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破拆机器人的液压系统设计【全套5张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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【最终】YC552-破拆机器人的液压系统设计

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破拆机器人液压系统设计(全文标明引文).html

破拆机器人液压系统设计(去除本人已发表文献).html

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图纸-CAXA

大臂油缸装配图-A1.exb

大臂液压缸活塞-A3.exb

大臂液压缸活塞杆-A3.exb

大臂液压缸盖-A3.exb

液压系统原理图-A0.exb

大臂油缸装配图-A1.dwg

大臂液压缸活塞-A3.dwg

大臂液压缸活塞杆-A3.dwg

大臂液压缸盖-A3.dwg

液压系统原理图-A0.dwg

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摘要III

AbstractIV

第1章绪论1

1.1研究背景及意义1

1.2国内外研究现况1

1.2.1国外现状2

1.2.2国内现状2

第2章液压系统总体方案设计3

2.1破拆机器人功能分析3

2.2液压系统方案选定4

2.2.1液压系统的基本组成4

2.2.2液压系统基本回路选择4

2.3拟定液压系统原理图11

2.3.1液压系统原理图11

2.3.2系统工作循环分析12

第3章液压元件的设计与选择13

3.1技术参数的选择13

3.2执行元件的选择14

3.2.1各执行液压缸的选择14

3.2.2各执行马达的选择15

3.2.3破碎锤的选择17

3.3动力元件的选择18

3.3.1液压泵的选择18

3.3.2柴油发动机的选择19

3.4液压阀的选择20

3.4.1根据液压阀额定压力来选择20

3.4.2液压阀的安装方式的选择21

3.4.3液压阀的控制方式的选择21

3.4.4液压阀的结构形式的选择21

3.5其他辅助元件的设计与选择22

3.5.1油箱设计22

3.5.2油管设计22

3.5.3蓄能器的选择23

第4章液压系统性能验算24

4.1液压系统压力损失24

4.1.1沿程压力损失24

4.1.2局部压力损失24

4.2热平衡验算25

总结27

参考文献28

致谢29

摘要

破拆机器人广泛应用于建筑破拆、抢险救援、水泥、冶金、核能等行业，而且随着社会的发展，它的应用范围越来越广。在破拆机器人中液压系统是它的核心部分。

本文首先分析了破拆机器人的研究现况及功能要求，在此分析基础上选择了液压系统基本回路的方案，并把个基本回路组合得到液压系统原理图；然后，通过计算选定了各液压元件并进行了液压系统性能验算；最后，通过AutoCAD制图软件绘制了液压系统原理图、液压缸装配图等。

通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：液压传动、机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。

关键词：破拆机器人，液压系统，工作装置，油缸

Abstract

Demolition robots are widely used in building demolition, rescue, cement, metallurgy, nuclear energy and other industries, and with the development of society, it is increasingly wide range of applications. Demolition robot in the hydraulic system is its core.

This paper analyzes the research status and functions require removal of the robot, in this analysis to select the basic circuit hydraulic system on the basis of the program, and the basic loop combination to obtain a hydraulic system diagram; then, by calculating the selected hydraulic components and checking the performance of the hydraulic system; and finally, through AutoCAD drawing software to draw a schematic diagram of the hydraulic system, the hydraulic cylinder assembly diagrams.

Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: hydraulic, mechanical principles, mechanical design, materials, mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software, the future work of great significance in life.

Keywords: Demolition robots, Hydraulic systems, Equipment, Cylinder

第1章绪论

1.1研究背景及意义

破拆机器人是结合高危环境特点开发的一种遥控多功能作业机器人，广泛应用于水泥行业和冶金矿业中对各种炉窑的打壳、拆砖及破拆；对各种冶金炉、鱼雷罐车、钢包的打渣拆包及清理；在建筑行业对危旧建筑物的破拆；在抢险救援工作中对剧毒化学物质泄漏、核物料泄漏的搬运与处理。由于其安全可靠性，工作灵活性及其对劳动生产率的提高所发挥的有效作用，得到越来越多设计和施工单位的认可，有着较好的推广前景。

在破拆机器人中，液压系统是它的核心部分，液压系统为各个负载装置传递动力，对每个负载的运动产生重要的影响，所以它对整机的性能有着决定性的影响，因此对其进行细致深入的研究具有重要的理论意义和实用价值。

大臂油缸装配图-A1.png

液压系统原理图-A0.png

大臂液压缸盖-A3.png

大臂液压缸活塞-A3.png

大臂液压缸活塞杆-A3.png

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IV 第 1 章绪论 . 1 1.1 研究背景及意义 . 1 1.2 国内外研究现况 . 1 1.2.1 国外现状 . 2 1.2.2 国内现状 . 2 第 2 章液压系统总体方案设计 . 3 2.1 破拆机器人功能分析 . 3 2.2 液压系统方案选定 . 4 2.2.1 液压系统的基本组成 . 4 2.2.2 液压系统基本回路选择 . 4 2.3 拟定液压系统原理图 . 11 2.3.1 液压系统原理图 . 11 2.3.2 系统工作循环分析 . 错误 !未定义书签。第 3 章液压元件的设计与选择 . 13 3.1 技术参数的选择 . 13 3.2 执行元件的选择 . 14 3.2.1 各执行液压缸的选择 . 14 3.2.2 各执行马达的选择 . 15 3.2.3 破碎锤的选择 . 17 3.3 动力元件的选择 . 18 3.3.1 液压泵的选择 . 18 3.3.2 柴油发动机的选择 . 19 3.4 液压阀的选择 . 20 3.4.1 根据液压阀额定压力来选择 . 20 3.4.2 液压阀的安装方式的选择 . 21 3.4.3 液压阀的控制方式的选择 . 21 nts II 3.4.4 液压阀的结构形式的选择 . 21 3.5 其他辅助元件的设计与选择 . 22 3.5.1 油箱设计 . 22 3.5.2 油管设计 . 22 3.5.3 蓄能器的选择 . 23 第 4 章液压系统性能验算 . 24 4.1 液压系统压力损失 . 24 4.1.1 沿程压力损失 . 24 4.1.2 局部压力损失 . 24 4.2 热平衡验算 . 25 总结 . 27 参考文献 . 28 致谢 . 29 nts III 摘要破拆机器人广泛应用于建筑破拆、抢险救援、水泥、冶金、核能等行业，而且随着社会的发展，它的应用范围越来越广。在破拆机器人中液压系统是它的核心部分。本文首先分析了破拆机器人的研究现况及功能要求，在此分析基础上选择了液压系统基本回路的方案，并把个基本回路组合得到液压系统原理图；然后，通过计算选定了各液压元件并进行了液压系统性能验算；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了液压系统原理图、液压缸装配图等。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：液压传动、机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用 AutoCAD 制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键词：破拆机器人，液压系统，工作装置，油缸 nts IV Abstract Demolition robots are widely used in building demolition, rescue, cement, metallurgy, nuclear energy and other industries, and with the development of society, it is increasingly wide range of applications. Demolition robot in the hydraulic system is its core. This paper analyzes the research status and functions require removal of the robot, in this analysis to select the basic circuit hydraulic system on the basis of the program, and the basic loop combination to obtain a hydraulic system diagram; then, by calculating the selected hydraulic components and checking the performance of the hydraulic system; and finally, through AutoCAD drawing software to draw a schematic diagram of the hydraulic system, the hydraulic cylinder assembly diagrams. Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: hydraulic, mechanical principles, mechanical design, materials, mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software, the future work of great significance in life. Keywords: Demolition robots, Hydraulic systems, Equipment, Cylinder nts 1 第 1 章绪论 1.1 研究背景及意义破拆机器人是结合高危环境特点开发的一种遥控多功能作业机器人，广泛应用于水泥行业和冶金矿业中对各种炉窑的打壳、拆砖及破拆；对各种冶金炉、鱼雷罐车、钢包的打渣拆包及清理；在建筑行业对危旧建筑物的破拆；在抢险救援工作中对剧毒化学物质泄漏、核物料泄漏的搬运与处理。由于其安全可靠性，工作灵活性及其对劳动生产率的提高所发挥的有效作用，得到越来越多设计和施工单位的认可，有着较好的推广前景。在破拆机器人中，液压系统是它的核心部分，液压系统为各个负载装置传递动力，对每个负载的运动产生重要的影响，所以它对整机的性能有着决定性的影响，因此对其进行细致深入的研究具有重要的理论意义和实用价值。 1.2 国内外研究现况破拆机器人是工业机器人的一种。它实际上就是一个带有液压破碎锤的，具有遥控拎制功能的工业机器人。它的关键技术涉及很多方，主要包括机械设计与制造、电子电工技术、计算机原理、网络程序设计、了专感器、白动控制、数字信号处理、优化设计、人工智能、机器人学等。随着社会的发展和知识经济的到来，人力劳动的成本越来越高，人们也更加珍惜自身的健康和生命，世界各国都在争先恐后的发展高新技术，破拆机器人技术作为其中的垂要分支受到各国的普遍重视。在破拆机器人中，液压系统是核心之一，它的性能具有决定性的影响 .因此液压传动系统也就成为了破拆机器人的各种系统非常重要的分系统之一典型的破拆机器人如图 1-1。图 1-1 破拆机器人 nts 2 1.2.1 国外现状破拆机器人是在 20 世纪 70 年代开始出现的，到 H 前为止也就经历了短短 30 多年时间的发展，不过它的发展速度非常迅速，应用范围则正在不断扩大。现在，在欧美等发达国家破拆机器人己经开始作为高新技术产业中一个新兴的产业，正在朝着标准化、系列化、多功能化等方向发展。但是日前为止，国外研制生产破拆机器人的厂家还不是特别多，它们主要有瑞典布鲁克公司、德国的托普泰克公司、芬兰的 FINMAC 公司。瑞典布鲁克公司目前破拆机器人最大的供应商，产品销往世界各地。主要产品有 BROKK系列型破拆机器人。此外还有托普泰克公司生产 I 型破拆机器人。它们一般都包括机架、履带带行走机构、回转机构、工作机构、液压支腿、破拆工具及动力系统、液从系统、电气控制系统、无线或有线遥控系统等组成。 1.2.2 国内现状我国是从 20 世纪末才开始引进了破拆机器人产品，例如 :河北冀东水泥厂引进用于转窖拆砖；太原钢铁公司用做拆包和炉日清理等等，由于引进的破拆机器人很大程度上改善了作业环境、极大的提高了作业效件，所以破拆机器人的进引起厂我国建筑破拆等一方破拆方式的苹命性变革，同时使这种变革比国外产广了更加深远。目前我国工业机器人技术的研究水平已经达到国际先述的程度，但对破拆机器人的研究却终少破拆工作需要大功率、高频冲击振动，可靠性高，如何将机器人技术引进到破拆机器人中，还需要做更大的研究，我目前还没有破拆机器人专业生厂家，相关研究的机构也还很少。近年来马鞍山液压机械制造有限公。在生产销破碎锤及多功能液压破碎车的基础上，结合我国工程机械的实际发展状况，独立研制出厂多功能破拆机器人。该破拆机器人采用监控摄像机进行远程监视技术，对彼破拆体进行远程监控无线遥控操作，特别适合建筑破拆、抢险救援、水泥、冶金、核能等行业中使川。广泛应用于隧退施土，可以完成转炉，回转窑，铡水包等地面破拆以及隧道修补，旧建筑物破碎破拆。破拆机器人采用了小型伺服行走系统，破碎锤具有动作灵活、效率高。 nts 3 第 2 章液压系统总体方案设计 2.1 破拆机器人功能分析按照破拆机器人的工作装置、回转装置、行走装置及其它装置的工作及传动需要，把各种液压泵、液压马达、液压阀等液压元件用液压油管有顺序有规律地连接在一起就可以组成一个破拆机器人的液压系统。在工作的过程中，液压系统是用油液作为自己的工作过程中介质、然后利用液压泵把发动机送出的机械能转变为液压油的液压能来传递，然后通过液压缸和液压马达等各种执行元件再把液压油的液压能转变为各种机械能，这样就可以实现破拆机器人所需要的各种动作。破拆机器人的破拆动作比较复杂，主要机构需要经常启动、制动、换向，冲击和振动非常频繁，温度和环境变化大，因此破拆机器人液压系统应满足要求如下：（ 1）动力性方面；（ 2）操纵性方面；（ 3）节能性方面；（ 4）安全性方面。按照不同的功能可将破拆机器人液压系统分为三个基本部分：工作装置液压系统，回转装置液压系统、行走装置液压系统。破拆机器人工作装置液压系统主要由大臂、二臂、三臂、液压破碎锤及相应的液压缸组成，它包括大臂、二臂、三臂、液压破碎锤四个液压回路。回转装置液压系统的功能是将工作装置和上部转台实现向左或向右的回转，以便执行更大范围破碎破拆的工作，能够完成回转装置动作的液压元件一般是液压回转马达。回转装置液压系统在工作的过程中要求必须满足条件是：在回转过程速度必须迅速、在刚开始回转时和最后停止回转时必须没有大的冲击、振动和摇摆，当与其它执行元件进行复合动作时，能够实现合理地分配各个执行元件的流量。车架及行走装置的主要作用是支撑破拆机器人的整机质量并能够完成行走任务，目前大多数采用的是履带式的结构，所使用的液压元件主要是行走马达。行走系统的设计特别需要特别注意的是直线行驶问题，即在破拆机器人行走过程中，如果有其他执行元件动作，要能够保证不产生行走偏转的现象。综上述分析可知，为了实现安全有效的工作，破拆机器人的液压系统要能够实现如下几方面的功能：（ 1）破拆机器人，在左、右履带同时行走的过程中，必须要保证能够实现整机直线行走的功能。还要能够保证整机的转向灵活、行走方便，并且可以原地转向，以提高nts 4 破拆机器人的工作灵活性。（ 2）破拆机器人的工作装置和回转装置既要能够单独动作，又能够进行复合动作，这样可以提高破拆机器人的工作效率。（ 3）破拆机器人要保证大臂、二臂、三臂和液压破碎锤能够各自进行单独动作，也可以相互配合进行复合动作。（ 4）保证破拆机器人的一切动作都是可逆的，并且能够实现无级变速。 2.2 液压系统方案选定 2.2.1 液压系统的基本组成破拆机器人液压系统的基本组成见图 2.1 2.2.2 液压系统基本回路选择基本回路是由一个或几个液压元件组成、能够完成特定的单一功能的典型回路，它是液压系统的组成单元。液压破拆机器人液压系统中基本回路有限压回路、卸荷回路、缓冲回路、节流回路、行走回路、合流回路、再生回路、闭锁回路、操纵回路等。（ 1）限压回路限压回路用来限制压力，使其不超过某一调定值。限压的目的有两个：一是限制系统的最大压力，使系统和元件不因过载而损坏，通常用安全阀来实现，安全阀设置在主油泵出油口附近；二是根据工作需要，使系统中某部分压力保持定值或不超过某值，通常用溢流阀实现，溢流阀可使系统根据调定压力工作，多余的流量通过此阀流回油箱，因此溢流阀是常开的。液压破拆机器人执行元件的进油和回油路上常成对地并联有限压阀，限制液压缸、nts 5 液压马达在闭锁状态下的最大闭锁压力，超过此压力时限压阀打开、卸载保护了液压元件和管路免受损坏，这种限压阀（图 2-1）实际上起了卸荷阀的作用。维持正常工作，大臂液压缸虽然处于“不工作状态” ，但必须具有足够的闭锁力来防止活塞杆的伸出或缩回，因此须在大臂液压缸的进出油路上各装有限压阀，当闭锁压力大于限压阀调定值时，限压阀打开，使油液流回油箱。限压阀的调定压力与液压系统的压力无关，且调定压力愈高，闭锁压力愈大，对破拆机器人作业愈有利，但过高的调定压力会影响液压元件的强度和液压管路的安全。通常高压系统限压阀的压力调定不超过系统压力的 25%，中高压系统可以调至 25%以上。 1- 换向阀 2- 限压阀 3- 油缸图 2-1 限压回路（ 2）缓冲回路液压破拆机器人满斗回转时由于上车转动惯量很大，在启动、制动和突然换向时会引起很大的液压冲击，尤其是回转过程中遇到障碍突然停车。液压冲击会使整个液压系统和元件产生振动和噪音，甚至破坏。破拆机器人回转机构的缓冲回路就是利用缓冲阀等使液压马达高压腔的油液超过一定压力时获得出路。图 2-2 为液压破拆机器人中比较普遍采用的几种缓冲回路。图 2-2 (A)中回转马达两个油路上各装有动作灵敏的小型直动式缓冲（限压）阀 2、3，正常情况下两阀关闭。当回转马达突然停止转动或反向转动时，高压油路的压力油经缓冲阀 3 泄回油箱，低压油路则由补油回路经单向阀 4 进行补油，从而消除了液压冲击。缓冲（限压）阀的调定压力取决于所需要的制动力矩，通常低于系统最高工nts 6 作压力。该缓冲回路的特点是溢油和补油分别进行，保持了较低的液压油温度，工作可靠，但补油量较大。图 2-2（ B）是高、低压油路之间并联有缓冲阀，每一缓冲阀的高压油口与另一缓冲阀的低压油口相通。当回转机构制动、停止或反转时，高压腔的油经过缓冲阀直接进入低压腔，减小了液压冲击。这种缓冲回路的补油量很少，背压低，工作效率高。图 2-2（ C）是回转马达油路之间并联有成对单向阀 4、 5 和 6、 7，回转马达制动或换向时高压腔的油经过单向阀 5、缓冲（限压）阀 2 流回油箱，低压腔从油箱经单向阀 6 获得补油。 1- 换向阀 2.3- 缓冲阀 - 单向阀图 2-2 缓冲回路上述各回转回路中的缓冲（限压）阀实际上起了制动作用，换向阀 1 中位时回转马达两腔油路截断，只要油路压力低于限压阀的调定压力，回转马达即被制动，其最大制动力矩由限压阀决定。当回转操纵阀回中位产生液压制动作用时，破拆机器人上部回转体的惯性动能将转换成液压位能，接着位能又转换为动能，使上部回转体产生反弹运动来回振动，使回转齿圈和油马达小齿轮之间产生冲击、振动和噪声，同时破碎锤来回晃动，致使破碎锤中的土洒落，因此破拆机器人的回转油路中一般装设防反弹阀。（ 3）节流回路节流调速是利用节流阀的可变通流截面改变流量而实现调速的目的，通常用于定量系统中改变执行元件的流量。这种调速方式结构简单，能够获得稳定的低速，缺点是功率损失大，效率低，温升大，系统易发热，作业速度受负载变化的影响较大。根据节流阀的安装位置，节流调速有进油节流调速和回油节流调速两种 nts 7 1- 齿轮泵 2- 溢流阀 3- 节流阀 4- 换向阀 5- 油缸图 2-3 节流回路图 2-3 (A)为进油节流调速，节流阀 3 安装在高压油路上，液压泵 1 与节流阀串联，节流阀之前装有溢流阀 2，压力油经节流阀和换向阀 4 进入液压缸 5 的大腔使活塞右移。负载增大时液压缸大腔压力增大，节流阀前后的压力差减小，因此通过节流阀的流量减少，活塞移动速度降低，一部分油液通过液流阀流回油箱。反之，随着负载减小，通过节流阀进入液压缸的流量增大，加快了活塞移动速度，液流量相应地减少。这种节流方式由于节流后进入执行元件的油温较高，增大渗漏的可能性，加以回油无阻尼，速度平稳性较差，发热量大，效率较低。图 2-3 (B)为回油节流调速，节流阀安装在低压回路上，限制回油流量。回油节流后的油液虽然发热，但进入油箱，不会影响执行元件的密封效果，而且回油有阻尼，速度比较稳定。液压破拆机器人的工作装置为了作业安全，常在液压缸的回油回路上安装单向节流阀，形成节流限速回路。如图 2-3（ C）所示，为了防止大臂因自重降落速度太快而发生危险，其液压缸大腔的油路上安装由单向阀和节流阀组成的单向节流阀。此外，二臂液压缸、破碎锤液压缸在相应油路上也装有单向节流阀。（ 4）行走限速回路履带式液压破拆机器人下坡行驶时因自重加速，可能导致超速溜坡事故，且行走马达易发生吸空现象甚至损坏。因此应对行走马达限速和补油，使行走马达转速控制在允许范围内。 nts 8 1- 换向阀 2.3- 压力阀 4.5.6- 单向阀 8.9- 安全阀 10- 行走马达图 2-4 行走限速回路行走限速回路是利用限速阀控制通道大小，以限制行走马达速度。比较简单的限速方法是使回油通过限速节流阀，破拆机器人一旦行走超速，进油供应不及，压力降低，控制油压力也随之降低，限速节流阀的通道减小，回油节流，从而防止了破拆机器人超速溜坡事故的发生。履带式液压破拆机器人行走马达常用的限速补油回路如图 2-4 所示，它由压力阀2、 3，单向阀 4、 5、 6、 7 和安全阀 8、 9 等组成。正常工作时换向阀 1 处于右位，压力油经单向阀 4 进入行走马达 10，同时沿控制油路推动压力阀 2，使其处于接通位置，行走马达的回油经压力阀 2 流回油箱。当行走马达超速运转时，进油供应不足，控制油路压力降低，压力阀 2 在弹簧的弹力作用下右移，回油通道关小或关闭，行走马达减速或制动，这样便保证了破拆机器人下坡运行时的安全。这种限速补油回路的回油管路上装有 5 10bar 的背压阀，行走马达超速运转时若主油路压力低于此值，回油路上的油液推开单向阀 5 或 7 对行走马达进油腔补油，以消除吸空现象。当高压油路中压力超过安全阀 8 或 9 的调定压力时，压力油经安全阀返回油箱。 nts 9 1- 行走 2- 大臂 .破碎锤 3- 前泵 4- 行走 5- 后泵 6- 回转 .二臂 7- 先导油压图 2-5 直走阀油路此外为了实现工作装置、行走同时动作时的直线行驶，一般采用直行阀，图 2-5 为直行阀工作原理图。在行驶过程中，当任一作业装置动作时，作业装置先导操纵油压就会作用在直行阀上，克服弹簧力，使直行阀处于上位。图中前泵并联供左右行走，后泵并联供回转、二臂、破碎锤和大臂动作，后泵还可通过单向阀和节流孔与前泵合流供给行走。（ 5）合流回路为了提高破拆机器人生产效率、缩短作业循环时间，要求大臂提升、二臂收放和破碎锤转动有较快的作业速度，要求能双（多）泵合流供油，一般中小型破拆机器人大臂液压缸和二臂液压缸均能合流，大型破拆机器人的破碎锤液压缸也要求合流。目前采用的合流方式有阀外合流、阀内合流及采用合流阀供油几种合流方式。阀外合流的液压执行元件由两个阀杆供油，操纵油路联动打开两阀杆，压力油通过阀外管道连接合流供给液压作用元件，阀外合流操纵阀数量多，阀外管道和接头的数量也多，使用上不方便。阀内合流的油道在内部沟通，外面管路连接简单，但内部通道较复杂，阀杆直径的设计要综合平衡考虑各种分合流供油情况下通过的流量。合流阀合流是通过操纵合流阀实现油泵的合流，合流阀的结构简单，操纵也很方便。（ 6）锁紧回路 nts 10 图 2-6 闭锁回路图 2-7 再生回路大臂操纵阀在中位时油缸口闭锁，由于滑阀的密封性不好会产生泄露，大臂在重力作用下会产生下沉，特别是破拆机器人在进行起重作业时要求停留在一定的位置上保持不下降，因此设置了大臂支持阀组。如图 2-6 所示，二位二通阀在弹簧力的作用下处于关闭位置，此时大臂油缸下腔压力油通过阀芯内钻孔通向插装阀上端，将插装阀压紧在阀座上，阻止油缸下腔的油从 B 至 A，起闭锁支撑作用。当操纵大臂下降时，在先导操纵油压 P 作用下二位二通阀处于相通位置，大臂油缸下腔压力油通过阀芯钻孔油道经二位二通阀回油，由于阀芯内钻孔油道节流孔的节流作用，使插装阀上下腔产生压差，在压差作用下克服弹簧力，将插装阀打开，压力油从 B 至 A。（ 7）支腿顺序和锁紧回路破拆机器人中，为了保证机械的稳定性，前后支腿的收放有一定顺序，因此在支腿回路中要设置顺序阀，构成顺序回路。同时，支腿伸出后，要求在外负荷作用下不发生软腿现象、不回缩、不发生窜动，这通常是由锁紧回路来保证。 nts 11 图 2.6 是破拆机器人支腿的顺序和锁紧回路。根据工作要求，支腿的动作顺序应是 :后支腿缸伸一前支腿缸伸前支腿缸缩一后支腿缸缩。这个动作顺序由顺序阀 4 和 5 来实现。换向阀在右位时，压力油通过后支腿缸的大腔，后支腿缸伸出，回油经单向阀 7及换向阀 1 返回油箱，后支腿全伸出以后，油压升高，打开顺序阀 4，进入前支腿缸的大腔使前支腿伸出，回油经换向阀返回油箱。支腿伸出以后用液控单向阀 8 和 9(液压锁 )锁紧。这种锁紧回路结构简单，性能好，工作安全、可靠。换向阀在左位置时，压力油进入液压缸 3 的小腔，使前支腿缩回，全缩以后，压力升高，打开顺序阀 5，压力油进入液压缸 2 的小腔，后支腿缩回。 2.3 拟定液压系统原理图 2.3.1 液压系统原理图对上述选定的各基本回路进行组合得到破拆机液压系统原理图如下： nts 12 图 2-7 破拆机液压系统原理图 nts 13 第 3 章液压元件的设计与选择 3.1 技术参数的选择本次设计的破拆机器人的技术参数及要求参考 Brokk180 破拆机器人、 Brokk330 柴油机型多功能破拆机器人的技术参数及同类型的破拆机器人，选定技术参数如下：由上表可知：液压主回路的工作压力是 180 bar；整机机重 (含工作头 )5 吨；行走速度 0-2.9km/h；回转速度 12sec/360；参考同类型液压破拆机器人及表 3.2， nts 14 大臂液压缸推力为 30 KN、二臂液压缸推力 28 KN、三臂液压缸推力 20 KN。 3.2 执行元件的选择 3.2.1 各执行液压缸的选择各个工作液压缸缸径根据液压缸推力决定，假定液压泵到液压缸的压力损失 p1=25 bar，液压缸回油背压 p2=10 bar，液压缸的大小腔作用面积之比为 A=1.46 Ao ( A 为大腔作用面积， Ao 为小腔作用面积 )。根据公式： AAAAAPAPPF 8.141487.01025-180021 ）（）（（ 1）大臂液压缸已知大臂液压缸工作负载： NKNF 30000301 mmFD 518.1414.3 3 0 0 0 048.144 11 ，取系列值 63 mm 由以上计算及表 3.3 可得，大臂油缸缸径为 63mm，活塞杆直径 d 为 35mm，额定工作压力为 160 bar。（ 2）二臂液压缸已知二臂液压缸工作负载： NKNF 28000282 mmFD 498.1414.3 2 8 0 0 048.144 22 ，取系列值 50mm 由以上计算及表 3.3 可得，二臂油缸缸径为 50mm，活塞杆直径 d 为 28mm，额定工作压力为 160 bar。（ 3）三臂液压缸已知三臂液压缸工作负载： NKNF 20000203 mmFD 428.1414.3 2 0 0 0 048.144 33 ，取系列值 50mm 由以上计算及表 3.3 可得，三臂油缸缸径为 50mm，活塞杆直径 d 为 28mm，额定工作压力为 160 bar。（ 4）转锤液压缸已知转锤液压缸工作负载： NKNF 15000154 nts 15 mmFD 368.1414.3 1 5 0 0 048.144 44 ，取系列值 40mm 由以上计算及表 3.3 可得，转锤油缸缸径为 40mm，活塞杆直径 d 为 22mm，额定工作压力为 160 bar。（ 5）支腿液压缸已知支腿液压缸工作负载： NGF 1250045000045 mmFD 328.1414.3 1 2 5 0 048.144 55 ，取系列值 40mm 由以上计算及表 3.3 可得，支腿油缸缸径为 40mm，活塞杆直径 d 为 22mm，额定工作压力为 160 bar。 3.2.2 各执行马达的选择（ 1）回转马达选择及计算（ a）平台的回转力矩一般小于制动力矩，根据公式 : OBmmc = 1.11 Bm 制动力矩 Om 启动力矩 Bm = Fm)7.05.0( 345000 umm F =34425.05000 =7937.00526 mN m 操作重量单位 t u-摩擦系数平履带取 0.25 取 Bm =0.6 Fm =0.6 00526.7937 =4762.203156 mN 取 c=1 Om =4762.203156 mN 由原始数据回转台转速 min12rr 回转台由回转马达带动一对内啮合齿轮驱动大齿 941 Z 6m nts 16 小齿 172 Z 1221 ZZnn =1794 1n min12r 所以：2112 ZZnn = 179412 =66.35 minr （ b）计算扭矩 22 Mn 11 Mn 2112 nMnM = 35.66476212 =861.25 mN 1M -启动力矩 2M -马达扭矩查液压破拆机器人 36 页表 4-1 选 M5x180 液压马达主要参数 rmlV 180 压力额定 =32.4Mpa 最大 =39.2Mpa maxn =1680 minr 额M =928 mN 所以流量： 2Vnq = 35.66180 =11.943 minL （ 2）行走马达选择及计算（ a）驱动轮转速 n2ztVV-破拆机器人行走速度 t -履带板节长 Z-驱动轮齿数代入211 ZtVn =60221135.010005.4 =52.91minr nts 17 222 ZtVn =60221135.010005.2 =29.395minr （ b）驱动轮扭矩 maxM = 22maxDF maxF = omg 35sin + 牵F o35 为要求爬坡能力牵F 为要求牵引力代入 maxF = 10 003035s in1040 00 o=52945N maxM = 22 458.052945 =6062.20 mN 选择双速液压马达齿轮箱 GFT17 2.64i 输出扭矩 M 9000 mN 液压马达选择排量 maxV =28ml ， minV =8ml 马达转速： n = 轮n2.64 VnQ = Vn 轮2.64 代入数据 max1Q = 891.522.64 =27174.576 minml =27.174576 minL max2Q =64.2 28395.29 =52840.452 minml =52.840452 minL 3.2.3 破碎锤的选择根据机重 5 吨及系统的最大工作压力 180bar，考虑到系统的效率等的影响，进行液压破碎锤的选型。按照惊天液压公司 GT系列液压破碎锤的选型表 3.4，可以选定 GT30型液压破碎锤，其技术参数如表 3.5 所示。 nts 18 3.3 动力元件的选择 3.3.1 液压泵的选择（ 1）液压泵的工作压力的确定 pP 1P + P 1P -是执行元件的最高工作压力 ,对于本系统的最高工作压力是销锁油缸的入口压力 P -是从液压泵出口液压缸之间的管路损失。管路复杂，进口有调速阀，则取P =1Mpa。（ 2）确定液压泵的流量 vpq vpq 多液压缸同时工作时，而且系统使用蓄能器铺助动力源时，则液压泵输出流量公式应为 vpq 2 2 21 1 2 2 . . .1 2 . . .pc P t P t P n t np t t t n nts 19 其中 K-系统泄露系数，取 K=1.2 Tt-液压系统工作周期 Vi-每个液压缸的工作周期中的总耗油 z-液压缸的个数销锁油缸的最大流量 42 6 1 0i ijQA (5.3) 1Q =6 0.1 01 410 =60 加料门油缸的最大流量 2Q =6 0.14 0.0031 410 =26 根据以上可知 : maxQ =60 大泵流量： 1Q = maxQ 80%=48 小泵流量： 2Q = maxQ 20%=12 大泵排量： 311 10DQq n=37 小泵排量： 322 10DQq n=8.1 vpq =0.9L/s 按照泵的排量 1q 2q 和 pP 、 vpq 的值来选择液压泵（ 3）选择液压泵的规格根据以上求的泵的排量 1q 、 2q 和 pP 、 vpq 的值，按系统中给定的液压泵的形式，按照 HAWS 公司 V30D 系列变量轴向柱塞泵的选型表 3.10，可以选定 V30D-45 型变量轴向柱塞泵。该变量轴向柱塞泵的技术参数如表 3.11 。 3.3.2 柴油发动机的选择 nts 20 液压缸在整个循环运动中，系统的压力和流量都是变化的。所需功率变化较大，为满足整个工作循环的需要，需按大功率段来确定发动机的功率。从液压原理图可以看出，快速运动时系统的压力和流量都较大，这时，大小泵同时参加工作，小泵排油压力和流量均较大。此时，大小泵同时参与工作小泵排油除保证锁紧力外，还通过顺序阀将压力油供给加料门油缸。前面的计算已知，小泵供油压力为 1P =4 MPa,考虑大泵到销锁油缸路损失，大泵供油压力应为 2P =4Mpa 取泵的总效率 p =0.85，泵的总驱动功率为： P= 1 1 1 1p v p vpP q P q =22.9KW 可以选用的发动机为常柴集团生产的 4L68 型号的柴油机。该柴油机具有动力强劲、经济省油、耐久可靠、境污染小等特点。其主要技术参数如表 3.12 所示。 3.4 液压阀的选择选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量。本系统工作压力在 18Mpa 左右，所以液压阀都选用中、高压阀。液压阀的作用是控制液压系统的油流方向、压力和流量，从而控制整个液压系统。系统的工作压力，执行机构的动作顺序，工作部件的运动速度、方向，以及变换频率，输出力和力矩等。在液压系统中，液压阀的选择是非常重要的。可以使系统的设计合理，性能优良，安装简便，维修容易，并保证系正常工作的重要条件。不但要按系统功需要选择各种类型的液压控制阀，还需要考虑额定压力，通过流量，安装形式，动作方式，性能特点因素。 3.4.1

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