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冲压机械手-液压系统设计【全套8张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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PLC-A4.dwg

手臂升降缸装配图-A0.dwg

油缸底-A3.dwg

油缸杆-A3.dwg

油缸盖-A3.dwg

液压原理图-A0.dwg

液压结构图-A3.dwg

轧机液压升降台液压站-AO.dwg

图纸-CAXA

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手臂升降缸装配图-A0.exb

油缸底-A3.exb

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冲压机械手-液压系统设计

摘要

本次设计的课题为冲压机械手液压系统设计，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对冲压机械手液压部分、液压泵站、电气控制系统进行了设计，并绘制必要装配图、液压系统图、PLC控制系统原理图等。

冲压机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成；在液压传动机构中，冲压机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，冲压机械手的升降采用升降油缸，立柱的横移采用横向移动油缸；在PLC控制回路中，采用的PLC类型为FX2N，当按下连续启动后，PLC按指定的程序，通过控制电磁阀的开关来控制冲压机械手进行相应的动作循环，当按下连续停止按钮后，冲压机械手在完成一个动作循环后停止运动。

关键词：冲压机械手、液压系统、液压泵站、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

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 冲压机械手简介1

1.2 我国冲压机械手的发展1

第2章冲压机械手液压系统总体设计3

2.1 参数选定3

2.1.1 臂力的选定3

2.1.2 工作范围的选定3

2.1.3运动速度选定3

2.2液压系统简介3

5.2液压系统的组成4

第3章液压部分的设计5

3.1控制回路的选择5

3.1.1压力控制回路5

3.1.2速度控制回路5

3.1.3方向控制回路6

3.2液压系统原理图的拟定6

3.2.1冲压机械手的动作顺序6

3.2.2冲压机械手液压系统原理图7

3.3液压缸的设计7

3.3.1手臂升降、伸缩缸，手指夹紧缸7

3.3.2机械手回转缸10

3.3.3手腕回转缸11

第4章液压泵站的设计13

4.1液压元件及介质的选择13

4.1.1液压泵13

4.1.2液压介质的选择13

4.1.3液压阀类元件的选择13

4.1.4油箱的设计15

4.1.5液压集成阀块设计16

4.2其它辅助液压装置的设计选择16

4.2.1过滤器的选择16

4.2.3空气滤清器的选择18

4.2.4液位计的选择18

4.3动力系统的设计18

4.3.1电动机的选择18

4.3.2联轴器的选择18

4.4 液压系统性能校核19

4.4.1液压系统压力损失19

4.4.2系统发热计算20

第5章电气控制系统设计22

5.1液压系统的特点分析22

5.2继电器--接触器控制线路设计24

5.3电器元件的选择28

5.4 可编程控制器PLC控制系统的设计29

参考文献33

致谢34

第1章绪论

1.1 冲压机械手简介

几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。如古希腊神话《阿鲁哥探险船》中的青铜巨人泰洛斯（Taloas)，犹太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们一定要把美丽的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械偶人。

到了近代，冲压机械手一词的出现和世界上第一台冲压机械手问世之后，不同功能的冲压机械手也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。冲压机械手的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。

冲压机械手由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

冲压机械手并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

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手臂升降缸装配图-A0.gif

轧机液压升降台液压站-AO.gif

液压原理图-A0.gif

液压结构图-A3.gif

油缸底-A3.gif

油缸盖-A3.gif

油缸杆-A3.gif

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内容简介：: 冲压机械手 -液压系统设计 I 冲压机械手 -液压系统设计摘要本次设计的课题为冲压机械手液压系统设计，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成对冲压机械手液压部分、液压泵站、电气控制系统进行了设计，并绘制必要装配图、液压系统图、 PLC 控制系统原理图等。冲压机械手的机械结构采用油缸、螺杆、导向筒等机械器件组成；在液压传动机构中，冲压机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸，手腕回转采用回转油缸，立柱的转动采用齿条油缸，冲压机械手的升降采用升降油缸，立柱的横移采用横向移动油缸；在PLC 控制回路中，采用的 PLC 类型为 FX2N，当按下连续启动后， PLC 按指定的程序，通过控制电磁阀的开关来控制冲压机械手进行相应的动作循环，当按下连续停止按钮后，冲压机械手在完成一个动作循环后停止运动。关键词：冲压机械手、液压系统、液压泵站、控制回路、 PLC nts冲压机械手 -液压系统设计 II 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 nts冲压机械手 -液压系统设计 III 目录摘要 . I Abstract . II 第 1 章绪论 . 1 1.1 冲压机械手简介 . 1 1.2 我国冲压机械手的发展 . 1 第 2 章冲压机械手液压系统总体设计 . 3 2.1 参数选定 . 3 2.1.1 臂力的选定 . 3 2.1.2 工作范围的选定 . 3 2.1.3 运动速度选定 . 3 2.2 液压系统简介 . 3 5.2 液压系统的组成 . 4 第 3 章液压部分的设计 . 5 3.1 控制回路的选择 . 5 3.1.1 压力控制回路 . 5 3.1.2 速度控制回路 . 5 3.1.3 方向控制回路 . 6 3.2 液压系统原理图的拟定 . 6 3.2.1 冲压机械手的动作顺序 . 6 3.2.2 冲压机械手液压系统原理图 . 7 3.3 液压缸的设计 . 7 3.3.1 手臂升降、伸缩缸，手指夹紧缸 . 7 3.3.2 机械手回转缸 . 10 3.3.3 手腕回转缸 . 11 第 4 章液压泵站的设计 . 13 4.1 液压元件及介质的选择 . 13 4.1.1 液压泵 . 13 nts冲压机械手 -液压系统设计 IV 4.1.2 液压介质的选择 . 13 4.1.3 液压阀类元件的选择 . 13 4.1.4 油箱的设计 . 15 4.1.5 液压集成阀块设计 . 16 4.2 其它辅助液压装置的设计选择 . 16 4.2.1 过滤器的选择 . 16 4.2.3 空气滤清器的选择 . 18 4.2.4 液位计的选择 . 18 4.3 动力系统的设计 . 18 4.3.1 电动机的选择 . 18 4.3.2 联轴器的选择 . 18 4.4 液压系统性能校核 . 19 4.4.1 液压系统压力损失 . 19 4.4.2 系统发热计算 . 20 第 5 章电气控制系统设计 . 22 5.1 液压系统的特点分析 . 22 5.2 继电器 -接触器控制线路设计 . 24 5.3 电器元件的选择 . 28 5.4 可编程控制器 PLC 控制系统的设计 . 29 参考文献 . 33 致谢 . 34 nts冲压机械手 -液压系统设计 1 第 1 章绪论 1.1 冲压机械手简介几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。如古希腊神话阿鲁哥探险船中的青铜巨人泰洛斯（ Taloas)，犹太传说中的泥土巨人等等，这些美丽的神话时刻激励着人们一定要把美丽的神话变为现实，早在两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械偶人。到了近代，冲压机械手一词的出现和世界上第一台冲压机械手问世之后，不同功能的冲压机械手也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。冲压机械手的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。冲压机械手由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。冲压机械手并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 1.2 我国冲压机械手的发展有人认为，应用冲压机械手只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展冲压机械手不一定符合我国国情。这是一种误解。在我国，社会主义制度的优越性决定了冲压机械手能够充分发挥其长处。它不仅能为我国的经济建设带来高度的生产力和巨大的经济效益，而且将为我国的宇宙开发、海洋开发、核能利用等新兴领域的发展做出卓越的贡献。我国的冲压机械手从 80年代 “七五 ”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过 “七五 ”、 “八五 ”科技攻关，目前已基本掌握了冲压机械手操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分冲压机械手关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等冲压机械手；其中有 130 多台套喷漆冲压机械手在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊冲压机械手已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的冲压机械手技术及其nts冲压机械手 -液压系统设计 2 工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；冲压机械手应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产冲压机械手约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成冲压机械手产业，当前我国的冲压机械手生产都是应用户的要求， “一客户，一次重新设计 ”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 nts冲压机械手 -液压系统设计 3 第 2 章冲压机械手液压系统总体设计 2.1 参数选定 2.1.1 臂力的选定目前使用的冲压机械手的臂力范围较大，国内现有的冲压机械手的臂力最小为0.15N，最大为 8000N。本液压冲压机械手的臂力为 N 臂 =1650（ N），安全系数 K一般可在 1.53，本冲压机械手取安全系数 K=2。定位精度为 1mm。 2.1.2 工作范围的选定冲压机械手的工作范围根据工艺要求和操作运动的轨迹来确定。一个操作运动的轨迹是几个动作的合成，在确定的工作范围时，可将轨迹分解成单个的动作，由单个动作的行程确定冲压机械手的最大行程。本冲压机械手的动作范围确定如下：手腕回转角度 115 手臂伸长量 150mm 手臂回转角度 115 手臂升降行程 170mm 手臂水平运动行程 100mm 2.1.3 运动速度选定液压冲压机械手的各运动速度如下：手腕回转速度 V 腕回 = 40/s 手臂伸缩速度 V 臂伸 = 50 mm/s 手臂回转速度 V 臂回 = 40/s 手臂升降速度 V 臂升 = 50 mm/s 立柱水平运动速度 V 柱移 = 50 mm/s 手指夹紧油缸的运动速度 V 夹 = 50 mm/s 2.2 液压系统简介冲压机械手的液压传动是以有压力的油液作为传递动力的工作介质。电动机带动油泵输出压力油，是将电动机供给的机械能转换成油液的压力能。压力油经过管道及一些控制调节装置等进入油缸，推动活塞杆运动，从而使手臂作伸缩、升降等运动，将油液的压力能又转换成机械能。手臂在运动时所能克服的摩擦阻力大小，以及夹持式手部夹紧工件时所需保持的握力大小，均与油液的压力和活塞的有效工作面积有关。手臂做各种运动的速度决定于流入密封油缸中油液容积的多少。这种借助于运动着的压力油的容积变化来传递动力的液压传动称为容积式液压传动，冲压机械手的液nts冲压机械手 -液压系统设计 4 压传动系统都属于容积式液压传动。 5.2 液压系统的组成液压传动系统主要由以下几个部分组成：油泵它供给液压系统压力油，将电动机输出的机械能转换为油液的压力能，用这压力油驱动整个液压系统工作。液动机压力油驱动运动部件对外工作部分。手臂做直线运动，液动机就是手臂伸缩油缸。也有回转运动的液动机一般叫作油马达，回转角小于 360的液动机，一般叫作回转油缸（或称摆动油缸）。控制调节装置各种阀类，如单向阀、溢流阀、节流阀、调速阀、减压阀、顺序阀等，各起一定作用，使冲压机械手的手臂、手腕、手指等能够完成所要求的运动。 nts冲压机械手 -液压系统设计 5 第 3 章液压部分的设计 3.1 控制回路的选择冲压机械手的液压系统，根据冲压机械手自由度的多少，液压系统可繁可简，但是总不外乎由一些基本控制回路组成。这些基本控制回路具有各种功能，如工作压力的调整、油泵的卸荷、运动的换向、工作速度的调节以及同步运动等。 3.1.1 压力控制回路调压回路在采用定量泵的液压系统中，为控制系统的最大工作压力，一般都在油泵的出口附近设置溢流阀，用它来调节系统压力，并将多余的油液溢流回油箱。卸荷回路在冲压机械手各油缸不工作时，油泵电机又不停止工作的情况下，为减少油泵的功率损耗，节省动力，降低系统的发热，使油泵在低负荷下工作，所以采用卸荷回路。此冲压机械手采用二位二通电磁阀控制溢流阀遥控口卸荷回路。减压回路为了是冲压机械手的液压系统局部压力降低或稳定，在要求减压的支路前串联一个减压阀，以获得比系统压力更低的压力。平衡与锁紧回路在机械液压系统中，为防止垂直机构因自重而任意下降，可采用平衡回路将垂直机构的自重给以平衡。为了使冲压机械手手臂在移动过程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而发生位移，可采用锁紧回路，即将油缸的回油路关闭，使活塞停止运动并锁紧。本冲压机械手采用单向顺序阀做平衡阀实现任意位置锁紧的回路。油泵出口处接单向阀在油泵出口处接单向阀。其作用有二：第一是保护油泵。液压系统工作时，油泵向系统供应高压油液，以驱动油缸运动而做功。当一旦电机停止转动，油泵不再向外供油，系统中原有的高压油液具有一定能量，将迫使油泵反方向转动，结果产生噪音，加速油泵的磨损。在油泵出油口处加设单向阀后，隔断系统中高压油液和油泵时间的联系，从而起到保护油缸的作用。第二是防止空气混入系统。在停机时，单向阀把系统能够和油泵隔断，防止系统的油液通过油泵流回油箱，避免空气混入，以保证启动时的平稳性。 3.1.2 速度控制回路液压冲压机械手各种运动速度的控制，主要是改变进入油缸的流量 Q。其控制方法有两类：一类是采用定量泵，即利用调节节流阀的通流截面来改变进入油缸或油马达的流量；另一类是采用变量泵，改变油泵的供油量。本冲压机械手采用定量油泵节流调速回路。根据各油泵的运动速度要求，可分别采用 LI 型单向节流阀、 LCI 型单向节流阀或 QI 型单向调速阀等进行调节。 nts冲压机械手 -液压系统设计 6 节流调速阀的优点是：简单可靠、调速范围较大、价格便宜。其缺点是：有压力和流量损耗，在低速负荷传动时效率低，发热大。采用节流阀进行节流调速时，负荷的变化会引起油缸速度的变化，使速度稳定性差。其原因是负荷变化会引起油缸速度的变化，使速度稳定性差。其原因是负荷变化会引起节流阀进出油口的压差变化，因而使通过节流阀的流量以至油缸的速度变化。调速阀能够随负荷的变化而自动调整和稳定所通过的流量，使油缸的运动速度不受负荷变化的影响，对速度的平稳性要求高的场合，宜用调速阀实现节流调速。 3.1.3 方向控制回路在冲压机械手液压系统中，为控制各油缸、马达的运动方向和接通或关闭油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通电磁阀和电液动滑阀，由电控系统发出电信号，控制电磁铁操纵阀芯换向，使油缸及油马达的油路换向，实现直线往复运动和正反向转动。目前在液压系统中使用的电磁阀，按其电源的不同，可分为交流电磁阀（ D 型）和直流电磁阀（ E 型）两种。交流电磁阀的使用电压一般为 220V（也有 380V 或 36V），直流电磁阀的使用电压一般为 24V（或 110V）。这里采用交流电磁阀。交流电磁阀起动性能好，换向时间短，接线简单，价廉，但是如吸不上时容易烧坏，可靠性差，换向时有冲击，允许换向频率底，寿命较短。 3.2 液压系统原理图的拟定液压系统图的绘制是设计液压冲压机械手的主要内容之一。液压系统图是各种液压元件为满足冲压机械手动作要求的有机联系图。它通常由一些典型的压力控制、流量控制、方向控制回路加上一些专用回路所组成。绘制液压系统图的一般顺序是：先确定油缸和油泵，再布置中间的控制调节回路和相应元件，以及其他辅助装置，从而组成整个液压系统，并用液压系统图形符号，画出液压原理图。 3.2.1 冲压机械手的动作顺序本液压传动冲压机械手主要是从一个地方拿到工件后，横移一定的距离后把工件给立式精锻机进行加工。它的动作顺序是：待料（即起始位置。手指闭合，待夹料立放）插定位销手臂前伸手指张开手指夹料手臂上升手臂缩回立柱横移手腕回转 115 拔定位销手臂回转 115 插定位销手臂前伸手臂中停（此时立式精锻机的卡头下降卡头夹料，大泵卸荷）手指松开（此时精锻机的卡头夹着料上升）手指闭合手臂缩回手臂下降手腕反转（手腕复位）拔定位销手臂反转（冲压机械手复位）立柱回移（回到起始位置）待料（一个循环结束）卸荷。 nts冲压机械手 -液压系统设计 7 上述动作均由电控系统发信控制相应的电磁换向阀，按程序依次步进动作而实现的。该电控系统的步进控制环节采用步进选线器，其步进动作是在每一步动作完成后，使行程开关的触点闭合或依据每一步动作的预设停留时间，使时间继电器动作而发信，使步进器顺序 “跳步 ”控制电磁阀的电磁铁线圈通断电，使电磁铁按程序动作（见电磁铁动作程序表）实现液压系统的自动控制。 3.2.2 冲压机械手液压系统原理图定位缸手腕回转缸手指夹紧缸手臂回转缸手臂伸缩缸手臂升降缸图 3-1 液压系统原理图 3.3 液压缸的设计计算的主要内容是，根据执行机构所要求的输出力和运动速度，确定油缸的结构尺寸和所需流量、确定液压系统所需的油压与总的流量，以选择油泵的规格和选择油泵电动机的功率。确定各个控制阀的通流量和压力以及辅助装置的某些参数等。在本冲压机械手中，用到的油缸有活塞式油缸（往复直线运动）和回转式油缸（可以使输出轴得到小于 360的往复回转运动）及无杆活塞油缸（亦称齿条活塞油缸）。 3.3.1 手臂升降、伸缩缸，手指夹紧缸 nts冲压机械手 -液压系统设计 8 图 3-2 双作用单杆活塞杆油缸计算简图（ 1）流量、驱动力的计算当压力油输入无杆腔，使活塞以速度 V1 运动时所需输入油缸的流量 Q1 为 Q1 = 40D2 V1 对于手臂伸缩油缸： Q1=0.98cm3 /s，对于手指夹紧油缸： Q1=1.02 cm3 /s ,对于手臂升降油缸： Q1=0.83 cm3 /s 油缸的无杆腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力 P1 即油缸的驱动力为： P1 =4D2 p1 对于手臂伸缩油缸： p1=5978.3N，对于手指夹紧油缸： p1=2996.1N ，对于手臂升降油缸： p1=3500N 当压力油输入有杆腔，使活塞以速度 V2 运动时所需输入油缸的流量 Q2 为： Q2 = 40（ D2 -d2 ） V2 对于手臂伸缩油缸： Q2=0.87cm3 /s，对于手指夹紧油缸： Q2=0.96 cm3 /s ,对于手臂升降油缸： Q2=0.72 cm3 /s 油缸的有杆腔内压力油液作用在活塞上的合成液压力 P2 即油缸的驱动力为： P2 =4（ D2 -d2 ） p1 对于手臂伸缩油缸： p1=172N，对于手指夹紧油缸： p1=108N ，对于手臂升降油缸： p1=305N （ 2）计算作用在活塞上的总机械载荷冲压机械手手臂移动时，作用在冲压机械手活塞上的总机械载荷 P 为 P = P 工 + P 导 + P 封 + P 惯 + P 回其中 P 工为工作阻力 P 导导向装置处的摩擦阻力 nts冲压机械手 -液压系统设计 9 P 封密封装置处的摩擦阻力 P 惯惯性阻力 P 回背压阻力 P = 83+125+66+80+208=562(N) （ 3）确定油缸的结构尺寸油缸内径的计算油缸工作时，作用在活塞上的合成液压力即驱动力与活塞杆上所受的总机械载荷平衡，即 P = P1（无杆腔） = P2 （有杆腔）油缸（即活塞）的直径可由下式计算 D = 14PP= 1.131Pp 厘米（无杆腔）对于手臂伸缩油缸： D=50mm，对于手指夹紧油缸： D=30mm ，对于手臂升降油缸： D=80mm ，对于立柱横移油缸： D = 40mm 或 D = 114 2PdPP 厘米（有杆腔）油缸壁厚的计算：依据材料力学薄壁筒公式，油缸的壁厚可用下式计算： = 2 Dp计厘米 P 计为计算压力油缸材料的许用应力。对于手臂伸缩油缸： =6mm，对于手指夹紧油缸： =17mm ，对于手臂升降油缸： =16mm , 对于立柱横移油缸 : =17mm 活塞杆的计算可按强度条件决定活塞直径 d 。活塞杆工作时主要承受拉力或压力，因此活塞杆的强度计算可近似的视为直杆拉、压强度计算问题，即 = 42dP 即 d P4厘米 nts冲压机械手 -液压系统设计 10 对于手臂伸缩油缸： d =30mm，对于手指夹紧油缸： d =15mm ，对于手臂升降油缸： d=50mm , 对于立柱横移油缸 :d=16mm 3.3.2 机械手回转缸图 3-3 齿条活塞缸计算简图流量、驱动力的计算 Q = 1332 dD 当 D=103mm,d=40mm, =0.95 rad/s 时 Q = 952N 作用在活塞上的总机械载荷 P P = P 工 + P 封 + P 惯 + P 回其中 P 工为工作阻力 P 封密封装置处的摩擦阻力 P 惯惯性阻力 P 回背压阻力 P = 66+108+208=382（ N）油缸内径的计算根据作用在齿条活塞上的合成液压力即驱动力与总机械载荷的平衡条件，求得 nts冲压机械手 -液压系统设计 11 D =pP4 （厘米） D = 45mm 3.3.3 手腕回转缸在液压冲压机械手上实现手腕、手臂回转运动的另一种常用机构是单叶片回转油缸，简称回转油缸，其计算简图如下：图 12 回转油缸计算简图流量、驱动力矩的计算当压力油输入回转油缸，使动片以角速度运动时，需要输入回转油缸的流量 Q为： Q = 400 )(322 dDb 当 D=100mm,d=35mm,b=35mm, =0.95 rad/s 时 Q=0.02m3 /s 回转油缸的进油腔压力油液，作用在动片上的合成液压力矩即驱动力矩 M： M = 8 )(22 dDpb 得 M = 0.8 (Nm) 作用在动片（即输出轴）上的外载荷力矩 M M = M 工 +M 封 + M 惯 + M 回 nts冲压机械手 -液压系统设计 12 其中 M 工为工作阻力矩 M 封密封装置处的摩擦阻力矩 M 惯参与回转运动的零部件，在启动时的惯性力矩 M 回回转油缸回油腔的背反力矩 M = 2.3+0.85+1.22+1.08=5.45 (Nm) 回转油缸内径的计算回转油缸的动片上受的合成液压力矩与其上作用的外载荷力矩相平衡，可得： D = 28 dbpM （厘米） D = 30mm nts冲压机械手 -液压系统设计 13 第 4 章液压泵站的设计 4.1 液压元件及介质的选择 4.1.1 液压泵（ 1）确定液压泵的最大工作压力 pp PPP 1P （ 4.1）式中 p1液压缸或液压马达最大工作压力为 6MPa； p从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。 p 的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初算时可按经验数据选取：管路简单、流速不大的，取 p=（ 0.2 0.5） MPa；管路复杂，进口有调阀的，取 p=（ 0.51.5） MPa。选择管路损失 p=1MPa。则可得液压泵的最大工作压力 :则 Pp=5+1=6MPa （ 2）确定液压泵的流量 QP )( m ax QKQ p （ 4.2）式中 K系统泄漏系数，一般取 K=1.1 1.3； Qmax同时动作的液压缸或液压马达的最大总流量，可从（ Q-t）图上查得。对于在工作过程中用节流调速的系统，还须加上溢流阀的最小溢流量，一般取2-3L/min。由题知系统的最大工作流量为 53L/min 此处取 K=1.2，则可预选液压泵的流量 :Qp=60L/min （ 2）选择液压泵的规格根据以上求得的 pp 和 Qp 值，按系统中拟定的液压泵的形式，从产品样本或本手册中选择相应的液压泵。为使液压泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大 25% 60%。根据以上压力和流量的数值查阅产品样本，最后选取双联叶片泵 YB-35/18，其泵的流量为 53L/min，额定压力 6MPa，额定转速 2700r/min。最高压力 30MP,最高转速 2500 r/min，额定功率 7.5KW，重量 15.5KG。 4.1.2 液压介质的选择液压介质运动粘度，即液压介质的牌号的选择：液压系统的压力不高，为低压系统，并且液压系统回路较为简单。在液压系统中，液压泵的负荷最重，所以根据液压泵来选择液压介质的粘度，前面选用的是齿轮泵，根据液压设计与使用，可以查到对于符合条件的液压介质在 30-70 时推荐为 HL46，这种液压油质量比机械油高，用于中低压或简单机具的液压系统，允许粘度范围为 16-850 smm/2 ，其最佳粘度范围为 70-250 smm/2 。符合液压站的要求。 4.1.3 液压阀类元件的选择 nts冲压机械手 -液压系统设计 14 阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有 20%以内的短时间过流量。（ 1）先导式溢流阀溢流阀我们根据简单实用的原则，选用先导式直动型溢流阀：灵敏度高，压力溢流量的影响较小，适合在中高压大流量下工作。根据我们确定的流量为 240L/min，并且前面我们已经确定了液压回路采用板式连接，根据机械设计手册我们选择采用BG-10-V-32型，调压范围 0.5-25MPa，最大流量 400L/min，重量 8.7Kg。（ 2）压力继电器压力继电器是利用液体的压力信号来启闭电气触点的液压电气转换元件。它在油液压力达到其设定压力时，发出电信号，控制电气元件动作，实现泵的加载或卸载、执行元件的顺序动作。本系统设定压力为 6MPa。查询机械设计手册第五版可知其型号为 SG-02-C-20，最高使用压力 35MPa。（ 3）三位四通电磁换向阀电磁换向阀的主要作用是用于切换油路的走向。在液压回路的设计中已经确定了采用电液换向阀，根据液压元件与选用选择用 3WE0G24型电磁换向阀，其通径为 10mm，额定流量为 120L/min，质量为 6kg，工作压力为 31.5MPa，可以采用多种直流的供电方式。为了结合我们选用无管集成的需求，我们选用板式连接。（ 4）压力表开关压力表开关的作用主要是为了当压力表出现问题是截断油路。根据液压设计手册选用 KF-L8/E，公称压力为 31.5MPa。（ 5）压力表根据系统压力 6MPa，查询液压元件与选用选取型号为 Y-60。（ 6）调速阀在工进是流量为 110L/min。调速阀工作状态是系统工进的时候。所以根据工进时流量和压力，查询液压元件与选用选取型号 2FRM1621/160L,通径为 16mm,最大流量为 160L/min，工作压力 31.5MPa。（ 7）二位二通电磁换向阀换向阀的换向有压力继电器控制，在快进和快退的时候油路从这里通过。所以在快进是最大流量为 200L/min，系统压力最大为 6MPa，查机械设计手册第四版，选择型号 3WE10-20/W220-50，通径为 10mm，额定压力 31.5MPa，额定流量为120L/min。（ 8）单向阀单向阀我们根据简单实用的原则，选择板式连接，选用 S 型单向阀，根据确定的nts冲压机械手 -液压系统设计 15 油路流量为 200L/min，查询液压元件与选用，我们发现当通径为 10mm 时，流量为 260L/min，额定压力 31.5MPa。我们选择开启压力为 0.3MPa 的 S10P3A0 型。所有元件具体规格型号及规格如表 2-1。表 4-1 序号名称型号件数规格生产厂家额定压降 MPa 1 先导式溢流阀 BG-06- C -32 1 调压范围0-25MPa 榆次油研液压公司 2 压力继电器 SG-02-C-20 1 压力35MPa 华德液压厂 3 三位四通电磁换向阀 3WE0G24 1 31.5MPa，120L/min 北京液压厂 0.5 4 压力表开关 KF-L8/E 1 31.5MPa 北京液压厂 5 压力表 Y-60 1 华德液压厂 0.2 6 调速阀 2FRM1621/ 160L 1 31.5MPa,-160L/min 华德液压厂 0.5 7 二位二通电磁换向阀 3WE10-20/W220-50 1 31.5MPa, 120L/min 北京液压厂 0.5 8 单向阀 S10P3A0 1 35.1MPa，260L/min 华德液压厂 4.1.4 油箱的设计油箱的有效容积（油面高度为油箱高度的 80%时的容积）根据液压系统发热，散热平衡计算。但是对于液压站来说，根据液压泵的最大流量为 53L/min，油箱容量的经验公式为 VQV(4.3) 式中 QV液压泵每分钟排出压力油的容积（ m3）；经验系数，见表 2-2。表 4-2 经验系数系统类型行走机构低压系统中压系统锻压机械冶金机械 1 2 2 4 5 7 6 12 10 由前面可知压力为 6MPa，系统为中低压，取 3 。初步确定油箱容量为： L2 1 2435QV V 根据液压站的设计与使用可以取油箱容量为 250L最为接近，长宽高分别为400mm、 250mm、 250mm，油箱至少厚度 3mm。根据以往设计的经验可知箱底厚度应大于箱壁厚度，取其厚度为 6mm，箱盖厚度应比箱壁厚度和箱底厚度大，选取箱盖nts冲压机械手 -液压系统设计 16 厚度为 9mm。为了便于放油和搬运，应该把油箱升起来，油箱底离地 50mm 。并且设有支架，油箱是用钢板焊接成的，而支架是通过单独制作的焊接在油箱的箱底边缘。支架上设置有 414的螺栓固定在底板上。 4.1.5 液压集成阀块设计（ 1）控制阀的布置液压站的控制回路较为简单，根据拟定的系统原理图来布置液压阀，为了保证用最短的回路连接各个液压阀，减少沿程压力损失，需要把相关的液压阀都布置在一起。具体的液压阀型号在前面的液压阀的选择中可以知道。（ 2）孔径的确定液压回路孔道的尺寸，根据前面选择确定的液压阀的型号。查阅机械设计手册，可以得到其外形尺寸，根据其通径尺寸确定与之对应的油路板上的尺寸。（ 3）油路板的安装形式油路板的安装有整体式，支架式盒框架式三种，但是三种情况都不

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