机车轮对轴承压装机液压系统毕业设计

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滚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，被广泛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。现如今的铁路速度越来越快，对轴承的要求越来越高，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机能够获得更可靠更优秀的性能，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进（主要是液压系统的改进），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：滚动轴承；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)

1.1 背景及研究意义 (1)

1.2 轴承简介 (2)

1.3 研究现状 (2)

1.4 本文研究内容 (3)

2 轮对轴承压装机工作原理 (4)

2.1 轮对轴承压装机的工作原理 (4)

3 液压系统的设计 (6)

3.1 液压回路设计和回路工作原理分析 (6)

3.1.1 顶对回路 (6)

3.1.2 送对回路 (7)

3.1.3 锁紧回路 (7)

3.1.4 伸套压装回路 (8)

3.1.5 液压系统原理图 (9)

3.1.6 该液压系统技术特点 (11)

3.2 液压系统工作要求 (11)

3.2.1 液压传动系统的型式 (11)

3.2.3 轴承压装机的液压传动特点 (12)

3.3 确定液压缸的几何参数 (13)

3.3.1 伸套压装缸尺寸计算 (13)

3.3.2 压装缸壁厚和外径的计算 (14)

3.3.3 辅助缸（顶对缸，送对缸，锁紧缸）壁厚和外径的计算 (15)

3.3.4 计算在各阶段液压缸所需的流量 (15)

3.4 液压系统的压力损失计算 (16)

3.5 液压泵和电机的相关计算 (17)

3.5.1 确定液压泵的流量 (17)

3.5.2 选择液压泵的规格 (17)

3.5.3 与液压泵匹配的电动机的选择 (18)

3.6 液压阀的选择 (18)

3.6 液压缸结构设计 (20)

3.7 其他附件说明 (21)

4 轮对轴承压装机结构设计 (22)

4.1 轮对轴承压装机的布置 (22)

4.2 床身设计 (22)

4.2.1 底座设计 (22)

4.2.2 支座设计 (23)

5 油箱和其它液压辅助元件的设计 (24)

5.1 液压油箱有效容积的计算 (24)

5.2 液压油箱的外形尺寸 (24)

5.3 液压油 (25)

5.3.1 液压油的品种 (25)

5.3.2 液压油的粘度 (25)

5.4 过滤器 (26)

6 液压站的设计 (27)

6.1 液压泵的安装方式 (27)

6.2电动机与液压泵的连接方式 (27)

6.3液压站结构设计的注意事项 (28)

总结 (29)

致谢 (30)

参考文献 (31)

毕业设计（论文）知识产权声明.................................... 错误！未定义书签。毕业设计（论文）独创性声明. (32)

1 绪论

1.1 背景及研究意义

在铁路高速发展的今天，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历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滚动轴承压装的专业设备, 对机车安全行驶起着关键作用。滚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滚动轴承压装到轮对轴颈上。滚动轴承与轮对轴颈的配合为过盈配合, 所以压装过程中压力较大。轮对轴承压装机是自动记录铁路车辆滚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滚动轴承压装机。

我国铁路车辆自六十年代开始安装无轴箱滚动轴承，在滚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间－－压力曲线及有关数据的固定式滚动轴承压装机，1989年以后采用以单片机记录压装力及保压时间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。随着时代的不断进步，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，解决了压装滚动轴承最基本的要求，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差错，这些缺点很突出。八十年代出现的固定式滚动轴承压装机，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、终止压装力并且自动给出压装力随时间变化的关系曲线，它的问世很快淘汰了移动式油压机。由于当时技术水平的限制以及研制者对轴承压装过程的认识不足，经过十多年来的生产实践，滚动轴承在压装过程中记录的时间－压力关系曲线的不足之处日趋明显。

过去多年来，轴承质量由于受到密封装置、轴承润滑脂、保持架质量的影响，不能满足铁路运输发展对货车的需求，每年均会发生几起滚动轴承热轴、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：

一是轴承的加工过程造成的缺陷；二是轴承压装过程不合理，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。压装过程对轴承的可靠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。

1.2 轴承简介

轴承是各种机械的旋转轴或可动部位的支承元件，也是依靠滚动体的滚动实现对主机旋转的支承元件。动轴承通常由外圈、内圈、滚动体、保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，限制滚动体侧面移动，同时也起到了增大滚动体与圈的接触面，降低接触应力。滚动体是保证轴承内外套圈之间具有滚动摩擦的零件，它的形状大小和数量直接影响滚动轴承的负荷能力和使用性能。保持架的作用，是保持相邻的滚动体不发生直接接触，保证轴承的转动灵活。各种结构的轴承为适应需要采用各种结构型式和材质的保持架。

1.3 研究现状

通过几代人的努力，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发展的因素，中国的铁路货车滚动轴承事业正飞速发展。我国铁路货车轴承发展主要分为四个方面：轴承结构形式、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，提高行车速度，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。到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。通过试验，基本满足我国使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使用，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型轴承基础上第一次改进设计的轴承图样

进行了批复，型号为SKF197726型。本次改进设计主要针对于轴承制造质量和内部微观几何尺寸，全部采用塑钢保持架，滚子素线采用圆弧全凸度。1998年1月1日起开始生产SKF197726型轴承并装车使用，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]。

随着轴承的发展，轴承压装机随着铁路车辆轴承的发展，也不断的发展，以适应新的技术要求。在过去，我国最常见的的转向架轴承压装机是移动小车式的，但是随着车轴与轴承的发展，轴与轴承配合精度要求越来越高，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。发展至今日，固定式压装机功能已经十分强大，在压装开始时，操作人员可将轴号、轴型、轴承号及左右端分别输入控制系统，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，获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，获得压装机配备数据。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－压力曲线以及压装力、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，必须采用在滚动轴承在压入轴颈过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。新一代的压装机能实现自动压装、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。

1.4 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KN

20；液压泵额定压力：

550；系统工作压力：MPa

32。压装缸快进速度：min

MPa

5m。

3m；工进速度：min

4.0m；回程速度：min

2 轮对轴承压装机工作原理

2.1 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分（包括了轴承托架），轮对起落装置（包括夹紧装置）和机座构成。压装机主体的工作过程可以概括为：通过定位缸使压装部分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。其具体的工作过程如下：

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分别放在轮对两侧的轴承托架上；

d.压装部分快进：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mm

200，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端轴颈上；e.压装部分工进：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-压力曲线以及压装力、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（压力曲线不平滑）、降吨（压力曲线朝数值减小的方向变化）等缺陷；f.压装部分退回原位，确认压装过程合格后，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分，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分占有一个准确位置，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。夹紧部分则是保障轴承压装顺利稳定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分中心线，轮对中心线基本重合。

压装部分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分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，从实际情况出发，有机的结合各种传动形式，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。本设计中由于压装过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，这样不仅满足压装过程中力的要求，同时根据工况，速度也有所提高，提

高了压装效率。

3 液压系统的设计

滚动轴承压装机(以下简称压装机)是用于铁路车辆滚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分组成。三部分相对独立，必要时可单独使用在不同场合。整个机器的驱动是通过液压来实现的，相比传统驱动，液压具有稳定性好、传动结构简单、传动比大等优点。

3.1 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3.1所示。

图3.1 顶对缸工作回路