2730 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2730 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) 工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 1 頁 共 20 頁工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)分析--------------------------------------------------------------------------------104、計(jì)算和選擇液壓元件-------------------------------------------------------114.1 執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá)-------------------------------------------------------------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(zhì)——液壓油----------------------------------------------------------------------------185、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算-------------------------------------------------------195.1 系統(tǒng)的壓力損失驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------195.2 系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------------195.3 系統(tǒng)的其它驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------------196、結(jié)束語-------------------------------------------------------------------------197、致謝---------------------------------------------------------------------------198、參考文獻(xiàn)----------------------------------------------------------------------20工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 2 頁 共 20 頁工業(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) →?180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?95工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 3 頁 共 20 頁縮回→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)原理圖上29上30上2上31上上3Y45Y678Y90Y21234567895K64141207工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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 ）?Y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 ）?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(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 5 頁 共 20 頁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 ）?Y?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 ）?Y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 ）?Y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 ）?Y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 ）?Y?Y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) 。?180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 ）?Y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?；赜吐罚憾ㄎ桓鬃笄弧y 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 ）?Y工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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) 。?95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 ）?Y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 ）?Y?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 ）Y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 ）?Y?Y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) 。?180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 ）?Y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。?95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 ）?Y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。工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 7 頁 共 20 頁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)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 8 頁 共 20 頁上上上上 1K12YKHMP2STB09>8SB7T65K4SB3T21KPSB>43上K0987465KY32168790SB213上FUKRQG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 ）?Y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 ）?Y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 ）?Y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 ）?工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 9 頁 共 20 頁經(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 ）?Y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 ）??Y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 ）?Y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 ）?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(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 ）?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(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 ）??Y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 ）?Y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 ）?Y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)待料卸工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 10 頁 共 20 頁載。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)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 11 頁 共 20 頁上 上G=10N上上 上上工業(yè)機(jī)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(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 12 頁 共 20 頁∴F =13300N1∵D= P?4= 103?=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。28617?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=15NMfrG'?查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 選 CM-C10C 型液壓馬達(dá)。20417?P4.1.3 手臂伸縮缸F=f= =0.1×2000=200N?∴D= PF?4= 20?=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。28617?4.1.4 手臂升降缸D= PF?4= 0?=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。28617?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=22.5NMfrG'?查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 選 CM-C18C 型液壓馬達(dá)。20417?P工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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。28617?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 32.84.1.7 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，要求表面粗糙度在工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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/mintq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/mint手指松緊時(shí)，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(shí), 液壓缸的工作壓力為 4 MPa，流量為 = tqA = × = ×0.02 ×3× =0.94L/min1maxV4?2Dmax42310實(shí)際流量： = × =1.1×32.8=36.08L/minpq1K實(shí)際壓力： = × =1.1×10=11 MPa2max工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 15 頁 共 20 頁查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 選 CB-30 型液壓泵。1307?p工作時(shí)液壓泵所需的最大功率為：= = =8.27KWwp?q68.3?查《機(jī)械零件手冊》 選 Y160M 型電機(jī)。274p4.2.2 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 = × = ×tq1maxV4?2Dmax4×36× =45.2L/min。204.31?手臂伸縮時(shí)，液壓缸工作壓力為 4 MPa，流量為 = A = × = ×t1max2max×12× =0.94L/min2.3?實(shí)際流量： = × =1.1×45.2=49.72L/minpq1Kmax實(shí)際壓力： = × =1.1×4=4.4 MPa2查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 選 CB-50 型液壓泵。1307?工作時(shí)液壓泵所需的最大功率為：= = =11.39KWwp?q68.2493?查《機(jī)械零件手冊》 選 Y160L 型電機(jī)。274p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工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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 4aMPminL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 3ai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)aPinL液控單向閥：按 P=11 ,q=47.1 選 SV10 型液控單向閥 1 個(gè)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(gè)；ainL減壓閥：按 P=11 ,q=47.1 選 DR10DP 型直動式減壓閥 1 個(gè)；P卸荷溢流閥：按 P=11 ,q=47.1 ，P=11 ,q=70.6 選 DA 型先導(dǎo)aMmiaMPminL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)。ainL4.3.3 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aPiP=11 ,q=70.6 選 QA-H20 型單向調(diào)速閥 3 個(gè)；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(gè)。ai控制元件計(jì)算結(jié)果：名稱 工作壓力( )aMP流量(L/min) 型號 數(shù)量工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diào)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(zhuǎn)缸、手指夾緊缸、手腕回轉(zhuǎn)缸、定位缸相連的軟管A= ,得 d=VQ61?32d——軟管內(nèi)徑，mV——管內(nèi)流速， s/Q——管內(nèi)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(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(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 18 頁 共 20 頁d——軟管內(nèi)徑，mV——管內(nèi)流速， s/Q——管內(nèi)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(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617?P4.4.2 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）=470.8Lpq根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圓整為 V=500L4.5 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谎趸捕ㄐ院煤图羟邪捕ㄐ院?；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)算工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(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！工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiàn)1 陳奎生.液壓與氣壓傳動.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，20002 許福玲，陳光明.液壓與氣壓傳動.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20003 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，20024 李仁.電器控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20005 屈圭.液壓與氣壓傳動.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20026 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，20017 周開勤.機(jī)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(xué)出版社，2001