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清洗机械手
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清洗机械手液压系统设计
36页 12000字数+说明书+开题报告+2张CAD图纸【详情如下】
三位四通电磁阀装配图.dwg
液压原理图.dwg
清洗机械手液压系统开题报告.doc
清洗机械手液压系统设计说明书.doc
摘要3
Abstract4
前 言5
第1章 绪 论6
1.1 清洗机械手的发展状况6
1.2 课题的来源和意义6
1.3主要技术性能指标7
第2章 液压系统设计8
2.1 液压系统的构成8
2.2液压系统设计概述8
2.3 设计依据8
2.4 主要机构简述8
2.5 主要工作机构液压回路的设计10
2.5.1机械手底座回转液压回路的设计10
2.5.2清洗机械手吊臂伸缩机构液压回路设计12
2.5.3清洗机械手手腕回转机构液压回路13
2.5.4清洗机械手自适应液压回路设计14
2.6 整体液压回路设计14
第3章液压系统的设计计算17
3.1上臂油缸的设计17
3.1.1 确定液压缸类型和安装方式17
3.1.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸18
3.2下臂油缸的设计计算22
3.2.1 确定液压缸类型和安装方式23
3.3回转机构液压马达设计28
3.3.1 转矩计算[17]28
第4章 液压泵的确定30
4.1 液压泵的主要技术参数30
4.1.1 主要技术参数30
4.1.2 各种泵的比较30
4.2 液压泵的确定31
4.3 油箱的选择32
总 结34
致 谢35
参 考 文 献36
摘要
随着汽车保有量的增加，各式的洗车店也蓬勃发展起来，有门槛低，行业里又没有规范的规定，在互相竞争的同时，也造成洗车市场的混乱。一桶水，几把刷子的路边洗车在国内各个城市里见怪不怪了，虽然很多车主明白这样的方式会对车漆面有一定的损害，但是由于其费用低廉仍成为路边店的忠实用户。这也成为这种没技术、没资金投入的洗车模式存在的依靠。虽然车主不在意，但是洗车留下的脏兮兮的污水在街道横行，可并不那么容易被接受。
随着整顿力度的加大，会有越来越多的洗车店淘汰传统的洗车方式，引进机械洗车机势在必行，这里我们仿照飞机表面清洗机械手，设计一款适用于汽车行业的清洗机械手，来替代原有的手工清洗，本文主要对清洗机械手的液压传动部分进行设计，设计出一套灵活的液压系统。
关键词: 清洗机械手；液压传动系统；
本课题以国外飞机表面清洗机械手为参照，设计出一款适用于汽车清洗的液压机械手，本文重点介绍液压系统的设计
液压系统设计在清洗机械手的设计里占重要地位，例如机械手臂的旋转，变幅，吊臂升缩和回转等机构组成，这些机构都靠液压系统驱动，实现作业要求。液压系统元件的类型可分为动力元件，控制元件，执行元件，辅助元件等。随着经济技术的快速发展，国内对清洗机械手市场这种产品的需求越来越大，我国近年来通过实行积极的财政政策和内需拉动等手段，加强和改善宏观调控，将产生巨大的社会经济效益。
液压系统设计在整个清洗机械手的设计里具有重要的意义，它使整个机器实现自动化。其中安全性等方面的考虑，设计更是减少了故障的发生，相当程度上确保运行该清洗机械手的工人的安全。
- 内容简介：
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本科生毕业设计开题报告书题 目 清洗机械手液压系统设计 学生姓名 学 号 专业班级 指导老师 论文（设计）题目清洗机械手液压系统设计课题目的、意义及相关研究动态：随着汽车保有量的增加，各式的洗车店也蓬勃发展起来，有门槛低，行业里又没有规范的规定，在互相竞争的同时，也造成洗车市场的混乱。一桶水，几把刷子的路边洗车在国内各个城市里见怪不怪了，虽然很多车主明白这样的方式会对车漆面有一定的损害，但是由于其费用低廉仍成为路边店的忠实用户。这也成为这种没技术、没资金投入的洗车模式存在的依靠。虽然车主不在意，但是洗车留下的脏兮兮的污水在街道横行，可并不那么容易被接受。随着整顿力度的加大，会有越来越多的洗车店淘汰传统的洗车方式，引进机械洗车机势在必行，这里我们仿照飞机表面清洗机械手，设计一款适用于汽车行业的清洗机械手，来替代原有的手工清洗，本文主要对清洗机械手的液压传动部分进行设计，设计出一套灵活的液压系统。课题的主要内容（观点）、创新之处：清洗机械手目前在美国、日本德国应用于飞机表面清洗中，我国现在还没有运用于实际生产中，这里我们借鉴飞机表面清洗机器人，设计出一款适用于汽车行业的清洗机械手。液压传动是以流体（液压液）作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式，对于机械传动来说，它是一门新技术。但如从1650年帕斯卡提出静压传递原理，1850年开始英国将帕斯卡原理先后应用于液压起重机、压力机等算起，也已有二三百年的历史了。而液压传动在工业上的真正推广使用，则是在20世纪中叶以后的事。近几十年来，随着微电子和计算机技术的迅速发展，且渗透到液压技术之中并与之紧密结合，使其应用领域遍及到各个工业部门，已成为实现生产过程自动化、提高劳动生产率等必不可少的重要手段之一。1.现在市场上还有没汽车用清洗机械手2.采用液压传动形式3.替代原来的手工洗车研究方法、设计方案或论文撰写提纲：主要内容有：清洗机械手发展状况；课题来源；液压系统设计概述；液压系统的构成；主要工作机构液压回路的设计；整体液压回路设计；上臂油缸的设计计算；下臂油缸的设计计算；回转机构液压马达设计；伸缩机构液压缸设计；起升机构液压马达设计计算等。完成期限和预期进度：1.2009.02.15 - 2009.03.15 查阅、搜索相关资料和专业英语翻译；2.2009.03.16 - 2009.03.31 毕业实习与调研及开题报告阶段；3.2009.04.03 - 2009.05.19 毕业设计主要工作阶段，完成各种运动和动力设计计算、校核及所有图纸；4.2009.05.21 - 2009.06.02 完成说明书的编写和收尾工作。主要参考资料：1.周秋等,现代工程机械应用技术，国防科技人学出版社，2001年。2.单斗液压挖掘机第二版、同济大学主编，中国建筑工业出版社1986年12月。3.曹善华等,单斗挖掘机，机械工业出版社，1989年11月。4.机械设计手册编委会,机械设计手册4,机械工业出版社,2004年8月。5.计算机辅助设计，机械工业出版社，1994年10月。6.西北工业大学机械原理教研室编，机械设计，高等教育出版社，1984年。7.芮丰1YM128 型自动卷染机液压比例系统液压气动与密封,1999(6)。8.陈忠强,芮丰1 A10VSO 变量泵节能技术及应用流体传动及控制,2004(6)。9.何存兴,液压元件华中工学院，机械工业出版社，1984年10月。10.黎启柏等：液压元拌手册，冶金工业出版社，机械工业出版社，2000年。11.机械工程师手册，机械工业出版社，2000年5月。12. 机械设计手册编委会,机械设计手册3,机械工业出版社,2004年8月。13.王积伟等，液压与气压传动第二版，机械工业出版社，2005年。 14.陈强业、苗臻光,工程机械，机械工业出版社，1993。15.唐经世，工程机械.中国铁道出版社，1996。16.刘希平，工程机械构造图册，机械工业出版社，1990。17.机械设计手册编委会,机械设计手册1,机械工业出版社,2004年8月。18.邱宣怀主编，机械设计（第四版），高等教育出版社，2004年五月。指导教师意见： 签名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时 间年 月 日地 点与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）会议记录摘要：会议主持人：记 录 人：年 月 日教研室意见教研室主任签名： 年 月 日摘要3Abstract4前 言5第1章 绪 论61.1 清洗机械手的发展状况61.2 课题的来源和意义61.3主要技术性能指标7第2章 液压系统设计82.1 液压系统的构成82.2液压系统设计概述82.3 设计依据82.4 主要机构简述82.5 主要工作机构液压回路的设计102.5.1机械手底座回转液压回路的设计102.5.2清洗机械手吊臂伸缩机构液压回路设计122.5.3清洗机械手手腕回转机构液压回路132.5.4清洗机械手自适应液压回路设计142.6 整体液压回路设计14第3章液压系统的设计计算173.1上臂油缸的设计173.1.1 确定液压缸类型和安装方式173.1.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸183.2下臂油缸的设计计算223.2.1 确定液压缸类型和安装方式233.3回转机构液压马达设计283.3.1 转矩计算1728第4章 液压泵的确定304.1 液压泵的主要技术参数304.1.1 主要技术参数304.1.2 各种泵的比较304.2 液压泵的确定314.3 油箱的选择32总 结34致 谢35参 考 文 献36摘要随着汽车保有量的增加，各式的洗车店也蓬勃发展起来，有门槛低，行业里又没有规范的规定，在互相竞争的同时，也造成洗车市场的混乱。一桶水，几把刷子的路边洗车在国内各个城市里见怪不怪了，虽然很多车主明白这样的方式会对车漆面有一定的损害，但是由于其费用低廉仍成为路边店的忠实用户。这也成为这种没技术、没资金投入的洗车模式存在的依靠。虽然车主不在意，但是洗车留下的脏兮兮的污水在街道横行，可并不那么容易被接受。随着整顿力度的加大，会有越来越多的洗车店淘汰传统的洗车方式，引进机械洗车机势在必行，这里我们仿照飞机表面清洗机械手，设计一款适用于汽车行业的清洗机械手，来替代原有的手工清洗，本文主要对清洗机械手的液压传动部分进行设计，设计出一套灵活的液压系统。关键词: 清洗机械手；液压传动系统；AbstractAlong with the increase of auto possession, various Wash the garage also flourished and have low, the industry threshold and not the norms, in competition with each other, but also cause car market chaos. A bucket of water, a few brush roadside car wash in various local city inured to the weird, although many owners of the way will understand car paint has certain harm, but because its cheaper still be loyal users roadside shop. It also become this didnt technology, no funds washing pattern existing on. Although owners dont care, but the car wash dirty sewage left in the street, across is not so easy to be accepted. Along with the overhaul intensified efforts, there will be more and more Wash the garage eliminated the traditional car wash ways, the introduction of mechanical washer is imperative, here we model on the plane surface cleaning manipulator, design a applicable to clean auto industry manipulator, to replace the old manual cleaning, this paper focuses on the part of the manipulator cleaning design of hydraulic drive, the design gives a set of flexible hydraulic system. Keywords: Cleaning manipulator ; Hydraulic transmission system 前 言清洗机械手目前在美国、日本德国应用于飞机表面清洗中，我国现在还没有运用于实际生产中，这里我们借鉴飞机表面清洗机器人，设计出一款适用于汽车行业的清洗机械手。液压传动是以流体（液压液）作为工作介质对能量进行传递和控制的一种传动形式，对于机械传动来说，它是一门新技术。但如从1650年帕斯卡提出静压传递原理，1850年开始英国将帕斯卡原理先后应用于液压起重机、压力机等算起，也已有二三百年的历史了。而液压传动在工业上的真正推广使用，则是在20世纪中叶以后的事。近几十年来，随着微电子和计算机技术的迅速发展，且渗透到液压技术之中并与之紧密结合，使其应用领域遍及到各个工业部门，已成为实现生产过程自动化、提高劳动生产率等必不可少的重要手段之一。本文共分四章，主要内容有：清洗机械手发展状况；课题来源；液压系统设计概述；液压系统的构成；主要工作机构液压回路的设计；整体液压回路设计；上臂油缸的设计计算；下臂油缸的设计计算；回转机构液压马达设计；伸缩机构液压缸设计；起升机构液压马达设计计算等。液压部分的设计计算主要要考虑动作的实现、泄漏、安全、经济性等方面的问题，由于时间能力等方面的限制，在此次实际过程中考虑的问题不是很周全。在设计过程中，以机械设计手册4、起重机设计手册为根本，参考相关方面的教材、书籍以及论文。在此次设计中，遇到很多问题，动作的实现，油路的设计，液压马达转矩的计算等，在指导老师罗烈雷老师的指导和帮助下，顺利解决了这些问题，在此谨致忠心的感谢。 由于学生水平有限，本文错误之处和不妥之处必定不少，敬请老师批评指正。第1章 绪 论1.1 清洗机械手的发展状况清洗机械手是目前专业用于飞机表面清洗的专用机械。作为一种生活机械设备，有着广阔的发展前景。飞机表面清洗作业已成为飞机保养过程中的一个重要环节, 它不但使飞机表面保持清洁美观、有效地缓解和减轻蒙皮腐蚀, 而且还可以清除蒙皮表面粘着的污染物对气动特性带来的不良影响, 保证起落架收放机构、舵轴颈部位和活动翼结合部位机构的正常运动, 对提高机上电子设备的感应灵敏度也有一定帮助。目前飞机表面清洗基本是手工作业。手工作业清洗飞机虽简便易行, 但劳动强度大, 清洗存在着很大的危险性和隐患。首先, 站在升降平台或举高车上的清洁工在高处作业具有一定危险性, 另外飞机每一块蒙皮对水压的要求都不同, 水枪喷射出的高压水, 容易导致飞机电子仪器设备损坏。可见, 采用人工清洗不仅效率低, 且难以满足清洗质量。随着飞机数量的增加, 清洗作业也不断增加, 为了减少劳动力、削减经费开发全自动飞机表面清洗机越来越显得重要。日本、美国、德国相继开发出了飞机表面清洗机器人。目前，我国的汽车行业发展迅速，汽车的需求量也越来越大，这里我们根据飞机表面清洗机械手，设计出了一款适用机汽车表面清洗的机械手。1.2 课题的来源和意义本课题以国外飞机表面清洗机械手为参照，设计出一款适用于汽车清洗的液压机械手，本文重点介绍液压系统的设计液压系统设计在清洗机械手的设计里占重要地位，例如机械手臂的旋转，变幅，吊臂升缩和回转等机构组成，这些机构都靠液压系统驱动，实现作业要求。液压系统元件的类型可分为动力元件，控制元件，执行元件，辅助元件等。随着经济技术的快速发展，国内对清洗机械手市场这种产品的需求越来越大，我国近年来通过实行积极的财政政策和内需拉动等手段，加强和改善宏观调控，将产生巨大的社会经济效益。液压系统设计在整个清洗机械手的设计里具有重要的意义，它使整个机器实现自动化。其中安全性等方面的考虑，设计更是减少了故障的发生，相当程度上确保运行该清洗机械手的工人的安全。1.3主要技术性能指标 清洗机械手平台作业工作状态图：图1.1 飞机表面清洗机械手结构图构件2和构件1间由腕关节联结, 有3个自由度, 控制安装其上的执行机构滚刷1的方位。整个机械手共有6个主轴, 3个腕关节轴及2个自适应轴,总共11个自由度。第2章 液压系统设计2.1 液压系统的构成 由于液压系统具有功率重量比大、力矩惯量比大、易于实现直接驱动的特点, 因此本清洗机械手选用液压系统作为动力。整个液压控制系统由供油部分、控制部分、执行部分、液压管路组成。供油部分由泵、高压滤油器、安全阀等组成; 执行部分由7个伸缩液压缸、3个回转液压马达、2个摆动马达组成; 控制部分主要由电磁换向阀组成。液压控制系统可以在计算机控制下自动完成动作, 也可按照人工操作遥控器所发出的指令工作。2.2液压系统设计概述 液压系统有传动系统和控制系统之分,本次设计中所说的系统设计主要是针对传动系统设计而言,主要是确定整个清洗机械手的液压回路,以及其间主要执行元件、控制元件等的主要尺寸和基本性能参数。其实从结构组成和工作原理来看，传动系统和控制系统并无本质上的区别，仅仅一类以传递动力为主，追求传动特性的完善，其执行元件用来驱动某个控制元件的操纵装置（例如液压泵、液压马达的变量机构、控制阀的阀心等）而已。因此，传动系统的设计内容和方法只需略做调整，即可直接用于控制系统的设计。 系统的设计除应满足主机要求的功能和性能外，还必须考虑符合质量轻、体积小、成本低、效率高、结构简单、使用维护方便等一般要求及工作可靠这一特别重要的要求。 系统设计的出发点，可以是充分发挥其组成元件的工作性能，也可以是着重追求其工作状态的绝对可靠。前者着眼于效能，后者着眼于安全；实际的设计工作则常常是这两种观点不同程度的组合，考虑具体要求不同而有所侧重。2.3 设计依据 本课题以国外飞机表面清洗机械手为参照，主要依据机械设计手册4里液压传动系统设计步骤和方法，设计出一款适用于汽车清洗的液压机械手2.4 主要机构简述一 手臂伸缩工作部分 机械手每节手臂由伸缩液压缸7、8、9、10、11控制做仰俯运动, 对应转角范围为0 180#,各节臂液压回路基本相同, 电磁换向阀处于右位时, 压力油进入油缸的无杆腔, 压力油同时打开液压锁使有杆腔回油, 推动机械手臂做仰俯运动。二 机械手底座回转部分 机械手可以由回转马达17控制带动底座整体回转, 角度范围大小为0 360#。压力油经梭阀进入制动油缸有杆腔, 克服弹簧压力上行, 使液压马达的制动器松闸, 同时压力油经单向阀驱动回转马达17回转, 从而带动机械手绕底座回转。由于机械手转动惯量较大, 当电磁阀处于中位时, 虽然阀口关闭, 但巨大的惯性力使马达驱动部分继续前冲一定角度, 使回油管路压力迅速升高, 同时进油管路液压源已断, 马达前冲将引起管路压力迅速下降, 甚至产生真空。这两种压力变化可能导致管路或者马达损坏, 因此设置了补油阀来解决这一问题。三 机械手腕部分 手腕部运动有2个回转和1个摆动自由度, 由液压马达13、14及摆动液压缸15控制手腕部运动, 对应转角范围为360#和170#,由2个回转液压马达和1个摆动马达驱动, 其液压回路与机械手底座回转液压回路基本相同, 在此不再陈述。四 自适应轴部分 伸缩液压缸12和摆动液压缸16依靠传感器反馈信号来驱动另外2个自适应轴，做直线运动和转动, 自动调整滚刷形位误差。五 液压系统 液压系统采用定量齿轮泵供油，系统工作压力为8.5MPa，油路中设有安全溢流阀，保证系统安全。 液压系统通过电液比例流量阀对工作臂油缸、回转马达和卷扬马达供油，供油量大小由比例阀控制，输出流量和负荷变化无关，可使系统达到稳定的工作速度，并且能够实现无级调速。系统工作压力由电磁溢流阀调定。六 电气系统 清洗机械手的计算机控制系统由自上而下两级组成, 控制系统的基本模块如图3所示。采用工控机作为上位机控制单元, 下级采用两片80C196KC 单片机作为中央控制单元, 一片作规划算法, 另一片控制输入与输出。两单片机之间可以利用共享存储器进行通讯, 另外, 它们之间还有一个“仲裁电路”， 利用此电路可以使两机之间共享数据存储器, 从而使两机之间可以进行数据传递。图2.1 控制系统基本模块图2.5 主要工作机构液压回路的设计2.5.1机械手底座回转液压回路的设计(1) 动作分析 底座转向机构由液压马达和起升减速机组成。起升液压马达驱动起升减速机旋转，带动整个机械手臂的旋转，实现多角度的清洗。(2) 液压回路设计 (图2.5.1)图中由：液压泵；油缸；换向阀；梭阀；单向节流阀；制动器液压缸；平衡阀；转向构液压马达。构成换向阀：利用阀心在阀体中的相对运动，使流液的通路接通、关断，或改变流动方向，从而使执行元件启动、停止或改变运动方向。梭阀：梭阀相当于有两个单向阀组合而成，有两个输入口和一个输出口，在液压回路中起逻辑“或”的作用。单向节流阀：正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。平衡阀：可使运动速度不受载荷变化的影响，保持稳定，附加的单向阀功能，密封性好，在管路损坏或制动失灵时，可防止重物自由下落造成事故。制动器：制动器一般都采用常闭式，即向制动器供压力油时，制动器打开，反之，则在弹簧力作用下使马达制动。以下开始分析动作控制过程： 如图(2.5.1)所示，换向阀置于右位时，压力油经梭阀、单向节流阀进入制动器液压6，制动器松开。液压油同时经平衡阀中的单向阀进入起升机构液压马达，驱动其转动，使吊重起升。靠单向节流阀的节流作用，制动器松开较起升机构液压马达旋转滞后，避免吊重在起升驱动力矩未充分建立前下溜（“溜钩”）。 换向阀置于左位时，液压油直接进入起升机构液压马达的另一腔，同时经梭阀、单向节流阀进入制动器液压缸，松开制动器，液压马达反转，吊重放下。此时，平衡阀的远控口受到压力油的作用，推动平衡阀的阀芯，调节其开度，使吊重平稳下落。 换向阀处在中位时，整个回路卸荷，制动器液压缸在自身弹簧和单向节流阀的作用下迅速刹住液压马达。这样，即使液压马达有内泄露也能保证吊重被迅速制动住，实现空中可靠悬停或就位。(3) 优缺点分析 这种液压回路只能靠调节发动机转速和换向阀开度的节流作用来调速，调速范围小，能耗大，但它简单，容易配置，适宜用于这种中小型起重车。2.5.2清洗机械手吊臂伸缩机构液压回路设计(1) 动作分析机械手每节手臂由伸缩液压缸7、8、9、10、11控制做仰俯运动, 对应转角范围为0 180,各节臂液压回路基本相同, 电磁换向阀处于右位时, 压力油进入油缸的无杆腔, 压力油同时打开液压锁使有杆腔回油, 推动机械手臂做仰俯运动。 (2) 液压回路设计图2.5.2该部分液压系统由：双作用液压缸；液压锁；单向节流阀；电磁换向阀组成。液压锁：为了使液压缸动作到某位置时能停留在某位置，使其不会因为自重而下滑。单向节流阀：通过调整各支路的流量来控制各个液压缸的速度。电磁换向阀：控制各个油缸的前进与后退。2.5.3清洗机械手手腕回转机构液压回路(1) 动作分析 手腕部运动有2个回转和1个摆动自由度, 由液压马达13、14及摆动液压缸15控制手腕部运动, 对应转角范围为360和170,由2个回转液压马达和1个摆动马达驱动。(2) 液压回路设计 （图2.5.3）电磁换向阀：电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变流液流向。单向节流阀：正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。控制过程分析如下：如图(2.5.2)所示，换向阀1置于右位时，压力油从换向阀B口流入单向节流阀、液压锁进入液压马达1，使马达旋转，马达带动手臂的回转。 换向阀置于左位时，液压油经单向节流阀进入回转机构液压马达的另一腔，同时经梭阀进入制动器液压缸，松开制动器，液压马达反转。 换向阀处在中位时，整个断开，液压锁的作用下迅速刹住液压马达。这样，即使液压马达有内泄露也能保证吊臂被迅速制动住。2.5.4清洗机械手自适应液压回路设计(1) 动作分析伸缩液压缸12和摆动液压缸16依靠传感器反馈信号来驱动另外2个自适应轴做直线运动和转动, 自动调整滚刷形位误差 (2) 液压回路设计： (图2.5.3)电磁换向阀：电磁换向阀借助于电磁铁吸力推动阀心动作来改变流液流向。2.6 整体液压回路设计 结合以上能满足起升机构、变幅机构、回转机构、吊臂伸缩机构动作要求的液压回路,完成整体液压回路设计。如下图（2.6.1）所示,分析运动控制过程。 (图2.6.1)总图分析： 图中虚线部分是属于控制油路。联结两个液压马达然后通回油箱的虚线是防止泄漏的。由于液压马达本身没有密封装置，它靠马达外壳将泄漏的液压油聚集起来，然后通过细管送回油箱。单向节流阀，正向流动时起单向阀作用，反向流动时起节流阀作用。流液正向通过时可以顺利通过该阀，反向通过时，则可根据调节节流阀节流口面积的方法来控制通过阀的流量，从而达到控制液压缸和液压马达运动速度的目的。在系统图中，机械手部分的变幅机构和回转机构回路上都安装了单向节流阀，主要是基于安全方面的考虑控制速度。这部分结构主要是一个电磁式两位四通阀和一个先导式溢流四通阀。按下手柄时，两位四通阀置于右位，由于阀端被堵，此油路不同；通常情况下，两位四通阀置于左位，则H型阀口使回路通顺，即使先导溢流阀的远程控制口接回了油箱。这是，泵输出的油液在很低的压力下通过阀口流回油箱实现卸荷作用。在整个液压系统图中，起重结构部分的动作是靠手动控制的，而机械手部分的机构是靠电动控制的。当该两位四通阀位于右位时，由于油路不同，油液会绕过此机构到达机械手机构，实现机械手部分的动作。当该两位四通阀位于左位时，油路卸荷，油液直接流回油箱则相当于是机械手机构的总开关没有开启，机械手部分不能动作。此手动二位四通阀同时还有安全保护的作用。当机械手部分出现故障时，可以按动手柄使二位四通阀置于左位，油路卸荷，机械手部分不能动作。机械手部分具体动作时还必须使变幅机构和回转机构的三位四通电磁阀通电7。中心回转接头。中心回转接头由导电滑环、液压滑环两部分组成，它的作用是当作业车进行回转动作时，作业车转动部分与固定部分的电路及液压油路始终畅通。压力表。 电磁换向阀。通电时油路导通，不通电时，油路不导通。是机械手机构的总开关。只有它通了电，机械手机构才可能动作。 安全阀,保证系统压力稳定.当压力过大时,油液会溢流。第3章液压系统的设计计算手臂主要由变幅机构和回转机构构成，其中，变幅机构主要是指上下臂液压缸。上臂液压缸是联结上臂和下臂铰点的液压缸，它主要控制上臂的上升，下降动作。下臂液压缸是指下臂与支架之间的液压缸，它主要用于控制下臂的上升和下降动作。而回转机构主要是控制上下臂的回转动作，主要用一个液压马达来实现回转。以下，就主上臂油缸，下臂油缸及控制回转的液压马达进行设计计算。3.1上臂油缸的设计 设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。液压系统工作压力为P=16MPa。3.1.1 确定液压缸类型和安装方式根据主机的运动要求,按机械设计手册4表23.639,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸4。下图为单杆活塞式双作用液压缸示意图： （图3.1.1）此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。活塞在行程终了时不减速。 将缸体固定，活塞杆运动，按机械设计手册4表23.640 液压缸的安装方式，选择合适的安装方式4。考虑机构的结构要求，上臂起升、下降时液压缸的活塞杆进行伸缩实现运动需求。查机械设计手册4表23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择耳环型安装方式，这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆动,满足上臂动作要求4。3.1.2 确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸1) 液压缸内径D的计算 根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D 计算公式： =3.57 （3.1）式中 -液压缸内径（m）； -液压缸推力（kM）； -选定的工作压力（MPa）。其中的计算过程如下： 当清洗机械手上下臂处于如下状态时，如图3.1.2。上臂液压缸所受的力最大，即液压缸具备的最大力必须大于此时的力。 ( 图3.1.2) 有: （3.2）其中:-上臂自重,由计算为7.5310。 -上臂长度，为5.950m。 -清洗机械手吊篮最大承受力，由计算知为2.0。-点到力的垂直距离，由计算得=1.796m。代入公式(3.2)得: 将,代入式(3.1),得: 按机械设计手册4表23.6-33给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值4。 表23.6-33 液压缸内径尺寸系列 (摘自GB/T23481993) () 840125（280）1050 （140）3201263160（360）1680（180）40020（90）200（450）25100（220）50032（110）250 (表三)即取:2)活塞杆直径的计算 根据速度比的要求来计算活塞杆直径 (3.3)式中 -活塞杆直径(); -液压缸直径(); -速度比 -活塞杆的缩入速度; -活塞杆的伸出速度。此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由机械设计手册4表23.6-57(P23-191)4查得: (3.4)将代入式(3.4) 得: 查机械设计手册4表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）4 表23.634 液压缸活塞杆外径尺寸系列 (摘自GB/T 23481993) ()420561605226318062570200828802201032902501236100280144011032016451253601850140(表四)取液压缸活塞杆外径尺寸如下： 。3)液压缸行程的确定 由于上下臂工作状态最大夹角为,如下图所示： （图3.1.3）上下臂铰点位置如上所示,代入数据可求出线段的长度,由此长度计算上臂油缸的最大行程,计算过程如下: 查机械设计手册4表23.6-35 液压缸活塞行程第一系列()4。 表23.635 液压缸活塞行程第一系列() 摘自(GB23491980)2550801001251602002503204005006308001000125016002000250032004000(表五)由以上条件取S值如下: 。4)液压缸结构参数的计算(1)缸筒壁厚的计算按薄臂筒计算: （3.5）式中 -液压缸缸筒厚度(); -试验压力()。取，即，。 -液压缸内径（m）； -刚体材料的许用应力（），取。代入式（3.5）中，得： （2）缸体外径的计算 (3.6)代入数据得: 查机械设计手册4表23.6-60(P23-192)圆整液压缸外径为1054。（3）流量的计算由原始数据得,上臂的变幅时间小于等于40,且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为1000,则,液压缸活塞杆运动的最小速度13。查机械设计手册4表23.4知:,取最大为0.12。即，液压缸活塞杆运动的最大速度为： 则液压缸流量 3.2下臂油缸的设计计算 设液压缸单活塞杆双向运动时的负载力相同,不记执行件质量。液压系统工作压力为P=16MPa。3.2.1 确定液压缸类型和安装方式根据主机的运动要求,按机械设计手册4表23.639,选择液压缸类型为单杆活塞式双作用液压缸。此类液压缸特点为活塞双向运动产生推、拉力。活塞在行程终了时不减速。 与上一个液压缸相似，查机械设计手册4表23.6-40 液压缸的安装 (P23-176)选择耳环型安装方式4，这种安装方式使液压缸在垂直面内可摆动,满足下臂动作要求。3.2.2确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸根据主机的动力分析和运动分析,确定液压缸的主要性能参数和主要尺寸:1) 液压缸内径D的计算 根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D 计算公式： =3.57 （3.7）式中 -液压缸内径（m）； -液压缸推力（kM）； -选定的工作压力（MPa）。其中的计算过程如下： 当清洗机械手上下臂处于如下状态时，如图3.2.1。上臂液压缸所受的力最大。此时，上下臂夹角为，下臂水平放置，上臂抬起与下臂成夹角。 ( 图3.2.1) 把上下臂当成一个整体，将所受力对点取矩9，得： （3.8）其中: -上臂自重,由计算为7.5310。 -清洗机械手吊篮最大承受力，由计算知为2.0。-下臂自重,由计算知其值是。 -点到力的垂直距离。 -点到上臂重力的垂直距离。 -点到下臂重力的垂直距离。 -最大起重量，由计算得。 -点到力的垂直距离，为5.6。已知上下臂夹角为，上臂长为5.950,下臂长为5.6,且已知上下臂上各铰点位置,通过计算得: ; 。其中为点到力的垂直距离，计算过程如下所示：已知尺寸如下图（3.2.2）所标示18。 (图3.2.2)由此计算得: 。将所得数据代入公式(3.8)得: 将,代入式(3.7),得: 按机械设计手册4表23.6-33(P23-173)给出的缸筒内径尺寸系列圆整成标准值。即取：。2)活塞杆直径的计算 根据速度比的要求来计算活塞杆直径 (3.9)式中 -活塞杆直径(); -液压缸直径(); -速度比 -活塞杆的缩入速度; -活塞杆的伸出速度。此处，取液压缸的往复运动速度比为1.46,由机械设计手册4表23.6-57(P23-191)4查得: (3.10)将代入式(3.4) 得: 查机械设计手册4表23.6-34 液压缸活塞杆外径尺寸系列（摘自GB/T2348-1993）4取液压缸活塞杆外径尺寸如下： 3)液压缸行程S的确定 首先计算下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离10。如下图所示： (图3.2.3) 如上图(3.2.3)所示，由计算得下臂升至最大角时，下臂铰点与底盘铰点之间的距离为：。查机械设计手册4表23.6-35 液压缸活塞行程第一系列(),由以上条件取S值如下: 。4)液压缸结构参数的计算(1)缸筒壁厚的计算4按薄臂筒计算: （3.11）式中 -液压缸缸筒厚度(); -试验压力()。取，即，。 -液压缸内径（m）； -刚体材料的许用应力（），取。代入式（3.5）中，得： （2）缸体外径的计算 (3.12)代入数据得: 查机械设计手册4表23.6-60(P23-192)取液压缸外径为2004。（3）流量的计算由原始数据得,下臂的变幅时间小于等于40,且由上面计算可知液压缸活塞杆的行程为800,则,液压缸活塞杆运动的最小速度13。查机械设计手册4表23.4知:,取最大为。即，液压缸活塞杆运动的最大速度为： 则液压缸流量 3.3回转机构液压马达设计3.3.1 转矩计算17 (图3.3.1)其中，-平台最大载荷； -上臂和下臂总重。查机械设计手册3表1.120 物体的摩擦系数12 取：摩擦系数。如上图(3.3.1)所示，力对支架中心点取矩，得： 力对支架中心点取矩，得： 查机械设计手册4表23.6-3 各种液压马达的适用工况和应用范围,选取适合的液压马达类型4。 表23.6-3 各种液压马达的适用工况和应用范围马达类型适用工况应用范围齿轮马达结构简单,制造简单,但转速脉动性较大,齿轮马达负载转矩不大,速度平稳性要求不高,噪声限制不严,适用于高转速低转矩情况下。钻床，通风设备叶片马达结构紧凑，外型尺寸小，运动平稳，噪声小，负载转矩较小。磨床回转工作台，机床操纵机构摆线马达负载速度中等，体积要求小塑料机械、煤矿机械、挖掘机轴向柱塞马达结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，转速较高负载大，有变速要求，负载转矩小，低速平稳性要求高。起重机、铰车、铲车、内燃机车、数控机床行走机械径向柱塞马达负栽转矩较大，速度中等，径向尺寸大塑料机械，行走机械等内曲线径向马达负载转矩很大，转速低，平稳性高的场合挖掘机、拖拉机、起重机、采煤机等(表六)由转矩，查机械设计手册4表23.6-18 1JMD型液压马达技术规格 1JMD-100 表23.6-18 1JMD型径向柱塞液压马达技术规格型号排量转速压力/转 矩/功 率/机 械效 率偏心距重 量额定最大额定最大额定最大（%）/1JMD-400.20110-40016220.470.64519.226.491.51644.51JMD-630.7801020016221.8152.5037.251.291.5251071JMD-801.6081015016223.755.1657.879.291.532160.41JMD-1003.1401010016227.7510.0775.310391.5402571JMD-1256.14010-75162214.3019.7011015191.550521(表七)取马达型号为： 1JMD-100 第4章 液压泵的确定4.1 液压泵的主要技术参数 液压泵是将原动机（如电动机和内燃机等）的机械功率转换为液体压力能（液压能）的元件。通常分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵。4.1.1 主要技术参数主要技术参数如下15：（1）泵的排量（） 泵每转一周，所能排除的液体体积。（2）泵的理论流量（） 在额定转速时、用计算方法得到的单位时间内泵能排出的最大流量。（3）泵的额定流量（） 在正常工作条件下，保证泵长时间运转所能输出的最大流量。（4）泵的额定压力（） 在正常工作条件下，能保证泵长时间运转的最高压力。（5）泵的最高压力（） 允许泵在短时间内超过额定压力运转时的最高压力。（6）泵的额定转速 在额定压力下，能保证长时间正常运转的最高转速。（7）泵的最高转速（ 在额定压力下，允许泵在短时间内超过额定转速时的最高转速。（8）泵的容积效率（%） 泵的实际输出流量和理论流量的比值。（9）泵的总效率（%） 泵输出的液压功率与输入的机械效率的比值。（10）泵的驱动功率（） 在正常工作条件下能驱动液压泵的机械效率。4.1.2 各种泵的比较齿轮泵叶片泵轴向柱塞泵径向柱塞泵外啮合 式内啮合式单作用 式双作用式斜盘式斜轴式配流式阀式通轴式非通轴式隔块式摆线式定 量定量变量定量定 量 变 量 定量变 量定量结 构最简较简简较简较简复杂复杂最复杂最复杂较复杂尺 寸 重 量小小小较小较小大大最大最大较大寿 命短短短较短较短较长较长长长较短价格最廉较廉廉较廉较廉昂贵昂贵最昂贵最昂贵较昂贵流量脉动最大小小较小最小小小小小大抗污染能力强强强较弱较弱弱弱弱弱较弱耐冲击能力较弱较强较弱较弱弱弱最 强最 强 （表十）4.2 液压泵的确定 泵的基本参数是压力、流量、转速、效率。一般应根据系统的实际工况来选择，为了提高系统的可靠性，延长泵的使用寿命，一般车辆用液压系统工作压力可选择为泵额定压力的50%-60%。选择泵的第二个重要因素是泵的流量或排量，泵的流量与工况有关，选择泵的流量需大于液压系统工作时的最大流量。泵的效率值是泵的质量好坏的体现，另外，泵的最高压力和最高转速不宜同时使用，以延长使用寿命13。根据液压缸的动作可知,3个液压缸同时动作且速度都为,且液压马达也动作时，系统所需流量最大而自动控制时系统所需流量最小,二者差距较大7。此处选择液压泵时我们考虑只执行一项动作时，液压泵所必须提供的功率，流量。这有利于减小流量的波动，化简系统的复杂程度。（1）液压泵的最大工作压力液压泵最大工作压力，由下式确定： （4.1）式中 -液压泵最大工作压力,； -液压缸的最大工作压力，。其中。 -管路损失。取。则。 （2）液压泵的流量液压泵的流量： （4.2）式中 -液压泵的流量,； -系统泄漏系数，取； -同时动作液压缸最大总流量，。其中： 液压缸最大流量为36.2。 回转机构液压马达排量为3.140，转速为10-100。 起重机构液压马达排量为10，转速为1-25。因为系统中有溢流阀等，取溢流量等总和3。代入式（4.1）得： 即： 。 选型：CBG 2080/20634.3 油箱的选择油箱在液压系统中除了储油外，还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。油箱中安装有很多辅件，如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。查机械设计手册4表23.9-1 油箱容量4： 表
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