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沖壓機(jī)械手-液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
沖壓機(jī)械手-液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)的課題為沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，完成對(duì)沖壓機(jī)械手液壓部分、液壓泵站、電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并繪制必要裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、PLC控制系統(tǒng)原理圖等。
沖壓機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用油缸、螺桿、導(dǎo)向筒等機(jī)械器件組成；在液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，沖壓機(jī)械手的手臂伸縮采用伸縮油缸，手腕回轉(zhuǎn)采用回轉(zhuǎn)油缸，立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)采用齒條油缸，沖壓機(jī)械手的升降采用升降油缸，立柱的橫移采用橫向移動(dòng)油缸；在PLC控制回路中，采用的PLC類型為FX2N，當(dāng)按下連續(xù)啟動(dòng)后，PLC按指定的程序，通過控制電磁閥的開關(guān)來控制沖壓機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作循環(huán)，當(dāng)按下連續(xù)停止按鈕后，沖壓機(jī)械手在完成一個(gè)動(dòng)作循環(huán)后停止運(yùn)動(dòng)。
關(guān)鍵詞：沖壓機(jī)械手、液壓系統(tǒng)、液壓泵站、控制回路、PLC
The stamping manipulator hydraulic system design
Abstract
The design issues for the stamping manipulator hydraulic system design, integrated use of the basic theory of learning, the basic knowledge and related mechanical design expertise, the completion of the punching robot hydraulic parts, hydraulic pump station, electrical control system design and draw necessary assembly drawings, hydraulic system diagram, PLC control system schematic diagrams.
Mechanical structure stamping manipulator using cylinder, screw, guide tube and other mechanical devices composed; hydraulic transmission mechanism, stamping robot arm retractable telescopic cylinders, wrist rotation using rotating cylinder, rotating column using rack cylinder, punching robot movements using the lift cylinder, racking uprights using lateral movement of the cylinder; in PLC control loop, PLC type used for the FX2N, when pressed consecutive start, PLC program specified by controlling the solenoid valve switches to control the press manipulator corresponding action cycle, when the stop button is pressed continuously, punching robot cycle after the completion of an action to stop the movement.
Keywords: Stamping manipulator, Hydraulic systems, Pump stations, Control circuit, PLC
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 沖壓機(jī)械手簡(jiǎn)介 1
1.2 我國(guó)沖壓機(jī)械手的發(fā)展 1
第2章 沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3
2.1 參數(shù)選定 3
2.1.1 臂力的選定 3
2.1.2 工作范圍的選定 3
2.1.3運(yùn)動(dòng)速度選定 3
2.2液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 3
5.2液壓系統(tǒng)的組成 4
第3章 液壓部分的設(shè)計(jì) 5
3.1控制回路的選擇 5
3.1.1壓力控制回路 5
3.1.2速度控制回路 5
3.1.3方向控制回路 6
3.2液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 6
3.2.1沖壓機(jī)械手的動(dòng)作順序 6
3.2.2沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖 7
3.3液壓缸的設(shè)計(jì) 7
3.3.1手臂升降、伸縮缸，手指夾緊缸 7
3.3.2機(jī)械手回轉(zhuǎn)缸 10
3.3.3手腕回轉(zhuǎn)缸 11
第4章 液壓泵站的設(shè)計(jì) 13
4.1液壓元件及介質(zhì)的選擇 13
4.1.1液壓泵 13
4.1.2液壓介質(zhì)的選擇 13
4.1.3液壓閥類元件的選擇 13
4.1.4油箱的設(shè)計(jì) 15
4.1.5液壓集成閥塊設(shè)計(jì) 16
4.2其它輔助液壓裝置的設(shè)計(jì)選擇 16
4.2.1過濾器的選擇 16
4.2.3空氣濾清器的選擇 18
4.2.4液位計(jì)的選擇 18
4.3動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18
4.3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 18
4.3.2聯(lián)軸器的選擇 18
4.4 液壓系統(tǒng)性能校核 19
4.4.1液壓系統(tǒng)壓力損失 19
4.4.2系統(tǒng)發(fā)熱計(jì)算 20
第5章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22
5.1液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)分析 22
5.2繼電器--接觸器控制線路設(shè)計(jì) 24
5.3電器元件的選擇 28
5.4 可編程控制器PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 34
IV
第1章 緒論
1.1 沖壓機(jī)械手簡(jiǎn)介
幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機(jī)器，以便將人類從繁重的勞動(dòng)中解脫出來。如古希臘神話《阿魯哥探險(xiǎn)船》中的青銅巨人泰洛斯（Taloas)，猶太傳說中的泥土巨人等等，這些美麗的神話時(shí)刻激勵(lì)著人們一定要把美麗的神話變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，早在兩千年前就開始出現(xiàn)了自動(dòng)木人和一些簡(jiǎn)單的機(jī)械偶人。
到了近代 ，沖壓機(jī)械手一詞的出現(xiàn)和世界上第一臺(tái)沖壓機(jī)械手問世之后，不同功能的沖壓機(jī)械手也相繼出現(xiàn)并且活躍在不同的領(lǐng)域，從天上到地下，從工業(yè)拓廣到 農(nóng)業(yè)、林、牧、漁，甚至進(jìn)入尋常百姓家。沖壓機(jī)械手的種類之多，應(yīng)用之廣，影響之深，是我們始料未及的。
沖壓機(jī)械手由操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。
沖壓機(jī)械手并不是在簡(jiǎn)單意義上代替人工的勞動(dòng)，而是綜合了人的特長(zhǎng)和機(jī)器特長(zhǎng)的一種擬人的電子機(jī)械裝置，既有人對(duì)環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機(jī)器可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù) 工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機(jī)器的進(jìn)化過程產(chǎn)物，它是工 業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動(dòng)化設(shè)備。
1.2 我國(guó)沖壓機(jī)械手的發(fā)展
有人認(rèn)為，應(yīng)用沖壓機(jī)械手只是為了節(jié)省勞動(dòng)力，而我國(guó)勞動(dòng)力資源豐富，發(fā)展沖壓機(jī)械手不一定符合我國(guó)國(guó)情。這是一種誤解。在我國(guó)，社會(huì)主義制度的優(yōu)越性決定了沖壓機(jī)械手能夠充分發(fā)揮其長(zhǎng)處。它不僅能為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來高度的生產(chǎn)力和巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且將為我國(guó)的宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)、核能利用等新興領(lǐng)域的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。
我國(guó)的沖壓機(jī)械手從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國(guó)家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了沖壓機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分沖壓機(jī)械手關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等沖壓機(jī)械手；其中有130多臺(tái)套噴漆沖壓機(jī)械手在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊沖壓機(jī)械手已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國(guó)的沖壓機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；沖壓機(jī)械手應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)沖壓機(jī)械手約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成沖壓機(jī)械手產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的沖壓機(jī)械手生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
第2章 沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1 參數(shù)選定
2.1.1 臂力的選定
目前使用的沖壓機(jī)械手的臂力范圍較大，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的沖壓機(jī)械手的臂力最小為0.15N，最大為8000N。本液壓沖壓機(jī)械手的臂力為N臂 =1650（N），安全系數(shù)K一般可在1.5~3，本沖壓機(jī)械手取安全系數(shù)K=2。定位精度為±1mm。
2.1.2 工作范圍的選定
沖壓機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定沖壓機(jī)械手的最大行程。本沖壓機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下：
手腕回轉(zhuǎn)角度±115°
手臂伸長(zhǎng)量150mm
手臂回轉(zhuǎn)角度±115°
手臂升降行程170mm
手臂水平運(yùn)動(dòng)行程100mm
2.1.3運(yùn)動(dòng)速度選定
液壓沖壓機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)速度如下：
手腕回轉(zhuǎn)速度 V腕回 = 40°/s
手臂伸縮速度 V臂伸 = 50 mm/s
手臂回轉(zhuǎn)速度 V臂回 = 40°/s
手臂升降速度 V臂升 = 50 mm/s
立柱水平運(yùn)動(dòng)速度 V柱移 = 50 mm/s
手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度 V夾 = 50 mm/s
2.2液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介
沖壓機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時(shí)所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂做各種運(yùn)動(dòng)的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)，沖壓機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。
5.2液壓系統(tǒng)的組成
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：
① 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。
② 液動(dòng)機(jī) 壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部分。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于360°的液動(dòng)機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動(dòng)油缸）。
③ 控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使沖壓機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動(dòng)。
第3章 液壓部分的設(shè)計(jì)
3.1控制回路的選擇
沖壓機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)沖壓機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡(jiǎn)，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。
3.1.1壓力控制回路
① 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。
② 卸荷回路 在沖壓機(jī)械手各油缸不工作時(shí)，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作，所以采用卸荷回路。此沖壓機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。
③ 減壓回路 為了是沖壓機(jī)械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個(gè)減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。
④ 平衡與鎖緊回路 在機(jī)械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。
為了使沖壓機(jī)械手手臂在移動(dòng)過程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移，可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關(guān)閉，使活塞停止運(yùn)動(dòng)并鎖緊。本沖壓機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。
⑤ 油泵出口處接單向閥 在油泵出口處接單向閥。其作用有二：第一是保護(hù)油泵。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)而做功。當(dāng)一旦電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時(shí)間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)油缸的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機(jī)時(shí)，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。
3.1.2速度控制回路
液壓沖壓機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)速度的控制，主要是改變進(jìn)入油缸的流量Q。其控制方法有兩類：一類是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面來改變進(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。本沖壓機(jī)械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。
根據(jù)各油泵的運(yùn)動(dòng)速度要求，可分別采用LI型單向節(jié)流閥、LCI型單向節(jié)流閥或QI型單向調(diào)速閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。
節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍較大、價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效率低，發(fā)熱大。
采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時(shí)，負(fù)荷的變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起節(jié)流閥進(jìn)出油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。
調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量，使油缸的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)荷變化的影響，對(duì)速度的平穩(wěn)性要求高的場(chǎng)合，宜用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。
3.1.3方向控制回路
在沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥（D型）和直流電磁閥（E型）兩種。交流電磁閥的使用電壓一般為220V（也有380V或36V），直流電磁閥的使用電壓一般為24V（或110V）。這里采用交流電磁閥。交流電磁閥起動(dòng)性能好，換向時(shí)間短，接線簡(jiǎn)單，價(jià)廉，但是如吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。
3.2液壓系統(tǒng)原理圖的擬定
液壓系統(tǒng)圖的繪制是設(shè)計(jì)液壓沖壓機(jī)械手的主要內(nèi)容之一。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足沖壓機(jī)械手動(dòng)作要求的有機(jī)聯(lián)系圖。它通常由一些典型的壓力控制、流量控制、方向控制回路加上一些專用回路所組成。
繪制液壓系統(tǒng)圖的一般順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相應(yīng)元件，以及其他輔助裝置，從而組成整個(gè)液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號(hào)，畫出液壓原理圖。
3.2.1沖壓機(jī)械手的動(dòng)作順序
本液壓傳動(dòng)沖壓機(jī)械手主要是從一個(gè)地方拿到工件后，橫移一定的距離后把工件給立式精鍛機(jī)進(jìn)行加工。它的動(dòng)作順序是：待料（即起始位置。手指閉合，待夾料立放）→插定位銷→手臂前伸→手指張開→手指夾料→手臂上升→手臂縮回→立柱橫移 →手腕回轉(zhuǎn)115°→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)115°→插定位銷→手臂前伸→手臂中停 （此時(shí)立式精鍛機(jī)的卡頭下降→卡頭夾料，大泵卸荷）→手指松開（此時(shí)精鍛機(jī)的卡頭夾著料上升）→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕反轉(zhuǎn) （手腕復(fù)位）→ 拔定位銷→手臂反轉(zhuǎn)（沖壓機(jī)械手復(fù)位）→立柱回移（回到起始位置）→待料（一個(gè)循環(huán)結(jié)束）卸荷。
上述動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)的。該電控系統(tǒng)的步進(jìn)控制環(huán)節(jié)采用步進(jìn)選線器，其步進(jìn)動(dòng)作是在每一步動(dòng)作完成后，使行程開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每一步動(dòng)作的預(yù)設(shè)停留時(shí)間，使時(shí)間繼電器動(dòng)作而發(fā)信，使步進(jìn)器順序“跳步”控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動(dòng)作（見電磁鐵動(dòng)作程序表）實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
3.2.2沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)原理圖
圖3-1液壓系統(tǒng)原理圖
3.3液壓缸的設(shè)計(jì)
計(jì)算的主要內(nèi)容是，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的輸出力和運(yùn)動(dòng)速度，確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸和所需流量、確定液壓系統(tǒng)所需的油壓與總的流量，以選擇油泵的規(guī)格和選擇油泵電動(dòng)機(jī)的功率。確定各個(gè)控制閥的通流量和壓力以及輔助裝置的某些參數(shù)等。
在本沖壓機(jī)械手中，用到的油缸有活塞式油缸（往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)）和回轉(zhuǎn)式油缸（可以使輸出軸得到小于360°的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）及無桿活塞油缸（亦稱齒條活塞油缸）。
3.3.1手臂升降、伸縮缸，手指夾緊缸
圖3-2雙作用單桿活塞桿油缸計(jì)算簡(jiǎn)圖
（1）流量、驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算
當(dāng)壓力油輸入無桿腔，使活塞以速度V1運(yùn)動(dòng)時(shí)所需輸入油缸的流量Q1為
Q1 = DV1
對(duì)于手臂伸縮油缸：Q1=0.98cm/s， 對(duì)于手指夾緊油缸：Q1=1.02 cm/s ,對(duì)于手臂升降油缸：Q1=0.83 cm/s
油缸的無桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力P1即油缸的驅(qū)動(dòng)力為：
P1 = Dp1
對(duì)于手臂伸縮油缸：p1=5978.3N， 對(duì)于手指夾緊油缸：p1=2996.1N ，對(duì)于手臂升降油缸：p1=3500N
當(dāng)壓力油輸入有桿腔，使活塞以速度V2運(yùn)動(dòng)時(shí)所需輸入油缸的流量Q2為：
Q2 = （D-d）V2
對(duì)于手臂伸縮油缸：Q2=0.87cm/s， 對(duì)于手指夾緊油缸：Q2=0.96 cm/s ,對(duì)于手臂升降油缸：Q2=0.72 cm/s
油缸的有桿腔內(nèi)壓力油液作用在活塞上的合成液壓力P2即油缸的驅(qū)動(dòng)力為：
P2 =（D-d）p1
對(duì)于手臂伸縮油缸：p1=172N， 對(duì)于手指夾緊油缸：p1=108N ，對(duì)于手臂升降油缸：p1=305N
（2）計(jì)算作用在活塞上的總機(jī)械載荷
沖壓機(jī)械手手臂移動(dòng)時(shí)，作用在沖壓機(jī)械手活塞上的總機(jī)械載荷P為
P = P工 + P導(dǎo) + P封 + P慣 + P回
其中 P工 為工作阻力
P導(dǎo) 導(dǎo)向裝置處的摩擦阻力
P封 密封裝置處的摩擦阻力
P慣 慣性阻力
P回 背壓阻力
P = 83+125+66+80+208=562(N)
（3）確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸
①油缸內(nèi)徑的計(jì)算 油缸工作時(shí)，作用在活塞上的合成液壓力即驅(qū)動(dòng)力與活塞桿上所受的總機(jī)械載荷平衡，即
P = P1（無桿腔） = P2 （有桿腔）
油缸（即活塞）的直徑可由下式計(jì)算
D = = 1.13 厘米 （無桿腔）
對(duì)于手臂伸縮油缸：D=50mm， 對(duì)于手指夾緊油缸：D=30mm ，對(duì)于手臂升降油缸：D=80mm ，對(duì)于立柱橫移油缸：D = 40mm
或D = 厘米 （有桿腔）
②油缸壁厚的計(jì)算：
依據(jù)材料力學(xué)薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式計(jì)算：
= 厘米
P計(jì) 為計(jì)算壓力
油缸材料的許用應(yīng)力。
對(duì)于手臂伸縮油缸： =6mm， 對(duì)于手指夾緊油缸： =17mm ，對(duì)于手臂升降油缸： =16mm , 對(duì)于立柱橫移油缸: =17mm
③活塞桿的計(jì)算
可按強(qiáng)度條件決定活塞直徑d ?；钊麠U工作時(shí)主要承受拉力或壓力，因此活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算可近似的視為直桿拉、壓強(qiáng)度計(jì)算問題，即
= ≦
即 d ≧ 厘米
對(duì)于手臂伸縮油缸：d =30mm， 對(duì)于手指夾緊油缸：d =15mm ，對(duì)于手臂升降油缸：d=50mm , 對(duì)于立柱橫移油缸:d=16mm
3.3.2機(jī)械手回轉(zhuǎn)缸
圖3-3齒條活塞缸計(jì)算簡(jiǎn)圖
① 流量、驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算
Q =
當(dāng)D=103mm,d=40mm,=0.95 rad/s時(shí)
Q = 952N
② 作用在活塞上的總機(jī)械載荷P
P = P工 + P封 + P慣 + P回
其中 P工 為工作阻力
P封 密封裝置處的摩擦阻力
P慣 慣性阻力
P回 背壓阻力
P = 66+108+208=382（N）
③ 油缸內(nèi)徑的計(jì)算
根據(jù)作用在齒條活塞上的合成液壓力即驅(qū)動(dòng)力與總機(jī)械載荷的平衡條件，求得
D =（厘米）
D = 45mm
3.3.3手腕回轉(zhuǎn)缸
在液壓沖壓機(jī)械手上實(shí)現(xiàn)手腕、手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的另一種常用機(jī)構(gòu)是單葉片回轉(zhuǎn)油缸，簡(jiǎn)稱回轉(zhuǎn)油缸，其計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：
圖12回轉(zhuǎn)油缸計(jì)算簡(jiǎn)圖
①流量、驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算
當(dāng)壓力油輸入回轉(zhuǎn)油缸，使動(dòng)片以角速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要輸入回轉(zhuǎn)油缸的流量Q為：
Q =
當(dāng)D=100mm,d=35mm,b=35mm, =0.95 rad/s時(shí)Q=0.02m/s
回轉(zhuǎn)油缸的進(jìn)油腔壓力油液，作用在動(dòng)片上的合成液壓力矩即驅(qū)動(dòng)力矩M：
M =
得M = 0.8 (N·m)
② 作用在動(dòng)片（即輸出軸）上的外載荷力矩 M
M = M工 +M封 + M慣 + M回
其中 M工 為工作阻力矩
M封 密封裝置處的摩擦阻力矩
M慣 參與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，在啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩
M回 回轉(zhuǎn)油缸回油腔的背反力矩
M = 2.3+0.85+1.22+1.08=5.45 (N·m)
③ 回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)徑的計(jì)算
回轉(zhuǎn)油缸的動(dòng)片上受的合成液壓力矩與其上作用的外載荷力矩相平衡，可得：
D = （厘米）
D = 30mm
第4章 液壓泵站的設(shè)計(jì)
4.1液壓元件及介質(zhì)的選擇
4.1.1液壓泵
（1）確定液壓泵的最大工作壓力pp
????????? （4.1）
式中 p1——液壓缸或液壓馬達(dá)最大工作壓力為6MPa；
Σ△p——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失。 Σ△p的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并繪出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：管路簡(jiǎn)單、流速不大的，取Σ△p=（0.2～0.5）MPa；管路復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)閥的，取Σ△p=（0.5～1.5）MPa。選擇管路損失Σ△p=1MPa。則可得液壓泵的最大工作壓力:則Pp=5+1=6MPa
（2）確定液壓泵的流量QP??
（4.2）
式中 K——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1～1.3；
ΣQmax——同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量，可從（Q-t）圖上查得。對(duì)于在工作過程中用節(jié)流調(diào)速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取2-3L/min。由題知系統(tǒng)的最大工作流量為53L/min此處取K=1.2，則可預(yù)選液壓泵的流量:Qp=60L/min
（2）選擇液壓泵的規(guī)格
根據(jù)以上求得的pp和Qp值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或本手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲(chǔ)備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品樣本，最后選取雙聯(lián)葉片泵YB-35/18，其泵的流量為53L/min，額定壓力6MPa，額定轉(zhuǎn)速2700r/min。最高壓力30MP,最高轉(zhuǎn)速2500 r/min，額定功率7.5KW，重量15.5KG。
4.1.2液壓介質(zhì)的選擇
液壓介質(zhì)運(yùn)動(dòng)粘度，即液壓介質(zhì)的牌號(hào)的選擇：液壓系統(tǒng)的壓力不高，為低壓系統(tǒng)，并且液壓系統(tǒng)回路較為簡(jiǎn)單。在液壓系統(tǒng)中，液壓泵的負(fù)荷最重，所以根據(jù)液壓泵來選擇液壓介質(zhì)的粘度，前面選用的是齒輪泵，根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)與使用》，可以查到對(duì)于符合條件的液壓介質(zhì)在30-70℃時(shí)推薦為HL46，這種液壓油質(zhì)量比機(jī)械油高，用于中低壓或簡(jiǎn)單機(jī)具的液壓系統(tǒng)，允許粘度范圍為16-850，其最佳粘度范圍為70-250。符合液壓站的要求。
4.1.3液壓閥類元件的選擇
閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過該閥的最大流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調(diào)速閥時(shí)，要考慮最小穩(wěn)定流量應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)最低穩(wěn)定速度的要求?？刂崎y的流量一般要選得比實(shí)際通過的流量大一些，必要時(shí)也允許有20%以內(nèi)的短時(shí)間過流量。
（1）先導(dǎo)式溢流閥
溢流閥我們根據(jù)簡(jiǎn)單實(shí)用的原則，選用先導(dǎo)式直動(dòng)型溢流閥：靈敏度高，壓力溢流量的影響較小，適合在中高壓大流量下工作。根據(jù)我們確定的流量為240L/min，并且前面我們已經(jīng)確定了液壓回路采用板式連接，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》我們選擇采用BG-10-V-32型，調(diào)壓范圍0.5-25MPa，最大流量400L/min，重量8.7Kg。
（2）壓力繼電器
壓力繼電器是利用液體的壓力信號(hào)來啟閉電氣觸點(diǎn)的液壓電氣轉(zhuǎn)換元件。它在油液壓力達(dá)到其設(shè)定壓力時(shí)，發(fā)出電信號(hào)，控制電氣元件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)泵的加載或卸載、執(zhí)行元件的順序動(dòng)作。本系統(tǒng)設(shè)定壓力為6MPa。查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版可知其型號(hào)為SG-02-C-20，最高使用壓力35MPa。
（3）三位四通電磁換向閥
電磁換向閥的主要作用是用于切換油路的走向。在液壓回路的設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定了采用電液換向閥，根據(jù)《液壓元件與選用》選擇用3WE0—G24型電磁換向閥，其通徑為10mm，額定流量為120L/min，質(zhì)量為6kg，工作壓力為31.5MPa，可以采用多種直流的供電方式。為了結(jié)合我們選用無管集成的需求，我們選用板式連接。
（4）壓力表開關(guān)
壓力表開關(guān)的作用主要是為了當(dāng)壓力表出現(xiàn)問題是截?cái)嘤吐?。根?jù)《液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用KF-L8/E，公稱壓力為31.5MPa。
（5）壓力表
根據(jù)系統(tǒng)壓力6MPa，查詢《液壓元件與選用》選取型號(hào)為Y-60。
（6）調(diào)速閥
在工進(jìn)是流量為110L/min。調(diào)速閥工作狀態(tài)是系統(tǒng)工進(jìn)的時(shí)候。所以根據(jù)工進(jìn)時(shí)流量和壓力，查詢《液壓元件與選用》選取型號(hào)2FRM1621/160L,通徑為16mm,最大流量為160L/min，工作壓力31.5MPa。
（7）二位二通電磁換向閥
換向閥的換向有壓力繼電器控制，在快進(jìn)和快退的時(shí)候油路從這里通過。所以在快進(jìn)是最大流量為200L/min，系統(tǒng)壓力最大為6MPa，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四版，選擇型號(hào)3WE10-20/W220-50，通徑為10mm，額定壓力31.5MPa，額定流量為120L/min。
（8）單向閥
單向閥我們根據(jù)簡(jiǎn)單實(shí)用的原則，選擇板式連接，選用S型單向閥，根據(jù)確定的油路流量為200L/min，查詢《液壓元件與選用》，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)通徑為10mm時(shí)，流量為260L/min，額定壓力31.5MPa。我們選擇開啟壓力為0.3MPa的S10P3A0型。
所有元件具體規(guī)格型號(hào)及規(guī)格如表2-1。
表4-1
序號(hào)
名稱
型號(hào)
件數(shù)
規(guī)格
生產(chǎn)廠家
額定壓降MPa
1
先導(dǎo)式溢流閥
BG-06- C -32
1
調(diào)壓范圍0-25MPa
榆次油研液壓公司
——
2
壓力繼電器
SG-02-C-20
1
壓力35MPa
華德液壓廠
——
3
三位四通電磁換向閥
3WE0—G24
1
31.5MPa，120L/min
北京液壓廠
〈0.5
4
壓力表開關(guān)
KF-L8/E
1
31.5MPa
北京液壓廠
——
5
壓力表
Y-60
1
華德液壓廠
〈0.2
6
調(diào)速閥
2FRM1621/
160L
1
31.5MPa,-160L/min
華德液壓廠
〈0.5
7
二位二通電磁換向閥
3WE10-20/W220-50
1
31.5MPa,
120L/min
北京液壓廠
〈0.5
8
單向閥
S10P3A0
1
35.1MPa，260L/min
華德液壓廠
——
4.1.4油箱的設(shè)計(jì)
油箱的有效容積（油面高度為油箱高度的80%時(shí)的容積）根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)熱，散熱平衡計(jì)算。但是對(duì)于液壓站來說，根據(jù)液壓泵的最大流量為53L/min，油箱容量的經(jīng)驗(yàn)公式為
?????????? (4.3)
式中 QV——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（m3）；
?? α——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見表2-2。
表4-2經(jīng)驗(yàn)系數(shù)α
系統(tǒng)類型
行走機(jī)構(gòu)
低壓系統(tǒng)
中壓系統(tǒng)
鍛壓機(jī)械
冶金機(jī)械
α
1～2
2～4
5～7
6～12
10
由前面可知壓力為6MPa，系統(tǒng)為中低壓，取。初步確定油箱容量為：
根據(jù)《液壓站的設(shè)計(jì)與使用》可以取油箱容量為250L最為接近，長(zhǎng)寬高分別為400mm、250mm、250mm，油箱至少厚度3mm。根據(jù)以往設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)可知箱底厚度應(yīng)大于箱壁厚度，取其厚度為6mm，箱蓋厚度應(yīng)比箱壁厚度和箱底厚度大，選取箱蓋厚度為9mm。為了便于放油和搬運(yùn)，應(yīng)該把油箱升起來，油箱底離地50mm 。并且設(shè)有支架，油箱是用鋼板焊接成的，而支架是通過單獨(dú)制作的焊接在油箱的箱底邊緣。支架上設(shè)置有4×φ14的螺栓固定在底板上。
4.1.5液壓集成閥塊設(shè)計(jì)
（1）控制閥的布置
液壓站的控制回路較為簡(jiǎn)單，根據(jù)擬定的系統(tǒng)原理圖來布置液壓閥，為了保證用最短的回路連接各個(gè)液壓閥，減少沿程壓力損失，需要把相關(guān)的液壓閥都布置在一起。具體的液壓閥型號(hào)在前面的液壓閥的選擇中可以知道。
（2）孔徑的確定
液壓回路孔道的尺寸，根據(jù)前面選擇確定的液壓閥的型號(hào)。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可以得到其外形尺寸，根據(jù)其通徑尺寸確定與之對(duì)應(yīng)的油路板上的尺寸。
（3）油路板的安裝形式
油路板的安裝有整體式，支架式盒框架式三種，但是三種情況都不太適合這種情況，雖然采用L型安裝剛度好，但是會(huì)增加很多空間。結(jié)合情況，油路板尺寸比較小，油箱頂部平面很大。采用平板式安裝，把油路板平鋪在油箱頂面，完全是可以的，并且不用鑄造成L型這樣麻煩。
此外，油路板的外接油口都采用螺紋連接管件。
4.2其它輔助液壓裝置的設(shè)計(jì)選擇
4.2.1過濾器的選擇
根據(jù)題目要求和系統(tǒng)性能的考慮，選擇將過濾器置于液壓泵吸油管路上油，并查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷，選取型號(hào)為ZU-H25010FS，流量為250L/min，額定壓力32MPa，過濾精度10μm，壓差指示器工作差0.35MPa，初始?jí)毫?.15MPa。
4.2.2管道和管接頭的選擇
（1）管道內(nèi)徑計(jì)算
（4.4）
式中:d—管道內(nèi)徑（mm）；
q—通過管道內(nèi)的流量（m3/s）；
υ—管內(nèi)允許流速（m/s），見表4-3。
計(jì)算出內(nèi)徑d后，按標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。分別取吸油、壓油、回油管路的液壓油流速分別如下：
（2.5）
（a）對(duì)于液壓泵壓油管這段取流量為53L/min ，壓力為6MPa；
（b）分支到各條液壓支路的壓油管取流量為30L/min 壓力為6MPa。
（c）回油管選取流量為53L/min 壓力為6MPa。
經(jīng)計(jì)算可得：吸油路、壓油路、回油路管路的內(nèi)徑分別為：0.053 m、0.022m、0.053m。并采用無縫鋼管進(jìn)行管路的連接。
表4-3允許流速推薦值
管道
推薦流速（m/s）
液壓泵吸油管
0.5～1.5，一般常取1以下
液壓系統(tǒng)壓油管
3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值
液壓系統(tǒng)回油管
1.5～2.6
（2）管道壁厚δ的計(jì)算
根據(jù)系統(tǒng)壓力和流量采用無縫鋼管，選擇相應(yīng)滿足要求的鋼管厚
（2.6）
式中 ——管壁厚度（m）；
p——管道內(nèi)最高工作壓力（Pa）；
???d——管道內(nèi)徑（m）；
——材料許用拉應(yīng)力，其值；
?? σb——管道材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；
?? n——安全系數(shù)，對(duì)鋼管來說，p＜7MPa時(shí)，取n=8；p＜17.5MPa時(shí)，取n=6；p＞17.5MPa時(shí)，取n=4。
據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表選擇管的標(biāo)準(zhǔn)外徑和內(nèi)徑。吸油路管路內(nèi)徑和外徑為40mm、50mm，壓油路管路內(nèi)徑和外徑為20mm、28mm，回油路管管路內(nèi)徑和外徑為40mm、50mm。對(duì)于液壓泵站采用無縫鋼管，可以采用多種接頭形式，有焊接式管接頭，擴(kuò)口密封管接頭，卡套式管接頭。焊接式管接頭式最常用的，它采用接管焊接油管，焊接工作很大，需要酸洗，耐振性很好。擴(kuò)口密封接頭，需要對(duì)油管進(jìn)行擴(kuò)口處理，耐振性很差并且只能用于管徑小于34mm 的系統(tǒng)?？ㄌ资竭B接裝配比較方便，但是對(duì)油管的要求很高。綜合比較，我們發(fā)現(xiàn)采用焊接式管接頭比較符合我們的要求，但是也有很多不足，接頭型號(hào)也不是很全面，需要考慮專門設(shè)計(jì)接頭，采用螺紋密封和連接。
4.2.3空氣濾清器的選擇
空氣濾清器主要是保持液壓油箱油液的純潔度，以免灰塵進(jìn)入。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用型號(hào)為Y200L1-6。
4.2.4液位計(jì)的選擇
液位計(jì)一般設(shè)置在油箱側(cè)壁上，以指示油箱中的液面位置。通常油箱上還應(yīng)該設(shè)置溫度計(jì)，以檢測(cè)其油溫，為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，選取帶溫度計(jì)的液位指示器。所以，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取型號(hào)AF3-Ea20B。
4.3動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.3.1電動(dòng)機(jī)的選擇
在前面已經(jīng)確定了液壓泵的型號(hào)雙聯(lián)葉片泵YB-35/18，驅(qū)動(dòng)功率為7.5KW,液壓泵工作壓力為6MPa，流量53L/min,根據(jù)表2-4取泵的總效率，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的功率為。
表4-4液壓泵的總效率
液壓泵類型
齒輪泵
螺桿泵
葉片泵
柱塞泵
總效率
0.6～0.7
0.65～0.80
0.60～0.75
0.80～0.85
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取Y160M-2三相異步電動(dòng)機(jī)。額定功率為7.5KW,同步轉(zhuǎn)速2970r/min，為91.5%。
4.3.2聯(lián)軸器的選擇
電機(jī)與液壓泵的傳動(dòng)一般有帶傳動(dòng)或者聯(lián)軸器連接兩軸，一般聯(lián)軸器是兩軸轉(zhuǎn)速相同，要求結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。帶傳動(dòng)是用于中心距離比較大，傳動(dòng)比不為1不能采用聯(lián)軸器直接連接的傳動(dòng)。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以知道電動(dòng)機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)速為，液壓泵的額定轉(zhuǎn)速為 ,最高轉(zhuǎn)速為2500r/min ,可以知道柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足液壓泵的轉(zhuǎn)速范圍，并且液壓泵站要求結(jié)構(gòu)緊湊，液壓泵要求上置，所以可以確定采用聯(lián)軸器傳動(dòng)。
下面進(jìn)行聯(lián)軸器的選擇：
根據(jù)公式： （4.7）
其中P為電動(dòng)機(jī)的輸出功率，T 為輸出軸的轉(zhuǎn)矩，n為額定轉(zhuǎn)速，效率，由此可以計(jì)算出公稱轉(zhuǎn)矩T＝N.mm。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版的工作系數(shù)，計(jì)算轉(zhuǎn)矩。為了減小啟動(dòng)載荷，緩和沖擊，并且柴油機(jī)和齒輪泵安裝在同一個(gè)機(jī)架上，沒有較大的曲線偏移補(bǔ)償，所以應(yīng)該采用彈性聯(lián)軸器，一般我們采用彈性柱銷聯(lián)軸器。。型號(hào)的選擇需要根據(jù)柴油機(jī)輸出軸的直徑才可以確定。通過查詢電機(jī)轉(zhuǎn)軸直徑為55mm。查GB/T4323-1984選擇LT型。
4.4 液壓系統(tǒng)性能校核
4.4.1液壓系統(tǒng)壓力損失
壓力損失包括管路的沿程損失，管路的局部壓力損失和閥類元件的局部損失，總的壓力損失為:
(4.8)
（1）沿程壓力損失
沿程壓力損失，主要是快速注射時(shí)進(jìn)油管路的壓力損失。此管路假設(shè)最長(zhǎng)為2m，管內(nèi)經(jīng)40mm，快進(jìn)是流量80L/min，選用L-HL46號(hào)油正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》知在管路中的實(shí)際流速為：
（4.9）
代入相關(guān)數(shù)據(jù)：
（4.10）
代入數(shù)據(jù)：
查《液壓傳動(dòng)》可知，時(shí)油在管路中呈層流狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為：
（4.11）
按如下公式求得壓力損失：
（4.12）
代入相關(guān)數(shù)據(jù)：
可見，沿程壓力損失的大小與流量成正比，這是有層流所決定的。
（2）局部壓力損失
當(dāng)流體經(jīng)過局部裝置（如彎頭、閥等）時(shí)，其流速的大小、方向都發(fā)生變化。在此局部流速重新分布，形成漩渦產(chǎn)生能量損失。即局部損失：
(4.13)
式中：—局部壓力損失因數(shù)，平均取1，初取10。
則：。
（3）閥類零件壓力損失
閥類元件的局部壓力損失，即進(jìn)油油路上的損失：
（4.14）
式中：—換向閥閥壓差（Pa）；=0.3MPa；
—通過閥的實(shí)際流量（）；
—閥的額定流量（）；
則：。
(4.15)
n取2，因?yàn)樵谶M(jìn)油口共有3個(gè)閥，則。
總的系統(tǒng)壓力損失為：
=0.008+0.02+1.38=1.408MP （4.16）
因?yàn)?.408MPa<1.41MP系統(tǒng)按照初選值來計(jì)算符合驗(yàn)算情況，設(shè)計(jì)方案較為合理。
4.4.2系統(tǒng)發(fā)熱計(jì)算
系統(tǒng)的發(fā)熱功率：
（4.17）
式中：—液壓泵的總輸入功率；
—液壓系統(tǒng)的總效率。
由前述計(jì)算，液壓泵的輸入功率為12.9KW。
則：。
液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，主要由油箱的散熱面進(jìn)行散熱。由于管道散熱面相對(duì)較小，且與自身由于壓力損失產(chǎn)生的熱量平衡，故忽略不計(jì)，只計(jì)算油箱的散熱，其散熱功率可按下式計(jì)算：
（4.18）
式中：—油箱的散熱系數(shù)，通風(fēng)條件良好取17（）;
A—郵箱的散熱面積；
—系統(tǒng)中油液的溫度，即油溫允許40—70，系統(tǒng)正常取=60;
—環(huán)境溫度取20。
表4-5油箱散熱系數(shù)K1（W/（m2·℃））
冷卻條件
K1
通風(fēng)條件很差
8～9
通風(fēng)條件良好
15～17
用風(fēng)扇冷卻
23
循環(huán)水強(qiáng)制冷卻
110～170
表4-6各種機(jī)械允許油溫（℃）
液壓設(shè)備類型
正常工作溫度
最高允許溫度
數(shù)控機(jī)床
30～50
55～70
一般機(jī)床
30～55
55～70
機(jī)車車輛
40～60
70～80
船舶
30～60
80～90
冶金機(jī)械、液壓機(jī)
40～70
60～90
工程機(jī)械、礦山機(jī)械
50～80
70～90
則：;。一般工作機(jī)械允許溫升為，結(jié)果符合液壓系統(tǒng)的允許溫升。不需要加冷卻裝置。
第5章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)分析
沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖如圖5-1所示。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)信號(hào)控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作。電磁鐵動(dòng)作順序見表5-1。
圖5-1沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)
該液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)歸納如下：
1）系統(tǒng)采用了雙聯(lián)泵供油，額定壓力為6MPa，手臂升降及伸縮時(shí)由兩個(gè)泵同時(shí)供油，流量為（35+18）L/min，手臂及手腕回轉(zhuǎn)，手指松緊及定位缸工作時(shí)，只由小流量泵2供油，大流量泵1自動(dòng)卸載。由于定位缸和控制油路所需壓力較低，在定位缸去路上串聯(lián)有減壓閥8，使之獲得穩(wěn)定的1.5～1.8MPa壓力。
2）手臂的伸縮和升降采用單桿雙作用液壓缸驅(qū)動(dòng)，手臂的伸出和升降速度分別由單向調(diào)整閥15、13和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(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng)，其正反向運(yùn)動(dòng)亦采用單向調(diào)速閥17和18、23和24回油節(jié)流調(diào)速。
3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定位和緩沖是沖壓機(jī)械手工作平穩(wěn)可靠的關(guān)鍵。從提高生產(chǎn)率來說，希望沖壓機(jī)械手正常工作速度越快越好，但工作速度越高，啟動(dòng)和停止時(shí)的慣性力就越大，振動(dòng)和沖擊就越大，這不僅會(huì)影響到?jīng)_壓機(jī)械手的定位精度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損傷機(jī)件。因此為達(dá)到?jīng)_壓機(jī)械手的定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的要求，一般在定位前要采取緩沖措施。
該沖壓機(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(hào)切斷油路，滑行緩沖；手臂縮回和手臂上升由行程開關(guān)適時(shí)發(fā)信號(hào)，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)量圈套，轉(zhuǎn)速較高，運(yùn)動(dòng)慣性矩圈套，系統(tǒng)的手臂回轉(zhuǎn)缸除采用單向調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速外，還在回油路上安裝有行程和節(jié)流閥19進(jìn)行減速緩沖，最后由定位缸插銷定位，滿足定位精度要求。
4）為使手指夾緊缸夾緊工件后不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)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。
5）手臂升降缸為立式液壓缸，為支承平衡手臂運(yùn)動(dòng)部件的自重，采用了單向順序閥12的平衡回路。
沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)電磁鐵、壓力繼電器動(dòng)作順序表如表1所示。
表5-1沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)電磁鐵、壓力繼電器動(dòng)作順序表
動(dòng)作順序
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
6Y
7Y
8Y
9Y
10Y
11Y
12Y
K26
插銷定位
+
+
-
+
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
+
+
5.2繼電器--接觸器控制線路設(shè)計(jì)
對(duì)于線路的設(shè)計(jì)我們采用的是邏輯設(shè)計(jì)法，根據(jù)沖壓機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖和沖壓機(jī)械手的動(dòng)作要求，我作出了其繼電器電氣原理圖，見圖5-2。這里我們對(duì)其繼電器電氣原理圖進(jìn)行說明。
圖5-2繼電器電氣原理圖
圖中SB2實(shí)現(xiàn)開機(jī)功能，按下SB2能KM線圈得電，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，為下面的順序動(dòng)作做準(zhǔn)備。
當(dāng)要進(jìn)行順序動(dòng)作時(shí)，繼電器工作順序如下 ：
（1）插定位銷
按下SB3，中間繼電器K1線圈得電并自鎖；1Y，12Y，K26得電，沖壓機(jī)械手的定位缸右移，到達(dá)極限位置時(shí)，插上定位銷。
（2）手臂前伸
當(dāng)定位缸到達(dá)極限位置時(shí)，同時(shí)會(huì)觸動(dòng)行程開關(guān)ST1，中間繼電器K2得電并自鎖，中間繼電器K2的輔助動(dòng)斷點(diǎn)斷開，1Y失電，同時(shí)5Y得電，手臂伸縮缸開始前伸，實(shí)現(xiàn)手臂前能。
（3）手指張開
當(dāng)手臂伸縮缸伸到一定位置時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)ST2，中間繼電器K3得電并自鎖，中間繼電器K3的輔助動(dòng)斷點(diǎn)斷開，5Y失電；同時(shí)9Y得電，手指夾緊缸向右滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手指張開功能。
（4）手指抓料
當(dāng)手指夾緊缸向右滑動(dòng)到一定位置時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)ST3，中間繼電器K4得電并自鎖，中間繼電器K4的輔助動(dòng)斷點(diǎn)斷開，9Y失電；手指夾緊缸向左滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指抓料功能。
（5）手臂上升
當(dāng)手指夾緊缸向左滑動(dòng)到一定位置時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)ST4，中間繼電器K5得電并自鎖，中間繼電器K5的輔助動(dòng)斷點(diǎn)斷開，1Y失電；同時(shí)3Y得電，手臂升降缸開始上升，從而實(shí)現(xiàn)手臂上升功能。
（6）手臂縮回
當(dāng)手臂升降缸上升到一定位置時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)ST5，中間繼電器K6得電并自鎖，中間繼電器K6的輔助動(dòng)斷點(diǎn)斷開，3Y失電；同時(shí)6Y得電，手臂伸縮缸開始向右滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手臂縮回功能
（7）手腕回轉(zhuǎn)
當(dāng)手臂伸縮缸向右縮到一定位置時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)ST6，中間繼電器K7得電并自鎖，中間繼電器K7的輔助動(dòng)斷點(diǎn)斷開，6Y失電；同時(shí)10Y得電，手腕回轉(zhuǎn)缸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)功能
（8）拔定位銷
當(dāng)手腕回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動(dòng)到一定位置時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)ST7，中間繼電器K8得電并自鎖，中間繼電器K8的輔助動(dòng)斷點(diǎn)斷開，12Y失電，K26失電，10Y失電；拔出定位銷。
（9）手臂回轉(zhuǎn)
當(dāng)定位缸向左滑動(dòng)到一定位置時(shí)會(huì)觸動(dòng)行程開關(guān)ST8，電磁閥7Y得電并自鎖，手臂回轉(zhuǎn)缸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)功能。
（10）插定位銷
當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動(dòng)到一定位置時(shí)會(huì)觸動(dòng)行程開關(guān)ST9，中間繼電器K10得電并自鎖，其輔助動(dòng)斷點(diǎn)斷開，7Y失電；中間繼電器K9得電，其輔助動(dòng)合點(diǎn)關(guān)閉，12Y得電，K26得電，沖壓機(jī)械手的定位缸右移，觸動(dòng)行程開關(guān)ST11時(shí)，插上定位銷。
（11）手臂前伸
當(dāng)定位缸觸動(dòng)行程開關(guān)ST10，中間繼電器K13得電并自鎖，中間繼電器K11得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)關(guān)閉，5Y得電；中間繼電器K12得電，其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，1Y失電；手臂伸縮缸開始前伸，實(shí)現(xiàn)手臂前伸功能。
（12）手臂中停
當(dāng)手臂伸縮缸觸動(dòng)行程開關(guān)ST11，中間