基于FluidSIM—H软件的列车轴承压装机液压传动系统设计.pdf

2 0 1 0年 3月 第3 8卷 第 6期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRA UL I CS Mh r ． 2 01 0 V0 1 ． 3 8 No ． 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 0 6 ． 0 1 0 基于 F l u i d S I M H软件的列车轴承压装机液压传动系统设计 王 小明 ，张海‘ ，邓建 明 1 ．华 东交通大学机电学院，上海 3 3 0 0 1 3 ；2 ．南昌铁路局南昌车辆段 ，江西南昌 3 3 0 2 0 0 摘要 货车滚动轴承压装机是铁路系统的配套设备，其主要用途是采用冷压方式将滚动轴承压装到车轴上。介绍如何 利用德国F E S T O公司的F l u i d S I M ． H软件进行滚动轴承压装机液压传动系统和电气控制系统的设计，并利用该软件进行液压 系统的仿真，得到各回路状态图。结果表明利用该软件进行设计可大大提高设计效率 ，样机在工程现场使用效果良好。 关键词F l u i d S I M H；列车轴承压装机；液压系统设计 中图分类号 T H1 3 8 ． 9 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 6- 0 2 8 3 De s i g n o n Hy d r a u l i c S y s t e m o f t h e M a c h i ne f o r As s e mb l i n g Ro l l e r Be a r i n g s o f t he Ra i l wa y Tr u c k Ba s e d o n Fl ui d SI M - H WANG Xi a o mi n g ．Z HAN G Ha i ‘ ，DE NG J i a n mi n g 1 ． S c h o o l o f Ma c h i n e E n g i n e e r i n g o f E a s t C h i n a J i a o t o n g U n i v e r s i t y ，S h a n g h a i 3 3 0 0 1 3 ，C h i n a ； 2 ． N a n c h a n g R o l l i n g S t o c k D e p o t o f N a n c h a n g R a i l w a y B u r e a u，N a n c h a n g J i a n g x i 3 3 0 2 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ma c h i n e f o r a s s e mb l i n g r o ll e r b e a ri n g s o f t h e r a i l wa y t r u c k i s a n i mp o r t a n t e q u i p me n t i n t h e r a i l w a y s y s t e m ，wh i c h i s u s e d t o a s s e mb l e r o l l e r b e a r i n g s t o a x l e b y c o l d p r e s s u ri n g w a y ． T h e d e s i g n o f h y d r a u l i c s y s t e m a n d e l e c t ric c o n t r o l s y s t e m i n t h e ma - c h i n e for a s s e mb l i n g r o l l e r b e a rin g s wa s i n t r o d u c e d b y u s i n g F l u i d S l M H p r o d u c e d b y F E S T O c o r p o r a t i o n ． Th e h y d r a u l i c s y s t e m wa s s i mu l a t e d a n d s t a t e c h a r t s o f e a c h l o o p we r e o b t a i n e d ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e e ffic i e n c y o f d e s i g n i s i mp r o v e d b y u s i n g t h i s s o f t w a r e a n d t h e p r o t o t y p e i s i n g o o d w o r k i n g c o n d i t i o n ． Ke y wo r d s F l u i d S I M H；Ma c h i n e f o r a s s e mb l i n g r o l l e r b e a r i n g s o f t h e r a i l wa y t r u c k；D e s i g n o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m 货车滚动轴承压装机是铁路系统的配套设备，其主 要用途是采用冷压方式将滚动轴承压装到车轴上。火车 车轮主轴轴承和主轴的联接需要有一定 的过盈量 ， 所 以 安装时压装力较大。过去火车轴承的压装都是由人工手 动控制机械设备来完成，这种压装设备的控制系统简 单，但压装效率较低，而且由于人工无法判断压装力的 大小，容易导致压装力偏大或偏小，轴承压装位置不符 合要求，给铁路运行造成安全隐患。为了实现火车轴承 的自动压装，并达到规定的压装精度，列车轴承自动压 装机开始大量应用于铁路厂、段货车生产。 列车轴承压装机的功 能是将轴 承压装到轮 对上 ， 它由送轮对 、托轮对、轮对定位和轴承压装等几部分 组成，动作由液压缸实现。轴承压装流程为送轮对 缸把轮对主轴送至托轮对缸工作位置；托轮对缸活塞 杆伸出，将主轴举起到顶轮对缸活塞杆的中心线位 置，但比安装中心稍高 ，以保证轮对定位时能使轮对 脱离支撑；套上滚动轴承的轮对定位缸活塞杆伸出， 顶尖顶起轮对 ，托轮对缸活塞杆退回；轴承压装缸活 塞杆伸出，压装机两端 同时把滚动轴承压入到轴颈 上，压装结束；托轮对缸活塞杆伸出托起轮对 ，轴承 压装 缸活塞杆和轮对定位缸活塞杆一起退 回，托轮对 缸活塞杆落下，送轮对缸把装配好的轮对送出，轮对 轴承压装全过程结束。在压装时要求压力机压装部分 的运动速度要均匀、平稳 ，以保证压装质量。 作为列车轴承压装机的主要核心部分，液压传动 系统的好坏直接关系到轴承压装的质量及效率。 在新型的2 5 T轴重铁路货车紧凑性滚动轴承压装 机的液压传动设计 中作者采用 了 F l u i d S I M H软件 ， 不仅提高了设计的质量，还使设计的时间大大缩短 了。下面介绍具体设计方法。 1 液压系统设计 轴承压装机的传动系统采用液压传动系统，属于 中、低 速小功 率 系统 。速 度要 求 稳 定 ，行程 中不变 速，负载变化较大。通常／3 ⋯ 2 0 m ／ ra i n 。 因此，液压传动系统采用开式系统，调速回路采 用带压力补偿阀的节流调速回路。主要进给运动的液 压执行器采用直线 4层活塞杆套缸，其余液压执行器 采用直线单杆活塞缸。液压传动系统原理如图 1 所示。 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 0 3 基金项目南昌铁路局重点支持项 目 2 0 0 5 7 9 1 作者简介王小明 1 9 5 9 一 ，男，高级工程师，主要从事工业 自动化控制研究。通讯作者张海，电话1 3 8 7 9 1 3 4 3 9 6， E m a i l z h a n g h a i e c j t u ． ． e n 。 第6期 王小明 等基于 F l u i d S I M H软件的列车轴承压装机液压传动系统设计 2 9 G mb H C o和 A r t S y s t e ms S o f t w a r e Gm b H，P a d e r b o r n 联合开发研制。F l u i d S I M - H软件既可用于液压技术的 教学 ，也 可 以实现液 压 系统设 计 的仿 真 ，是 运行 于 - M i c r o s o f t Wi n d o w s ◎操作 系统之上 的可视化操作 软 件 ，界 面如 图 2 所示 。 图 1 液压原理 图 初始时为卸载工作状态，工作前使 电磁铁 1 D T 通电 ，系统 的低 压 回路 由 减 压 溢 流 阀设 定 压 力 为 4 ． 5 MP a 。工作时，电磁铁 5 D T得电，压力油进入举 升油缸 ，举升机构将轮对顶起。当压力达到压力继电 器 5 Y J X 1 7的压力凋定值时，电磁铁 2 D T得电，引伸 定位压装机构的引套穿套被压装轴承，并由顶尖顶进 轮轴轴端顶针孔内将轮对挑起。当压力达到压力继电 器 2 Y J X 1 3的压力调定值时，电磁铁 7 D T得电，轴向 锁定机构将 轮对 轴 向锁定 。当压力 达 到压力 继 电器 4 Y J X 1 6的压力 调定 值时 ，电磁 铁 4 D T和 9 D T得 电， 压装机构将轴承及挡圈压推到位，同时压装位移检测 机构跟进完成压装位移检测。计算机实时记录判定压 装数据，压装数据存储打印。在检测到压装到位后， 电磁铁 3 D T得电，压头及引套退 回。当压力达到压 力继电器 1 Y J X 1 4的压力调定值时，电磁铁 8 D T得 电，轴向锁定机构松开，之后 6 D T得电，举升机构 将轮对落下。 液压传动系统中共有 5个基本回路组成，其中2 个高压回路供左右压装油缸 ，3个低压回路分别是伸 引套、退压头 回路 ，顶轮对、落轮对 回路，轴向锁 定、松开 回路。 为 了确保左右压装油缸 同步 ，分别用 2 个 回路来 控制，并设调速阀使其基本同步。用电控系统来保证 其在行程内到达终点 同步误 差小于 2 S 。为 了适应 压 装有不同贴合力要求的轴承，高压回路采用电液比例 溢流阀来控制回路压力，压装时油源向高压 回路供 油。为了防止低压回路上的液压执行器件失油，在低 压回路的前端设一单向阀。为了节能，回路中设卸荷 溢流阀。 回路中的压力继电器是为压装机工作过程状态发 讯而设置的，是工步衔接的触发信号 ，也是工步状态 的监视信号。 2 基于 nu i d S I M． H软件的液压系统仿真 2 ． 1 F l u i d S I M H软件介绍 nu i d S I M H软件 由 P a d e r b o r l l 大学 、F e s t o D i d a c t i c 图2 F l u i d S I M H软件界面 F l u i d S I M． H软件的主要特征就是其可将 C A D功 能和仿真功能紧密联系在一起。F l u i d S I M- H软件符合 D I N电气一液压回路图绘制标准 ，且可对基于元件物 理模型的回路图进行仿真，这样就使回路图绘制和相 应液压 系统仿真相一致。 F l u i d S I M H软件 C A D功能是专门针对流体而特 殊设计的，例如在绘图过程中，F l u i d S I M H软件将检 查各元件之间连接是否可行。 F l u i d S I M． H软件的另一个特征就是其系统学习概 念，F l u i d S I M， H软件可用来 自学、教学和多媒体教学 液压技术知识。液压元件可 以通过文本说明 、图形 以 及介绍其工作原理的动画来描述；各种练习和教学影 片讲授了重要回路和液压元件的使用方法。 F l u i d S I M H软件用户界面直观 ，易于学习。用户 可以很快地学会绘制电气一液压回路图，并对其进行 仿真。 2 ． 2 液压 系统在 F l u i d S I M． H软件 中的构建 1 4 I UDT l 5 YJ X1 7 馨 一 冀 掣 啬 一乙 L一巴 ． 一 I 5 Y 1 7 醇 0V L T 9 DT 图3 电气系统控制图 3 0 机床与液压 第 3 8卷 液压系统主要由高压回路和低压回路组成 ，作者 建立电气系统控制图，如图3所示。然后根据图 1所 示的原理图，作者在 F l u i d S I M ． H软件 中建模，液压 系统 的组成如图 4所示 。 图4 液压结构 图 2 ． 3 仿真及其结果分析 在仿真之前设定高压 回路 的压力值为 1 0 M P a ， 低压回路的工作压力为 4 ． 5 MP a 。同时在液压回路的 旁边添加一个 “ 状态图” ，并且建立 “ 各个压力表” 状态项 ，以及各油缸和电磁 阀的工作状态项 ，这样可 以在仿真的过程中观察压力和位置的变化。 运行 的结果如图 5所示 。 元 件描述 标识 0 2 4 6 8 l 0 l 2 1 4 l 6 左 压 头 Ⅱ ＼ { 电 磁 阀 K ⋯ 一 i ⋯ 右 压头 一 电磁 阀 h } } 加 载电 U ； ⋯ 磁 阀 ⋯～l ～ 伸 引套 备 ’ ⋯ O 0 - } 一 电磁 阀 』一 顶 轮对 L 电磁 阀 。 l b ； { ； } 压泵 轮 a r l { 电磁 阀 ⋯～上 ～ l l l 可 调压 I YJ Xl 4 l 力开 关 { I f- ～ ～ ～ 可调 压 2 YJ Xl 3 力开 关 r⋯ 可调 压 S YJ Xl 7 力开关 l 可 调压 4 YJ Xl 6 力开 关 2 O ； 叁 一 ～ 单 作 用 缸 1 0 联 一 {⋯ ～ 单作 用 缸 i I f } ’ 1 0 氇 { l i 图 5 状态图 3 总结 把 F l u i d S I M H软件应 用 在列 车压 装机 液 压系统 设计中可以大大提高设计的效率，在设计的过程中能 及时的发现设计缺陷，有效降低成本。 此压 装机 已于 2 0 0 7年 5月进入试 用期 。在试用 期内使用单位认为该设备操作方便 、省事、压装过程 自动化，维护简便，故障少 ，实用。 参考文献 【 1 】 李晓西 ， 马全明． 轴承压装机压装过程自动控制的实现 [ J ] ． 北方工业大学学报， 2 0 0 3 ， 1 5 1 5 4 5 8 ． 【 2 】齐宏志， 聂欣然． 铁路货车滚动轴承压装机与轴承压装 质量[ J ] ． 铁道车辆， 2 0 0 1 ， 3 9 8 3 3 3 5 ． 【 3 】 柳波， 聂宝安． 新型铁道轮对轴承压装机设计研究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 0 1 2 0 2 1 ． 【 4 】 尹珊波 ， 胡军科． 铁路货车轴承压装机液压同步控制措 施[ J ] ． 铁道车辆 ， 2 0 0 5 ， 4 3 9 3 6 3 8 ． 【 5 】 彭少雄． 货车滚动轴承压装机液压系统泄漏对压装质量 的影响[ J ] ． 铁道车辆， 1 9 9 8 ， 3 6 9 5 6 5 9 ． 【 6 】 官忠范． 液压传动系统[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 2． 【 7 】 s T I r- 2型铁路货车滚动轴承固定式半自动压装机使用 说明书[ M] ． 南昌车辆段 ， 2 0 0 2 ． 【 8 】中华人民共和国铁道部． 铁路货车厂修规程[ M ] ． 北京 中国铁道出版社 ， 2 0 0 3 ． 【 9 】 曾祥荣． 液压传动[ M] ． 北京 国防工业出版社， 1 9 8 4 ． 【 1 0 】 雷天觉． 液压工程手册 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 6 ． 【 l 1 】 张宏甲． 金属切削机床液压传动[ M] ． 南京 江苏科技 出版社 ， 1 9 8 5 ． 【 l 2 】 孟庆江， 邓立， 范文明． 轴承压装力 曲线不合格的原因 及处理[ J ] ． 铁道车辆， 2 0 0 3 ， 4 1 5 3 3 3 4 ． 【 1 3 】 F E S T O公司． F l u i d S I M H软件用户手册[ M] ． 上海 f e s t o＆ Ar t s y s t e m． 2 0 03． 【 l 4 】胡玉兴． 液压传动[ M] ． 北京 中国铁道出版社， 1 9 8 0 ． 【 1 5 】孙振军， 付建华， 杨玉刚． 液压同步工作的控制措施 [ J ] ． 建筑机械， 2 0 0 2 7 2 1 2 4 ． 上接第 6页 【 2 】 成琼， 沈耀仁， 寿之星， 等． 面向数控绕簧机的 C A M软件 开发[ J ] ． 上海工程技术大学学报 ， 2 0 0 3 ， 1 7 3 2 2 5 2 2 7， 2 3 6 ． 【 3 】 常建娥， 杨宇． 组合机床液压系统故障诊断专家系统设 计[ J ] ． 机械研究与应用， 2 0 0 8 ， 2 1 2 5 3 5 5 ． 【 4 】 罗辉， 李春宣， 等． 机械弹簧制造技术[ M] ． 北京 机械工 业出版社 。 1 9 8 7 ． 【 5 】 张耀， 黄广文， 成文峰， 等． 卷簧机数控系统的开发[ J ] ． 数控系统， 2 0 0 7 1 2 3 7 4 2 ． 【 6 】 张华军， 董长双． 铣削参数优化专家系统知识表示研究 [ J ] ． 机械工程与自动化， 2 0 0 8 5 5 2 5 3 ， 5 6 ． 【 7 】王芳 ， 王琨琦． 基于 P C N C的全软件式卷簧机数控系统 的设计[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 6 6 5 8 6 0 ， 6 3 ．