長度液壓缸的安裝尺寸，可查設(shè)計手冊得 安裝尺寸=+s=53+160=213mm當(dāng)活塞桿全部伸出時，有效計算長度為： l=160+160+53=373mm液壓缸的安裝尺寸(查設(shè)計手冊得到)最小導(dǎo)向長度 h （3-19） 取最小導(dǎo)向長度為29mm式中 l液壓缸最大行程 d缸筒內(nèi)徑導(dǎo)向套長度a=（0.61.0）d=(0.61.0)32=(19.232)mm （3-20）導(dǎo)向套長度為30mm活塞寬度b=（0.61.0）d=(0.61.0)=（19.232）mm （3-23）活塞桿寬度b=28mm式中d缸筒內(nèi)徑缸筒壁厚：材料的許用應(yīng)力計算 （3-24）式中 缸體材料的抗拉強(qiáng)度

24、，缸體材料為，=800mpan安全系數(shù).一般取n=5 =0.26mm （3-25）查缸筒壁厚度表，取=3mm式中 p-系統(tǒng)最高壓力,p=3mpa。缸筒外徑=32+23=38mm （3-26） 油缸強(qiáng)度計算同中部液壓缸設(shè)計。3.4 確定除銹機(jī)與軸距離擺動液壓缸活塞位于底部時計算長度為341mm，完成工作行程后計算長度為491mm。液壓缸初始與豎直方向夾角為30。圖5-5 擺動液壓缸工作位置圖fig.5-5 swing hydraulic cylinders work plans根據(jù)余弦定理得 （3-27）解之得旋轉(zhuǎn)支撐點離液壓缸起始工作點縱向距離須大于等于l/2，取100mm?？紤]到控制除銹機(jī)與

25、軸的接觸程度，繪圖分析主軸與除銹機(jī)之間垂直距離，取80mm。 4 底部馬達(dá)計算轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩t=選用yma19b葉片馬達(dá)額定壓力=6.3mpa轉(zhuǎn)速=150r/min排量ml/r （4-1）基本參數(shù)計算 （4-2）功率 （4-3）5 火車主軸除銹系統(tǒng)液壓系統(tǒng)設(shè)計5.1 火車主軸除銹系統(tǒng)液壓系統(tǒng)設(shè)計要求5.1.1 設(shè)計要求用于火車主軸除銹系統(tǒng)，實現(xiàn)除銹機(jī)進(jìn)給、定位等功能。5.1.2 主機(jī)完成的工藝過程兩側(cè)除銹機(jī)往復(fù)運(yùn)動；中部除銹機(jī)通過螺旋傳動進(jìn)給，觸及行程開關(guān)后反向進(jìn)給。擺動液壓缸控制除銹機(jī)與主軸的距離以及接觸程度。5.2 系統(tǒng)工況分析確定系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)表5-1 設(shè)計參數(shù)tab.5-1 design

26、parameters參數(shù)名稱代號數(shù)值兩側(cè)軸向力/nf1000兩側(cè)徑向力/nf1500兩側(cè)軸向液壓缸最大行程/mms255兩側(cè)徑向液壓缸最大行程/mms150兩側(cè)除銹機(jī)軸向速度/m/s0.01兩側(cè)除銹機(jī)徑向速度/m/s0.01中部軸向力/nf2000中部徑向力/nf1800中部除銹機(jī)軸向速度/m/s0.01中部除銹機(jī)徑向速度/m/s0.01中部螺桿最大工作長度/mms693中部徑向液壓缸最大行程/mms150底部轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速r/minn150底部轉(zhuǎn)矩/nt5000表5-2 計算結(jié)果tab.5-2 table of the results序號名稱數(shù)量流量/ml/min壓力/mp1兩側(cè)進(jìn)給缸248232

27、兩側(cè)壓緊缸248233中部馬達(dá)19456.34中部壓緊缸148235底部馬達(dá)17506.3繪制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)流量-時間循環(huán)圖圖5-1 流量-時間循環(huán)圖fig.5-1 flow - time cycle plans系統(tǒng)所需最大流量4105ml/min系統(tǒng)工作壓力6.3mp5.3 擬定液壓系統(tǒng)原理圖擬定液壓系統(tǒng)原理圖是液壓系統(tǒng)設(shè)計的重要步驟，它直接影響著系統(tǒng)性能，以及設(shè)計方案的經(jīng)濟(jì)合理性。擬定過程中首先依據(jù)設(shè)計任務(wù)中提出的動作和性能要求，綜合運(yùn)用液壓系統(tǒng)的有關(guān)知識，選擇和擬定回路和基本回路，將主回路和基本控制回路組合起來，就構(gòu)成了液壓系統(tǒng)。5.3.1 擬定主回路系統(tǒng)壓力初選后，根據(jù)工作機(jī)械的負(fù)載及速度

28、的性質(zhì)和其他要求擬定主回路。執(zhí)行元件包括5個液壓缸，2個馬達(dá)。回路調(diào)速方式采用容積調(diào)速。變量泵定量馬達(dá)系統(tǒng)具有恒扭矩特性，適用于外負(fù)載變化不大的系統(tǒng)，它的調(diào)速范圍大，調(diào)速方便，換向時不用換向閥。在變量泵定量馬達(dá)系統(tǒng)中，若負(fù)載的變化較大，可采用帶有恒功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的泵。當(dāng)負(fù)載和速度變化都較大時，可選用變量泵變量馬達(dá)系統(tǒng)，以兼有恒扭矩和恒功率特性。本系統(tǒng)中采用定量泵變量馬達(dá)系統(tǒng)。5.3.2 擬定基本控制回路基本回路是由一個或幾個液壓元件組成、能夠完成特定的單一功能的典型回路，它是液壓系統(tǒng)的組成單元?；疖囍鬏S除銹系統(tǒng)的基本回路有調(diào)壓回路、卸荷回路、節(jié)流回路、行走回路、閉鎖回路、換向回路等。a調(diào)壓回路

29、在壓力調(diào)定回路中，溢流閥呈常開狀態(tài)，起溢流和維持回路壓力恒定的作用，有些調(diào)壓回路還可實現(xiàn)多級壓力的變換。調(diào)壓回路的性能主要取決于溢流閥的壓力流量特性。在定量泵系統(tǒng)中，溢流閥常和節(jié)流閥配合組成調(diào)壓回路。圖5-2 調(diào)壓回路fig.5-2 surge loop系統(tǒng)中需要的流量為q，由節(jié)流閥2調(diào)節(jié)，一般q> q,油液在節(jié)流閥前受阻，致使液壓泵出口管道系統(tǒng)的壓力增高，達(dá)到溢流閥3的調(diào)定壓力時，溢流閥開啟，有溢流量q流過?；芈返膲毫恳缌鏖y調(diào)定，并在不斷溢流的過程中保持回路的壓力基本穩(wěn)定。b鎖緊回路火車主軸除銹系統(tǒng)中，需要擺動缸控制除銹機(jī)與軸的接觸程度，平且能保持在同一個工作循環(huán)內(nèi)接觸程度相同，從而

30、達(dá)到除銹由粗到細(xì)并且均勻的效果。這就要求擺動液壓缸能長時間位于同一位置。最簡單的辦法可用“m”型或“o”型中位機(jī)能的換向閥實現(xiàn)液壓鎖緊，但這種方法由于換向閥密封性能差，鎖緊效果不好，只能用在鎖緊精度要求較低的場合。鎖緊回路是利用液壓控制單向閥實現(xiàn)雙向鎖緊的回路，它能在液壓缸不工作時使活塞迅速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確、可靠且長時間地停止在所需要的位置上。圖5-3 鎖緊回路fig.5-3 lock-loop鎖緊回路的功用是在液壓執(zhí)行元件不工作時切斷其進(jìn)、出油液通道，確切地使它保持在既定位置上。如圖所示，當(dāng)換向閥處于1位時，壓力油經(jīng)液控單向閥i進(jìn)入液壓缸左腔，同時壓力油也進(jìn)入液控單向閥ii的控制油口k，打開閥i

31、i，使液壓缸右腔的回路油經(jīng)閥ii及換向閥回油箱，活塞向右運(yùn)動。當(dāng)換向閥處于中位時，液壓泵排出的壓力油利用電磁換向閥的中位機(jī)能（h）實現(xiàn)卸荷。由于控制壓力油的壓力卸除，閥i及閥ii即關(guān)閉，將活塞鎖緊。c連續(xù)往復(fù)運(yùn)動回路兩側(cè)除銹機(jī)要實現(xiàn)連續(xù)往復(fù)除銹，采用電磁動三位四通閥控制液壓缸的行進(jìn)方向，當(dāng)液壓缸向右行進(jìn)到終點時，油缸進(jìn)口壓力升高使壓力繼電器i工作，從而使電磁鐵2接通，電磁鐵1切斷，換向閥換向。當(dāng)液壓缸向左行進(jìn)到終點時，油缸進(jìn)口壓力升高使壓力繼電器ii工作，從而使電磁鐵1接通，電磁鐵2切斷，換向閥換向。當(dāng)需要除銹機(jī)停于某一固定位置工作時，在中央控制臺切斷電磁鐵電路，閥芯在彈簧力的作用下，自動恢復(fù)

32、到中間位置，使除銹機(jī)停止在學(xué)要的位置，并能保持系統(tǒng)壓力，液壓泵卸荷運(yùn)轉(zhuǎn)。圖5-4 連續(xù)往復(fù)運(yùn)動回路fig.5-4 for reciprocating loopd中部馬達(dá)換向回路中部螺桿與馬達(dá)輸出軸通過聯(lián)軸器相聯(lián)，除銹機(jī)要實現(xiàn)連續(xù)往復(fù)除銹，采用電磁動三位四通換向閥控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)向，當(dāng)除銹機(jī)運(yùn)行觸及行程開關(guān)時，行程開關(guān)接通電磁鐵1，關(guān)閉電磁鐵2，利用電磁鐵的吸引力，驅(qū)動閥芯向左側(cè)運(yùn)動，使馬達(dá)改變轉(zhuǎn)動方向。當(dāng)需要除銹機(jī)停于某一固定位置工作時，在中央控制臺切斷電磁鐵電路，閥芯在彈簧力的作用下，自動恢復(fù)到中間位置，使除銹機(jī)停止在學(xué)要的位置，并能保持系統(tǒng)壓力，液壓泵卸荷運(yùn)轉(zhuǎn)。圖5-5 馬達(dá)換向回路fig.5

33、-5 for the motor circuite底部馬達(dá)控制回路底部驅(qū)動輪與馬達(dá)輸出軸通過聯(lián)軸器相聯(lián)，通過電磁動二位四通閥控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，電磁鐵接通時，馬達(dá)工作，當(dāng)切斷電磁鐵時馬達(dá)停止。圖5-6 馬達(dá)控制回路fig.5-6 motor control loop5.3.3 液壓系統(tǒng)的合成把主回路及基本控制回路組合起來，就構(gòu)成了液壓系統(tǒng)。合成時應(yīng)注意以下幾點：a力求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，將作用相同或相近的元件進(jìn)行合并。b系統(tǒng)必須安全可靠，如用一個液壓泵供給兩個以上執(zhí)行元件運(yùn)動時，應(yīng)防止相互干擾；某些部件運(yùn)動要求互鎖時，則系統(tǒng)應(yīng)有互鎖回路以防止誤操作而造成事故；系統(tǒng)中合理配置濾油器是長期可靠工作的保證等等。

34、c盡量提高系統(tǒng)效率，減少發(fā)熱。如在一個工作循環(huán)總需要流量差別較大的系統(tǒng)，可采用蓄能器回路或雙泵供油回路；功率較大的系統(tǒng)應(yīng)選用容積調(diào)速等。d盡量采用標(biāo)準(zhǔn)、通用液壓元件，減少自行設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)件。e系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，工作平穩(wěn)，沖擊小。5.4 液壓元件的計算和選擇5.4.1 液壓泵的選擇1）計算液壓泵的工作壓力泵的工作壓力按下式確定=6.3+0.5=6.8mp （5-1） 式中 p執(zhí)行元件最大工作壓力； 系統(tǒng)進(jìn)油壓力損失對于管路簡單采用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，取=（）10p。準(zhǔn)確計算需在管路布置圖畫出后才能進(jìn)行。2）計算泵的流量=1.3 （5-2） 式中 k系統(tǒng)泄露系數(shù)，取1.3； 執(zhí)行元件流量之后的最大值41

35、05ml/min選用外嚙合齒輪泵，型號cb-e1.54.0。公稱流量4ml/r，額定壓力16mp，額定轉(zhuǎn)速2000r/min。這種泵具有結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，體積小，重量輕，維護(hù)方便，使用壽命長等優(yōu)點。3）確定液壓泵電機(jī)功率 （5-3）選擇電機(jī)型號y90s4，額定功率1.1kw，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速1400r/min。5.4.2 液壓閥的選擇依據(jù)系統(tǒng)的最高壓力和通過閥的最大流量來選取控制閥，按產(chǎn)品樣本或手冊選取標(biāo)準(zhǔn)元件。所選元件的額定壓力和流量盡可能與其計算所需值相近，必要時，通過元件的最大流量可大于它的額定流量，但一般不超過20%，以免壓力損失過大，引起油液發(fā)熱，噪聲和其他性能

36、的惡化。流量閥按系統(tǒng)中流量調(diào)節(jié)范圍選取，其最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足機(jī)器性能要求。1） 溢流閥.溢流閥的基本功能是限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載或維持壓力近似恒定。安裝在泵的出油口處，用來恒定系統(tǒng)壓力，防止超壓，保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行，選用dbda6g10。2） 單向閥.系統(tǒng)中多處要用到單向閥，也是必不可少的元件，它用來防止油液倒流，從而使執(zhí)行元件停止運(yùn)動，或保持執(zhí)行元件中的油液壓力。還可是保持一定的背壓。選用s6a12。3） 換向閥.換向閥是利用閥芯與閥體之間的相對位置變化，來變換閥體上各閥體上各閥口間的聯(lián)通關(guān)系，以達(dá)到接通、斷開夜路，控制液體流動方向的目的。要求對各閥口之間的連通關(guān)系控制可靠，工作準(zhǔn)確

37、無誤；閥芯運(yùn)動平穩(wěn)、迅速，無振動和噪聲；工作液體通過各閥口時的壓力損失要盡可能??；閥運(yùn)動副的間隙密封性要好，泄露量要盡可能小。5.4.3 油管接頭的選擇、油箱的設(shè)計、濾油器的選擇1）油管根據(jù)工作環(huán)境和工作壓力選用尼龍管。吸油管內(nèi)徑 （5-4） 壓油管內(nèi)徑回油管內(nèi)徑式中q液體流量 流速2）管接頭管接頭是油管與油管、油管與液壓元件間可拆裝的連接間。它應(yīng)滿足拆裝方便、連接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通油能力大、壓力損失小以及工藝性好等要求。根據(jù)工作要求選用擴(kuò)口管接頭。3）油箱對于一般情況來說，油箱的有效容積可以按泵的額定流量估算。 （5-5） 式中 v油箱的有效容積；與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗值，取=2。

38、吸油管和回油管兩者間用隔板隔開，以增加油液循環(huán)距離，使油液夠有足夠的時間分離氣泡，沉淀雜質(zhì)，消耗熱量。隔板高度為箱內(nèi)油面高度的3/4。吸油管入口裝粗濾油器。精濾油器與回油管管端在油面最低時仍應(yīng)沒在油中，防止吸油時卷吸空氣或回油沖入油箱時攪動油面而混入氣泡?；赜凸芄芏诵鼻?5，增大出油口截面積，減慢出油口處油流速度?；赜凸苄鼻锌诿鎸ο浔?，以利用油液散熱。管端與箱底、箱壁間距離均不宜小于管徑的3倍。粗濾油器距離箱底不應(yīng)小于20mm。為了防止油液污染，油箱上各蓋板、管口處都要妥善密封。注油器上要加濾油網(wǎng)。防止油箱出現(xiàn)負(fù)壓而設(shè)置的通氣孔上必須安裝空氣濾清器?？諝鉃V清器的容量至少應(yīng)為液壓泵額定流量的2倍

39、。油箱內(nèi)回油集中部分及清污口附近宜裝設(shè)一些磁性塊，以去除油液中的鐵屑和帶磁性顆粒。箱底離地面至少應(yīng)在150mm以上。箱底應(yīng)適當(dāng)傾斜，在最底部位處設(shè)置堵塞，以便排放油污。箱體上注油口的近旁必須設(shè)置液位計。濾油器的安裝位置應(yīng)便于裝拆。箱內(nèi)各處偏于清洗。油箱內(nèi)壁涂上耐油防銹的涂料。4）濾油器.在液壓系統(tǒng)中，不允許液壓油含有超過限制的固體顆粒和其他不溶性贓物。因為這些雜質(zhì)可以使間隙表面劃傷，造成內(nèi)部泄露量增加，從而降低效率增加發(fā)熱。這些雜質(zhì)還會使閥芯卡死，小孔或縫隙堵塞，潤滑表面破壞，造成液壓系統(tǒng)故障，膠狀物和淤渣等雜質(zhì)，將會引起元件粘著，酸類還將加速運(yùn)動件的腐蝕和使油液進(jìn)一步惡化。因此要采用濾油器對

40、油液進(jìn)行過濾，以保證油液質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。因此選用網(wǎng)式濾油器安裝在泵吸油管上，這種濾油器壓力損失不超過0.04mpa，結(jié)構(gòu)簡單，流通能力大，可以滿足泵的流量，清洗方便。5.4.4 液壓裝置結(jié)構(gòu)形式和液壓元件配置形式的選擇1）液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式液壓裝置的結(jié)構(gòu)形式有集中式和分散式兩種。采用集中式，將液壓系統(tǒng)的油源和控制調(diào)節(jié)元件集中設(shè)置，形成一個獨立于主機(jī)之外的液壓泵站。其優(yōu)點是安裝維修方便，油泵振動、發(fā)熱對主機(jī)影響小。缺點是增加了占地面積。2）液壓元件的配置形式液壓元件的配置形式分板式和集中式兩種。采用板式配置，在豎立的平板上用螺釘固定標(biāo)準(zhǔn)元件及其地板，地板上的油路用油管接通。這種配置方式，液壓元件集

41、中、整齊排列、便于檢修。缺點是，當(dāng)液壓系統(tǒng)復(fù)雜，管路較多時，油管連接工作很不方便。5.5 液壓缸主要零部件設(shè)計5.5.1 缸筒缸筒結(jié)構(gòu)選用外螺紋連接，重量輕，外徑小，擰端部時注意不要擰扭密封圈。缸筒材料選用調(diào)質(zhì)45號鋼。5.5.2 活塞由于活塞在液體壓力的作用下沿缸筒往復(fù)滑動，因此，它與缸筒的配合應(yīng)適當(dāng)，既不能過緊，也不能間隙過大。配合過緊，不僅使最低啟動壓力增大，降低機(jī)械效率，而且容易損壞缸筒和活塞的滑動配合表面；間隙過大，會引起液壓缸內(nèi)部泄露，降低容積效率，使液壓缸達(dá)不到設(shè)計性能?；钊Y(jié)構(gòu)形式采用組合式活塞，車氏腳形滑環(huán)組合密封?；钊c活塞桿采用卡環(huán)型連接?；钊牧线x用優(yōu)質(zhì)碳素鋼45號?；?/p>

42、塞外徑的配合采用f9，外徑對內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.02mm，端面與軸線的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的園度和圓柱度一般不大于外徑公差之半，表面粗糙度視結(jié)構(gòu)型式不同而各異。5.5.3 活塞桿活塞桿的外端頭部與載荷的拖動機(jī)構(gòu)相連接，為了避免活塞桿在工作中產(chǎn)生偏心承載力，適應(yīng)液壓缸的安裝要求，提高其作用效率。軸向進(jìn)給液壓缸桿外端采用小螺栓頭，液壓缸選用光桿耳環(huán)?；钊麠U的材料用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，淬火深度mm?；钊麠U要在導(dǎo)向套中滑動，采用h8/h7配合。太緊了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滯現(xiàn)象和單邊磨損。其圓度和圓柱度公差不大直徑公差之半。安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差不大

43、于0.01mm，是為了保證活塞桿外圓與活塞外圓的同軸度，以避免活塞與缸筒、活塞桿與導(dǎo)向套的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂直公差不大于0.04mm/100mm，以保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜?；钊麠U的外圓粗糙度值一般為，并進(jìn)行拋光和磨削加工。5.5.4 活塞桿的導(dǎo)向套、密封和防塵活塞桿導(dǎo)向套裝在液壓缸的有桿側(cè)端蓋內(nèi)，用以對活塞桿進(jìn)行導(dǎo)向，內(nèi)裝有密封裝置以保證缸筒有桿腔的密封。外側(cè)裝有防塵圈，以防止活塞桿在后退時把雜質(zhì)、灰塵及水分帶到密封裝置處，損壞密封裝置。當(dāng)導(dǎo)向套采用非耐磨材料時，其內(nèi)圈還可裝設(shè)導(dǎo)向環(huán)，用作活塞桿的導(dǎo)向。選用端蓋式導(dǎo)向套，金屬導(dǎo)向套一般采用摩擦系數(shù)小、耐磨性好的青銅材料

44、制作。導(dǎo)向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合為h8/f7，內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合為h9/f9。外圓與內(nèi)孔的同軸度公差不大于0.03mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半，內(nèi)孔中的環(huán)形油槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤滑。5.5.5 排氣閥如果排氣閥設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)仍會存有空氣。由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性，會造成液壓缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行，影響液壓缸的正常工作。水平安裝的液壓缸，其位置應(yīng)設(shè)在缸體兩腔端部的上方；垂直安裝的液壓缸，應(yīng)設(shè)在端蓋的上方，均應(yīng)與壓力腔相通，以便安裝后調(diào)試前排除液壓缸內(nèi)的空氣。由于空氣比油輕，總是向上浮動，不會讓空氣有積存的殘留死角。選用整體排氣閥，閥的材料用45號碳素鋼，錐部熱處理硬度hrc。5.5.6 油口油口包括油口孔和油口連接螺紋。液壓缸的進(jìn)、出油口可布置在端蓋和缸筒上。查表20-6-25得進(jìn)、出油口ec為m14，ee