bylwpb - B036 - 转向架翻转机的液压系统设计

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《机械认知实践》上机大作业之

长文档编排训练

专业班级： 铁道车辆二班 学 号： 20097632 姓 名： 潘鑫 任课教师： 范志勇 成 绩：

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西 南 交 通 大 学 本科毕业设计（论文）

转向架翻转机的液压系统设计

年 级: 200X 学 号: 200XXXX 姓 名: XXX 专 业: 铁道车辆 指导老师: XXX

年 月

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200X年6月

院 系 机械工程系 专 业 铁道车辆 年 级 200X级 姓 名 XXX 题 目 转向架翻转机的液压系统设计 指导教师

评 语

指导教师 (签章)

评 阅 人

评 语

评 阅 人 (签章)

成 绩

答辩委员会主任 (签章)

年 月 日

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毕 业 设 计 任 务 书

班 级 200X 级 学生姓名 XXX 学 号 200XXX 发题日期：200X年4月10日 完成日期： 6月25日

题 目 转向架翻转机的液压系统设计 1、本论文的目的、意义： 随着我国铁路建设的飞速发展，对客、货车辆的需求日益增加，一方面要求缩短车辆的检修时间，另一方面要求安全可靠。对提高货车的检修质量而言，转向架的检修是一道必不可少的工序。其中转向架的底部是重点检修部位之一，若采用传统的手段，由于其工位较低，存在工人劳动强度大、安全性差、工作效率低等缺点。因此为能够改善这些状况，设计制造一种安全可靠的货车转向架翻转机是非常必要的，而其中最为重要的液压系统的设计更

是重中之。

2、学生应完成的任务： 学生通过对设计方案的比较，确定其设计方案，并设计液压系统原理图；然后通过相关计算，确定液压元件的主要技术参数，并选择液压元件；最后对液压系统进行性能验算与校核。学生应绘制液压原理图1张，A1图幅；完成与本设计相关的1万英语字符的翻译；写不少于15000字的设计说明书。

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3、设计各部分内容及时间分配：（共 11 周）

第一部分 收集资料及实习 （ 2周 ） 第二部分 设计方案的比较和确定 （ 2周 ） 第三部分 设计并绘制液压系统原理图 （ 2周 ） 第四部分 选择与设计液压元件 （ 2周 ） 第五部分 性能验算与校核 （ 1周 ） 第六部分 毕业论文写作 （ 1周 ） 评阅及答辩 （ 1周 ）

备 注 参考文献： 1.章洪甲，黄谊，王积伟主编.液压与气压传动.北京：机械工业出

版社，2003

2.宋京其主编.液压平衡回路辨析.液压与气动，2005，1：74~76

3.雷天觉主编.新编液压工程手册.北京：北京理工大学出版社，1998

4.张利平主编.液压与气动设计手册.北京：机械工业出版社，1997

5.章洪甲，黄谊主编.液压传动习题集.北京：机械工业出版社，2000

6.官忠范主编.液压传动系统.北京：机械工业出版社，1989

7.有关教材

8.有关专业期刊，会议资料

9.国外相关车辆设计资料

10.现场相关资料 指导教师：XXX 200X年4月10日

审 批 人： 年 月 日

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滚动导轨 静压导轨 铸铁对滚珠（柱） 淬火钢导轨对滚柱 铸铁 0.005 ~ 0.02 0.003 ~ 0.006 0.005 2.4.1平移机构负载特性分析

平移机构的工作循环为“起动→加速→匀速前进→制动→停止→加速→匀速后退→制动→停止” ,其中加速和制动时间不超过0.2s；匀速运动时的速度为6m/min；动力滑台采用滑动导轨，其摩擦系数可由附录中的表附2-2查得；行程为420mm；液压系统中的执行元件使用液压缸。 1.外负载

平移液压缸在前进和后退的过程中没有受到来自转向架的力的作用，所以外负载

2.惯性负载

平移机构部件的总质量 m?200kg

Fg?0Fm?m?v6?200?N?100?t60?0.2N

3.阻力负载

平移机构对动力滑动导轨的法向力为

Fn?mg?980N

静摩擦力

Ffs?fsFn?0.2?980?196动摩擦力

N

N

由此得出平移液压缸在各工作阶段的负载如表2-1所示。 表2-2 平移液压缸在各工作阶段的负载 工 况 负载组成 负载值F 起 动 加 速 F?Fnfd?m?v/?t （前进或后退） 匀速 F?Fnfd （前进或后退） 制动 F?Fnfd?m?v/?t （前进或后退） 注：不考虑动力滑台上颠复力矩的作用 Ffd?fdFn?0.1?980?98F?Fnfs 196N 198N 98N 198N 2.4.2升降机构负载特性分析

升降机构的工作循环为“起动→加速→匀速上升→制动→停止→加速→匀速下降→制动→停止” ,其中加速和制动时间不超过0.2s；匀速运动时的速度为6m/min；动力滑台采用滑动导轨，其摩擦系数可由表附2-1查得；行程为440mm；液压系统中的执行元件使用液压缸，升

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降机构的质量m1?200kg，转向架的质量m2?1000kg。 1.外负载

Fg?m1g?m2g?200?9.8?1000?9.8?117602.惯性负载

N

Fm?m?v?v6?(m1?m2)?(200?1000)?N?600?t?t60?0.2N

?3.阻力负载

升降机构对动力滑动导轨的最大法向力为：当转向架翻转90时，要使其不下滑，夹紧液压缸必须给其一个法向力F，

Ffs?m2g?F?m2g1000?9.8??49000fs0.2N

Fnmax?F?49000N

静摩擦力

Ffs?fsFn?0.2?49000?9800动摩擦力

N

N

由此得出升降液压缸在各工作阶段的负载如表2-2所示。 表2-3 升降液压缸在各工作阶段的负载 工 况 起 动 加速上升 匀速上升 制 动 加速下降 匀速下降 负载组成 负载值F 70560N 66260N 65660N 55260N 55260N 55860N Ffd?fdFn?0.1?980?4900F?Fnfs?Fg?FF?Fnfd?Fg?FF?Fnfd?m?v/?t?Fg?FF?Fg?F?Fnfd?m?v/?tF?Fg?F?Fnfd?m?v/?tF?Fg?F?Fnfd 注意：?为翻转角度

2.4.3夹紧机构负载特性分析

夹紧机构的工作循环为“起动→加速→匀速下降→制动→停止→加速→匀速上升→制动→停止” ,其中加速和制动时间不超过0.2s；匀速运动时的速度为6m/min；行程为150mm；夹紧机构部件的质量 m?2kg；液压系统中的执行元件使用液压缸。 1.外负载

夹紧机构在上升和下降的过程中只受到部件本身重力的作用。但是在夹紧后 必须要对侧架有法向力的作用才能使转向架翻转时不至于滑动，也即压力继电器的调 定压力。

这个法向力的大小可如下求得： 当转向架翻转90时，有

?

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m2g1000?9.8??49000fs0.2N

N

Ffs?m2g?F? 所以，外负载为

Fg?mg?F?2?9.8?49000?49019.62.惯性负载

Fm?m?v6?2?N?1?t60?0.2N

3.阻力负载

夹紧机构部件在动力滑动导轨的法线上没有力的作用，所以阻力为零。 由此得出夹紧液压缸在各工作阶段的负载如表2-3所示。 表2-4 夹紧液压缸在各工作阶段的负载 工 况 起 动 加速下降 匀速下降 制 动 加速上升 匀速上升 负载组成 负载值F 49019.6N 49018.6N 49019.6N 49020.6N 49020.6N 49019.6N F?FgF?Fg F?Fg?m?v/?t F?Fg?m?v/?tF?Fg?m?v/?tF?Fg 2.4.4 翻转机构负载特性分析

翻转机构的工作循环为“起动→加速→匀速翻转→制动→停止→加速→匀速回转→制动→停止” ,其中加速和制动时间不超过0.2s；匀速翻转是的角速度??3.75r/min；翻转角度为

0?~180?；最高工作压力8MPa,液压系统中的执行元件使用液压马达。

1.外负载转矩

由于夹紧液压缸对转向架力的作用点离液压马达转动轴的中心线的距离L?0.1m，所以外负载转矩

Tg?FL?49000?0.1?49002.惯性转矩

N·m

把转向架假想为一均质细长杆，其长度l?2063mm(转8A转向架6种型号尺寸的平均值)，

则

转向架的转动惯量

I?11ml2??1000?20632?10?6?3551212kg·m2

回转半径

r?11l??2063?10?3?0.61212m

惯性转矩

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??3.75?2?3.14?355??697?t60?0.2N·m

Tm?I3.阻力转矩

由于马达是旋转元件，在其转动轴上不存在着法向力，因此阻力转矩为零。 由此得出液压马达在各工作阶段的负载如表2-4所示。 表2-5 液压马达在各工作阶段的负载 工 况 负载组成 负载值F 起 动 加速翻转 匀速翻转 制 动 加速回转 匀速回转 制 动

T?TgT?TgT?Tg?I??/?t 4900N·m 5597N·m 4900N·m 4203N·m -4203N·m -4900N·m -5597N·m T?Tg?I??/?tT??Tg T??Tg?I??/?tT??Tg?I??/?t 第3章 液压执行元件的设计计算与选用

3.1液压执行元件类型的选择

液压系统采用的执行元件的类型，根据主机所要实现的运动形式（平移、升降和翻转）和性质（速度和负载的大小）而定，同时参照表3-1来选择。 表3-1 液压执行元件类型 名 称 特 点 使 用 场 合 双活塞杆液压缸 双向对称 双向工作的往复运动 往返不对称的直线运动，差动连接可实现单活塞液压缸 有效工作面积大、双向不对称 快进，A1?2A2往返速度相等 柱塞缸 结构简单 单向工作，靠重力或其他外力返回 摆动缸 齿轮马达 叶片马达 摆线齿轮马达 轴向柱塞马达 径向柱塞马达 单叶片式转角小于360 单叶片式转角小于180 结构简单，价格便宜 体积小，转动惯量小 体积小，输出扭矩大 运动平稳、扭矩大、转速范围宽 转速低，结构复杂，输出扭矩大 ??小于360的摆动运动 小于180的摆动运动 高转速，低扭矩的回转运动 高速低扭矩，动作灵敏的回转运动 低速，小功率，大扭矩的回转运动 大扭矩回转运动 低速大扭矩回转运动 ??

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选定结果如下：

1.平移液压缸—单活塞杆液压缸； 2.升降液压缸—单活塞杆液压缸； 3.夹紧液压缸—单活塞杆液压缸； 4.液压马达—柱塞马达中的低速马达；

3.2执行元件的设计计算

依据上述各机构(平移机构、升降机构、夹紧机构及翻转机构)的外负载可求得各机构中的执行元件的主要参数。

3.2.1平移液压缸的设计计算

1.缸筒内径D和活塞杆直径d

由表3-2可知，平移机构在最大负载约为200N时液压系统宜取压力p1?0.8MPa。 表3-2 按负载选择液压执行元件的工作压力 <5 5 ~ 10 10 ~ 20 20 ~ 30 30 ~ 50 >50 载荷/(kN) <0.8 ~ 1 1.5 ~ 2 2.5 ~ 3 3 ~ 4 4 ~ 5 ≥5 ~ 7 工作压力(MPa) 鉴于动力滑台要求前进、后退速度相等，这里的液压缸又选用单活塞杆式，所以作差动连接。这种情况下液压缸无杆腔的工作面积A1应为有杆腔有杆腔A2的2倍，即??A1A2?2，而活塞杆直径d与缸筒直径D成d?0.5D的关系。

在手臂加速前伸时，为防止其突然前冲，按表3-3取p2?0.3MPa。匀速前进时液压缸作差动

连接，管路中有压力损失，有杆腔的压力应略大于无杆腔，但其差值较小，可先按0.2MPa考虑。加速后退时回油腔中是有背压的，这时p2也可按0.3MPa估算。 表3-3 背压阻力

由加速运动时的负载值可计算出液压缸面积 系 统 类 型 中低压系统或轻载节流调速系统 回油路带调速阀或背压阀的系统 采用辅助泵补油的闭式油路系统 采用多路阀的复杂的中高压系统(工程机械) 背压阻力 MPa 0.2 ~ 0.5 0.5 ~ 1.5 1.0 ~ 1.5 1.2 ~ 3.0 A2?A1?F?m?p1??p2?F?198?6?206.25?100.96?0.8?2?0.3??10?6m2

m2

?m?p1??p2?4A1?2A2?412.5?10?6D???0.063m

d?0.5D?0.0315m

将这些直径按GB2348—80圆整成就近标准值得 D?0.08m、d?0.04m

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