1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業 設 計 說 明 書 CK8330數控輪對滾光車床液壓系統設計The Design of Hydraulic System in CNC roll-finish Lathe CK8330系（院）名稱： 機械工程系 專業班級：機械設計制造及其自動化 一班學生姓名： 學生學號： 指導教師姓名： 指導教師職稱： 2010年 5月畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明原創性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人

2、或組織已經發表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得安陽工學院及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解安陽工學院關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定，即：按照學校要求提交畢業設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。作者簽名： 日 期： 目 錄 TOC o 1-

3、3 h z u HYPERLINK l _Toc262817835 中文摘要、關鍵詞 PAGEREF _Toc262817835 h 1 HYPERLINK l _Toc262817836 英文摘要、關鍵詞 PAGEREF _Toc262817836 h 2 HYPERLINK l _Toc262817837 引言 PAGEREF _Toc262817837 h 3 HYPERLINK l _Toc262817838 第1章 緒論 PAGEREF _Toc262817838 h 4 HYPERLINK l _Toc262817839 1.1 數控機床發展現狀和發展趨勢 PAGEREF _Toc

4、262817839 h 4 HYPERLINK l _Toc262817840 1.1.1 國外數控機床發展現狀 PAGEREF _Toc262817840 h 4 HYPERLINK l _Toc262817841 1.1.2 國內數控機床發展現狀 PAGEREF _Toc262817841 h 4 HYPERLINK l _Toc262817842 1.1.3 數控機床發展趨勢 PAGEREF _Toc262817842 h 5 HYPERLINK l _Toc262817843 1.2 液壓技術發展現狀和發展趨勢 PAGEREF _Toc262817843 h 6 HYPERLINK l

5、 _Toc262817844 1.2.1 國外液壓技術發展現狀 PAGEREF _Toc262817844 h 6 HYPERLINK l _Toc262817845 1.2.2 國內液壓技術發展現狀 PAGEREF _Toc262817845 h 6 HYPERLINK l _Toc262817846 1.2.3 液壓技術發展趨勢 PAGEREF _Toc262817846 h 7 HYPERLINK l _Toc262817847 1.3 鐵路機車發展對專用機床的需求 PAGEREF _Toc262817847 h 8 HYPERLINK l _Toc262817848 1.3.1 鐵路機

6、車的發展現狀 PAGEREF _Toc262817848 h 8 HYPERLINK l _Toc262817849 1.3.2 高速列車制造對機床的需求 PAGEREF _Toc262817849 h 9 HYPERLINK l _Toc262817850 1.4 課題研究的內容、目的、意義及可行性 PAGEREF _Toc262817850 h 9 HYPERLINK l _Toc262817851 1.4.1 課題研究的內容 PAGEREF _Toc262817851 h 9 HYPERLINK l _Toc262817852 1.4.2 課題研究的目的 PAGEREF _Toc2628

7、17852 h 10 HYPERLINK l _Toc262817853 1.4.3 課題的意義 PAGEREF _Toc262817853 h 10 HYPERLINK l _Toc262817854 1.4.4 課題的可行性論證 PAGEREF _Toc262817854 h 11 HYPERLINK l _Toc262817855 1.5 本章小結 PAGEREF _Toc262817855 h 11 HYPERLINK l _Toc262817856 第2章 液壓傳動方案設計 PAGEREF _Toc262817856 h 12 HYPERLINK l _Toc262817857 2.

8、1 液壓傳動系統概述 PAGEREF _Toc262817857 h 12 HYPERLINK l _Toc262817858 2.2 車床總體性能分析 PAGEREF _Toc262817858 h 13 HYPERLINK l _Toc262817859 2.2.1 結構、型號說明 PAGEREF _Toc262817859 h 13 HYPERLINK l _Toc262817860 2.2.2 液壓系統的設計要求和機床參數 PAGEREF _Toc262817860 h 14 HYPERLINK l _Toc262817861 2.3 確定液壓傳動方案 PAGEREF _Toc2628

9、17861 h 15 HYPERLINK l _Toc262817862 2.3.1 選擇執行元件的形式 PAGEREF _Toc262817862 h 15 HYPERLINK l _Toc262817863 2.3.2 選擇主回路 PAGEREF _Toc262817863 h 16 HYPERLINK l _Toc262817864 2.3.3 選擇基本回路 PAGEREF _Toc262817864 h 17 HYPERLINK l _Toc262817865 2.4 擬定液壓系統原理圖 PAGEREF _Toc262817865 h 20 HYPERLINK l _Toc262817

10、866 2.5 本章小結 PAGEREF _Toc262817866 h 21 HYPERLINK l _Toc262817867 第3章 液壓系統參數計算 PAGEREF _Toc262817867 h 22 HYPERLINK l _Toc262817868 3.1 執行元件的結構參數計算 PAGEREF _Toc262817868 h 22 HYPERLINK l _Toc262817869 3.1.1 載荷計算 PAGEREF _Toc262817869 h 22 HYPERLINK l _Toc262817870 3.1.2 選擇系統工作壓力 PAGEREF _Toc26281787

11、0 h 24 HYPERLINK l _Toc262817871 3.1.3 計算液壓缸的主要結構尺寸 PAGEREF _Toc262817871 h 24 HYPERLINK l _Toc262817872 3.2 選擇泵組 PAGEREF _Toc262817872 h 26 HYPERLINK l _Toc262817873 3.2.1 計算液壓泵的最大工作壓力和流量 PAGEREF _Toc262817873 h 26 HYPERLINK l _Toc262817874 3.2.2 選擇泵的型號 PAGEREF _Toc262817874 h 26 HYPERLINK l _Toc26

12、2817875 3.2.3 計算電機功率 PAGEREF _Toc262817875 h 27 HYPERLINK l _Toc262817876 3.2.4 選擇泵組型號 PAGEREF _Toc262817876 h 27 HYPERLINK l _Toc262817877 3.3 選擇工作介質 PAGEREF _Toc262817877 h 27 HYPERLINK l _Toc262817878 3.4 選擇液壓閥 PAGEREF _Toc262817878 h 28 HYPERLINK l _Toc262817879 3.5 選擇液壓輔件 PAGEREF _Toc262817879

13、h 28 HYPERLINK l _Toc262817880 3.5.1 選擇管件 PAGEREF _Toc262817880 h 28 HYPERLINK l _Toc262817881 3.5.2 選擇油箱 PAGEREF _Toc262817881 h 29 HYPERLINK l _Toc262817882 3.6 本章小結 PAGEREF _Toc262817882 h 30 HYPERLINK l _Toc262817883 第4章 選擇集成塊 PAGEREF _Toc262817883 h 31 HYPERLINK l _Toc262817884 第5章 液壓系統性能驗算 PAG

14、EREF _Toc262817884 h 33 HYPERLINK l _Toc262817885 5.1 系統壓力損失驗算 PAGEREF _Toc262817885 h 33 HYPERLINK l _Toc262817886 5.2 系統發熱溫升驗算 PAGEREF _Toc262817886 h 34 HYPERLINK l _Toc262817887 5.3 本章小結 PAGEREF _Toc262817887 h 35 HYPERLINK l _Toc262817888 結 論 PAGEREF _Toc262817888 h 36 HYPERLINK l _Toc262817889

15、 致 謝 PAGEREF _Toc262817889 h 37 HYPERLINK l _Toc262817890 參考文獻 PAGEREF _Toc262817890 h 38CK8330數控輪對滾光車床液壓系統設計摘要：機車輪對是機車行走部件承受車身重量的主要部位，其綜合性能指標影響機車的運行速度和行車安全。目前，我國青海華鼎重型機床有限責任公司和齊重數控裝備股份主要生產中低檔輪對加工設備，高檔輪對加工設備大部分依靠進口，這不但增加了購買設備的投入，而且也不便于維護，嚴重制約我國機車質量的提高。CK8330數控輪對滾光車床就是借鑒國內外先進經驗，根據鐵路行業對機車軸頸的加工要求開發的數控專

16、用機床。本文通過分析該車床的動作要求和操作控制方式，設計了適合CK8330數控輪對滾光車床工藝要求的液壓系統。配置液壓系統后，不僅能夠提高車床的自動化程度，減輕工人的勞動強度，降低操作者的技術熟練水平，而且對普及國產機車輪對加工設備，有著顯著的經濟效益和社會效益。關鍵詞：輪對 車床 液壓系統 液壓元件 液壓輔件The Design of Hydraulic System in CNC roll-finish Lathe CK8330Abstract: Locomotive wheels are the main parts of walking components of locomotive

17、 to bear the body weight, and its comprehensive performance index can affects the running speed and safety of locomotive. Currently, Qinghai Huading heavy machine tool Co., LTD and Qiqihar heavy CNC equipment Co., LTD mainly produce low-end processing equipment of wheels in china and the most of the

18、 high-end ones need to be imported, which restrict the improving of the quality of locomotive seriously because of these not only increase the equipment investment, but also make maintenance difficult.CNC roll-finish lathe CK8330 is base on the railway locomotive journal processing industry requires

19、 the development of CNC special machine tools with using foreign advanced experience for reference. The hydraulic system is designed which fits the process requirement of CNC roll- finish lathe CK8330 by analyzing the action requirements and the operation control mode of the lathe. After assembling

20、the hydraulic system, it not only can improve automation degree of the lathe, reduce labor intensity and reduce the extent of skilled workers requirements, but also has remarkable economic benefit and social benefit to make the domestic processing equipment popular. Key words: wheels; lathe; hydraul

21、ic system; hydraulic component; hydraulic auxiliary parts 引 言21世紀是我國由制造大國向制造強國邁進的歷史時期，開發適合我國經濟發展需求的數控機床，能夠推動我國經濟更快更好的發展。CK8330數控輪對滾光車床就是在國內外鐵路運輸業高速發展的市場背景下，為滿足我國鐵路運輸向高速、重載方向發展的新要求，根據鐵路行業對機車軸頸的加工要求開發的數控專用機床。本文針對CK8330數控輪對滾光車床液壓系統的設計，開展了五個方面的工作：綜述國內外數控機床、液壓技術、鐵路機車的發展現狀和發展趨勢，說明了開發CK8330數控輪對滾光車床對我國鐵路運輸業

22、的意義；對液壓控制滾光輪和液壓缸自動換擋系統的工況要求、工作特點、工作原理和操作方法的分析，確定液壓系統傳動方案、擬定液壓系統原理圖；根據CK8330數控輪對滾光車床的主參數和所需的最大換擋力計算液壓元件和輔件的參數并選擇其型號；根據液壓原理圖的油路連通關系和已經選擇的液壓元件的型式、數量選擇集成塊；驗算液壓系統的性能，分析其是否能夠滿足機床對液壓系統的要求。通過以上五個方面的設計計算，為CK8330數控輪對滾光車床配置的液壓系統能夠提高車床的自動化程度，減輕工人勞動強度，降低操作者的技術熟練水平、縮短機車檢修停時、提高機車利用率。對普及國產機車輪對加工設備和推動機車檢修手段的現代化，有著巨大

23、的經濟效益和顯著的社會效益。第1章 緒論機床是先進制造技術和制造信息集成的重要元素，是發展機械制造業以至整個工業必不可少的復雜生產工具，既是生產力要素，又是重要商品。1.1 數控機床發展現狀和發展趨勢數控機床作為機電體化產品的代表成為評價現代工業發展的重要指標，并且數控機床的生產能力和擁有量也成為衡量一個國家制造技術水平和綜合國力的重要標志。1.1.1 國外數控機床發展現狀國外數控機床與我國數控機床相比，占絕對優勢的主要是中高檔機床，如超精密機床、重型機床。目前在數控機床的科研、設計、制造和使用上，美、英、德、日四國是技術最先進、經驗最多的國家。美國政府非常重視機床工業的發展，其高性能數控機床

24、技術在世界上也一直領先。美國LLNL實驗室于20世紀80年代研制成功兩臺大型超精金剛石車床，一臺是臥式DTM-3超精密金剛石車床，另一臺是立式大型光學金剛石車床LODTM。DTM-3的系統分辨率為2.5nm，加工形狀誤差可達28nm，圓度和平面度可達12.5nm，表面粗糙度Ra可達4.2nm。LODTM采用分辨率為0.625nm的7路雙頻激光測量系統，50r/min的主軸回轉精度小于51nm，加工精度可達28nm，現在仍被公認為世界上精度最高的超精密機床。英國Cran field大學Paul shore等人設計制造了新型超精密磨床BOX eq oac(,R)，機床主軸采用油膜軸承，材料切削速度

25、可達200，其靜態剛度大于100N，共振頻率大于100Hz。德國的數控機床質量及性能良好，尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件的先進實用性，并且其機、電、液、氣、刀具、測量、數控系統等各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。日本政府對機床工業的發展異常重視，如日本FANUC公司開發了市場所需各種低、中、高檔數控系統，在技術上領先，在產量上居世界第一。該公司研制的ROBONANO-0iB超精密加工機床，利用了FANUC公司的納米級控制技術，直線軸（X、Y、Z）分辨率可達1nm，旋轉軸（B、C）分辨率為。1.1.2 國內數控機床發展現狀20世紀80年代，我國從日本引進數

26、控系統和直流伺服電動機等制造技術，推動了我國機床制造業向數控方向發展。近幾年我國也自行研發了3、4、5、6軸聯動的數控系統以及雙電動機驅動的同步數控系統和新品種的伺服電動機，使得我國數控機床在性能和質量上產生了一個質的飛躍。現在我國已經建立了以中、低檔數控機床為主的產業體系，一些較高檔次的數控系統，如5軸聯動數控系統、6軸數控高速滾齒機等高精度數控機床和加工中心相繼研制成功并投入商用。在國家政策的大力扶持下，近幾年國內數控機床發展迅猛，2007年我國數控機床產量達到12.3萬臺，提前三年超額完成“十一五”規劃年產10萬臺的目標，數控機床年產量已居世界首位。1.1.3 數控機床發展趨勢近幾年,數

27、控機床作為先進生產力的代表，為制造業注入了新的活力，下面從數控機床的應用領域需求出發，分析數控機床的發展趨勢：1. 高速度、高精度、高可靠性、高柔性機床向高速化方向發展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質量和精度。從精密加工發展到超精密加工，是世界各工業強國致力發展的方向。采用柔性自動化設備或系統是提高加工精度和效率，縮短生產周期，適應市場變化需求和提高競爭能力的有效手段。2. 智能化、網絡化、復合化、綠色化隨著工業技術發展，一種被稱為智能閉環加工技術（ICLP）將被采用，這種技術是利用傳感器獲得適時的信息，以增強制造者取得最佳產品的能力。數控裝備的網絡化將極

28、大地滿足生產線、制造系統、制造企業對信息集成的要求，也是實現新的制造模式（如敏捷制造、虛擬企業、全球制造）的基礎。2l世紀的金屬切削機床必須實現切削加工工藝的綠色化，目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，主要是因為切削液既污染環境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。3. 開放化開放式數控系統是一個模塊化、可重構、可擴充的軟硬件控制系統。最重要的發展趨勢是體系結構的開放性，其構造可以根據用戶的需要方便地重現、重構、編輯，以便實現一個系統多種用途。4. 極端化極端化是指數控機床朝著極小化和極大化方向發展的趨勢。在國防、航空，航天等行業中大型化裝備的制造方面需要大型數控機床，這就導致數控

29、機床朝著大型化方向發展。微納米技術是2l世紀的戰略技術，微納米技術發展需要有能適應微小型尺寸的新型制造工藝和裝備，這樣數控機床會朝著極小化（即微型機床）方向發展。1.2 液壓技術發展現狀和發展趨勢液壓技術相對于機械傳動來說是一門新興技術。在20世紀60年代以后，隨著原子能，空間技術，電子技術等方面的發展，才被工業技術領域廣泛應用。 近幾年，隨著社會的發展，人們對人類賴以生存的環境有了更高的要求。水介質本身獨有的一系列特點正好滿足了現代社會提出的這一要求。因此，純水液壓技術又被科學界重新重視起來，它標志著液壓傳動技術向更高的階段發展。1.2.1 國外液壓技術發展現狀液壓技術起源于西方國家，到目前

30、為止，西方發達國家的液壓技術已經比較成熟。近幾年，美國、德國、日本在水液壓技術方面的研究也有了重大突破，海水柱塞泵、柱塞馬達、控制閥等已在海洋開發、水下作業領域成功應用。美國于60年代中期，由David W Taylor Naval Ship Research and Development Center（DTNSRDC）和Naval Civil Engineering Laboratory（NCEL）等單位共同開展海水液壓技術的研究，到1995年，有7套海水液壓動力源驅動的海底管道維修系統（PRS）投入使用。2005年美國純水液壓缸系統已進入食品、醫藥、糧食、生物工程等要求無污染的行業，如肉

31、聯企業的肉品壓制設備、骨肉分離設備、罐頭的制作設備、食品的生產及包裝設備、藥品的生產及包裝等設備中已開始采用純水液壓系統，大大改善了生產環境，為生產無公害產品打下了基礎。英國Hull大學于1995年研制出壓力14MPa的海水液壓泵，能無故障正常運轉5000小時，然后與英國British Gas等單位合作，開發出由海水液壓控制的海底天然氣井口啟閉系統。德國Hauhinco Gmbh公司對原來適用于高水基介質（HFA）的徑向柱塞泵加以改進后，研制出Ehk-3k系列徑向柱塞式變量海水泵，其流量20-700L/min，壓力可達32MPa。該公司研制的用海水液壓動力源驅動的海底管道維修系統于1995年投

32、入正常使用。純水液壓系統已進人包括海洋開發、水下作業、原子能動力工廠、鋼鐵工業、食品、醫藥等諸多領域中，創造了很大的經濟效益。但是，水壓技術要想在機床領域獲得廣泛使用還需解決大量的難題。1.2.2 國內液壓技術發展現狀我國液壓行業已形成了門類比較齊全，有一定生產能力和技術水平、初具規模的生產科研體系。可以為工程機械、農業機械、機床、冶金、石油化工、鐵路、船舶水利、輕工機械提供比較齊全的產品。我國自20世紀末就開展了純水液壓傳動技術的研究，1996年，華中科技大學將自行研制的最大工作壓力6.3MPa、流量100L/min的軸向柱塞式海水泵成功地用于某國產深潛救生艇上，正常使用至今，使該艇的工作性

33、能大為提高。2002年，華中科技大學利用上述元件研制出壓力14MPa、流量40L/min的300米水深海水液壓動力源及由它所驅動的海水液壓旋轉型與往復型水下作業工具，其技術性能達到了國際先進水平，填補了國內空白。華中科技大學在關于中高壓水液壓元件的研制取得重大進展的基礎上，自行研制出高性能的高壓細水霧噴頭和組合噴頭，并且修建了555米見方的細水霧滅火試驗室，研制了包括火警探測系統及高壓細水霧噴射系統兩大部分的全自動高壓細水霧滅火示范系統。該細水霧噴射系統的工作壓力為8-14MPa，流量40L/min，霧粒直徑小于100m。2006年，北京工業大學在水壓比例控制技術研究的基礎上，提出了一種基于新

34、型智能材料的雙相對置超磁致伸縮自傳感驅動器新概念，研究在水壓伺服控制元件中的工作機理及應用特性，包括磁-機-電-液耦合機理及解耦方法、反饋控制特性及自傳感特性，并應用于力反饋二級水壓伺服控制閥和直接力反饋水壓伺服控制閥的研制。1.2.3 液壓技術發展趨勢現代液壓技術是中大功率機械設備實現自動化不可缺少的基礎技術，應用面極其廣泛。下面從其主要服務領域需求人手，來展望液壓技術的發展趨勢：1. 可靠性和性能穩定性逐漸提高可靠性和性能穩定性是涉及面最廣的綜合指標,它包括元、輔、附件的可靠性,系統的可靠性設計、制造以及可靠性維護三大方面。隨著新材料的應用，新工藝、新結構的出現，元件性能的可靠性將會大大增

35、加。系統可靠性設計理論的成熟與普及，使合理地進行元件的選配有了理論依據。在線實時油污檢測器和電子報警邏輯系統的應用，使得液壓系統的維護從過去的簡單拆修發展到主動維護，對可預見的各種因素進行全面分析，最大限度地提前消除誘發故障的潛在因素。2. 增強對環境的適應性，拓寬應用領域液壓傳動雖然具有很多優點，但由于存在著發熱、噪聲、工作介質污染等不盡如人意的地方，使其應用受到某種程度上的制約。面對環保意識越來越強的未來，應采取相應措施逐步解決和改善以上問題。3. 機電液一體高度集成化液電技術的融合使得液壓技術的發展超出自身傳統的科學領域，向著包括傳動、控制、檢測在內的綜合自動化技術方向發展，為提高液壓技

36、術的應用水平和加速拓展其應用領域并最大限度地方便用戶，發展集成式多功能元件已成為必然的趨勢。4. 液壓CAD技術利用CAD技術全面支持液壓產品從概念設計、外觀設計、性能設計、可靠性設計到零部件詳細設計的全過程，并把計算機輔助設計、計算機輔助分析、計算機輔助工藝規劃、計算機輔助檢驗、計算機輔助測試和現代管理系統集成在一起，建立計算機制造系統，將會使液壓設計與制造技術有一個突破性的進展。5. 新材料新工藝的應用新型材料的使用可使液壓技術的發展有一個新的飛躍。如鑄造工藝的發展，將促進液壓元件性能大大提高。1.3 鐵路機車發展對專用機床的需求1.3.1 鐵路機車的發展現狀到20世紀末，包括內燃機車在內

37、的整個軌道移動裝備的國際市場競爭，主要是在歐洲“三巨頭”和美國“兩巨頭”這兩大地區、五大公司之間進行的。所謂歐洲“三巨頭”是指阿爾斯通公司運輸部、龐巴迪公司運輸部和西門子公司運輸部；美國“兩巨頭”是指GE公司運輸部和EMD公司。但進入21世紀以來，世界內燃機車市場競爭有了新的微妙變化。我國經過長期的發展，目前已經擁有強大的機車開發、設計、生產團隊，不僅滿足了本國鐵路用戶的需求，而且已出口許多亞洲國家。據國外最新統計，就整個機車車輛工業企業銷售總額而言，世界前十位企業的總銷售額為376億美元，其中我國機車車輛工業排在龐巴迪、阿爾斯通和西門子公司之后，在日立、GE、EMD和俄羅斯運輸機械股份公司之

38、前，居第4位，銷售額為40億美元，占世界十大企業總額的10.6。可見，我國機車車輛產品在世界市場上已經占有了一席之地，但是與國外先進水平相比，我國內燃機車技術還有一定差距。近幾年，我國兩大機車集團正在努力消化、吸收國外的先進技術，立足自主創新，以創建世界一流的知名企業，開發世界一流的產品，打造具有我國自主知識產權的品牌為目標，進一步拓展國際市場。2009年3月16日鐵道部與中國北車股份在京正式簽署100列新一代高速動車組采購臺同合同。新一代高速動車組持續運營時速350公里，試驗時速將超過400公里。將成為世界上商業運營速度最快科技含量最高系統匹配最優的動車組，可以滿足長距離大運量、高密度、旅行

39、時間短等運輸需求，具有完全自主知識產權。我國鐵路先后實行了六次大提速，一站直達和“夕發朝至”的快速列車以及四通八達的高速鐵路網已經走進我們的生活，這一切成果都是鐵路機車加工設備性能逐漸提升的間接表現。1.3.2 高速列車制造對機床的需求高速列車制造：主要是電動機車和內燃機的制造，以及轉向架、制動系統等的加工，主要需要各種大中型立式和臥式加工中心、數控銑鏜床、數控立式車床、數控磨床及數控專用機床等。隨著鐵路運輸向“提速、重載”方向的不斷發展，對機車車輛的制造質量提出了更高的要求，特別是走行部位。走行部位涉及行車安全，其關鍵部件是輪軸和轉向架。輪軸是由動軸和動輪組成，動軸伸出車輪之外的兩頭叫軸頸，

40、輪軸是通過套在軸頸上的軸箱（軸箱用滾動軸承抱住軸頸）與轉向架連在一起的。車身重量是通過轉向架作用在軸頸上，因此，軸頸加工、維修質量對行車速度和行車安全尤為重要。目前，我國加工、維修車軸的國產設備是輪對車床，如齊重數控裝備股份生產的C8311A和C8313A型號的輪對軸頸車床，C8104A軸頸滾光車床，青海華鼎重型機床有限責任公司生產的CK8013B、CK8011B、CKA8013/1、CAK8013/1-ZX、C8013B、C8011B、QZ-050、QZ-024/1、QZ-048等，但是國產設備的市場份額較小，高精密的生產線仍然依靠進口，這樣不僅購買設備的投入較高，而且維修也不方便，嚴重制約

41、我國鐵路運輸業的發展。因此，開發一種適合我國加工水平的車輪車床，對推進我國機車向高速、重載方向發展意義重大。1.4 課題研究的內容、目的、意義及可行性1.4.1 課題研究的內容本課題主要研究CK8330數控輪對滾光車床液壓系統中控制對滾光輪的液壓部分和液壓缸自動換擋的液壓部分，具體包括以下幾個方面：綜述國內外數控機床、液壓技術、鐵路機車的發展現狀和發展趨勢，提出在CK8330數控輪對滾光車床上配置液壓系統對我國鐵路運輸業的意義；分析液壓控制對滾光輪的液壓部分、液壓缸自動換擋的液壓部分的工況要求（載荷特性），工作特點（行程、速度、運動形式）和操作方法確定液壓系統控制方案；分析液壓控制對滾光輪的液

42、壓部分、液壓缸自動換擋的液壓部分的工作原理、操作控制方式和動作順序，擬定液壓系統原理圖；根據CK8330數控輪對滾光車床的主參數和所需的最大換擋力計算液壓元件（如液壓缸、液壓閥、液壓泵組等）和液壓輔件（如油箱、油管等）的參數，并選擇其型號規格；依據液壓系統原理圖中各元件的連接方式和已經選擇的液壓元件、輔件，選擇集成塊；根據液壓系統的使用環境和液壓元件的種類選擇液壓油；液壓系統的性能驗算，主要驗算壓力損失和溫升即驗算液壓系統能否正常工作。1.4.2 課題研究的目的CK8330數控輪對滾光車床是根據鐵路行業對機車軸頸的加工要求開發的數控專用機床，通過給該機床配置控制對滾光輪和液壓缸自動換擋的液壓系

43、統，可以提高自動化程度，從而提高加工效率和加工精度，不僅達到一次裝夾既可車削加工也可滾壓加工的目的，而且也降低了機床對操作者的熟練程度的要求，降低了操作者的勞動強度。1.4.3 課題的意義CK8330數控輪對滾光車床是在國內外鐵路運輸業高速發展的市場背景下，為滿足我國鐵路運輸向高速、重載方向發展的新要求，根據鐵路行業對機車軸頸的加工要求開發的數控專用機床。該機床自動化程度高、效率高、精度高，適用加工范圍寬，通過調整尾座的位置，可加工多種規格機車軸頸，一次裝夾既可車削加工也可滾壓加工，加工時不用拆卸下車輪、剎車盤等，尤其方便作為維修車軸使用。鐵路車輛輪軸加工設備技術水平的提高，是中國鐵路裝備現代

44、化的重要標志，是中國鐵路運輸向高速、重載方向發展的重要技術支撐點。機車輪軸是車輛的重要部件，其質量的好壞將在很大程度上限制機車的運行速度和行車安全，只有高精度的輪對軸頸車床應用到機車加工行業，制造出質量可靠的高精度機車軸，才能把我國鐵路機車運行速度提高到發達國家水平的設想變為現實。目前，我國高檔的機車加工、維修設備大部分是靠進口來解決，不僅成本高，而且維修起來也不方便，嚴重制約我國鐵路運輸業的發展。CK8330數控輪對滾光車床在鐵路局維修作業組的應用，可以明顯提高維修機車的效率、縮短維修周期、降低維修成本，能夠解決機車維修時間長、機車供應緊張和檢修成本高等一系列問題。并且該機床的應用對普及國產

45、機車輪對加工設備，縮短機車檢修停時，提高機車利用率，推動機車檢修手段的現代化，有著巨大的經濟效益和顯著的社會效益。為CK8330數控輪對滾光車床配置液壓變擋系統、控制滾光輪的液壓系統，將會提高車床的自動化程度，提高機車維修效率，降低機車維修成本，減輕工人勞動強度，降低操作者的技術熟練水平。總之，液壓系統在CK8330數控輪對滾光車床的成功應用，以及該機床在機車制造廠和鐵路段的使用，將為我國鐵路運輸業向高速、重載方向發展作出重要貢獻。1.4.4 課題的可行性論證1. 機車的加工維修需要輪對滾光車床：CK8330數控輪對滾光車床是根據鐵路行業對機車軸頸的加工要求開發的數控專用機床。為CK8330數

46、控輪對滾光車床配置液壓變擋系統、控制滾光輪的液壓系統，能夠提高車床的自動化程度，提高機車維修效率，降低機車維修成本，減輕工人勞動強度，降低操作者的技術熟練水平，推動我國鐵路運輸業向高速、重載方向發展。2. 有經驗可以借鑒：目前我國齊重數控裝備股份已經制造出C8311A和C8313A等型號的輪對軸頸車床，C8104A軸頸滾光車床，C8013、CK8011、CK8011C 和C8011等車輪車床，上海重型機械廠生產的CK8132車軸車床都應經在機車制造廠和鐵路段成功應用。并且液壓自動換擋，液壓控制對滾光輪技術也在數控機床上應用較普及。3. 我國液壓技術比較成熟：近幾年我國先后從國外引進了很多液壓元

47、件和液壓系統等設備和技術，我國液壓行業已形成了門類比較齊全，有一定生產能力和技術水平、初具規模的生產科研體系。不僅可以為工程機械、農業機械、機床、冶金、石油化工、鐵路、船舶水利、輕工機械提供比較齊全的產品，而且可以設計出穩定性高、機電一體化程度高的液壓系統。4. 經過4年機械設計及液壓知識的學習，我們已經打下了堅實的理論基礎，通過實習、調研和查閱資料，能夠設計中等難度的機床液壓系統。1.5 本章小結本章詳細介紹了國內外數控機床、液壓技術、鐵路機車的發展現狀和課題研究的目的、意義，通過分析比較，提出了開發國產數控車輪車床的重要性和必要性，并且說明了該技術方案的可行性。第2章 液壓傳動方案設計液壓

48、傳動方案設計是根據機床工作性能的要求，從使用角度出發，選擇恰當的基本回路，并將其組合完善，擬定出液壓系統原理圖的過程。2.1 液壓傳動系統概述液壓傳動是以液體為工作介質，通過壓力能進行能量傳遞的一種傳動方式。完成液壓傳動的液壓系統通常由三個功能部分（動力部分、控制部分、執行部分）、輔助裝置和工作介質組成，各部分的作用見下表：表2.1 組成液壓系統各部分的作用組成部分作 用動力部分液壓泵將原動機的機械能轉換成液體壓力能控制部分壓力、流量、方向控制閥用以實現對執行元件的運動速度、方向、作用力等的控制，及實現過載保護和程序控制執行部分液壓缸、液壓馬達用以將液體壓力能轉換成機械能輔助裝置管件、過濾器、

49、油箱、冷卻器、壓力表、蓄能器與液壓元件共同組成完整的液壓系統，保證系統可靠、穩定、持久地工作工作介質液壓油進行能量和信號的傳遞傳動系統是機床的重要組成部分，其性能特點直接影響機床的應用范圍，加工精度、加工成本和效率。目前機床上常用的傳動類型有機械傳動、電氣傳送、氣壓傳動和液壓傳動，各種傳動方式的性能特點如下表：表2.2 常用傳動方式的性能特點 傳動類型 性能液壓傳動氣壓傳動機械傳動電氣傳動輸出力（或力矩）最大中等較大中等質量-功率比小中等較小中等動作快慢較快較快一般快無級調速良好較好較困難良好結構復雜簡單一般復雜維護要求高一般簡單較高價格稍高低一般稍高操縱距離中距離較遠距離短距離遠距離對環境要

50、求較好，但易燃適應性好一般要求高由于液壓傳動系統具有結構緊湊、操作方便省力等一系列獨特的優點，特別是近幾年來，液壓技術與微電子、計算機相結合，其應用領域日益擴大，現在幾乎很難找到一個行業或部門不采用任何液壓元件或設備。液壓技術在各領域的應用如下表：表2.3 液壓技術應用實例應用領域應用實例機械制造設備各種液壓機具（如磨床、拉床、刨床、組合機床、加工中心及自動化生產線），各種液壓機、機器人、機械手等車輛、工程機械轎車轉向及剎車裝置、自卸卡車、液壓汽車起重機、液壓叉車、液壓掘進機、推土機、裝載機等冶金、采礦機械軋鋼機、平爐裝料機、轉爐及電爐的料鐘控制、爐體的傾動和爐蓋提旋裝置、帶鋼跑偏控制設備等輕

51、工、食品及電子設備各種塑料成型機、造紙機、紡織機、印刷機、揉糖機、香腸灌裝機等船舶機具液壓舵機、錨機、艙口開啟裝置化工醫療設備離心機、卸料裝置、造氣自動機、醫用牽引床等農業機械聯合收割機、捆草機、拖拉機等兵器及航空設備高炮瞄準裝置、炮車、雷達天線、飛機及其地面設備、戰略飛行器及舵機、導彈及通信衛星發射2.2 車床總體性能分析2.2.1 結構、型號說明CK8330數控輪對滾光車床是根據鐵路行業對機車軸頸的加工要求開發的數控專用機床，機床配置雙數控系統、雙床鞍、雙刀架，可獨立操作加工，在一臺機床上就可以實現手動或自動車削及滾壓兩種工藝加工。在加工時不用拆卸下車輪、剎車盤等，尤其用于維修車軸，更能夠

52、體現其獨特的優點。其外形結構如圖2.1。其型號的意義如下：圖2.1 CK8330數控輪對滾光車床外形結構圖2.2.2 液壓系統的設計要求和機床參數CK8330機床可以通過調整尾座和液壓托架的水平位置，可適應不同長度工件的安裝，調節液壓托架的高度可適應不同直徑工件的托起，因此能夠加工多種規格的機車軸頸。機床采用上下雙滑板結構，利用梯形螺紋自鎖特性，確保手動操作時安全可靠。主軸箱采用兩擋機械變速，所需最大換擋力為314，滾壓油缸和換擋油缸直徑都為40mm。機床參數如下表：表2.4 機床部分參數項 目單 位參 數最大工件回轉直徑mm1200最大工件質量Kg3000最大車削直徑mm300最大滾光直徑m

53、m300加工工件長度范圍mm2000 2800主軸驅動工件轉速范圍r/min6 500滾壓壓力范圍Kg50 800滾壓方式雙輪雙向液壓同步等壓滾壓滾輪支撐方式懸臂支承 軸承聯結刀架規格尺寸mm230 230刀具截面尺寸mm40 40滾輪支架截面尺寸mm65 55執行元件在各自工作過程中的速度和負載的變化規律，是由主機的相應動作要求和承載能力確定的。分析主機的結構和工藝性能并參考同類機床，確定控制滾光輪的液壓缸直接裝在刀架上（具體結構如圖2.2），初步選擇換擋時間為1s，換擋滑移齒輪的行程120mm，滾光輪的行程40mm，滾光輪最大運行速度20mm/s。圖2.2 液壓缸在機床的裝配圖2.3 確定

54、液壓傳動方案2.3.1 選擇執行元件的形式對機床的運動分析知，滾光輪和主軸箱變擋滑移齒輪的運動均為水平面內的直線運動，因此選擇能夠完成直線運動的液壓執行元件來控制滾光輪和變擋滑移齒輪。常用的該類液壓執行元件有活塞缸、柱塞缸、液壓馬達和齒輪齒條機構組合及液壓馬達和螺旋機構組合，各種機構的特點和適用范圍如下表：表2.5 直線運動液壓執行元件的特點類型特點應用活塞缸一般連接往返速度和出力不同；差動連接可以實現快進，如果d=0.71D，往返速度和出力相同一般用于機床柱塞缸結構簡單，制造容易，靠自重或外力回程液壓機，千斤頂液壓馬達+齒輪齒條機構（或螺旋機構）用于長行程的工作機構通過表2.5的對比分析，并

55、參考具有同類功能的機床，該液壓系統的執行元件選用活塞缸。由于每個液壓缸只控制一個機械運動部件，因此單桿液壓缸就能實現該功能，滾光輪和變擋滑移齒輪的往返運動都得靠液壓缸驅動，雙作用活塞缸才能達到該目的。所以，兩套液壓系統的執行元件都選擇單桿雙作用活塞缸。2.3.2 選擇主回路1. 確定主回路的循環方式液壓系統按液流循環方式分開式和閉式兩種，其性能對比如下：表2.6 開、閉式液壓系統性能對比 型式性能開式閉式工作原理泵從油箱吸油輸入管路油完成工作后排回油箱泵的吸排油口直接與液壓執行元件的進出油口相連，形成一個閉合循環優點結構簡單，散熱、澄清條件好油箱體積小，結構緊湊空氣進入油液的機會少缺點空氣與油

56、液接觸的機會多，容易滲入系統結構復雜，散熱條件差，并要求有較高的過濾精度應用應用較普遍，如機床、工程機械應用較少，只用于車輛的行走驅動通過表2.6的對比并參考同類機床，CK8330機床的液壓系統選用開式系統。2. 選擇液壓泵液壓泵按流量是否可調分為定量泵和變量泵，其適用場合如下表：表2.7 定量泵和變量泵的適用場合類型適用場合定量泵能源成本不是重要因素，且溫升不成問題工作循環是開關式，而且在不工作時可以完全卸載最然負載變化很大，但多數工況下需要泵輸出全部流量變量泵系統流量需求變化大，且需求很大的承載能力需求大負載下小而精密的運動和變化負載下的快速運動泵服務于任意組合的多個負載該機床液壓系統的流

57、量需求變化較大從節能的角度出發，選擇變量泵比較合適。常用的變量泵有單作用葉片泵、軸向柱塞泵、徑向柱塞泵，其性能對比如下表：表2.8 單作用葉片泵和柱塞泵的性能對比 性能類型流量脈動噪聲污染敏感度價格應用應用范圍單作用葉片泵無小中中普通機床及其他機械柱塞泵有大大高重型機床及其他重型和大功率設備該機床為中等功率機床，流量脈動將會影響工件的加工質量，從性價比方面考慮，單作用葉片泵用于液壓變擋和滾光輪控制系統，不僅能夠達到節能的目的，而且也降低了機床的制造成本，因此該機床液壓系統的動力部分選擇變量葉片泵。3. 確定油源回路選用變量泵的系統主油路一般用容積調速，為了限制系統的最高工作壓力，在泵的出口處并

58、聯溢流閥起安全閥的作用，為了防止執行元件工作過程中碰到死擋鐵使系統壓力升高影響泵的正常工作即油液倒流，在泵的出口處串聯單向閥，回路中設置過濾器、冷卻器、壓力計等，可以提高液壓系統的總體性能，根據以上分析確定油源回路如下圖。圖2.3 油源回路1-油箱；2-冷卻器；3-安全閥（溢流閥）；4-單向閥；5-壓力計；6-變量葉片泵；7-電機；8-過濾器2.3.3 選擇基本回路1. 滾光輪控制回路控制滾光輪的液壓缸是單桿雙作用液壓缸，正反行程都是在油液的壓力作用下移動，因此回路中要設置換向閥。該機床的滾壓力在50800kg之間可調，即活塞桿在前進的過程中能夠停在任意位置，并且保持該位置不變，分析液壓系統基

59、本回路的性能特點，鎖緊回路就可以實現該功能，液壓缸常用的鎖緊回路及其特點如下表：表2.9 鎖緊回路特點回路可選用的閥M型或O型換向閥H型或Y型換向閥與液控單向閥組合特點結構簡單由于滑閥泄漏，鎖緊精度低鎖緊動作迅速、準確，不受外界影響，結構復雜由于滾壓過程中壓力不是很高，并且鎖緊時間較短，所以用換向閥的O型中位機能就能夠達到機床要求的鎖緊精度。在機床工作過程中要保證滾光輪的重復定位精度，因此，每次滾壓結束后，液壓缸活塞桿就必須縮回到原位，并且無桿腔直接通油箱。上述過程中選擇的O型中位機能換向閥不能達到該目的，所以該回路用一個3位4通換向閥不能完成機床的動作要求，綜合分析機床的動作要求和換向閥的油

60、路連通情況，確定本回路采用兩個2位4通彈簧復位電磁換向閥，當回路采用疊加閥且換向閥的個數多于一個時，一般采用集成塊形式安裝，該回路中兩個換向閥和集成塊共同實現的油路連通情況如下圖： 圖2.4 集成塊單元回路圖滾壓過程中，負載變化不大，且對速度穩定性要求不是太高，所以選用可調節流閥實現調速的目的，常用的節流調速回路性能對比如下表：表2.10 常用節流調速回路性能對比回路特點實用場合進油節流調速回路啟動性能好，停車時間較長時，關小節流閥能夠避免啟動沖擊，容易實現壓力控制，能夠獲得較低的穩定運行速度負載變化不大，低速小功率的場合，如機床的進給系統回油節流調速回路回油路上始終有背壓，在負值負載作用下能