2730 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計

2730 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計,工業(yè),機械手,液壓,系統(tǒng),設計 工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 1 頁 共 20 頁工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計目錄 1、前言----------------------------------------------------------------------------22、確定對液壓系統(tǒng)的工作要求----------------------------------------------23、擬定液壓系統(tǒng)原理圖--------------------------------------------------------33.1 液壓系統(tǒng)原理圖-----------------------------------------------------------------------------------33.2 液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表--------------------------------------------------------------------43.3 液壓系統(tǒng)工作原理--------------------------------------------------------------------------------43.4 液壓系統(tǒng)特點分析--------------------------------------------------------------------------------73.5 電氣系統(tǒng)原理圖-----------------------------------------------------------------------------------83.6 電氣系統(tǒng)工作原理--------------------------------------------------------------------------------83.7 電氣系統(tǒng)特點分析--------------------------------------------------------------------------------104、計算和選擇液壓元件-------------------------------------------------------114.1 執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達-------------------------------------------------------------114.2 動力元件——液壓泵----------------------------------------------------------------------------144.3 控制元件——方向閥、壓力閥、流量閥---------------------------------------------------- 164.4 輔助元件——管道、管接頭、濾油器、油箱---------------------------------------------- 174.5 工作介質——液壓油----------------------------------------------------------------------------185、液壓系統(tǒng)性能的驗算-------------------------------------------------------195.1 系統(tǒng)的壓力損失驗算---------------------------------------------------------------------------195.2 系統(tǒng)的溫升驗算---------------------------------------------------------------------------------195.3 系統(tǒng)的其它驗算---------------------------------------------------------------------------------196、結束語-------------------------------------------------------------------------197、致謝---------------------------------------------------------------------------198、參考文獻----------------------------------------------------------------------20工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 2 頁 共 20 頁工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計[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、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的應用。機械手一般由執(zhí)行機構、驅動系統(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)機械手屬圓柱坐標式、全液壓驅動機械手。本篇根據液壓系統(tǒng)設計的一般程序，分四步詳細地介紹了工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計過程，其中第 3 步擬定液壓系統(tǒng)原理圖是重點。[關鍵詞] 機械手 液壓 電氣 1、前言工業(yè)機械手的技術參數(shù)是說明機械手規(guī)格與性能的具體指標，一般有以下幾個方面：⑴握取重量。握取重量標明了機械手的負載能力。這項參數(shù)與機械手的運動速度有關，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，適應性越強，但結構也相應越復雜。一般具有 4～6 個自由度即滿足使用要求。⑷定位精度。定位精度即重復定位精度，是衡量機械手工作質量的又一項重要指標。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系。2、確定對液壓系統(tǒng)的工作要求根據工況要求，執(zhí)行機構要具有手臂升降、手臂伸縮、手臂回轉和手腕回轉四個自由度。執(zhí)行機構相應由手臂升降機構、手臂伸縮機構、手臂回轉機構、手腕回轉機構、手指夾緊機構和回轉定位機構等組成，每一部分均由液壓缸驅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 →?180拔定位銷→手臂回轉 →插定位銷→手臂前伸→手臂中?！种杆砷_→手指閉合→手臂?95工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 3 頁 共 20 頁縮回→手臂下降→手腕回轉復位→拔定位銷→手臂回轉復位→待料，泵卸載。3、擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1 液壓系統(tǒng)原理圖上29上30上2上31上上3Y45Y678Y90Y21234567895K64141207工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)圖工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 4 頁 共 20 頁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 11Y12Y 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 + + + +拔定位銷 +手臂回轉 + +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 + + + +拔定位銷 +手臂反轉 + +待料卸載 + +3.3 液壓系統(tǒng)工作原理1、插定位銷（1 、12 ）?Y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，油液經溢流閥 3 和 4 至油箱，機械手處于待料卸荷狀態(tài)。當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確。定位缸沒有回油路，它是依靠彈簧復位的。2、手臂前伸（5 、12 ）?Y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 和泵工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 5 頁 共 20 頁2 經相應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→單向調速閥 15→閥 14（左）→油箱3、手指張開（1 、9 、12 ）?Y?手臂前伸至適當位置，行程開關發(fā)訊，電磁鐵 1Y、9Y 帶電，泵 1 卸載，泵 2 供油，經單向閥 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 ）?Y手指張開后，時間繼電器延時。待棒料由送料機構送到手指區(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 ）?Y當手指抓料后，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 ）?Y手臂上升至預定位置，碰行程開關，3Y 斷電，電液換向閥 10 復位，6Y 帶電。泵 1 和泵 2 一起供油至電液換向閥 14 右端，壓力油通過單向調速閥 15 進入伸縮缸左腔，而右腔油液經閥 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（1 、10 、12 ）?Y?Y當手臂上的碰塊碰到行程開關時，6Y 斷電，閥 14 復位，1Y 、10Y 通電。此時，泵 2單獨供油至閥 22 左端，通過閥 24 進入手腕回轉油缸，使手腕回轉 。?180進油路：泵 2→閥 6→閥 22（左）→閥 24→手腕回轉缸回油路：手腕回轉缸→閥 23→閥 22（左）→油箱8、拔定位銷（1 ）?Y當手腕上的碰塊碰到行程開關時，10Y 、12Y 斷電，閥 22、25 復位，定位缸油液經閥25 左端回油箱，彈簧作用拔定位銷?；赜吐罚憾ㄎ桓鬃笄弧y 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（1 、7 ）?Y工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 6 頁 共 20 頁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 經換向閥 16 左端通過單向調速閥 18 最后進入手臂回轉缸，使手臂回轉 。?95進油路：泵 2→閥 6→換向閥 16（左）→單向調速閥 18→手臂回轉缸回油路：手臂回轉缸→單向調速閥 17→換向閥 16（左）→行程節(jié)流閥 19→油箱10、插定位銷（1 、12 ）?Y當手臂回轉碰到行程開關時，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 ）?當手臂前伸碰到行程開關后，5Y 斷電，伸縮缸停止動作，確保手臂將棒料送到準確位置處， “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 ）?Y?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 ）Y當手指閉喝后，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，6Y 斷電，4Y 通電。此時，電液換向閥 10 右端動作，壓力油經閥 10 和單向調速閥 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（1 、11 、12 ）?Y?Y當升降導套上的碰鐵碰到行程開關時，4Y 斷電，1Y 、11Y 通電。泵 2 供油至閥 22 右端，壓力油通過單向調速閥 23 進入手腕回轉缸的另一腔，并使手腕反轉 。?180進油路：泵 2→閥 6→閥 22（右）→單向調速閥 23→手腕回轉缸回油路：手腕回轉缸→單向調速閥 24→閥 22（右）→油箱18、拔定位銷（1 ）?Y手腕反轉碰到行程開關后，11Y 、12Y 斷電。動作順序同 8。19、手臂反轉（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缸的另一腔，手臂反轉 ，機械手復位。?95進油路：泵 2→閥 6→換向閥 16（右）→單向調速閥 17→手臂回轉缸回油路：手臂回轉缸→單向調速閥 18→換向閥 16（右）→行程節(jié)流閥 19→油箱20、待料卸載（1 、2 ）?Y手臂反轉到位后，啟動行程開關，8Y 斷電，2Y 接通。此時，兩油泵同時卸荷。機械手動作循環(huán)結束，等待下一個循環(huán)。機械手的動作也可由微機程序控制，與相關主機聯(lián)為一體，其動作順序相同。工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 7 頁 共 20 頁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、手腕回轉、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動，手臂的升降和伸縮速度分別由單向調速閥 15、13、11 實現(xiàn)回油節(jié)流調速；手臂及手腕的回轉由擺動液壓缸驅動，其正反向運動亦采用單向閥 17 和 18，23 和 24 回油節(jié)流調速。⑶執(zhí)行機構的定位和緩沖是機械手工作平穩(wěn)可靠的關鍵。從提高生產率來說，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，調節(jié)換向時間，亦增加緩沖效果。由于手臂的回轉部分質量較大，轉速較高，運動慣性矩較大，系統(tǒng)手臂回轉缸除采用單向調速閥回油節(jié)流調速外，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)行機構的動作均由電控系統(tǒng)發(fā)信號控制相應的電磁換向閥，按程序依次步進動作。工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 8 頁 共 20 頁上上上上 1K12YKHMP2STB09>8SB7T65K4SB3T21KPSB>43上K0987465KY32168790SB213上FUKRQG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 ）?Y放下閘刀開關 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，運輸棒料。當棒料到達待上料位置時，撞上行程開關 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 ）?Y當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 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 ）??經一定時間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關 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 ）?Y經一定時間，手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關 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 ）?工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 9 頁 共 20 頁經一定時間，手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關 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 ）?Y經一定時間，手臂升降缸上的碰塊碰到行程開關 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（1 、10 、12 ）??Y經一定時間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關 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。8、 拔定位銷（1 ）?Y經一定時間，手腕回轉缸上的碰塊碰到行程開關 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（1 、7 ）?經一定時間，定位缸支路上無油壓后，壓力繼電器 KP 發(fā)訊，使行程開關 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。10、 插定位銷（1 、12 ）?Y其過程同 1。11、 手臂前伸（5 、12 ）其過程同 7。12、 手臂中停（12 ）?經一定時間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到使行程開關 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 ）?Y?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 ）Y經一定時間，手臂伸縮缸上的碰塊碰到使行程開關 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（1 、11 、12 ）??Y經一定時間，手臂升降缸上的碰塊碰到行程開關 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。18、 拔定位銷（1 ）?Y其過程同 8。19、 手臂反轉（1 、8 ）拔定位銷銷后，壓力繼電器 KP 發(fā)訊，行程開關 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。20、 待料卸載（1 、2 ）?Y經一定時間，手臂回轉缸上的碰塊碰斷行程開關 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)待料卸工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 10 頁 共 20 頁載。3.7 電氣系統(tǒng)特點分析：⑴控制方式為點位程序控制。程序設計采用開關預選方式，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 ST 的觸點閉合而發(fā)出信號或依據每一步的動作預設停留時間。⑵發(fā)信指令完成由相應的中間繼電器 K 來實現(xiàn)，受發(fā)指令的完成方式為機械手相應動作結束的同時使步進繼電器再動作，復位指令完成是給相應的中間繼電器通電，使機械手回到工作準備狀態(tài)。⑶機械手除能實現(xiàn)自動循環(huán)外，還設有調整電路，可通過手動按鈕 SB 進行單個動作調試。⑷液壓泵的供油與卸載和每步動作之間的對應關系由控制電器保證：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）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。4.1 執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 11 頁 共 20 頁上 上G=10N上上 上上工業(yè)機械手受力示意圖4.1.1 手指夾緊缸∵∑Y=0∴2 —G=0Nf又 = N?∴N= = =5000N2G1.0?∵∑M(o)=0∴N × a—F × a=0' 2∴F =2 N =2×5000=10000N2'又 = = =1.33?1V2工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 12 頁 共 20 頁∴F =13300N1∵D= P?4= 103?=41.15mm根據液壓行業(yè)技術標準，圓整為 40mm.,查《機械設計手冊 》P 選 HSG 型液壓缸。28617?4.1.2 手腕回轉缸當手指夾著工件，手腕旋轉時，液壓缸需克服的摩檫力矩最大。M =f×r= =0.1×1500×0.1=15NMfrG'?查《機械設計手冊》 選 CM-C10C 型液壓馬達。20417?P4.1.3 手臂伸縮缸F=f= =0.1×2000=200N?∴D= PF?4= 20?=8.4mm根據液壓行業(yè)技術標準，圓整為 10mm.,查《機械設計手冊 》P 選 HSG 型液壓缸。28617?4.1.4 手臂升降缸D= PF?4= 0?=35.7mm根據液壓行業(yè)技術標準，圓整為 40mm.,查《機械設計手冊 》P 選 HSG 型液壓缸。28617?4.1.5 手臂回轉缸當手指夾著工件，手臂旋轉時，液壓缸需克服的摩檫力矩最大。M =f×r= =0.1×4500×0.05=22.5NMfrG'?查《機械設計手冊》 選 CM-C18C 型液壓馬達。20417?P工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 13 頁 共 20 頁4.1.6 定位缸f= =0.1×5000=500NG?D= PF?4= pf= 450??=12.6mm根據液壓行業(yè)技術標準，圓整為 20mm.,查《機械設計手冊 》P 選 HSG 型液壓缸。28617?液壓缸計算結果：型號 速度比 活塞缸內徑(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液壓馬達計算結果：型號 額定轉速(r/min)額定轉矩(NM)額定壓力(MPa)排量(mL/r) 流量(L/min)手腕回轉缸CM-C10C 1800 17.4 10 10.9 19.6手臂回轉缸CM-C18C 1800 29 10 18.2 32.84.1.7 液壓缸的其它技術要求：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、端蓋和導向套的基本要求缸筒內孔一般采用鏜削、鉸孔、滾壓或磨等精密加工工藝制造，要求表面粗糙度在工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 14 頁 共 20 頁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m?筒要承受很大的液壓力，因此，應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有足夠的強度和剛度。導向套對活塞桿起導向和支承作用，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，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，唇邊對耦合面產生較大的接觸壓力，從而達到密封的目的。當液壓力升高時，唇邊與耦合面貼得更緊，接觸壓力更高，密封性能更好。⑸緩沖裝置當液壓缸拖動負載的質量較大、速度較高時，一般應在液壓缸中設緩沖裝置，必要時還需在液壓缸傳動系統(tǒng)中設緩沖回路，以免在行程終端發(fā)生過大的機械碰撞，導致液壓缸損壞。緩沖的原理是當活塞或缸筒接近行程終端時，在排油腔內增大回油阻力，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——液壓泵液壓泵是標準件，其選擇依據是額定壓力和流量。4.2.1 小泵當手臂回轉、手腕回轉、手指松緊及定位缸工作時，只有小流量泵供油。手臂回轉時，液壓馬達的額定壓力為 10MPa，流量為 =nV=1800×18.2=32.8L/mintq手腕回轉時，液壓馬達的額定壓力為 10 MPa,流量為 =nV=1800×10.9=19.6L/mint手指松緊時，液壓缸的工作壓力為 10 MPa，流量為 = A = × = ×t1maxV4?2Dmax4×3× =3.76L/min204.31定位缸工作時, 液壓缸的工作壓力為 4 MPa，流量為 = tqA = × = ×0.02 ×3× =0.94L/min1maxV4?2Dmax42310實際流量： = × =1.1×32.8=36.08L/minpq1K實際壓力： = × =1.1×10=11 MPa2max工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 15 頁 共 20 頁查《機械設計手冊》 選 CB-30 型液壓泵。1307?p工作時液壓泵所需的最大功率為：= = =8.27KWwp?q68.3?查《機械零件手冊》 選 Y160M 型電機。274p4.2.2 大泵當手臂伸縮、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 = × = ×tq1maxV4?2Dmax4×36× =45.2L/min。204.31?手臂伸縮時，液壓缸工作壓力為 4 MPa，流量為 = A = × = ×t1max2max×12× =0.94L/min2.3?實際流量： = × =1.1×45.2=49.72L/minpq1Kmax實際壓力： = × =1.1×4=4.4 MPa2查《機械設計手冊》 選 CB-50 型液壓泵。1307?工作時液壓泵所需的最大功率為：= = =11.39KWwp?q68.2493?查《機械零件手冊》 選 Y160L 型電機。274p泵的計算結果：型號 排量(mL/r) 額定壓力(MPa)轉速(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電機的計算結果：型號 功率(KW) 轉速(r/min)小電機 Y160M 11 1500大電機 Y160L 15 1500工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 16 頁 共 20 頁4.3 控制元件——方向閥、壓力閥、流量閥控制元件是標準件，其選擇依據是系統(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 4aMPminL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 3ai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aPinL液控單向閥：按 P=11 ,q=47.1 選 SV10 型液控單向閥 1 個Mm4.3.2 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；ainL減壓閥：按 P=11 ,q=47.1 選 DR10DP 型直動式減壓閥 1 個；P卸荷溢流閥：按 P=11 ,q=47.1 ，P=11 ,q=70.6 選 DA 型先導aMmiaMPminL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。ainL4.3.3 流量控制閥單向調速閥：按 P=11 ,q=47.1 選 QA-H20 型單向調速閥 4 個，按aPiP=11 ,q=70.6 選 QA-H20 型單向調速閥 3 個；MmnL行程節(jié)流閥：按 P=11 ,q=47.1 選 ZGM-10 型行程節(jié)流閥 1 個。ai控制元件計算結果：名稱 工作壓力( )aMP流量(L/min) 型號 數(shù)量工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 17 頁 共 20 頁電液換向閥 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方向控制閥單向閥 11 47.1 S 4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壓力控制閥單向順序閥 11 70.6 HGM-03-20 1單向調速閥 11 47.1 QA-H20 7流量控制閥行程節(jié)流閥 11 47.1 ZGM-10 14.4 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與手臂回轉缸、手指夾緊缸、手腕回轉缸、定位缸相連的軟管A= ,得 d=VQ61?32d——軟管內徑，mV——管內流速， s/Q——管內流量， 3將 V=2 ，Q=47.1 =7.85× 代入上式得 d=0.0091m=9.1mms/inL310?sm/根據液壓行業(yè)技術標準，圓整為 d=10mm查《機械設計手冊》選 ,選Ⅰ型軟管617?P⑵與手臂升降缸、手臂伸縮缸相連的軟管A= ,得 d=VQ61?32工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 18 頁 共 20 頁d——軟管內徑，mV——管內流速， s/Q——管內流量， 3將 V=2 ，Q=117.7 =19.6× 代入上式得 d=0.0144m=14.4mms/inL310?sm/根據液壓行業(yè)技術標準，圓整為 d=15mm查《機械設計手冊》選 ,選Ⅰ型軟管617?P4.4.2 管接頭由于本系統(tǒng)最高工作壓力為 11MPa，查《機械設計手冊》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）=470.8Lpq根據液壓行業(yè)技術標準，圓整為 V=500L4.5 工作介質——液壓油液壓系統(tǒng)對工作介質的要求：有適當?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦?；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)的壓力損失驗算工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 19 頁 共 20 頁液壓元件的規(guī)格和管道尺寸確定之后，便應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)闊崮埽率瓜到y(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、結束語經生產實踐檢驗，本機械手液壓系統(tǒng)能滿足生產要求。其電氣控制部分如改進為微機控制，將大幅度提高生產效率，并為實現(xiàn)生產自動化創(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)和同學的支持幫助！特別感謝梁棟老師對畢業(yè)設計的悉心指導！還要感謝電氣工程系袁琦老師的大力支持！工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)設計第 20 頁 共 20 頁The design of hydraulic system of the industry manipulator Shi zhongqiuCounselor: Liang dong Associate professor (South China University of Tropic Agriculture technical CollegeDanzhou 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：武漢理工大學出版社，20002 許福玲，陳光明.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社,20003 陳大先.機械設計手冊（第四版，第 4 卷）.北京：化學工業(yè)出版社，20024 李仁.電器控制.北京：機械工業(yè)出版社,20005 屈圭.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社,20026 張建民.機電一體化系統(tǒng)設計.北京：高等教育出版社，20017 周開勤.機械零件手冊（第五版）.北京：高等教育出版社，20018 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)大學出版社，2001