曲軸搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計說明書內(nèi)容

1、機(jī)械工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計: f 克服液壓缸密封件摩擦阻力所需空載壓力（Pa），如該液壓缸選O形密封圈，設(shè)液壓缸工作壓力p16MPa，由相關(guān)設(shè)計手冊查得pf 0.3MPa，取pf =0.2MPa； A1進(jìn)油工作有效面積（m2），此時屬未定數(shù)值，初估計為120cm2 。 Fsf =0.21060.012=2400N Ff 的計算: 該手臂材料選用鑄鐵，結(jié)構(gòu)受力。摩擦力為： Ff = （4.15） 式中: G移動總重量，6000N; FZ 切削力在導(dǎo)軌垂直方向的分力，F(xiàn)Z =N=20000N; f 摩擦因數(shù)，取f=0.1； V形導(dǎo)軌夾角，=90各值代入上式： Ff = =2600N Fb =pb A2 式

2、中： pb回油背壓，一般為0.3MPa0.5MPa，取pb =0.3MPa； A2有桿腔活塞面積，考慮兩邊差動比為2，已初估計A1 =120cm2 故A2 =70cm2 。各值代入上式： Fb =pb A2 =0.30.004=2100N分析液壓缸各工作階段受力情況，得知在工進(jìn)階段受力最大，作用在活塞上的總機(jī)械載荷為： F=Fw+Fm+Fsf+Ff+Fb+F手腕=6000+420+2400+2600+2100+4800=18320N確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力表4.2 載荷與工作壓力的關(guān)系載荷/KN50工作壓力/MPa0.811.522.5334455根據(jù)經(jīng)驗和計算結(jié)果取P2 =2MPa液壓

3、缸工作腔有效面積 A1 =0.00916(m2)=91.6cm2 D=11.6(cm)=116mm活塞直徑： D116mm 查表圓整為160mm d圓整為110mm手臂伸縮機(jī)構(gòu)采用的雙作用活塞缸，由上面已知公式算出。同理，經(jīng)過計算可得夾緊液壓缸的液壓缸內(nèi)徑160，活塞桿直徑101.5。按照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)，圓整其值為160，活塞桿直徑100。根據(jù)以上原則并聯(lián)系實際工況取手臂伸縮液壓缸缸筒長度2000，壁厚36。4.4手臂俯仰機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸的確定手臂俯仰機(jī)構(gòu)采用的雙作用活塞缸，由上面公式算出液壓缸內(nèi)徑D及活塞桿d。同理，經(jīng)過計算可得夾緊液壓缸的液壓缸內(nèi)徑101，活塞桿直徑70.7。按

4、照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)，圓整其值為100，活塞桿直徑70。根據(jù)以上原則并聯(lián)系實際工況取手臂俯仰液壓缸缸筒長度630，壁厚28。4.5手腕擺動機(jī)構(gòu)的確定手腕擺動選用的葉片式擺動液壓缸，由上面已知其載荷力矩的大小。擺動液壓缸的排量為： （4.16） 式中： T液壓馬達(dá)的載荷轉(zhuǎn)矩（N）； 液壓馬達(dá)的進(jìn)出口壓（Pa）,已知為0.8MPa。計算可得： /r根據(jù)實際工況取設(shè)計中選取YMD30葉片擺動液壓缸。4.6 機(jī)身擺動機(jī)構(gòu)的確定機(jī)身擺動選用的葉片式擺動液壓缸，由上面已知其載荷力矩的大小。擺動液壓缸的排量為 /r根據(jù)實際工況設(shè)計中選取YMD300的葉片擺動液壓缸。4.7強(qiáng)度校核活塞桿在穩(wěn)定工況

5、下，如果只受軸向的推力和拉力，可以近似地用直桿承受拉壓負(fù)載的簡單強(qiáng)度計算公式進(jìn)行計算： （4.17）式中： 活塞桿的作用力，單位N； 活塞桿直徑，單位m； 材料的許用應(yīng)力，查機(jī)械設(shè)計手冊為600MPa。下面各液壓缸的活塞桿校核如下: MPaMPa MPa故，所以滿足強(qiáng)度要求。4.8 彎曲穩(wěn)定性校核活塞桿受軸向壓力作用時，有可能產(chǎn)生彎曲，當(dāng)此軸向力達(dá)到臨界值Fk時，會出現(xiàn)壓桿不穩(wěn)定現(xiàn)象學(xué)，臨界值的大小與活塞桿長和直徑，以及缸的安裝方式等有關(guān)。只有當(dāng)活塞桿的計算長度10時，才進(jìn)行活塞桿的縱向穩(wěn)定性計算。所以只需校核手臂伸縮液壓缸，其計算按材料力學(xué)的有關(guān)公式進(jìn)行。使缸保持穩(wěn)定性的條件為： （4.18

6、） N MPa （4.19） m4 （4.20）式中： F缸承受的軸向壓力（N）； nk安全系數(shù)，一般取3.56； K液壓缸安裝及導(dǎo)向系數(shù)，見機(jī)械設(shè)計手表20-6-17。 FK活塞桿彎曲失穩(wěn)的臨界壓力（N），可由下式計算： L液壓缸支承長度（m）； I活塞桿橫截面慣性矩（m4），可由下式計算： E實際彈性模數(shù)，可由下式計算： E材料的彈性模數(shù)（MPa），鋼材； a材料組織缺陷系數(shù)，鋼材一般取a； b活塞桿截面不均勻系數(shù)，一般取b； d活塞桿直徑（m）。計算可得：4.9所以彎曲強(qiáng)度滿足要求。4.9 本章小結(jié) 本章主要介紹機(jī)械手手指夾緊內(nèi)部液壓缸的計算設(shè)計，手臂伸縮缸的設(shè)計計算、手臂俯仰缸的設(shè)計計

7、算。手指擺動機(jī)構(gòu)的的設(shè)計、手臂擺動機(jī)構(gòu)的設(shè)計、以及各項設(shè)計計算的校核。根據(jù)計算出來的結(jié)構(gòu)繪制機(jī)械手各部分的圖，本章對機(jī)械手圖形設(shè)計很重要，很多圖形都是根據(jù)本章設(shè)計的數(shù)據(jù)制作的。第5章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計5.1 液壓缸或液壓馬達(dá)所需流量的確定5.1.1 液壓缸工作時所需流量 （5.1）式中： 液壓缸有效作用面積（m2）； 活塞與缸體的相對速度（）。1.無桿活塞桿有效作用面積： （5.2）式中: 油缸內(nèi)徑（）。2.有桿活塞桿有效作用面積： （5.3）式中: 活塞桿直徑（）。經(jīng)過計算可得各活塞的有效面積如下表5.1所示：表5.1 各活塞的有效面積 有效面積液壓缸(mm2)(mm)手臂俯仰油缸785040

8、03.5手臂伸縮油缸2009612246手指夾緊油缸78504003.5經(jīng)過計算可得各液壓缸流量下表5.2所示：5.2 液壓馬達(dá)工作時的流量查表得YMD30擺角90，流量（內(nèi)泄漏量）為300；YMD300擺角270，流量（內(nèi)泄漏量）為470。知道流量后，根據(jù)流量選擇泵提供多大的工作壓力，選擇額定的工作壓力后，系統(tǒng)才能正常工作。實現(xiàn)機(jī)械手各個部分的工作，5個部分的流量都計算出來，然后通過液壓閥進(jìn)行控制，滿足每個缸所需要的流量。這樣保證系統(tǒng)的正常工作。手腕能回轉(zhuǎn)90，機(jī)身通過液壓缸的控制能回轉(zhuǎn)270，這樣都能滿足機(jī)械手的設(shè)計要求。表5.2 各液壓缸流量工 況執(zhí)行元件運(yùn)動速度m/s結(jié)構(gòu)參數(shù)(m2)流

9、量 (L/s)計算公式手指夾緊夾緊缸0.035=0.00790.28手指松開0.070=0.0040手臂前伸伸縮缸0.042=0.02010.85手臂縮回0.070=0.0122手臂上升俯仰缸0.035=0.00790.28手臂下降0.07=0.00405.3 液壓缸或液壓馬達(dá)主要零件的結(jié)構(gòu)材料及技術(shù)要求5.3.1 缸體液壓缸缸體的常用材料有20、35、45號無縫鋼管。因20號鋼的力學(xué)性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需焊接時，則應(yīng)采用焊接性能比較好的35鋼，初加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45鋼，并調(diào)質(zhì)到241285HB。缸體毛坯也可采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵件。

10、鑄鐵可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200HT350間幾個牌號或球墨鑄鐵。特殊情況下，可采用鋁合金等材料。設(shè)計中缸體材料選用45號鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241285HB。缸體內(nèi)徑采用H8配合?；钊捎孟鹉z密封圈密封，該密封結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠，摩擦阻力小，但是要求缸孔內(nèi)臂十分光滑，故取缸體內(nèi)表面的粗糙度為Ra=0.10.4um。缸體內(nèi)徑的圓度公差按8級精度選取，圓柱度公差按8級精度選取。缸體端面的垂直度公差按7級精度選取。帶有耳環(huán)的缸體，而空孔徑的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直度公差按9級精度選取。為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面鍍以厚度為3040的鉻層，鍍后進(jìn)行珩磨或拋光。它們的安裝支承方式通

11、常有臺肩支承和缸底支承兩種，這里均采用法蘭連接缸底支承。5.3.2 缸蓋液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。當(dāng)缸蓋本身又是活塞桿的導(dǎo)向套時，缸蓋最好選用鑄鐵。同時，應(yīng)在導(dǎo)向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料。如果采用在缸蓋中壓入導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)時，導(dǎo)向套材料則應(yīng)為耐磨鑄鐵、青銅或黃銅等。設(shè)計中缸蓋本身又是活塞桿的導(dǎo)向套，故缸蓋材料選用45號鋼。同時，在導(dǎo)向表面上熔堆黃銅、青銅或其它耐磨材料。缸蓋直徑和活塞桿緩沖孔的圓柱度公差按9級精度選取，同軸度公差值為0.03mm。端面與直徑軸心線的垂直度公差值按7級精度選取，導(dǎo)向孔的表面粗糙

12、度為Ra=1.25m5.3.3 活塞活塞缸活塞常用的材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼（有的在外徑上套有尼龍66、尼龍1010或夾布酚醛塑料的耐磨環(huán)）及鋁合金。設(shè)計中活塞的材料選用HT350，活塞與活塞桿采用螺紋連接。活塞外徑對內(nèi)孔的徑向跳動公差按7級精度選取，端面對內(nèi)孔軸線的垂直度公差也按7級精度選取。外徑的圓柱度公差值按9級精度選取。5.3.4 活塞桿活塞桿選用外螺紋結(jié)構(gòu)、實心桿，材料選用45號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為229285HB，必要時再經(jīng)高頻淬火，硬度可達(dá)HRC4555?；钊麠U各外徑的圓度公差按9級精度選取，d的圓柱度公差按8 級精度選取，活塞桿兩端的徑向跳動公差

13、為0.01mm，活塞桿端的垂直度公差按7級精度選取，活塞桿上的螺紋按6級精度加工，活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra=0.63m，必要時鍍厚度為0.05mm的鉻，然后拋光。5.3.5 液壓缸的緩沖裝置緩沖裝置是為了防止或減小液壓缸活塞在運(yùn)動到兩個端點時因慣性力造成的沖撞。液壓缸的活塞桿具有一定的質(zhì)量，在液壓力的驅(qū)動下運(yùn)動時具有很大的動量，在它們的行程終端，當(dāng)桿頭進(jìn)入液壓缸的端蓋和缸底部分時，會引起機(jī)械碰撞，產(chǎn)生很大的沖擊壓力和噪聲。因此就有必要采用緩沖裝置，以避免這種機(jī)械碰撞使缸體損壞，但沖擊壓力仍然存在，大約是額定工作壓力的兩倍，這就必然會嚴(yán)重影響液壓缸和整個液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度和正常工作，緩沖裝置可

14、以防止和減少液壓缸活塞及活塞桿等運(yùn)動部件在運(yùn)動時對缸底或端蓋的沖擊，在它們的行程終端能實現(xiàn)速度的遞減，直至為零。通常是通過節(jié)流作用，使液壓缸運(yùn)動到端點附近時形成足夠的內(nèi)壓，降低液壓缸的運(yùn)動速度，以減小沖擊。其工作原理是使缸筒低壓腔內(nèi)油液全部或部分通過節(jié)流把動能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能則由循環(huán)的油液帶到液壓缸外。本設(shè)計中采用的緩沖裝置是可變節(jié)流槽式的緩沖裝置。這種緩沖裝置是在緩沖柱塞上開由淺到深的三角節(jié)流溝槽，節(jié)流面積隨著緩沖行程的增大而逐漸減少，緩沖壓力變化平緩。5.3.6 液壓缸的排氣裝置為使液壓缸運(yùn)動穩(wěn)定，在新裝上液壓缸之后，必須將缸內(nèi)的空氣排出。排氣的方法之一是使液壓缸反復(fù)運(yùn)動，直到運(yùn)動平穩(wěn)。但

15、更可靠的方法是在液壓缸上設(shè)置排氣塞（排氣閥），排氣塞的位置一般放置在液壓缸的端部，雙作用液壓缸則應(yīng)設(shè)置兩個排氣塞。如果排氣閥設(shè)置不當(dāng)或者沒有設(shè)置，壓力油進(jìn)入液壓缸后，缸內(nèi)仍會存在空氣，由于空氣具有壓縮性和滯后擴(kuò)張性，會造成液壓缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的振動和爬行，影響液壓缸的正常工作。為了避免這種現(xiàn)象，除了防止空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)外，必須在液壓缸上安設(shè)排氣閥，因為液壓缸是液壓系統(tǒng)的最后執(zhí)行元件，會直接反映出殘留空氣的危害。對于速度要求較高的液壓缸和大型液壓缸需要專門設(shè)置排氣裝置，如排氣塞、排氣閥等。對于要求不是很高的液壓缸，往往不需要設(shè)計專門的排氣裝置，而是將油口布置在缸筒的最高處，這樣也能使空氣

16、隨著油液排往油箱，再從油箱逸出。本設(shè)計采用后者。5.4 制定基本方案設(shè)計合理的液壓系統(tǒng)才能確保全面、可靠地實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定的各項技術(shù)指標(biāo)，通常做法是先選定系統(tǒng)類型，分別選擇各項要求的基本回路，最后再將各基本回路組合成完整的液壓系統(tǒng)。由于影響液壓系統(tǒng)方案的因素很多，設(shè)計中仍主要靠經(jīng)驗來完成。5.4.1 基本回路的選擇1）壓力源回路：壓力源回路又稱動力源回路，其功能是向液壓系統(tǒng)提供滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的壓力和流量。壓力源回路是由油箱、油箱附件、液壓泵、電動機(jī)（發(fā)動機(jī)）、安全閥、過濾器、單向閥等組成。設(shè)計中采用高低壓雙聯(lián)泵液壓源回路。2）壓力控制回路：壓力控制回路是以控制系統(tǒng)及各支路壓力，使之完成特

17、定功能的回路。壓力控制回路的種類很多，在一個工作循環(huán)的某一段時間內(nèi)各支路均不需要新提供的液壓能時，考慮采用卸荷回路；當(dāng)某支路需要穩(wěn)定的低于動力油源的壓力時，應(yīng)考慮減壓回路；當(dāng)載荷變化較大時，應(yīng)考慮多級壓力控制回路；當(dāng)有慣性較大的運(yùn)動部件時容易產(chǎn)生沖擊時，應(yīng)考慮緩沖或制動回路；在有升降運(yùn)動部件的液壓系統(tǒng)中應(yīng)考慮平衡回路等。本設(shè)計中采用通常將調(diào)壓、限壓回路與油源回路合并考慮。3）速度控制回路：液壓系統(tǒng)原理圖的核心是調(diào)速回路，調(diào)速方案和調(diào)速回路對其它回路的選擇具有決定性的影響。本系統(tǒng)是功率較小的，故選用簡單的進(jìn)油路節(jié)流閥調(diào)速。同樣的道路選用單泵供油，力求較好的經(jīng)濟(jì)性。在機(jī)械手的升降缸采用單伸出桿時，

18、為了使往復(fù)運(yùn)動速度一致時要采用兩個單向節(jié)流閥來實現(xiàn)。若只用一個節(jié)流閥調(diào)速時，則應(yīng)將節(jié)流閥放到換向閥下面，并按有桿腔進(jìn)油達(dá)到最大允許速度，但仍然符合設(shè)計要求。4）方向控制回路：控制執(zhí)行元件的啟動、停止或改變運(yùn)動方向或控制液流通斷或改變方向均需采用方向控制回路。實現(xiàn)方向控制的基本方法有：閥控主要是采用控制閥分配液流；泵控是采用雙向定量泵或雙向變量泵改變液流的方向和流量；執(zhí)行元件控制是采用雙向液壓馬達(dá)來改變液流方向。本設(shè)計中采用閥控。5.5 液壓元件的選擇5.5.1 液壓泵的選擇油泵作為液壓系統(tǒng)的動力元件，是液壓系統(tǒng)的心臟，它把原動機(jī)（電動機(jī)、柴油機(jī)等）輸入的機(jī)械能（轉(zhuǎn)矩和角速度）轉(zhuǎn)換為液壓能（壓力

19、和流量）輸出，為執(zhí)行元件提供壓力油。液壓泵的性能好壞直接影響到液壓系統(tǒng)的工作特性和可靠性，在液壓傳動中占有及其重要的地位。液壓泵按排量能否改變分為定量泵和變量泵；按進(jìn)、出油口的方向是否可變分為單向泵和雙向泵；按運(yùn)動構(gòu)件的形狀和運(yùn)動方式分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵。選用液壓泵的原則和根據(jù)有： (1)是否要求變量：要求變量選用變量泵，其中單作用葉片泵的工作壓力較低，僅適用于機(jī)床系統(tǒng)。 (2)工作壓力：目前各類液壓泵的額定壓力都有所提高，但相對而言，柱塞泵的額定壓力最高。 (3)工作環(huán)境：齒輪泵的抗污染能力最好，因此特別適于工作環(huán)境較差的場合。 (4)噪音指標(biāo)：屬于低噪音的液壓泵有嚙合齒輪泵、

20、雙作用葉片泵和螺桿泵，后兩種泵是瞬時理論流量均勻。 (5)效率：按結(jié)構(gòu)形式分，軸向柱塞泵的總效率最高；而同一種結(jié)構(gòu)的液壓泵，排量大的總效率高；同一排量的液壓泵，在額定工況（額定壓力、額定轉(zhuǎn)速、最大排量）時總效率最高，若工作壓力低于額定壓力或轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速、排量小于最大排量，泵的總效率將下降，甚至下降很多。因此，液壓泵應(yīng)在額定工況（額定壓力和額定轉(zhuǎn)速）或接近額定工況是條件下工作。 目前在機(jī)械手上多數(shù)采用齒輪泵和葉片泵，而從流量特性來看，多數(shù)是采用定量泵。設(shè)計中采用PV2R雙聯(lián)葉片泵。已知系統(tǒng)壓力為8MPa，選取PV2R12，查機(jī)械設(shè)計手冊表20-5-33選取其前泵排量V1為33mL/r，后泵排

21、量V2為12mL/r，其允許最高轉(zhuǎn)速1800r/min，最低轉(zhuǎn)速750r/min。該泵使用普通液壓油時前泵的最高使用壓力為14MPa，后泵為16MPa，滿足系統(tǒng)要求的8MPa。前泵的流量： （5.4）式中： 泵的排量（）；泵的額定轉(zhuǎn)速（）。后泵的流量： （5.5）式中： 泵的排量（）；泵的額定轉(zhuǎn)速（）。 5.5.2 液壓泵所需電機(jī)功率的確定 （5.6）式中： 油泵所需要的電動機(jī)功率； 油泵的最大工作壓力（）； 油泵最大流量（）； 油泵總效率，一般葉片泵0.750.85；齒輪泵0.60.8；柱塞泵0.750.9。前泵所需電機(jī)功率：kw 后泵所需電機(jī)功率：kw5.5.3 液壓閥的選擇液壓閥的作用是

22、控制液壓系統(tǒng)的油流方向、壓力和流量，從而控制整個液壓系統(tǒng)的全部功能，如系統(tǒng)的工作壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作程序，工作部件的運(yùn)動速度、方向，以及變換頻率，輸出力或力矩等等。液壓閥的性能是否可靠，是關(guān)系到整個液壓系統(tǒng)能否正常工作的問題。液壓閥的分類有：1）壓力控制閥：主要控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力或輸出轉(zhuǎn)矩的大小，并確定液壓泵及整個液壓系統(tǒng)的工作負(fù)載，在過載時起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。2）流量控制閥：根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動速度的要求供給所需流量。3）方向控制閥:控制油流的通、切斷或改變油流的方向，以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方向等。三類閥還可以相互組合，成為復(fù)合閥，以減少管路的連接，式結(jié)構(gòu)更為緊湊，提高系統(tǒng)效率。液壓傳動系統(tǒng)，選擇

23、合適的液壓閥，是使系統(tǒng)設(shè)計合理，性能優(yōu)良，安裝簡便，維修容易，并保證該系統(tǒng)正常工作的重要條件。根據(jù)本液壓的設(shè)計要求，液壓閥的選擇按定壓力和額定流量大于系統(tǒng)最高工作壓力和通過該閥的最大流量的原則。選擇換向回路的核心是選擇換向閥的形式，以實現(xiàn)對于換向精度及換向平穩(wěn)性的要求。一般來說，換向性能要求高，應(yīng)選用機(jī)動換向閥或液動換向閥，若對于換向性能無特別要求，應(yīng)選用電磁閥。根據(jù)本設(shè)計液壓系統(tǒng)要求，夾緊缸換向選用兩位兩通電磁閥，其他缸全部選用三位四通電磁換向閥。為防止俯仰缸因自重自由下滑和伸縮缸在仰起一定角度后的自由下滑，都采用單向順序閥來平橫。為保證夾緊缸夾持工件的可靠性，選用液控單向閥保壓和鎖緊。手臂

24、升降缸為立式液壓缸，為支承平衡手臂運(yùn)動部件的自重，采用了單向順序閥的平衡回路。5.5.4 液壓輔助元件的選擇原則（1）蓄能器：蓄能器在液壓系統(tǒng)中是用來儲存、釋放能量的裝置。其可作為輔助液壓源在短時間里提供一定數(shù)量的壓力油，滿足系統(tǒng)對速度、壓力的要求。（2）濾油器：過濾器的功能是清除液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)中固體污染物，使工作介質(zhì)保持清潔，延長元器件的使用使用壽命、保證液壓元件工作性能可靠。選擇過濾器需考慮如下幾點：1）根據(jù)使用目的選擇過濾器的種類，根據(jù)安裝位置情況選擇過濾器的安裝形式。2）過濾器應(yīng)具有足夠大的通油能力，并且壓力損失要小。3）過濾精度應(yīng)滿足液壓系統(tǒng)或元件所需的清潔度要求。4）濾芯使用的濾

25、材應(yīng)滿足所使用工作介質(zhì)的要求，并且有足夠的強(qiáng)度。5）過濾器的強(qiáng)度及壓力損失是選擇時需重點考慮的因素，安裝過濾器后會對系統(tǒng)造成局部壓降或產(chǎn)生背壓。6）濾芯的更換及清洗應(yīng)方便。7）應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)需要考慮選擇合適的濾芯保護(hù)附件。8）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單、緊湊、安裝形式合理。9）價格低廉。1）管道尺寸的確定1.管道內(nèi)徑計算： （5.7）式中： 通過管道內(nèi)的流量（）； 管內(nèi)允許流速（）；根據(jù)所得的內(nèi)徑尺寸，按下表標(biāo)準(zhǔn)系列選取相應(yīng)的管子。 表5.3 軟管內(nèi)徑尺寸系列2.53.256.381012.5161920（22）2531.538405051表5.4 硬管外徑系列45681012（14）16（18）20（22）

26、25（28）32（34）38*40（42）502.管道壁厚計算： （5.8） 式中： 管道內(nèi)最高工作壓力（）； 管道內(nèi)徑（）； 管道材料的需用應(yīng)力（），； 管道材料的抗拉強(qiáng)度（）； n安全系數(shù)，對鋼管來說，p7MPa時，取n=8；p17.5MPa時，取n=4。管頭連接螺紋根據(jù)油管外徑選取。2）液壓缸進(jìn)出油口直徑的確定缸的進(jìn)出油口直徑可用下式求得： （5.9）式中： q液壓缸配管內(nèi)的流量； v液壓缸配管內(nèi)液體的平均流量（一般取v=45m/s計算得出的數(shù)值并按液壓的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，如表5.5所示：表5.5 各液壓缸進(jìn)出油口直徑 進(jìn)出油口直徑液壓缸（mm）俯仰擺動直線油缸M272手臂伸宿液壓缸M3

27、32手指夾緊液壓缸M2725.5.5 油箱容量的確定在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，郵箱不能溢出，以及系統(tǒng)中最大可能充滿油時，油箱的油位不低于最低限度。根據(jù)油箱容量的經(jīng)驗公式： （5.10）式中： 液壓泵每分鐘排除壓力油的容積（m3）； 經(jīng)驗系數(shù)，見下表5.6。表5.6 經(jīng)驗系數(shù)a系統(tǒng)類型行走機(jī)械低壓系統(tǒng)中壓系統(tǒng)鍛壓系統(tǒng)冶金系統(tǒng)a12245761210計算可得油箱容量： L選用規(guī)格為250L的油箱。5.5.6 液壓原理圖液壓系統(tǒng)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)的電磁換向閥或電液動換向閥，按程序依次步進(jìn)動作，液壓系統(tǒng)的工作順序是由控制各個液壓缸

28、換向閥的電磁鐵的得失電來工作的。 液壓工作的原理（如圖5.1所示：）液壓的系統(tǒng)由雙聯(lián)泵1、2為主要供油系統(tǒng)，液壓油通過泵分別進(jìn)入到手臂回轉(zhuǎn)缸、手臂伸縮缸、手指加緊缸、手腕回轉(zhuǎn)缸、定位缸。然后通過電磁鐵的得斷電對圖中電磁閥進(jìn)行控制，控制各個部分液壓缸的工作，從而實現(xiàn)對手臂回轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手指加緊、手腕回轉(zhuǎn)、定位。圖中5、6、7、8、9為單向控制閥的作用是防止油液倒流，圖中11、13、15、17、18、23、24為單向調(diào)速閥，主要作用是調(diào)節(jié)液壓缸內(nèi)油的流速，從而保證工作平穩(wěn)進(jìn)行。圖5.1 液壓原理圖執(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

29、工作速度越高，啟動和停止時的慣性力矩就越大，這不僅會影響到機(jī)械手的定位精度，嚴(yán)重時還會損傷機(jī)件。因此為達(dá)到機(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)械手手指夾緊由壓力傳感器控制力度，保證工件不被抓傷也不會在搬運(yùn)過程中掉落；手臂伸縮和手臂俯仰由行程開關(guān)適時發(fā)信號，提前切斷油路滑行緩沖并定位；手臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)由擋鐵定位保證精度，端點到達(dá)前發(fā)信號切斷油路。機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動作時間、運(yùn)動速度和加減速度等，控制方式可分為點位控制和連續(xù)控制兩種，目前以點位控制為主，占90%以上。本設(shè)計中機(jī)械手的控制可采用電氣進(jìn)行順序點位控制。它把計算機(jī)的編程靈活、功能

30、齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點與繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾能力強(qiáng)、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，而其本身又具有體積小、質(zhì)量輕、耗電省等特點。為了增強(qiáng)機(jī)械手使用的靈活性，可將機(jī)械手的工作方式設(shè)置為手動和自動兩種方式，其中自動方式又包括連續(xù)、單周期、單步這幾種工作方式。5.6本章小結(jié)本章主要介紹機(jī)械手液壓設(shè)計，包括選液壓元件、液壓馬達(dá)、最重要的就是液壓系統(tǒng)的控制原理圖，根據(jù)原理圖控制機(jī)械手的運(yùn)動，將液壓與機(jī)械的運(yùn)動結(jié)合在一起。液壓系統(tǒng)穩(wěn)定，對機(jī)械手工作性能有很大的提高。使機(jī)械手在液壓的驅(qū)動下平穩(wěn)的運(yùn)動。第6章 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計6.1 電氣控制的概述電氣控制電路也稱電器控制電路或繼電接觸控制電路，是指

31、由常用低壓電器（控如制開關(guān)、按鈕、限位開關(guān)、斷路器、接觸器、繼電器等）組成的控制電路，屬于開關(guān)量邏輯控制電路。電器控制電路具有電路簡單、價格低廉、邏輯關(guān)系清便于維修、控制功率大等優(yōu)點。即便在當(dāng)前可編程控制器（PLC）應(yīng)用十分廣泛的情況下，也離不開這些常規(guī)的低壓控制電器。可編程控制器沿襲和發(fā)展了電氣控制電路的控制原理和方法，由于二者的控制方法和原理基本上是一致的，因此掌握好電氣控制電路的控制原理是學(xué)習(xí)可編程控制器控制原理的基礎(chǔ)。6.2 控制電路6.2.1 控制電路的組成電氣控制電路根據(jù)邏輯關(guān)系可以分成3個組成部分。1輸入元件、2中間邏輯元件、3輸出元件。輸入元件：控制電路的輸入邏輯變量，用于對電

32、路的控制，可分為主令元件和檢測元件。主令元件是人向控制電路發(fā)布控制指令的元件，如按鈕、開關(guān)等。檢測元件是電路和電氣控制設(shè)備本身向控制電路發(fā)布控制指令的元件，用于對電路和電氣控制設(shè)備的某些物理量（如行程距離、溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、電流等）的檢測。常用的檢測元件有行程開關(guān)、熱繼電器、電流繼電器、速度繼電器等。中間邏輯元件：控制電路的中間邏輯變量，用于對電路中變量的邏輯變換和記憶等作用，常用的中間邏輯元件有中間繼電器、通用繼電器、時間繼電器及計數(shù)器等。輸出執(zhí)行元件：用于對電路控制結(jié)果的執(zhí)行，是控制電路的輸出邏輯變量?？煞譃橛杏洃浌δ芎蜔o記憶功能兩種，有記憶功能的輸出執(zhí)行元件常用的有接觸器、繼電器等，無記

33、憶功能的輸出執(zhí)行元件常用的信號燈、報警器、電磁鐵、電磁閥、電動機(jī)等。電氣電路由主電路部分和控制電路部分組成。6.2.2 繼電器的選擇繼電器的選擇要注意4點：1按使用環(huán)境選型；2按輸入信號不同選擇繼電器種類；3輸入?yún)⒘康倪x定；4根據(jù)負(fù)載情況選擇繼電器觸點和種類。1使用環(huán)境條件主要指溫度（最大與最?。?、濕度（一般指40攝氏度下的最大相對濕度）、低氣壓（使用高度1000米以下可不考慮）、振動和沖擊。此外，尚有封裝方式、安裝方法、外形尺寸及絕緣性等要求。由于材料和結(jié)構(gòu)不同，繼電器承受的環(huán)境力學(xué)條件各異，超過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境力學(xué)條件下使用，有可能損壞繼電器，可按整機(jī)的環(huán)境力學(xué)條件或高一級的條件選用。.

34、對電磁干擾或射頻干擾比較敏感的裝置周圍，最好不要選用交流電激勵的繼電器。選用直流繼電器要選用帶線圈瞬態(tài)抑制電路的產(chǎn)品。那些用固態(tài)器件或電路提供激勵及對尖峰信號比較敏感地地方，也要選擇有瞬態(tài)抑制電路的產(chǎn)品。2按輸入信號是電、溫度、時間、光信號確定選用電磁、溫度、時間、光電繼電器，這是沒有問題的。這里特別說明電壓、電流繼電器的選用。若整機(jī)供給繼電器線圈是恒定的電流應(yīng)選用電流繼電器，是恒定電壓值則選用電壓繼電器。3與用戶密切相關(guān)的輸入量是線圈工作電壓（或電流），而吸合電壓（或電流）則是繼電器制造廠控制繼電器靈敏度并對其進(jìn)行判斷、考核的參數(shù)。對用戶來講，它只是一個工作下極限參數(shù)值?？刂瓢踩禂?shù)是工作電

35、壓（電流）/吸合電壓（電流），如果在吸合值下使用繼電器，是不可靠的、不安全的，環(huán)境溫度升高或處于振動、沖擊條件下，將使繼電器工作不可靠。整機(jī)設(shè)計時，不能以空載電壓作為繼電器工作電壓依據(jù)，而應(yīng)將線圈接入作為負(fù)載來計算實際電壓，特別是電源內(nèi)阻大時更是如此。當(dāng)用三極管作為開關(guān)元件控制線圈通斷時，三極管必須處于開關(guān)狀態(tài)，對6VDC以下工作電壓的繼電器來講，還應(yīng)扣除三極管飽和壓降。當(dāng)然，并非工作值加得愈高愈好，超過額定工作值太高會增加銜鐵的沖擊磨損，增加觸點回跳次數(shù)，縮短電氣壽命，一般，工作值為吸合值的1.5倍，工作值的誤差一般為10%。4觸點組合形式和觸點組數(shù)應(yīng)根據(jù)被控回路實際情況確定。常用的觸點組合

36、形式見表6。動合觸點組和轉(zhuǎn)換觸點組中的動合觸點對，由于接通時觸點回跳次數(shù)少和觸點燒蝕后補(bǔ)償量大，其負(fù)載能力和接觸可靠性較動斷觸點組和轉(zhuǎn)換觸點組中的動斷觸點對要高，整機(jī)線路可通過對觸點位置適當(dāng)調(diào)整，盡量多用動合觸點。6.2.3 接觸器的選擇接觸器是一種用來接通或切斷交，直流電路和控制電路的自動控制電器。接觸器不僅可以接通和切斷電路，還具有欠電壓釋放保護(hù)，零壓保護(hù)。接觸器是自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種電器。 接觸器是一種主觸電常開，三極的，以空氣作滅弧介質(zhì)的電磁式交流接觸器。當(dāng)我們在選擇接觸器的時候，我們應(yīng)該根據(jù)主觸頭的額定電壓和額定電流以及接觸器吸引線圈的電壓來選擇。接觸器選擇要點：1.主觸頭的

37、額定電壓和額定電流。通常選擇接觸器觸頭的額定電壓大于或等于負(fù)載回路的額定電壓，主觸頭的額定電流不低于規(guī)定負(fù)載電路的額定電流，一般按1.3倍選擇。2.接觸器吸引線圈的電壓。一般直接選用一相對地電壓220V或直接選用380V。接觸器的觸頭數(shù)量，種類應(yīng)滿足控制線路的要求。 接觸器使用中注意的事項：安裝時，接觸器的地板應(yīng)與地面垂直，傾斜度應(yīng)小于5度。 2.勵磁線圈電壓應(yīng)為85%105%.操作頻率應(yīng)在允許范圍內(nèi)。 3.鐵芯上短路環(huán)應(yīng)完好.鐵芯、銜鐵端面接觸良好、無異物.觸點表面接觸良好，有一定的超程和耐壓力。 4.接觸器安裝時，應(yīng)注意孔的位置，以便于散熱。6.2.4 斷路器低壓斷路器是配電系統(tǒng)中主要的保

38、護(hù)電器之一，也是功能最完善的保護(hù)電器，其主要作用是作為短路、過載、接地故障、失壓以及欠電壓保護(hù)。根據(jù)不同需要，低壓斷路器可配備不同的繼電器或脫扣器。脫扣器是低壓斷路器總體的一個組成部分，而繼電器，則通過與低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)相連的欠電壓脫扣器、分勵脫器來控制低壓斷路器。低壓斷路器一般由脫扣器來完成其保護(hù)功能。6.3 電氣系統(tǒng)的設(shè)計及原理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(jī)械手的自動循環(huán)采用步進(jìn)繼電器控制。步進(jìn)動作時由每一個動作完成后，使行程開關(guān)SQ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。發(fā)信指令完成由相應(yīng)的中間繼電器KA來實現(xiàn)，受發(fā)指令的完成方式為機(jī)械手相應(yīng)動作結(jié)束

39、的同時使步進(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)。機(jī)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(jìn)行單個動作調(diào)試。液壓泵的供油與卸載和每步動作之間的相應(yīng)關(guān)系由控制電器保證。只有在KA2、KA 3、KA4、KA5、KA6、KA7、KA8、KA9、KA10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（即任一液壓缸動作），12K則斷電，小泵停止卸載；中間繼電器KA2、KA3、KA5、KA6中任意一個通電（即手臂升降、手臂伸縮），大泵停止卸載。手臂定位與手臂回轉(zhuǎn)由繼電器互鎖。在定位插銷后，定位缸壓力上升，壓力繼電器K升壓發(fā)

40、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12YA的線圈兩邊串聯(lián)有中間繼電器KA9和KA10(手臂回轉(zhuǎn))的常閉觸頭和KA11（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。因機(jī)械手工作環(huán)境存在金屬粉塵，在電磁鐵的線圈兩邊各串聯(lián)了一個中間繼電器的常開觸頭，用以保證繼電器斷電后常開觸頭可靠脫開，液壓缸及時停止工作。6.4 電氣系統(tǒng)的控制順序本設(shè)計中電氣控制原理（如圖6.1）：主電路開關(guān)閉合接通電路，電路中FU熔斷器串聯(lián)在電路中起到保護(hù)電路的作用，F(xiàn)R熱繼電

41、器起到保護(hù)作用，主電路通過變壓裝置感應(yīng)控制電路，同樣控制電路中也有FU熔斷器起到保護(hù)電路的作用，首先連接個電源信號燈，按下SB2按鈕，KM得電，主電路通電帶動電機(jī)。中間繼電器KA2、KA3、KA5、KA6、KA4、KA7、KA8、KA9、KA10全不得電時中間繼電器KA12才通電，使電磁鐵1YA、2YA通電，兩泵卸載。手臂升降控制：當(dāng)KA2得電，3Y接通后得電，電磁鐵3YA得電，電液換向閥右邊接通，使手臂上升，當(dāng)KA3得電，4Y接通后得電，電磁鐵4YA得電，電液換向閥左邊接通，使手臂下降。手臂伸縮控制：當(dāng)KA5得電時，5Y接通后得電，電磁鐵5YA得電，電液換向閥右面接通，使手臂向前伸展，當(dāng)KA

42、6得電時，6Y接通后得電，電磁鐵6YA得電，電液換向閥左面接通，使手臂向回收回，手臂旋轉(zhuǎn)控制：當(dāng)KA9得電時，7Y接通后得電，電磁鐵7YA得電，電磁閥向右邊接通，使手臂順時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)KA10得電時，8Y接通后得電，電磁鐵8YA得電，電磁閥向左邊接通，使手臂逆時針旋轉(zhuǎn)，手指夾緊控制：當(dāng)KA4得電時，9Y接通后得電，電磁鐵9YA 得電，電磁鐵向右邊接通，使機(jī)械手手指張開，不通電時手指由彈簧控制處于夾緊狀態(tài)。手腕旋轉(zhuǎn)控制：當(dāng)KA7得電，10Y接通后得電，電磁鐵10Y得電，電磁閥右邊接通，使手腕順時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)KA8得電，11Y接通后得電，電磁鐵11Y得電，電磁閥左邊接通，使手腕逆時針旋轉(zhuǎn)。還可以通過調(diào)

43、整電路，將手動控制與自動控制相結(jié)合，通過整流電路連接至步進(jìn)器，由步進(jìn)器計數(shù)，每一個動作完成后，通過時間繼電器延時一小段時間，再這段時間后，再進(jìn)行下一步的工作，直到整個一個工作循環(huán)結(jié)束后。電路中有一個啟動開關(guān)和一個急停按鈕。液壓缸伸縮的長短由行程開關(guān)SQ控制，中間繼電器來控制電磁鐵繼而控制電磁閥，電路中中間繼電器的輸出電壓應(yīng)該與電磁鐵電磁閥的工作電壓相匹配，這樣電路中的中間繼電器才能控制電磁鐵，保證電路的正常工作。手動控制由按鈕來控制，按下按鈕一步一步的按順序的工作。手動或自動通過開關(guān)接通到不同的位置上。圖6.1機(jī)械手電氣控制圖6.5 本章小結(jié) 本章主要介紹電氣控制部分，電氣控制液壓系統(tǒng)中的電磁

44、換向閥，使機(jī)械手自動運(yùn)動。實現(xiàn)機(jī)械手自動化生產(chǎn)，自動、手動都能順利實現(xiàn)，加大了機(jī)械手的競爭力。電氣控制主要介紹些基本元件，電氣控制原理圖，根據(jù)電氣控制原理圖一步一步實現(xiàn)機(jī)械手的自動化控制。結(jié) 論本文設(shè)計了一個程控型機(jī)器人代替人工工作，實現(xiàn)兩條生產(chǎn)線之間曲軸的搬運(yùn)。本次設(shè)計的主要任務(wù)是完成機(jī)械手結(jié)構(gòu)方面以及其液壓驅(qū)動系統(tǒng)方面的設(shè)計，主要工作包括：（1）通過查閱有關(guān)資料，簡單介紹了國內(nèi)外機(jī)器人（機(jī)械手）的歷史及發(fā)展概況，介紹了目前機(jī)器人的幾種分類形式，列舉出了在生產(chǎn)、生活上和高科技領(lǐng)域中幾種常見的機(jī)器人。（2）根據(jù)本課題的給定的依據(jù)，提出了采用四自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手的方案，經(jīng)過分析和論證，證明了這種結(jié)構(gòu)的可以滿足工作要求。（3）對機(jī)械手的驅(qū)動