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工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 1、前言----------------------------------------------------------------------------2 2、確定對液壓系統(tǒng)的工作要求----------------------------------------------2 3、擬定液壓系統(tǒng)原理圖--------------------------------------------------------3 3.1液壓系統(tǒng)原理圖-----------------------------------------------------------------------------------3 3.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表--------------------------------------------------------------------4 3.3液壓系統(tǒng)工作原理--------------------------------------------------------------------------------4 3.4液壓系統(tǒng)特點(diǎn)分析--------------------------------------------------------------------------------7 3.5電氣系統(tǒng)原理圖-----------------------------------------------------------------------------------8 3.6電氣系統(tǒng)工作原理--------------------------------------------------------------------------------8 3.7電氣系統(tǒng)特點(diǎn)分析--------------------------------------------------------------------------------10 4、計(jì)算和選擇液壓元件-------------------------------------------------------11 4.1執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá)-------------------------------------------------------------11 4.2動力元件——液壓泵----------------------------------------------------------------------------14 4.3控制元件——方向閥、壓力閥、流量閥----------------------------------------------------16 4.4輔助元件——管道、管接頭、濾油器、油箱----------------------------------------------17 4.5工作介質(zhì)——液壓油----------------------------------------------------------------------------18 5、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算-------------------------------------------------------19 5.1系統(tǒng)的壓力損失驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------19 5.2系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------------19 5.3系統(tǒng)的其它驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------------19 6、結(jié)束語-------------------------------------------------------------------------19 7、致謝---------------------------------------------------------------------------19 8、參考文獻(xiàn)----------------------------------------------------------------------20 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) [摘要] 機(jī)械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)和操 作的自動裝置。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及 笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成，智能機(jī)械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。本 篇介紹的工業(yè)機(jī)械手屬圓柱坐標(biāo)式、全液壓驅(qū)動機(jī)械手。本篇根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序， 分四步詳細(xì)地介紹了工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，其中第3步擬定液壓系統(tǒng)原理圖是重 點(diǎn)。 [關(guān)鍵詞] 機(jī)械手 液壓 電氣 1、前言 工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)是說明機(jī)械手規(guī)格與性能的具體指標(biāo)，一般有以下幾個(gè)方面： ⑴握取重量。握取重量標(biāo)明了機(jī)械手的負(fù)載能力。這項(xiàng)參數(shù)與機(jī)械手的運(yùn)動速度有關(guān)，通常指正常運(yùn)行速度所握取的工件重量。 ⑵運(yùn)動速度。運(yùn)動速度是反映機(jī)械手性能的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù)。它與機(jī)械手握取重量、定位、精度等參數(shù)都有密切關(guān)系，同時(shí)也直接影響機(jī)械手的運(yùn)動周期。 ⑶自由度。確定工業(yè)機(jī)械手的手部在運(yùn)動空間的位置和姿態(tài)的、獨(dú)立的變化參數(shù)就是工業(yè)機(jī)械手的自由度。自由度越多，其動作越靈活，適應(yīng)性越強(qiáng)，但結(jié)構(gòu)也相應(yīng)越復(fù)雜。一般具有4～6個(gè)自由度即滿足使用要求。 ⑷定位精度。定位精度即重復(fù)定位精度，是衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的又一項(xiàng)重要指標(biāo)。定位精度的高低取決于位置控制方式以及運(yùn)動部位本身的制造精度和剛度，與握取重量、運(yùn)動速度等也有密切關(guān)系。 2、確定對液壓系統(tǒng)的工作要求 根據(jù)工況要求，執(zhí)行機(jī)構(gòu)要具有手臂升降、手臂伸縮、手臂回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)由手臂升降機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手指夾緊機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)等組成，每一部分均由液壓缸驅(qū)動與控制它完成的動作循環(huán)為：插定位銷→手臂前伸→手指張開→手指夾緊抓料→手臂上升→手臂縮回→手腕回轉(zhuǎn)→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)→插定位銷→手臂前伸→手臂中停→手指松開→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕回轉(zhuǎn)復(fù)位→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)復(fù)位→待料，泵卸載。 3、擬定液壓系統(tǒng)原理圖 3.1液壓系統(tǒng)原理圖 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖 3.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表 動作順序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y K26 插定位銷 + + + 手臂前伸 + + + 手指張開 + + + + 手指抓料 + + + 手臂上升 + + + 手臂縮回 + + + 手腕回轉(zhuǎn) + + + + 拔定位銷 + 手臂回轉(zhuǎn) + + 插定位銷 + + + 手臂前伸 + + + 手臂中停 + + 手指張開 + + + + 手指閉合 + + + 手臂縮回 + + + 手臂下降 + + + 手腕反轉(zhuǎn) + + + + 拔定位銷 + 手臂反轉(zhuǎn) + + 待料卸載 + + 3.3液壓系統(tǒng)工作原理 1、插定位銷（1、12） 按下油泵起動按鈕后，雙聯(lián)葉片泵1、2同時(shí)供油，電磁鐵1Y、2Y帶電，油液經(jīng)溢流閥3和4至油箱，機(jī)械手處于待料卸荷狀態(tài)。 當(dāng)棒料到達(dá)待上料位置，啟動程序動作。電磁鐵1Y帶電，2Y不帶電，使泵1繼續(xù)卸荷，而泵2停止卸荷，同時(shí)12Y通電。 進(jìn)油路：泵2→閥6→減壓閥8→閥9→閥25（右）→定位缸左腔。 此時(shí)，插定位銷以保證初始位置準(zhǔn)確。定位缸沒有回油路，它是依靠彈簧復(fù)位的。 2、手臂前伸（5、12） 插定位銷后，此支路系統(tǒng)油壓升高，使繼電器K26發(fā)訊，接通電磁鐵5Y，泵1和泵2經(jīng)相應(yīng)的單向閥匯流到電液換向閥14左位，進(jìn)入手臂伸縮缸油腔。 進(jìn)油路：泵1→單向閥5→閥14（左）→手臂伸縮缸右腔 泵2→閥6→閥7→↑ 回油路：手臂伸縮缸左腔→單向調(diào)速閥15→閥14（左）→油箱 3、手指張開（1、9、12） 手臂前伸至適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)訊，電磁鐵1Y、9Y帶電，泵1卸載，泵2供油，經(jīng)單向閥6電磁閥20左位，進(jìn)入手指夾緊缸右腔?；赜吐窂淖笄煌ㄟ^液控單向閥21及閥20左位進(jìn)入油箱。 進(jìn)油路：泵2→閥6→電磁閥20（左）→手指夾緊缸右腔 回油路：手指夾緊缸左腔→閥21→電磁閥20（左）→油箱 4、手指抓料（1、12） 手指張開后，時(shí)間繼電器延時(shí)。待棒料由送料機(jī)構(gòu)送到手指區(qū)域時(shí)，繼電起器發(fā)訊使9Y斷電，泵2的壓力油通過閥20的右位進(jìn)入缸的左腔，使手指夾緊棒料。 進(jìn)油路：泵2→閥6→閥20（右）→閥21→手指夾緊缸左腔 回油路：手指夾緊缸右腔→閥20（右）→油箱 5、手臂上升（3、12） 當(dāng)手指抓料后，手臂上升。此時(shí)，泵1和泵2同時(shí)供油到升降缸。主油路為： 進(jìn)油路：泵1→單向閥5→閥10（左）→閥11→閥12→手臂升降缸下腔 泵2→閥6→閥7→↑ 回油路：手臂升降缸上腔→閥13→閥10（左）→油箱 6、手臂縮回（6、12） 手臂上升至預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，3Y斷電，電液換向閥10復(fù)位，6Y帶電。泵1和泵2一起供油至電液換向閥14右端，壓力油通過單向調(diào)速閥15進(jìn)入伸縮缸左腔，而右腔油液經(jīng)閥14右端回油箱。 進(jìn)油路：泵1→閥5→閥14（右）→閥15→手臂伸縮缸左腔 泵2→閥6→閥7→↑ 回油路：手臂伸縮缸右腔→閥14（右）→油箱 7、手腕回轉(zhuǎn)（1、10、12） 當(dāng)手臂上的碰塊碰到行程開關(guān)時(shí)，6Y斷電，閥14復(fù)位，1Y、10Y通電。此時(shí)，泵2單獨(dú)供油至閥22左端，通過閥24進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸，使手腕回轉(zhuǎn)。 進(jìn)油路：泵2→閥6→閥22（左）→閥24→手腕回轉(zhuǎn)缸 回油路：手腕回轉(zhuǎn)缸→閥23→閥22（左）→油箱 8、拔定位銷（1） 當(dāng)手腕上的碰塊碰到行程開關(guān)時(shí)，10Y、12Y斷電，閥22、25復(fù)位，定位缸油液經(jīng)閥25左端回油箱，彈簧作用拔定位銷。 回油路：定位缸左腔→閥25（左）→油箱 定位缸沒有進(jìn)油路，它是在彈簧作用下前進(jìn)的。 9、手臂回轉(zhuǎn)（1、7） 定位缸支路無油壓后，壓力繼電器K26發(fā)訊，接通7Y。泵2的壓力油進(jìn)入閥6經(jīng)換向閥16左端通過單向調(diào)速閥18最后進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)缸，使手臂回轉(zhuǎn)。 進(jìn)油路：泵2→閥6→換向閥16（左）→單向調(diào)速閥18→手臂回轉(zhuǎn)缸 回油路：手臂回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥17→換向閥16（左）→行程節(jié)流閥19→油箱 10、插定位銷（1、12） 當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)時(shí)，7Y斷電，12Y重又通電，插定位銷同1。 11、手臂前伸（5、12） 此時(shí)的動作順序同7。 12、手臂中停（12） 當(dāng)手臂前伸碰到行程開關(guān)后，5Y斷電，伸縮缸停止動作，確保手臂將棒料送到準(zhǔn)確位置處，“手臂中?！钡戎鳈C(jī)夾頭夾緊棒料，夾頭夾緊棒料后，時(shí)間繼電器發(fā)訊。 13、手指張開（1、9、12） 接到繼電器信號后，1Y、9Y通電，手指張開同3。并啟動時(shí)間繼電器延時(shí)，主機(jī)夾頭移走棒料后，繼電器發(fā)訊。 14、手指閉合（1、12） 接繼電器信號，9Y斷電，手指閉合同4。 15、手臂縮回（6、12） 當(dāng)手指閉喝后，1Y斷電，使泵1和泵2一起供油，同時(shí)6Y通電，其動作順序同6。 16、手臂下降（4、12） 手臂縮回碰到行程開關(guān)，6Y斷電，4Y通電。此時(shí)，電液換向閥10右端動作，壓力油經(jīng)閥10和單向調(diào)速閥13進(jìn)入升降缸上腔。 進(jìn)油路：泵1→單向閥5→閥10（右）→閥13→手臂升降缸上腔 泵2→閥6→閥7→↑ 回油路：手臂升降缸下腔→閥12→閥11→閥10（右）→油箱 17、手腕反轉(zhuǎn)（1、11、12） 當(dāng)升降導(dǎo)套上的碰鐵碰到行程開關(guān)時(shí)，4Y斷電，1Y、11Y通電。泵2供油至閥22右端，壓力油通過單向調(diào)速閥23進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)缸的另一腔，并使手腕反轉(zhuǎn)。 進(jìn)油路：泵2→閥6→閥22（右）→單向調(diào)速閥23→手腕回轉(zhuǎn)缸 回油路：手腕回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥24→閥22（右）→油箱 18、拔定位銷（1） 手腕反轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)后，11Y、12Y斷電。動作順序同8。 19、手臂反轉(zhuǎn)（1、8） 拔定位銷，壓力繼電器發(fā)信號，8Y接通。換向閥16右端動作，壓力油進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)缸的另一腔，手臂反轉(zhuǎn)，機(jī)械手復(fù)位。 進(jìn)油路：泵2→閥6→換向閥16（右）→單向調(diào)速閥17→手臂回轉(zhuǎn)缸 回油路：手臂回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥18→換向閥16（右）→行程節(jié)流閥19→油箱 20、待料卸載（1、2） 手臂反轉(zhuǎn)到位后，啟動行程開關(guān)，8Y斷電，2Y接通。此時(shí)，兩油泵同時(shí)卸荷。機(jī)械手動作循環(huán)結(jié)束，等待下一個(gè)循環(huán)。 機(jī)械手的動作也可由微機(jī)程序控制，與相關(guān)主機(jī)聯(lián)為一體，其動作順序相同。 3.4液壓系統(tǒng)特點(diǎn)分析： ⑴系統(tǒng)采用雙聯(lián)泵供油，手臂升降及伸縮時(shí)由兩個(gè)泵同時(shí)供油；手臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、手指松緊及定位缸工作時(shí)，只有小流量泵2供油，大流量泵1自動卸載。由于定位缸和控制油路所需壓力較低，在定位缸支路上串聯(lián)有減壓閥8，使之獲得穩(wěn)定的壓力。 ⑵手臂的伸縮和升降采用單桿雙作用液壓缸驅(qū)動，手臂的升降和伸縮速度分別由單向調(diào)速閥15、13、11實(shí)現(xiàn)回油節(jié)流調(diào)速；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)由擺動液壓缸驅(qū)動，其正反向運(yùn)動亦采用單向閥17和18，23和24回油節(jié)流調(diào)速。 ⑶執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定位和緩沖是機(jī)械手工作平穩(wěn)可靠的關(guān)鍵。從提高生產(chǎn)率來說，希望機(jī)械手正常工作速度越快越好，但工作速度越快，起動和停止時(shí)的慣性就越大，振動和沖擊就越大，這不僅會影響到機(jī)械手的定位精度，嚴(yán)重時(shí)還會損傷機(jī)件。因此機(jī)械手的定位精度和運(yùn)動平穩(wěn)性的要求，一般在定位前要采取緩沖措施。 該機(jī)械手手臂伸出、手腕回轉(zhuǎn)由死擋鐵定位保證精度，端點(diǎn)到達(dá)前發(fā)信號切斷油路，滑動緩沖；手臂縮回和手臂上升由行程開關(guān)適時(shí)發(fā)信號，提前切斷油路，滑行緩沖并定位。此外，手臂伸縮缸和升降缸采用了電液換向閥換向，調(diào)節(jié)換向時(shí)間，亦增加緩沖效果。由于手臂的回轉(zhuǎn)部分質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)速較高，運(yùn)動慣性矩較大，系統(tǒng)手臂回轉(zhuǎn)缸除采用單向調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速外，還在回油路上安裝行程節(jié)流閥19進(jìn)行減速緩沖，最后由定位缸插定位銷定位，滿足定位精度要求。 ⑷為使手指夾緊缸夾緊工件后不受系統(tǒng)壓力波動的影響，保證牢固地夾緊工件，采用了液控單向閥21的鎖緊回路。 ⑸手臂升降缸為立式液壓缸，為支承平衡運(yùn)動部件的自重，采用了單向順序閥12的平衡回路。 3.5電氣系統(tǒng)原理圖 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信號控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動作。 工業(yè)機(jī)械手電氣系統(tǒng)圖 3.6電氣系統(tǒng)工作原理 1、 插定位銷（1、12） 放下閘刀開關(guān)QG，按下起動按鈕SB2，中間繼電器12K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，使電磁鐵1Y、2Y同時(shí)得電，兩泵同時(shí)卸載，機(jī)械手處于待料卸載狀態(tài)。同時(shí)繼電器KM得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)輸棒料。 當(dāng)棒料到達(dá)待上料位置時(shí)，撞上行程開關(guān)12ST, 12ST閉合，使中間繼電器12K斷電，電磁鐵2Y斷電，小泵停止卸載，大泵仍卸載，同時(shí)使中間繼電器11K得電，其常開觸點(diǎn)自鎖，使另外的常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵12Y得電，實(shí)現(xiàn)插定位銷。 2、 手臂前伸（5、12） 當(dāng)定位缸的油壓達(dá)到一定值時(shí)，壓力繼電器KP發(fā)訊，使行程開關(guān)6ST閉合，中間繼電器5K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵5Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂前伸。 3、 手指張開（1、9、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關(guān)4ST,4ST閉合，中間繼電器4K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵9Y得電，實(shí)現(xiàn)手指張開。 4、 手指抓料（1、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關(guān)5ST,5ST閉合，中間繼電器4K斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，電磁鐵9Y斷電，實(shí)現(xiàn)手指抓料。 5、 手臂上升（3、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關(guān)2ST,2ST閉合，中間繼電器2K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵3Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂上升。 6、 手臂縮回（6、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂升降缸上的碰塊碰到行程開關(guān)7ST,7ST閉合，中間繼電器6K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵6Y斷電，實(shí)現(xiàn)手臂縮回。 7、 手腕回轉(zhuǎn)（1、10、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關(guān)8ST,8ST閉合，中間繼電器7K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵10Y得電，實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)。 8、 拔定位銷（1） 經(jīng)一定時(shí)間，手腕回轉(zhuǎn)缸上的碰塊碰到行程開關(guān)11ST,11ST閉合，中間繼電器10K得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，電磁鐵12Y斷電，同時(shí)8ST斷開后，中間繼電器7K斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，電磁鐵10Y斷電，實(shí)現(xiàn)拔定位銷。 9、 手臂回轉(zhuǎn)（1、7） 經(jīng)一定時(shí)間，定位缸支路上無油壓后，壓力繼電器KP發(fā)訊，使行程開關(guān)10ST閉合，中間繼電器9K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵7Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)。 10、 插定位銷（1、12） 其過程同1。 11、 手臂前伸（5、12） 其過程同7。 12、 手臂中停（12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到使行程開關(guān)6ST，中間繼電器5K斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，電磁鐵5Y斷電，實(shí)現(xiàn)手臂中停。 13、 手指張開（1、9、12） 其過程同3。 14、 手指閉合（1、12） 其過程同4。 15、 手臂縮回（6、12） 其過程同6。 16、 手臂下降（4、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到使行程開關(guān)3ST，3ST閉合，中間繼電器8K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵4Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂下降。 17、 手腕反轉(zhuǎn)（1、11、12） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂升降缸上的碰塊碰到行程開關(guān)9ST,9ST閉合，中間繼電器8K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵11Y得電；同時(shí)，中間繼電器3K斷電，其常閉觸點(diǎn)閉合，電磁鐵1Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂反轉(zhuǎn)。 18、 拔定位銷（1） 其過程同8。 19、 手臂反轉(zhuǎn)（1、8） 拔定位銷銷后，壓力繼電器KP發(fā)訊，行程開關(guān)11ST閉合，中間繼電器10K得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電磁鐵8Y得電，實(shí)現(xiàn)手臂反轉(zhuǎn)。 20、 待料卸載（1、2） 經(jīng)一定時(shí)間，手臂回轉(zhuǎn)缸上的碰塊碰斷行程開關(guān)11ST,中間繼電器10K斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，電磁鐵8Y斷電，電磁鐵2Y得電，兩泵同時(shí)卸荷，實(shí)現(xiàn)待料卸載。 3.7電氣系統(tǒng)特點(diǎn)分析： ⑴控制方式為點(diǎn)位程序控制。程序設(shè)計(jì)采用開關(guān)預(yù)選方式，機(jī)械手的自動循環(huán)采用步進(jìn)繼電器控制。步進(jìn)動作是由每一個(gè)動作完成后，使行程開關(guān)ST的觸點(diǎn)閉合而發(fā)出信號或依據(jù)每一步的動作預(yù)設(shè)停留時(shí)間。 ⑵發(fā)信指令完成由相應(yīng)的中間繼電器K來實(shí)現(xiàn)，受發(fā)指令的完成方式為機(jī)械手相應(yīng)動作結(jié)束的同時(shí)使步進(jìn)繼電器再動作，復(fù)位指令完成是給相應(yīng)的中間繼電器通電，使機(jī)械手回到工作準(zhǔn)備狀態(tài)。 ⑶機(jī)械手除能實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)外，還設(shè)有調(diào)整電路，可通過手動按鈕SB進(jìn)行單個(gè)動作調(diào)試。 ⑷液壓泵的供油與卸載和每步動作之間的對應(yīng)關(guān)系由控制電器保證：只有在2K、3K、4K、5K、6K、7K、8K、9K、10K等九個(gè)中間繼電器全部不通電（所有液壓缸不動作）時(shí)，中間繼電器12K才通電，使電磁鐵1Y、2Y得電，大、小泵同時(shí)卸載；中間繼電器中任意一個(gè)通電（即任一液壓缸動作），12K則斷電，小泵停止卸載；中間繼電器2K、3K、5K、6K中任意一個(gè)通電（即手臂升降，手臂伸縮），大泵則停止卸載。 ⑸手臂定位與手臂回轉(zhuǎn)由繼電器互鎖。在插定位銷后，定位缸壓力上升，壓力繼電器K升壓發(fā)令，一方面由常開觸點(diǎn)接通手臂升降、手臂伸縮、手指松夾、手腕回轉(zhuǎn)等部分的自動循環(huán)電氣線路；另一方面由常閉觸點(diǎn)斷開手臂回轉(zhuǎn)的電氣線路。同時(shí)在定位缸用電磁鐵12Y的線圈兩邊串聯(lián)有中間繼電器9K和10K（手臂回轉(zhuǎn)）的常閉觸頭和11K（定位插銷）的常開觸頭，這些互鎖措施保證了任何情況下手臂回轉(zhuǎn)只在拔定位銷之后進(jìn)行。 ⑹因機(jī)械手工作環(huán)境存在金屬粉塵，在電磁鐵Y的線圈兩邊各串聯(lián)了一個(gè)中間繼電器的常開觸頭，用以保證繼電器斷電之后常開觸頭可靠脫開，液壓缸即時(shí)停止工作。 4、計(jì)算和選擇液壓元件 液壓元件包括執(zhí)行元件、動力元件、控制元件、輔助元件、工作介質(zhì)。 4.1執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá) 工業(yè)機(jī)械手受力示意圖 4.1.1手指夾緊缸 ∵∑Y=0 ∴2—G=0 又=N ∴N===5000N ∵∑M(o)=0 ∴N×a—F×a=0 ∴F=2 N=2×5000=10000N 又===1.33 ∴F=13300N ∵D= = =41.15mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為40mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。 4.1.2手腕回轉(zhuǎn)缸 當(dāng)手指夾著工件，手腕旋轉(zhuǎn)時(shí)，液壓缸需克服的摩檫力矩最大。 M=f×r==0.1×1500×0.1=15NM 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CM-C10C型液壓馬達(dá)。 4.1.3手臂伸縮缸 F=f==0.1×2000=200N ∴D= = =8.4mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為10mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。 4.1.4手臂升降缸 D= = =35.7mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為40mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。 4.1.5手臂回轉(zhuǎn)缸 當(dāng)手指夾著工件，手臂旋轉(zhuǎn)時(shí)，液壓缸需克服的摩檫力矩最大。 M=f×r==0.1×4500×0.05=22.5NM 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CM-C18C型液壓馬達(dá)。 4.1.6定位缸 f==0.1×5000=500N D= = = =12.6mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為20mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。 液壓缸計(jì)算結(jié)果： 型號 速度比 活塞缸內(nèi)徑(mm) 活塞桿直徑(mm) 活塞桿工進(jìn)速度(m/min) 實(shí)際壓力(MPa) 流量(L/min) 手指夾緊缸 HSG 1.33 40 20 3 10 3.76 手臂伸縮缸 HSG 1.33 10 5 12 4 0.94 手臂升降缸 HSG 1.33 40 20 36 4 45.2 定位缸 HSG 1.33 20 10 3 4 0.94 液壓馬達(dá)計(jì)算結(jié)果： 型號 額定轉(zhuǎn)速(r/min) 額定轉(zhuǎn)矩(NM) 額定壓力(MPa) 排量(mL/r) 流量(L/min) 手腕回轉(zhuǎn)缸 CM-C10C 1800 17.4 10 10.9 19.6 手臂回轉(zhuǎn)缸 CM-C18C 1800 29 10 18.2 32.8 4.1.7液壓缸的其它技術(shù)要求： ⑴缸筒與端蓋的連接形式 由于機(jī)械手要求外形尺寸小，重量輕，故采用螺紋式連接 ⑵缸筒、端蓋和導(dǎo)向套的基本要求 缸筒內(nèi)孔一般采用鏜削、鉸孔、滾壓或磨等精密加工工藝制造，要求表面粗糙度在0.1～0.4,使活塞及其密封件、支承件能順利滑動，從而保證密封效果，減少磨損；缸筒要承受很大的液壓力，因此，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 端蓋裝在缸筒兩端，形成封閉油腔，同樣承受很大的液壓力，因此，端蓋及其連接件都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。 導(dǎo)向套對活塞桿起導(dǎo)向和支承作用，一般采用摩檫系數(shù)小、耐磨性好的聚四氟乙烯制作。 ⑶活塞和活塞桿的連接形式 由于機(jī)械手工作時(shí)振動較大，要求連接強(qiáng)度高且具有減振能力，故選擇半環(huán)式連接 ⑷活塞組件的密封 在活塞的外圓表面一般開幾道寬0.3～0.5mm的環(huán)形溝槽，稱平衡槽，其作用如下：使活塞具有自位性能，由于活塞的幾何形狀和同軸度誤差，工作壓力油在密封間隙中的不對稱分布形成一個(gè)徑向不平衡力，稱為液壓卡緊力，它使摩檫力增大，開平衡槽后，使得徑向油壓力趨于平衡，使活塞能夠自動對中，減小摩檫力；由于同心環(huán)縫的泄漏要比偏心環(huán)縫小得多，活塞的對中減小了油液的泄漏量，提高了密封性能；自潤滑作用，油液儲存在平衡槽內(nèi)，使活塞能自動潤滑。 同時(shí)還采用Y型密封。Y形密封的截面為Y形，屬唇型密圈，主要用于往復(fù)運(yùn)動的密封。Y形圈的密封作用取決于它的唇邊對耦合面的緊密接觸程度。在壓力油作用下，唇邊對耦合面產(chǎn)生較大的接觸壓力，從而達(dá)到密封的目的。當(dāng)液壓力升高時(shí)，唇邊與耦合面貼得更緊，接觸壓力更高，密封性能更好。 ⑸緩沖裝置 當(dāng)液壓缸拖動負(fù)載的質(zhì)量較大、速度較高時(shí)，一般應(yīng)在液壓缸中設(shè)緩沖裝置，必要時(shí)還需在液壓缸傳動系統(tǒng)中設(shè)緩沖回路，以免在行程終端發(fā)生過大的機(jī)械碰撞，導(dǎo)致液壓缸損壞。緩沖的原理是當(dāng)活塞或缸筒接近行程終端時(shí)，在排油腔內(nèi)增大回油阻力，從而降低液壓缸的運(yùn)動速度，避免活塞與缸蓋相撞。 4.2動力元件——液壓泵 液壓泵是標(biāo)準(zhǔn)件，其選擇依據(jù)是額定壓力和流量。 4.2.1小泵 當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、手指松緊及定位缸工作時(shí)，只有小流量泵供油。 手臂回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)的額定壓力為10MPa，流量為=nV=1800×18.2=32.8L/min 手腕回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)的額定壓力為10 MPa,流量為=nV=1800×10.9=19.6L/min 手指松緊時(shí)，液壓缸的工作壓力為10 MPa，流量為= A=×=××3×=3.76L/min 定位缸工作時(shí), 液壓缸的工作壓力為4 MPa，流量為= A=×=×0.02×3×=0.94L/min 實(shí)際流量：=×=1.1×32.8=36.08L/min 實(shí)際壓力：=×=1.1×10=11 MPa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CB-30型液壓泵。 工作時(shí)液壓泵所需的最大功率為： ===8.27KW 查《機(jī)械零件手冊》選Y160M型電機(jī)。 4.2.2大泵 當(dāng)手臂伸縮、手臂升降時(shí)，大、小泵同時(shí)供油。 手臂升降時(shí)，液壓缸工作壓力為4 MPa，流量為= A=×=××36×=45.2L/min。 手臂伸縮時(shí)，液壓缸工作壓力為4 MPa，流量為= A=×=××12×=0.94L/min 實(shí)際流量：=×=1.1×45.2=49.72L/min 實(shí)際壓力：=×=1.1×4=4.4 MPa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CB-50型液壓泵。 工作時(shí)液壓泵所需的最大功率為： ===11.39KW 查《機(jī)械零件手冊》選Y160L型電機(jī)。 泵的計(jì)算結(jié)果： 型號 排量(mL/r) 額定壓力(MPa) 轉(zhuǎn)速(r/min) 流量(L/min) 小泵 CB-32 32.5 10 1450 47.1 大泵 CB-50 48.7 10 1450 70.6 電機(jī)的計(jì)算結(jié)果： 型號 功率(KW) 轉(zhuǎn)速(r/min) 小電機(jī) Y160M 11 1500 大電機(jī) Y160L 15 1500 4.3控制元件——方向閥、壓力閥、流量閥 控制元件是標(biāo)準(zhǔn)件，其選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高工作壓力和通過該閥的最大流量 4.3.1方向控制閥 電液換向閥：按P=11,q=70.6選DSHG-03-3c型電液換向閥2個(gè)（3位4通O型機(jī)能） 電磁換向閥：按P=11,q=47.1選DSG-01-3c型電磁換向閥4個(gè)（其中3位4通O型機(jī)能2個(gè)，2位3通2個(gè)） 單向閥：按P=11,q=47.1選S型單向閥4個(gè) 液控單向閥：按P=11,q=47.1選SV10型液控單向閥1個(gè) 4.3.2壓力控制閥 壓力繼電器：按P=11,q=47.1選HED1K型壓力繼電器1個(gè)； 減壓閥：按P=11,q=47.1選DR10DP型直動式減壓閥1個(gè)； 卸荷溢流閥：按P=11,q=47.1，P=11,q=70.6選DA型先導(dǎo)式卸荷溢流閥各1個(gè)； 單向順序閥：按P=11,q=70.6選HGM-03-20型單向順序閥1個(gè)。 4.3.3流量控制閥 單向調(diào)速閥：按P=11,q=47.1選QA-H20型單向調(diào)速閥4個(gè)，按P=11,q=70.6選QA-H20型單向調(diào)速閥3個(gè)； 行程節(jié)流閥：按P=11,q=47.1選ZGM-10型行程節(jié)流閥1個(gè)。 控制元件計(jì)算結(jié)果： 名稱 工作壓力() 流量(L/min) 型號 數(shù)量 方向控制閥 電液換向閥 11 70.6 DSHG-03-3c 2 電磁換向閥 11 47.1 DSG-01-3c 4 液控單向閥 11 47.1 SV10 1 單向閥 11 47.1 S 4 壓力控制閥 壓力繼電器 11 47.1 HED1K 1 減壓閥 11 47.1 DR10DP 1 卸荷溢流閥 11 70.6 DA 2 單向順序閥 11 70.6 HGM-03-20 1 流量控制閥 單向調(diào)速閥 11 47.1 QA-H20 7 行程節(jié)流閥 11 47.1 ZGM-10 1 4.4輔助元件——管道、管接頭、濾油器、油箱 4.4.1管道 由于本系統(tǒng)壓力一般，擬采用軟管。 ⑴與手臂回轉(zhuǎn)缸、手指夾緊缸、手腕回轉(zhuǎn)缸、定位缸相連的軟管 A=,得d= d——軟管內(nèi)徑，m V——管內(nèi)流速， Q——管內(nèi)流量， 將V=2，Q=47.1=7.85×代入上式得d=0.0091m=9.1mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為d=10mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選,選Ⅰ型軟管 ⑵與手臂升降缸、手臂伸縮缸相連的軟管 A=,得d= d——軟管內(nèi)徑，m V——管內(nèi)流速， Q——管內(nèi)流量， 將V=2，Q=117.7=19.6×代入上式得d=0.0144m=14.4mm 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為d=15mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選,選Ⅰ型軟管 4.4.2管接頭 由于本系統(tǒng)最高工作壓力為11MPa，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選扣壓式膠管接頭 4.4.3濾油器 由于本系統(tǒng)適用于高溫作業(yè)，油液溫度會很高，故選擇燒結(jié)式濾芯 4.4.4油箱 油箱的容量一般取泵流量的3～5倍，本系統(tǒng)取4倍。 V=4=4×（70.6+47.1）=470.8L 根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為V=500L 4.5工作介質(zhì)——液壓油 液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求： 有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦裕? 氧化安定性好和剪切安定性好； 抗乳化性、抗泡沫性好； 能防火、防爆； 有良好的潤滑性和防腐蝕性，不腐蝕金屬和密封件； 對人體無害，成本低。 綜合以上要求，選L-HL液壓油（普通液壓油） 5、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算 5.1系統(tǒng)的壓力損失驗(yàn)算 液壓元件的規(guī)格和管道尺寸確定之后，便應(yīng)估算回路中的壓力損失，以便確定系統(tǒng)的供油壓力。而系統(tǒng)的壓力損失的驗(yàn)算工作，往往要求先畫出液壓系統(tǒng)和元件的裝配草圖后，才能進(jìn)行。由于該液壓系統(tǒng)較簡單，該項(xiàng)計(jì)算從略。 5.2系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算 在液壓傳動中，壓力損失和溢流、泄漏的能量損失，絕大部分變?yōu)闊崮?，致使系統(tǒng)的油溫升高。為了保證系統(tǒng)正常工作，油溫升高的允許植不應(yīng)超過規(guī)定范圍。因而驗(yàn)算發(fā)熱和散熱量。由于系統(tǒng)的功率小，效率高，發(fā)熱少，所取油箱容量又較大，故不必進(jìn)行溫升的驗(yàn)算。 5.3系統(tǒng)的其它驗(yàn)算 對精度要求較高的系統(tǒng)，還需要進(jìn)行液壓沖擊，換向性能等方面的驗(yàn)算。由于本系統(tǒng)精度要求一般，故不必進(jìn)行此方面的驗(yàn)算。 6、結(jié)束語 經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，本機(jī)械手液壓系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)要求。其電氣控制部分如改進(jìn)為微機(jī)控制，將大幅度提高生產(chǎn)效率，并為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化創(chuàng)造條件，這將是我今后努力的方向！ 7、致謝 衷心感謝四年來機(jī)械工程系全體老師的辛勤培養(yǎng)和同學(xué)的支持幫助！ 特別感謝梁棟老師對畢業(yè)設(shè)計(jì)的悉心指導(dǎo)！ 還要感謝電氣工程系袁琦老師的大力支持！ The design of hydraulic system of the industry manipulator Shi zhongqiu Counselor: Liang dong Associate professor (South China University of Tropic Agriculture technical College Danzhou Hainan 571737) [summary] Manipulator imitate hand movement of people, according to give procedure , orbit , demand realize pick , carry and automatics that operate automatically definitely. It especially in such abominable environments as high temperature , high pressure , much dust , flammable , explosive , radioactivity ,etc., cumbersome , dull, frequent operation replace people's homework, so find extensive day by day application. Manipulator generally by executive body, urge system , control system and measure device 3 major part make up, the puma manipulator still feels the system and intelligence system . Page this industry manipulator of introduction belong to round cylindrical coordinates type, all-hydraulic to urge the manipulator. Page this according to hydraulic pressure general procedure that system design , divide into four introduce industry manipulator hydraulic pressure systematic design process in detail, 4th among them calculate and choose hydraulic pressure component focal point. [key words] Manipulator Hydraulic Electric 參考文獻(xiàn) 1陳奎生.液壓與氣壓傳動.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2000 2許福玲，陳光明.液壓與氣壓傳動.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000 3陳大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第四版，第4卷）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 4李仁.電器控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000 5屈圭.液壓與氣壓傳動.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002 6張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2001 7周開勤.機(jī)械零件手冊（第五版）.北京：高等教育出版社，2001 8李曉文，姜繼海主編.英漢液壓氣動科技詞匯.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001 第 20 頁 共 20 頁