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工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計 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)特點分析--------------------------------------------------------------------------------10 4、計算和選擇液壓元件-------------------------------------------------------11 4.1執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達-------------------------------------------------------------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)性能的驗算-------------------------------------------------------19 5.1系統(tǒng)的壓力損失驗算---------------------------------------------------------------------------19 5.2系統(tǒng)的溫升驗算---------------------------------------------------------------------------------19 5.3系統(tǒng)的其它驗算---------------------------------------------------------------------------------19 6、結(jié)束語-------------------------------------------------------------------------19 7、致謝---------------------------------------------------------------------------19 8、參考文獻----------------------------------------------------------------------20 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計 [摘要] 機械手是模仿人的手部動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運和操 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。機械手一般由執(zhí)行機構(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)機械手屬圓柱坐標(biāo)式、全液壓驅(qū)動機械手。本篇根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計的一般程序， 分四步詳細(xì)地介紹了工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計過程，其中第3步擬定液壓系統(tǒng)原理圖是重 點。 [關(guān)鍵詞] 機械手 液壓 電氣 1、前言 工業(yè)機械手的技術(shù)參數(shù)是說明機械手規(guī)格與性能的具體指標(biāo)，一般有以下幾個方面： ⑴握取重量。握取重量標(biāo)明了機械手的負(fù)載能力。這項參數(shù)與機械手的運動速度有關(guān)，通常指正常運行速度所握取的工件重量。 ⑵運動速度。運動速度是反映機械手性能的一項重要技術(shù)參數(shù)。它與機械手握取重量、定位、精度等參數(shù)都有密切關(guān)系，同時也直接影響機械手的運動周期。 ⑶自由度。確定工業(yè)機械手的手部在運動空間的位置和姿態(tài)的、獨立的變化參數(shù)就是工業(yè)機械手的自由度。自由度越多，其動作越靈活，適應(yīng)性越強，但結(jié)構(gòu)也相應(yīng)越復(fù)雜。一般具有4～6個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，是衡量機械手工作質(zhì)量的又一項重要指標(biāo)。定位精度的高低取決于位置控制方式以及運動部位本身的制造精度和剛度，與握取重量、運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)四個自由度。執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)由手臂升降機構(gòu)、手臂伸縮機構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機構(gòu)、手指夾緊機構(gòu)和回轉(zhuǎn)定位機構(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?！种杆砷_→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同時供油，電磁鐵1Y、2Y帶電，油液經(jīng)溢流閥3和4至油箱，機械手處于待料卸荷狀態(tài)。 當(dāng)棒料到達待上料位置，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12Y通電。 進油路：泵2→閥6→減壓閥8→閥9→閥25（右）→定位缸左腔。 此時，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，進入手臂伸縮缸油腔。 進油路：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，進入手指夾緊缸右腔。回油路從左腔通過液控單向閥21及閥20左位進入油箱。 進油路：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，時間繼電器延時。待棒料由送料機構(gòu)送到手指區(qū)域時，繼電起器發(fā)訊使9Y斷電，泵2的壓力油通過閥20的右位進入缸的左腔，使手指夾緊棒料。 進油路：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，泵1和泵2同時供油到升降缸。主油路為： 進油路：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進入伸縮缸左腔，而右腔油液經(jīng)閥14右端回油箱。 進油路：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，6Y斷電，閥14復(fù)位，1Y、10Y通電。此時，泵2單獨供油至閥22左端，通過閥24進入手腕回轉(zhuǎn)油缸，使手腕回轉(zhuǎn)。 進油路：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，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 定位缸沒有進油路，它是在彈簧作用下前進的。 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的壓力油進入閥6經(jīng)換向閥16左端通過單向調(diào)速閥18最后進入手臂回轉(zhuǎn)缸，使手臂回轉(zhuǎn)。 進油路：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，7Y斷電，12Y重又通電，插定位銷同1。 11、手臂前伸（5、12） 此時的動作順序同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夾頭夾緊棒料，夾頭夾緊棒料后，時間繼電器發(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。并啟動時間繼電器延時，主機夾頭移走棒料后，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，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進入升降缸上腔。 進油路：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，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進入手腕回轉(zhuǎn)缸的另一腔，并使手腕反轉(zhuǎn)。 進油路：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，壓力油進入手臂回轉(zhuǎn)缸的另一腔，手臂反轉(zhuǎn)，機械手復(fù)位。 進油路：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，兩油泵同時卸荷。機械手動作循環(huán)結(jié)束，等待下一個循環(huán)。 機械手的動作也可由微機程序控制，與相關(guān)主機聯(lián)為一體，其動作順序相同。 3.4液壓系統(tǒng)特點分析： ⑴系統(tǒng)采用雙聯(lián)泵供油，手臂升降及伸縮時由兩個泵同時供油；手臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、手指松緊及定位缸工作時，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)行機構(gòu)的定位和緩沖是機械手工作平穩(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，起動和停止時的慣性就越大，振動和沖擊就越大，這不僅會影響到機械手的定位精度，嚴(yán)重時還會損傷機件。因此機械手的定位精度和運動平穩(wěn)性的要求，一般在定位前要采取緩沖措施。 該機械手手臂伸出、手腕回轉(zhuǎn)由死擋鐵定位保證精度，端點到達前發(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，按程序依次步進動作。 工業(yè)機械手電氣系統(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，其常開觸點閉合，使電磁鐵1Y、2Y同時得電，兩泵同時卸載，機械手處于待料卸載狀態(tài)。同時繼電器KM得電，其常開觸點閉合，電機M運轉(zhuǎn)，運輸棒料。 當(dāng)棒料到達待上料位置時，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，同時使中間繼電器11K得電，其常開觸點自鎖，使另外的常開觸點閉合，電磁鐵12Y得電，實現(xiàn)插定位銷。 2、 手臂前伸（5、12） 當(dāng)定位缸的油壓達到一定值時，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，其常開觸點閉合，電磁鐵5Y得電，實現(xiàn)手臂前伸。 3、 手指張開（1、9、12） 經(jīng)一定時間，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，其常開觸點閉合，電磁鐵9Y得電，實現(xiàn)手指張開。 4、 手指抓料（1、12） 經(jīng)一定時間，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，其常開觸點斷開，電磁鐵9Y斷電，實現(xiàn)手指抓料。 5、 手臂上升（3、12） 經(jīng)一定時間，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，其常開觸點閉合，電磁鐵3Y得電，實現(xiàn)手臂上升。 6、 手臂縮回（6、12） 經(jīng)一定時間，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，其常開觸點閉合，電磁鐵6Y斷電，實現(xiàn)手臂縮回。 7、 手腕回轉(zhuǎn)（1、10、12） 經(jīng)一定時間，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，其常開觸點閉合，電磁鐵10Y得電，實現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)。 8、 拔定位銷（1） 經(jīng)一定時間，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，其常閉觸點斷開，電磁鐵12Y斷電，同時8ST斷開后，中間繼電器7K斷電，其常開觸點斷開，電磁鐵10Y斷電，實現(xiàn)拔定位銷。 9、 手臂回轉(zhuǎn)（1、7） 經(jīng)一定時間，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，其常開觸點閉合，電磁鐵7Y得電，實現(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，其常開觸點斷開，電磁鐵5Y斷電，實現(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，其常開觸點閉合，電磁鐵4Y得電，實現(xiàn)手臂下降。 17、 手腕反轉(zhuǎn)（1、11、12） 經(jīng)一定時間，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，其常開觸點閉合，電磁鐵11Y得電；同時，中間繼電器3K斷電，其常閉觸點閉合，電磁鐵1Y得電，實現(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，其常開觸點閉合，電磁鐵8Y得電，實現(xiàn)手臂反轉(zhuǎn)。 20、 待料卸載（1、2） 經(jīng)一定時間，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，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合，電磁鐵8Y斷電，電磁鐵2Y得電，兩泵同時卸荷，實現(xiàn)待料卸載。 3.7電氣系統(tǒng)特點分析： ⑴控制方式為點位程序控制。程序設(shè)計采用開關(guān)預(yù)選方式，機械手的自動循環(huán)采用步進繼電器控制。步進動作是由每一個動作完成后，使行程開關(guān)ST的觸點閉合而發(fā)出信號或依據(jù)每一步的動作預(yù)設(shè)停留時間。 ⑵發(fā)信指令完成由相應(yīng)的中間繼電器K來實現(xiàn)，受發(fā)指令的完成方式為機械手相應(yīng)動作結(jié)束的同時使步進繼電器再動作，復(fù)位指令完成是給相應(yīng)的中間繼電器通電，使機械手回到工作準(zhǔn)備狀態(tài)。 ⑶機械手除能實現(xiàn)自動循環(huán)外，還設(shè)有調(diào)整電路，可通過手動按鈕SB進行單個動作調(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等九個中間繼電器全部不通電（所有液壓缸不動作）時，中間繼電器12K才通電，使電磁鐵1Y、2Y得電，大、小泵同時卸載；中間繼電器中任意一個通電（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斷開手臂回轉(zhuǎn)的電氣線路。同時在定位缸用電磁鐵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行。 ⑹因機械手工作環(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，液壓缸即時停止工作。 4、計算和選擇液壓元件 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 工業(yè)機械手受力示意圖 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《機械設(shè)計手冊》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，液壓缸需克服的摩檫力矩最大。 M=f×r==0.1×1500×0.1=15NM 查《機械設(shè)計手冊》選CM-C10C型液壓馬達。 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《機械設(shè)計手冊》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《機械設(shè)計手冊》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，液壓缸需克服的摩檫力矩最大。 M=f×r==0.1×4500×0.05=22.5NM 查《機械設(shè)計手冊》選CM-C18C型液壓馬達。 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《機械設(shè)計手冊》P選HSG型液壓缸。 液壓缸計算結(jié)果： 型號 速度比 活塞缸內(nèi)徑(mm) 活塞桿直徑(mm) 活塞桿工進速度(m/min) 實際壓力(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 液壓馬達計算結(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 由于機械手工作時振動較大，要求連接強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，從而達到密封的目的。當(dāng)液壓力升高時，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，一般應(yīng)在液壓缸中設(shè)緩沖裝置，必要時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，在排油腔內(nèi)增大回油阻力，從而降低液壓缸的運動速度，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，只有小流量泵供油。 手臂回轉(zhuǎn)時，液壓馬達的額定壓力為10MPa，流量為=nV=1800×18.2=32.8L/min 手腕回轉(zhuǎn)時，液壓馬達的額定壓力為10 MPa,流量為=nV=1800×10.9=19.6L/min 手指松緊時，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, 液壓缸的工作壓力為4 MPa，流量為= A=×=×0.02×3×=0.94L/min 實際流量：=×=1.1×32.8=36.08L/min 實際壓力：=×=1.1×10=11 MPa 查《機械設(shè)計手冊》選CB-30型液壓泵。 工作時液壓泵所需的最大功率為： ===8.27KW 查《機械零件手冊》選Y160M型電機。 4.2.2大泵 當(dāng)手臂伸縮、手臂升降時，大、小泵同時供油。 手臂升降時，液壓缸工作壓力為4 MPa，流量為= A=×=××36×=45.2L/min。 手臂伸縮時，液壓缸工作壓力為4 MPa，流量為= A=×=××12×=0.94L/min 實際流量：=×=1.1×45.2=49.72L/min 實際壓力：=×=1.1×4=4.4 MPa 查《機械設(shè)計手冊》選CB-50型液壓泵。 工作時液壓泵所需的最大功率為： ===11.39KW 查《機械零件手冊》選Y160L型電機。 泵的計算結(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 電機的計算結(jié)果： 型號 功率(KW) 轉(zhuǎn)速(r/min) 小電機 Y160M 11 1500 大電機 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（3位4通O型機能） 電磁換向閥：按P=11,q=47.1選DSG-01-3c型電磁換向閥4個（其中3位4通O型機能2個，2位3通2個） 單向閥：按P=11,q=47.1選S型單向閥4個 液控單向閥：按P=11,q=47.1選SV10型液控單向閥1個 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； 減壓閥：按P=11,q=47.1選DR10DP型直動式減壓閥1個； 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； 單向順序閥：按P=11,q=70.6選HGM-03-20型單向順序閥1個。 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，按P=11,q=70.6選QA-H20型單向調(diào)速閥3個； 行程節(jié)流閥：按P=11,q=47.1選ZGM-10型行程節(jié)流閥1個。 控制元件計算結(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《機械設(shè)計手冊》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《機械設(shè)計手冊》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《機械設(shè)計手冊》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)性能的驗算 5.1系統(tǒng)的壓力損失驗算 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，才能進行。由于該液壓系統(tǒng)較簡單，該項計算從略。 5.2系統(tǒng)的溫升驗算 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，故不必進行溫升的驗算。 5.3系統(tǒng)的其它驗算 對精度要求較高的系統(tǒng)，還需要進行液壓沖擊，換向性能等方面的驗算。由于本系統(tǒng)精度要求一般，故不必進行此方面的驗算。 6、結(jié)束語 經(jīng)生產(chǎn)實踐檢驗，本機械手液壓系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)要求。其電氣控制部分如改進為微機控制，將大幅度提高生產(chǎn)效率，并為實現(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 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：機械工業(yè)出版社,2000 3陳大先.機械設(shè)計手冊（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：機械工業(yè)出版社,2000 5屈圭.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社,2002 6張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：高等教育出版社，2001 7周開勤.機械零件手冊（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