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1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 CK8330数控轮对滚光车床液压系统设计The Design of Hydraulic System in CNC roll-finish Lathe CK8330系（院）名称： 机械工程系 专业班级：机械设计制造及其自动化 一班学生姓名： 学生学号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2010年 5月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人
2、或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 目 录中文摘要、关键词1
3、英文摘要、关键词2引言3第1章 绪论41.1 数控机床发展现状和发展趋势41.1.1 国外数控机床发展现状41.1.2 国内数控机床发展现状41.1.3 数控机床发展趋势51.2 液压技术发展现状和发展趋势61.2.1 国外液压技术发展现状61.2.2 国内液压技术发展现状61.2.3 液压技术发展趋势71.3 铁路机车发展对专用机床的需求81.3.1 铁路机车的发展现状81.3.2 高速列车制造对机床的需求91.4 课题研究的内容、目的、意义及可行性91.4.1 课题研究的内容91.4.2 课题研究的目的101.4.3 课题的意义101.4.4 课题的可行性论证111.5 本章小结11第2章
4、 液压传动方案设计122.1 液压传动系统概述122.2 车床总体性能分析132.2.1 结构、型号说明132.2.2 液压系统的设计要求和机床参数142.3 确定液压传动方案152.3.1 选择执行元件的形式152.3.2 选择主回路162.3.3 选择基本回路172.4 拟定液压系统原理图202.5 本章小结21第3章 液压系统参数计算223.1 执行元件的结构参数计算223.1.1 载荷计算223.1.2 选择系统工作压力243.1.3 计算液压缸的主要结构尺寸243.2 选择泵组263.2.1 计算液压泵的最大工作压力和流量263.2.2 选择泵的型号263.2.3 计算电机功率273
5、.2.4 选择泵组型号273.3 选择工作介质273.4 选择液压阀283.5 选择液压辅件283.5.1 选择管件283.5.2 选择油箱293.6 本章小结30第4章 选择集成块31第5章 液压系统性能验算335.1 系统压力损失验算335.2 系统发热温升验算345.3 本章小结35结 论36致 谢37参考文献38CK8330数控轮对滚光车床液压系统设计摘要：机车轮对是机车行走部件承受车身重量的主要部位，其综合性能指标影响机车的运行速度和行车安全。目前，我国青海华鼎重型机床有限责任公司和齐重数控装备股份有限公司主要生产中低档轮对加工设备，高档轮对加工设备大部分依靠进口，这不但增加了购买设
6、备的投入，而且也不便于维护，严重制约我国机车质量的提高。CK8330数控轮对滚光车床就是借鉴国内外先进经验，根据铁路行业对机车轴颈的加工要求开发的数控专用机床。本文通过分析该车床的动作要求和操作控制方式，设计了适合CK8330数控轮对滚光车床工艺要求的液压系统。配置液压系统后，不仅能够提高车床的自动化程度，减轻工人的劳动强度，降低操作者的技术熟练水平，而且对普及国产机车轮对加工设备，有着显著的经济效益和社会效益。关键词：轮对 车床 液压系统 液压元件 液压辅件The Design of Hydraulic System in CNC roll-finish Lathe CK8330Abstra
7、ct: Locomotive wheels are the main parts of walking components of locomotive 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
8、 produce low-end processing equipment of wheels in china and the most of the 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 C
9、K8330 is base on the railway locomotive journal processing industry requires 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
10、 requirements and the operation control mode of the lathe. After assembling 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
11、the domestic processing equipment popular. Key words: wheels; lathe; hydraulic system; hydraulic component; hydraulic auxiliary parts 引 言21世纪是我国由制造大国向制造强国迈进的历史时期，开发适合我国经济发展需求的数控机床，能够推动我国经济更快更好的发展。CK8330数控轮对滚光车床就是在国内外铁路运输业高速发展的市场背景下，为满足我国铁路运输向高速、重载方向发展的新要求，根据铁路行业对机车轴颈的加工要求开发的数控专用机床。本文针对CK8330数控轮对滚光车床
12、液压系统的设计，开展了五个方面的工作：1. 综述国内外数控机床、液压技术、铁路机车的发展现状和发展趋势，说明了开发CK8330数控轮对滚光车床对我国铁路运输业的意义；2. 对液压控制滚光轮和液压缸自动换挡系统的工况要求、工作特点、工作原理和操作方法的分析，确定液压系统传动方案、拟定液压系统原理图；3. 根据CK8330数控轮对滚光车床的主参数和所需的最大换挡力计算液压元件和辅件的参数并选择其型号；4. 根据液压原理图的油路连通关系和已经选择的液压元件的型式、数量选择集成块；5. 验算液压系统的性能，分析其是否能够满足机床对液压系统的要求。通过以上五个方面的设计计算，为CK8330数控轮对滚光车
13、床配置的液压系统能够提高车床的自动化程度，减轻工人劳动强度，降低操作者的技术熟练水平、缩短机车检修停时、提高机车利用率。对普及国产机车轮对加工设备和推动机车检修手段的现代化，有着巨大的经济效益和显著的社会效益。第1章 绪论机床是先进制造技术和制造信息集成的重要元素，是发展机械制造业以至整个工业必不可少的复杂生产工具，既是生产力要素，又是重要商品。1.1 数控机床发展现状和发展趋势数控机床作为机电体化产品的代表成为评价现代工业发展的重要指标，并且数控机床的生产能力和拥有量也成为衡量一个国家制造技术水平和综合国力的重要标志。1.1.1 国外数控机床发展现状国外数控机床与我国数控机床相比，占绝对优势
14、的主要是中高档机床，如超精密机床、重型机床。目前在数控机床的科研、设计、制造和使用上，美、英、德、日四国是技术最先进、经验最多的国家。美国政府非常重视机床工业的发展，其高性能数控机床技术在世界上也一直领先。美国LLNL实验室于20世纪80年代研制成功两台大型超精金刚石车床，一台是卧式DTM-3超精密金刚石车床，另一台是立式大型光学金刚石车床LODTM。DTM-3的系统分辨率为2.5nm，加工形状误差可达28nm，圆度和平面度可达12.5nm，表面粗糙度Ra可达4.2nm。LODTM采用分辨率为0.625nm的7路双频激光测量系统，50r/min的主轴回转精度小于51nm，加工精度可达28nm，
15、现在仍被公认为世界上精度最高的超精密机床。英国Cran field大学Paul shore等人设计制造了新型超精密磨床BOX，机床主轴采用油膜轴承，材料切削速度可达200，其静态刚度大于100N，共振频率大于100Hz。德国的数控机床质量及性能良好，尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件的先进实用性，并且其机、电、液、气、刀具、测量、数控系统等各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。日本政府对机床工业的发展异常重视，如日本FANUC公司开发了市场所需各种低、中、高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司研制的ROBONANO-0iB超精密加工机床，利用了F
16、ANUC公司的纳米级控制技术，直线轴（X、Y、Z）分辨率可达1nm，旋转轴（B、C）分辨率为。1.1.2 国内数控机床发展现状20世纪80年代，我国从日本引进数控系统和直流伺服电动机等制造技术，推动了我国机床制造业向数控方向发展。近几年我国也自行研发了3、4、5、6轴联动的数控系统以及双电动机驱动的同步数控系统和新品种的伺服电动机，使得我国数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。现在我国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系，一些较高档次的数控系统，如5轴联动数控系统、6轴数控高速滚齿机等高精度数控机床和加工中心相继研制成功并投入商用。在国家政策的大力扶持下，近几年国内数控机床发展迅猛，
17、2007年我国数控机床产量达到12.3万台，提前三年超额完成“十一五”规划年产10万台的目标，数控机床年产量已居世界首位。1.1.3 数控机床发展趋势近几年,数控机床作为先进生产力的代表，为制造业注入了新的活力，下面从数控机床的应用领域需求出发，分析数控机床的发展趋势：1. 高速度、高精度、高可靠性、高柔性机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向。采用柔性自动化设备或系统是提高加工精度和效率，缩短生产周期，适应市场变化需求和提高竞争能力的有效手段。2. 智能化、网络化、复合化、
18、绿色化随着工业技术发展，一种被称为智能闭环加工技术（ICLP）将被采用，这种技术是利用传感器获得适时的信息，以增强制造者取得最佳产品的能力。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的要求，也是实现新的制造模式（如敏捷制造、虚拟企业、全球制造）的基础。2l世纪的金属切削机床必须实现切削加工工艺的绿色化，目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。3. 开放化开放式数控系统是一个模块化、可重构、可扩充的软硬件控制系统。最重要的发展趋势是体系结构的开放性，其构造可以根据用户的需要方便地重现、重构、编辑，以便实
19、现一个系统多种用途。4. 极端化极端化是指数控机床朝着极小化和极大化方向发展的趋势。在国防、航空，航天等行业中大型化装备的制造方面需要大型数控机床，这就导致数控机床朝着大型化方向发展。微纳米技术是2l世纪的战略技术，微纳米技术发展需要有能适应微小型尺寸的新型制造工艺和装备，这样数控机床会朝着极小化（即微型机床）方向发展。1.2 液压技术发展现状和发展趋势液压技术相对于机械传动来说是一门新兴技术。在20世纪60年代以后，随着原子能，空间技术，电子技术等方面的发展，才被工业技术领域广泛应用。 近几年，随着社会的发展，人们对人类赖以生存的环境有了更高的要求。水介质本身独有的一系列特点正好满足了现代社
20、会提出的这一要求。因此，纯水液压技术又被科学界重新重视起来，它标志着液压传动技术向更高的阶段发展。1.2.1 国外液压技术发展现状液压技术起源于西方国家，到目前为止，西方发达国家的液压技术已经比较成熟。近几年，美国、德国、日本在水液压技术方面的研究也有了重大突破，海水柱塞泵、柱塞马达、控制阀等已在海洋开发、水下作业领域成功应用。美国于60年代中期，由David W Taylor Naval Ship Research and Development Center（DTNSRDC）和Naval Civil Engineering Laboratory（NCEL）等单位共同开展海水液压技术的研究，
21、到1995年，有7套海水液压动力源驱动的海底管道维修系统（PRS）投入使用。2005年美国纯水液压缸系统已进入食品、医药、粮食、生物工程等要求无污染的行业，如肉联企业的肉品压制设备、骨肉分离设备、罐头的制作设备、食品的生产及包装设备、药品的生产及包装等设备中已开始采用纯水液压系统，大大改善了生产环境，为生产无公害产品打下了基础。英国Hull大学于1995年研制出压力14MPa的海水液压泵，能无故障正常运转5000小时，然后与英国British Gas等单位合作，开发出由海水液压控制的海底天然气井口启闭系统。德国Hauhinco Gmbh公司对原来适用于高水基介质（HFA）的径向柱塞泵加以改进后
22、，研制出Ehk-3k系列径向柱塞式变量海水泵，其流量20-700L/min，压力可达32MPa。该公司研制的用海水液压动力源驱动的海底管道维修系统于1995年投入正常使用。纯水液压系统已进人包括海洋开发、水下作业、原子能动力工厂、钢铁工业、食品、医药等诸多领域中，创造了很大的经济效益。但是，水压技术要想在机床领域获得广泛使用还需解决大量的难题。1.2.2 国内液压技术发展现状我国液压行业已形成了门类比较齐全，有一定生产能力和技术水平、初具规模的生产科研体系。可以为工程机械、农业机械、机床、冶金、石油化工、铁路、船舶水利、轻工机械提供比较齐全的产品。我国自20世纪末就开展了纯水液压传动技术的研究
23、，1996年，华中科技大学将自行研制的最大工作压力6.3MPa、流量100L/min的轴向柱塞式海水泵成功地用于某国产深潜救生艇上，正常使用至今，使该艇的工作性能大为提高。2002年，华中科技大学利用上述元件研制出压力14MPa、流量40L/min的300米水深海水液压动力源及由它所驱动的海水液压旋转型与往复型水下作业工具，其技术性能达到了国际先进水平，填补了国内空白。华中科技大学在关于中高压水液压元件的研制取得重大进展的基础上，自行研制出高性能的高压细水雾喷头和组合喷头，并且修建了555米见方的细水雾灭火试验室，研制了包括火警探测系统及高压细水雾喷射系统两大部分的全自动高压细水雾灭火示范系统
24、。该细水雾喷射系统的工作压力为8-14MPa，流量40L/min，雾粒直径小于100m。2006年，北京工业大学在水压比例控制技术研究的基础上，提出了一种基于新型智能材料的双相对置超磁致伸缩自传感驱动器新概念，研究在水压伺服控制元件中的工作机理及应用特性，包括磁-机-电-液耦合机理及解耦方法、反馈控制特性及自传感特性，并应用于力反馈二级水压伺服控制阀和直接力反馈水压伺服控制阀的研制。1.2.3 液压技术发展趋势现代液压技术是中大功率机械设备实现自动化不可缺少的基础技术，应用面极其广泛。下面从其主要服务领域需求人手，来展望液压技术的发展趋势：1. 可靠性和性能稳定性逐渐提高可靠性和性能稳定性是涉
25、及面最广的综合指标,它包括元、辅、附件的可靠性,系统的可靠性设计、制造以及可靠性维护三大方面。随着新材料的应用，新工艺、新结构的出现，元件性能的可靠性将会大大增加。系统可靠性设计理论的成熟与普及，使合理地进行元件的选配有了理论依据。在线实时油污检测器和电子报警逻辑系统的应用，使得液压系统的维护从过去的简单拆修发展到主动维护，对可预见的各种因素进行全面分析，最大限度地提前消除诱发故障的潜在因素。2. 增强对环境的适应性，拓宽应用领域液压传动虽然具有很多优点，但由于存在着发热、噪声、工作介质污染等不尽如人意的地方，使其应用受到某种程度上的制约。面对环保意识越来越强的未来，应采取相应措施逐步解决和改
26、善以上问题。3. 机电液一体高度集成化液电技术的融合使得液压技术的发展超出自身传统的科学领域，向着包括传动、控制、检测在内的综合自动化技术方向发展，为提高液压技术的应用水平和加速拓展其应用领域并最大限度地方便用户，发展集成式多功能元件已成为必然的趋势。4. 液压CAD技术利用CAD技术全面支持液压产品从概念设计、外观设计、性能设计、可靠性设计到零部件详细设计的全过程，并把计算机辅助设计、计算机辅助分析、计算机辅助工艺规划、计算机辅助检验、计算机辅助测试和现代管理系统集成在一起，建立计算机制造系统，将会使液压设计与制造技术有一个突破性的进展。5. 新材料新工艺的应用新型材料的使用可使液压技术的发
27、展有一个新的飞跃。如铸造工艺的发展，将促进液压元件性能大大提高。1.3 铁路机车发展对专用机床的需求1.3.1 铁路机车的发展现状到20世纪末，包括内燃机车在内的整个轨道移动装备的国际市场竞争，主要是在欧洲“三巨头”和美国“两巨头”这两大地区、五大公司之间进行的。所谓欧洲“三巨头”是指阿尔斯通公司运输部、庞巴迪公司运输部和西门子公司运输部；美国“两巨头”是指GE公司运输部和EMD公司。但进入21世纪以来，世界内燃机车市场竞争有了新的微妙变化。我国经过长期的发展，目前已经拥有强大的机车开发、设计、生产团队，不仅满足了本国铁路用户的需求，而且已出口许多亚洲国家。据国外最新统计，就整个机车车辆工业企
28、业销售总额而言，世界前十位企业的总销售额为376亿美元，其中我国机车车辆工业排在庞巴迪、阿尔斯通和西门子公司之后，在日立、GE、EMD和俄罗斯运输机械股份公司之前，居第4位，销售额为40亿美元，占世界十大企业总额的10.6。可见，我国机车车辆产品在世界市场上已经占有了一席之地，但是与国外先进水平相比，我国内燃机车技术还有一定差距。近几年，我国两大机车集团正在努力消化、吸收国外的先进技术，立足自主创新，以创建世界一流的知名企业，开发世界一流的产品，打造具有我国自主知识产权的品牌为目标，进一步拓展国际市场。2009年3月16日铁道部与中国北车股份有限公司在京正式签署100列新一代高速动车组采购台同
29、合同。新一代高速动车组持续运营时速350公里，试验时速将超过400公里。将成为世界上商业运营速度最快科技含量最高系统匹配最优的动车组，可以满足长距离大运量、高密度、旅行时间短等运输需求，具有完全自主知识产权。我国铁路先后实行了六次大提速，一站直达和“夕发朝至”的快速列车以及四通八达的高速铁路网已经走进我们的生活，这一切成果都是铁路机车加工设备性能逐渐提升的间接表现。1.3.2 高速列车制造对机床的需求高速列车制造：主要是电动机车和内燃机的制造，以及转向架、制动系统等的加工，主要需要各种大中型立式和卧式加工中心、数控铣镗床、数控立式车床、数控磨床及数控专用机床等。随着铁路运输向“提速、重载”方向
30、的不断发展，对机车车辆的制造质量提出了更高的要求，特别是走行部位。走行部位涉及行车安全，其关键部件是轮轴和转向架。轮轴是由动轴和动轮组成，动轴伸出车轮之外的两头叫轴颈，轮轴是通过套在轴颈上的轴箱（轴箱用滚动轴承抱住轴颈）与转向架连在一起的。车身重量是通过转向架作用在轴颈上，因此，轴颈加工、维修质量对行车速度和行车安全尤为重要。目前，我国加工、维修车轴的国产设备是轮对车床，如齐重数控装备股份有限公司生产的C8311A和C8313A型号的轮对轴颈车床，C8104A轴颈滚光车床，青海华鼎重型机床有限责任公司生产的CK8013B、CK8011B、CKA8013/1、CAK8013/1-ZX、C8013
31、B、C8011B、QZ-050、QZ-024/1、QZ-048等，但是国产设备的市场份额较小，高精密的生产线仍然依靠进口，这样不仅购买设备的投入较高，而且维修也不方便，严重制约我国铁路运输业的发展。因此，开发一种适合我国加工水平的车轮车床，对推进我国机车向高速、重载方向发展意义重大。1.4 课题研究的内容、目的、意义及可行性1.4.1 课题研究的内容本课题主要研究CK8330数控轮对滚光车床液压系统中控制对滚光轮的液压部分和液压缸自动换挡的液压部分，具体包括以下几个方面：1. 综述国内外数控机床、液压技术、铁路机车的发展现状和发展趋势，提出在CK8330数控轮对滚光车床上配置液压系统对我国铁路
32、运输业的意义；2. 分析液压控制对滚光轮的液压部分、液压缸自动换挡的液压部分的工况要求（载荷特性），工作特点（行程、速度、运动形式）和操作方法确定液压系统控制方案；3. 分析液压控制对滚光轮的液压部分、液压缸自动换挡的液压部分的工作原理、操作控制方式和动作顺序，拟定液压系统原理图；4. 根据CK8330数控轮对滚光车床的主参数和所需的最大换挡力计算液压元件（如液压缸、液压阀、液压泵组等）和液压辅件（如油箱、油管等）的参数，并选择其型号规格；5. 依据液压系统原理图中各元件的连接方式和已经选择的液压元件、辅件，选择集成块；6. 根据液压系统的使用环境和液压元件的种类选择液压油；7. 液压系统的性
33、能验算，主要验算压力损失和温升即验算液压系统能否正常工作。1.4.2 课题研究的目的CK8330数控轮对滚光车床是根据铁路行业对机车轴颈的加工要求开发的数控专用机床，通过给该机床配置控制对滚光轮和液压缸自动换挡的液压系统，可以提高自动化程度，从而提高加工效率和加工精度，不仅达到一次装夹既可车削加工也可滚压加工的目的，而且也降低了机床对操作者的熟练程度的要求，降低了操作者的劳动强度。1.4.3 课题的意义CK8330数控轮对滚光车床是在国内外铁路运输业高速发展的市场背景下，为满足我国铁路运输向高速、重载方向发展的新要求，根据铁路行业对机车轴颈的加工要求开发的数控专用机床。该机床自动化程度高、效率
34、高、精度高，适用加工范围宽，通过调整尾座的位置，可加工多种规格机车轴颈，一次装夹既可车削加工也可滚压加工，加工时不用拆卸下车轮、刹车盘等，尤其方便作为维修车轴使用。铁路车辆轮轴加工设备技术水平的提高，是中国铁路装备现代化的重要标志，是中国铁路运输向高速、重载方向发展的重要技术支撑点。机车轮轴是车辆的重要部件，其质量的好坏将在很大程度上限制机车的运行速度和行车安全，只有高精度的轮对轴颈车床应用到机车加工行业，制造出质量可靠的高精度机车轴，才能把我国铁路机车运行速度提高到发达国家水平的设想变为现实。目前，我国高档的机车加工、维修设备大部分是靠进口来解决，不仅成本高，而且维修起来也不方便，严重制约我
35、国铁路运输业的发展。CK8330数控轮对滚光车床在铁路局维修作业组的应用，可以明显提高维修机车的效率、缩短维修周期、降低维修成本，能够解决机车维修时间长、机车供应紧张和检修成本高等一系列问题。并且该机床的应用对普及国产机车轮对加工设备，缩短机车检修停时，提高机车利用率，推动机车检修手段的现代化，有着巨大的经济效益和显著的社会效益。为CK8330数控轮对滚光车床配置液压变挡系统、控制滚光轮的液压系统，将会提高车床的自动化程度，提高机车维修效率，降低机车维修成本，减轻工人劳动强度，降低操作者的技术熟练水平。总之，液压系统在CK8330数控轮对滚光车床的成功应用，以及该机床在机车制造厂和铁路段的使用
36、，将为我国铁路运输业向高速、重载方向发展作出重要贡献。1.4.4 课题的可行性论证1. 机车的加工维修需要轮对滚光车床：CK8330数控轮对滚光车床是根据铁路行业对机车轴颈的加工要求开发的数控专用机床。为CK8330数控轮对滚光车床配置液压变挡系统、控制滚光轮的液压系统，能够提高车床的自动化程度，提高机车维修效率，降低机车维修成本，减轻工人劳动强度，降低操作者的技术熟练水平，推动我国铁路运输业向高速、重载方向发展。2. 有经验可以借鉴：目前我国齐重数控装备股份有限公司已经制造出C8311A和C8313A等型号的轮对轴颈车床，C8104A轴颈滚光车床，C8013、CK8011、CK8011C 和
37、C8011等车轮车床，上海重型机械厂生产的CK8132车轴车床都应经在机车制造厂和铁路段成功应用。并且液压自动换挡，液压控制对滚光轮技术也在数控机床上应用较普及。3. 我国液压技术比较成熟：近几年我国先后从国外引进了很多液压元件和液压系统等设备和技术，我国液压行业已形成了门类比较齐全，有一定生产能力和技术水平、初具规模的生产科研体系。不仅可以为工程机械、农业机械、机床、冶金、石油化工、铁路、船舶水利、轻工机械提供比较齐全的产品，而且可以设计出稳定性高、机电一体化程度高的液压系统。4. 经过4年机械设计及液压知识的学习，我们已经打下了坚实的理论基础，通过实习、调研和查阅资料，能够设计中等难度的机
38、床液压系统。1.5 本章小结本章详细介绍了国内外数控机床、液压技术、铁路机车的发展现状和课题研究的目的、意义，通过分析比较，提出了开发国产数控车轮车床的重要性和必要性，并且说明了该技术方案的可行性。第2章 液压传动方案设计液压传动方案设计是根据机床工作性能的要求，从使用角度出发，选择恰当的基本回路，并将其组合完善，拟定出液压系统原理图的过程。2.1 液压传动系统概述液压传动是以液体为工作介质，通过压力能进行能量传递的一种传动方式。完成液压传动的液压系统通常由三个功能部分（动力部分、控制部分、执行部分）、辅助装置和工作介质组成，各部分的作用见下表：表2.1 组成液压系统各部分的作用组成部分作 用
39、动力部分液压泵将原动机的机械能转换成液体压力能控制部分压力、流量、方向控制阀用以实现对执行元件的运动速度、方向、作用力等的控制，及实现过载保护和程序控制执行部分液压缸、液压马达用以将液体压力能转换成机械能辅助装置管件、过滤器、油箱、冷却器、压力表、蓄能器与液压元件共同组成完整的液压系统，保证系统可靠、稳定、持久地工作工作介质液压油进行能量和信号的传递传动系统是机床的重要组成部分，其性能特点直接影响机床的应用范围，加工精度、加工成本和效率。目前机床上常用的传动类型有机械传动、电气传送、气压传动和液压传动，各种传动方式的性能特点如下表：表2.2 常用传动方式的性能特点 传动类型 性能液压传动气压传
40、动机械传动电气传动输出力（或力矩）最大中等较大中等质量-功率比小中等较小中等动作快慢较快较快一般快无级调速良好较好较困难良好结构复杂简单一般复杂维护要求高一般简单较高价格稍高低一般稍高操纵距离中距离较远距离短距离远距离对环境要求较好，但易燃适应性好一般要求高由于液压传动系统具有结构紧凑、操作方便省力等一系列独特的优点，特别是近几年来，液压技术与微电子、计算机相结合，其应用领域日益扩大，现在几乎很难找到一个行业或部门不采用任何液压元件或设备。液压技术在各领域的应用如下表：表2.3 液压技术应用实例应用领域应用实例机械制造设备各种液压机具（如磨床、拉床、刨床、组合机床、加工中心及自动化生产线），各
41、种液压机、机器人、机械手等车辆、工程机械轿车转向及刹车装置、自卸卡车、液压汽车起重机、液压叉车、液压掘进机、推土机、装载机等冶金、采矿机械轧钢机、平炉装料机、转炉及电炉的料钟控制、炉体的倾动和炉盖提旋装置、带钢跑偏控制设备等轻工、食品及电子设备各种塑料成型机、造纸机、纺织机、印刷机、揉糖机、香肠灌装机等船舶机具液压舵机、锚机、舱口开启装置化工医疗设备离心机、卸料装置、造气自动机、医用牵引床等农业机械联合收割机、捆草机、拖拉机等兵器及航空设备高炮瞄准装置、炮车、雷达天线、飞机及其地面设备、战略飞行器及舵机、导弹及通信卫星发射2.2 车床总体性能分析2.2.1 结构、型号说明CK8330数控轮对滚
42、光车床是根据铁路行业对机车轴颈的加工要求开发的数控专用机床，机床配置双数控系统、双床鞍、双刀架，可独立操作加工，在一台机床上就可以实现手动或自动车削及滚压两种工艺加工。在加工时不用拆卸下车轮、刹车盘等，尤其用于维修车轴，更能够体现其独特的优点。其外形结构如图2.1。其型号的意义如下：图2.1 CK8330数控轮对滚光车床外形结构图2.2.2 液压系统的设计要求和机床参数CK8330机床可以通过调整尾座和液压托架的水平位置，可适应不同长度工件的安装，调节液压托架的高度可适应不同直径工件的托起，因此能够加工多种规格的机车轴颈。机床采用上下双滑板结构，利用梯形螺纹自锁特性，确保手动操作时安全可靠。主
43、轴箱采用两挡机械变速，所需最大换挡力为314，滚压油缸和换挡油缸直径都为40mm。机床参数如下表：表2.4 机床部分参数项 目单 位参 数最大工件回转直径mm1200最大工件质量Kg3000最大车削直径mm300最大滚光直径mm300加工工件长度范围mm2000 2800主轴驱动工件转速范围r/min6 500滚压压力范围Kg50 800滚压方式双轮双向液压同步等压滚压滚轮支撑方式悬臂支承 轴承联结刀架规格尺寸mm230 230刀具截面尺寸mm40 40滚轮支架截面尺寸mm65 55执行元件在各自工作过程中的速度和负载的变化规律，是由主机的相应动作要求和承载能力确定的。分析主机的结构和工艺性能
44、并参考同类机床，确定控制滚光轮的液压缸直接装在刀架上（具体结构如图2.2），初步选择换挡时间为1s，换挡滑移齿轮的行程120mm，滚光轮的行程40mm，滚光轮最大运行速度20mm/s。图2.2 液压缸在机床的装配图2.3 确定液压传动方案2.3.1 选择执行元件的形式对机床的运动分析知，滚光轮和主轴箱变挡滑移齿轮的运动均为水平面内的直线运动，因此选择能够完成直线运动的液压执行元件来控制滚光轮和变挡滑移齿轮。常用的该类液压执行元件有活塞缸、柱塞缸、液压马达和齿轮齿条机构组合及液压马达和螺旋机构组合，各种机构的特点和适用范围如下表：表2.5 直线运动液压执行元件的特点类型特点应用活塞缸一般连接往返
45、速度和出力不同；差动连接可以实现快进，如果d=0.71D，往返速度和出力相同一般用于机床柱塞缸结构简单，制造容易，靠自重或外力回程液压机，千斤顶液压马达+齿轮齿条机构（或螺旋机构）用于长行程的工作机构通过表2.5的对比分析，并参考具有同类功能的机床，该液压系统的执行元件选用活塞缸。由于每个液压缸只控制一个机械运动部件，因此单杆液压缸就能实现该功能，滚光轮和变挡滑移齿轮的往返运动都得靠液压缸驱动，双作用活塞缸才能达到该目的。所以，两套液压系统的执行元件都选择单杆双作用活塞缸。2.3.2 选择主回路1. 确定主回路的循环方式液压系统按液流循环方式分开式和闭式两种，其性能对比如下：表2.6 开、闭式
46、液压系统性能对比 型式性能开式闭式工作原理泵从油箱吸油输入管路油完成工作后排回油箱泵的吸排油口直接与液压执行元件的进出油口相连，形成一个闭合循环优点结构简单，散热、澄清条件好油箱体积小，结构紧凑空气进入油液的机会少缺点空气与油液接触的机会多，容易渗入系统结构复杂，散热条件差，并要求有较高的过滤精度应用应用较普遍，如机床、工程机械应用较少，只用于车辆的行走驱动通过表2.6的对比并参考同类机床，CK8330机床的液压系统选用开式系统。2. 选择液压泵液压泵按流量是否可调分为定量泵和变量泵，其适用场合如下表：表2.7 定量泵和变量泵的适用场合类型适用场合定量泵1. 能源成本不是重要因素，且温升不成问题2. 工作循环是开关式，而且在不工作时可以完全卸载3. 最然负载变化很大，但多数工况下需要泵输出全部流量变量泵1. 系统流量需求变化大，且需求很大的承载能力2. 需求大负载下小而精密的运动和变化负载下的快速运动3. 泵服务于任意组合的多个负载该机床液压系
