毕业设计21毕业论文工业机械手液压系统设计

工业机械手液压系统设计 第 1 页 共 20 页 目录 1、前言 -2 2、确定对液压系统的工作要求 -2 3、 拟定液压系统原理图 -3 3.1 液压系统原理图 -3 3.2 液压系统电磁铁动作顺序表 -4 3.3 液压系统工作原理 -4 3.4 液压系统特点分析 -7 3.5 电气系统原理图 -8 3.6 电气系统工作原理 -8 3.7 电气系统特点分析 -10 4、 计算和选择液压元件 -11 4.1执行元件 液压缸、液压马达 -11 4.2动力 元件 液压泵 -14 4.3控制元件 方向阀、压力阀、流量阀 -16 4.4辅助元件 管道、管接头、滤油器、油箱 -17 4.5工作介质 液压油 -18 5、 液压系统性能的验算 -19 5.1系统的压力损失验算 -19 5.2系统的温升验算 -19 5.3系统的其它验算 -19 6、 结束语 -19 7、致谢 -19 8、 参考文献 -20 工业机械手液压系统设计 第 2 页 共 20 页 工业机械手液压系统设计 施中秋 指导老师：梁栋 副 教授 （华南热带农业大学工学院 海南儋州 571737） 摘要 机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操 作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及 笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、 驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。本 篇介绍的工业机械手属圆柱坐标式、全液压驱动机械手。本篇根据液压系统设计的一般程序， 分四步详细地介绍了工业机械手液压 系统设计过程，其中第 3 步拟定液压系统原理图是重 点。 关键词 机械手 液压 电气 1、前言 工业机械手的技术参数是说明机械手规格与性能的具体指标，一般有以下几个方面： 握取重量。握取重量标明了机械手的负载能力。这项参数与机械手的运动速度有关，通常指正常运行速度所握取的工件重量。 运动速度。运动速度是反映机械手性能的一项重要技术参数。它与机械手握取重量、定位、精度等参数都有密切关系，同时也直接影响机械手的运动周期。 自由度。确定工业机械手的手部在运动空间的位置和姿态的、独立的变化参数就是工业机 械手的自由度。自由度越多，其动作越灵活，适应性越强，但结构也相应越复杂。一般具有 4 6 个自由度即满足使用要求。 定位精度。定位精度即重复定位精度，是衡量机械手工作质量的又一项重要指标。定位精度的高低取决于位置控制方式以及运动部位本身的制造精度和刚度，与握取重量、运动速度等也有密切关系。 2、确定对液压系统的工作要求 根据工况要求，执行机构要具有手臂升降、手臂伸缩、手臂回转和手腕回转四个自由度。执行机构相应由手臂升降机构、手臂伸缩机构、手臂回转机构、手腕回转机构、手指夹紧机构和回转定位机构等组成，每一部分 均由液压缸驱动与控制它完成的动作循环为：插定位销手臂前伸手指张开手指夹紧抓料手臂上升手臂缩回手腕回转 180 拔定位销手臂回转 95 插定位销手臂前伸手臂中停手指松开手指闭合手臂缩回手臂下降手腕回转复位拔定位销手臂回转复位待料，泵卸载。 工业机械手液压系统设计 第 3 页 共 20 页 3、拟定液压系统原理图 3.1 液压系统原理图 手 臂 伸 缩 缸 2 9手 臂 回 转 缸 3 0 手 指 夹 紧 缸 3 2 手 腕 回 转 缸 3 1 定 位 缸 3 3手臂升降缸3Y4Y5Y 6Y7Y 8Y 9Y10Y 11Y12Y1Y 2Y1 23 45678925K2623 24222117 1816 20151413121110192728工业机械手液压系统图 工业机械手液压系统设计 第 4 页 共 20 页 3.2 液压系统电磁铁动作顺序表 动作顺序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y 12Y K26 插定位销 + + + 手臂前伸 + + + 手指张开 + + + + 手指抓料 + + + 手臂上升 + + + 手臂缩回 + + + 手腕回转 + + + + 拔定位销 + 手臂回转 + + 插定位销 + + + 手臂前伸 + + + 手臂中停 + + 手指张开 + + + + 手指闭合 + + + 手臂缩回 + + + 手臂下降 + + + 手腕反转 + + + + 拔定位销 + 手臂反转 + + 待料卸载 + + 3.3 液压系统工作原理 1、插定位销（ 1 Y 、 12 Y ） 按下油泵起动按钮后，双联叶片泵 1、 2 同时供油，电磁铁 1Y、 2Y 带电，油液经溢流阀 3 和 4 至油箱，机械手处于待料卸荷状态。 当棒料到达待上料位置，启动程序动作。电磁铁 1Y 带电， 2Y 不带电，使泵 1 继续卸荷，而泵 2 停止卸荷，同时 12Y 通电。 进油路：泵 2阀 6减压阀 8阀 9阀 25（右）定位缸左腔。 此时，插定位销以保证初始位置准确。 定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。 2、手臂前伸（ 5 Y 、 12 Y ） 插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器 K26 发讯，接通电磁铁 5Y，泵 1 和泵 2经相应的单向阀汇流到电液换向阀 14 左位，进入手臂伸缩缸油腔。 进油路：泵 1单向阀 5阀 14（左）手臂伸缩缸右腔 泵 2阀 6阀 7 回油路：手臂伸缩缸左腔单向调速阀 15阀 14（左）油箱 工业机械手液压系统设计 第 5 页 共 20 页 3、手指张开（ 1 Y 、 9 Y 、 12 Y ） 手臂前伸至适当位置，行程开关发讯，电磁铁 1Y、 9Y 带电，泵 1 卸载，泵 2 供油，经单向阀 6 电磁阀 20 左位，进入手指夹紧缸右腔。回油路从左腔通过液控单向阀 21 及阀 20左位进入油箱。 进油路：泵 2阀 6电磁阀 20（左）手指夹紧缸右腔 回油路：手指夹紧缸左腔阀 21电磁阀 20（左）油箱 4、手指抓料（ 1 Y 、 12 Y ） 手指张开后，时间继电器延时。待棒料由送料机构送到手指区域时，继电起器发讯使9Y 断电，泵 2 的压力油通过阀 20 的右位进入缸的左腔，使手指夹紧棒料。 进油路：泵 2阀 6阀 20（右）阀 21手指夹紧缸左腔 回油路：手指夹紧缸右腔阀 20（右）油箱 5、手臂上升（ 3 Y 、 12 Y ） 当手指抓料后，手臂上升。此时，泵 1 和泵 2 同时供油到升降缸。主油路为： 进油路：泵 1单向阀 5阀 10（左）阀 11阀 12手臂升降缸下腔 泵 2阀 6阀 7 回油路：手臂升降缸上腔阀 13阀 10（左）油箱 6、手臂缩回（ 6 Y 、 12 Y ） 手臂上升至预定位置，碰行程开关， 3Y 断电，电液换向阀 10 复位， 6Y 带电。泵 1 和泵 2 一起供油至电液换向阀 14 右端，压力油通过单向调速阀 15 进入伸缩缸左腔，而右腔油液经阀 14 右端回油箱。 进油路：泵 1阀 5阀 14（右）阀 15手臂伸缩缸左腔 泵 2阀 6阀 7 回油路：手臂伸缩缸右腔 阀 14（右）油箱 7、手腕回转（ 1 Y 、 10 Y 、 12 Y ） 当手臂上的碰块碰到行程开关时， 6Y 断电，阀 14 复位， 1Y、 10Y 通电。此时，泵 2单独供油至阀 22 左端，通过阀 24 进入手腕回转油缸，使手腕回转 180 。 进油路：泵 2阀 6阀 22（左）阀 24手腕回转缸 回油路：手腕回转缸阀 23阀 22（左）油箱 8、拔定位销（ 1 Y ） 当手腕上的碰块碰到行程开关时， 10Y、 12Y 断电，阀 22、 25 复位，定位缸油液经阀25 左端回油箱，弹簧作用拔定位销。 回油路：定位缸左腔阀 25（左）油箱 定位缸没有进油路，它是在弹簧作用下前进的。 工业机械手液压系统设计 第 6 页 共 20 页 9、手臂回转（ 1 Y 、 7 Y ） 定位缸支路无油压后，压力继电器 K26 发讯，接通 7Y。泵 2 的压力油进入阀 6 经换向阀 16 左端通过单向调速阀 18 最后进入手臂回转缸，使手臂回转 95 。 进油路：泵 2阀 6换向阀 16（左）单向调速阀 18手臂回转缸 回油路：手臂回转缸单向调速阀 17换向阀 16（左）行程节流阀 19油箱 10、插定位销（ 1 Y 、 12 Y ） 当手臂回转碰到行程开关时， 7Y 断电， 12Y 重又通电，插定位销同 1。 11、手臂前伸（ 5 Y 、 12 Y ） 此时的动作顺序同 7。 12、手臂中停（ 12 Y ） 当手臂前伸碰到行程开关后， 5Y 断电，伸缩缸停止动作，确保手臂将棒料送到准确位置处，“手臂中停”等主机夹头夹紧棒料，夹头夹紧棒料后，时间继电器发讯。 13、手指张开（ 1 Y 、 9 Y 、 12 Y ） 接到继电器信号后， 1Y、 9Y 通电，手指张开同 3。并启动时间继电器延时，主机夹头移走棒料后，继电器发讯。 14、手指闭合（ 1 Y 、 12 Y ） 接继电器信号， 9Y 断电，手指闭合同 4。 15、手臂缩回（ 6 Y 、 12 Y ） 当手指闭喝后， 1Y 断电，使泵 1 和泵 2 一起供油，同时 6Y 通电，其动作顺序同 6。 16、手臂下降（ 4 Y 、 12 Y ） 手臂缩回碰到行程开关， 6Y 断电， 4Y 通电。此时，电液换向阀 10 右端动作，压力油经阀 10 和单向调速阀 13 进入升降缸上腔。 进油路：泵 1单向阀 5阀 10（右）阀 13手臂升降缸上腔 泵 2阀 6阀 7 回油路：手臂升降缸下腔阀 12阀 11阀 10（右）油箱 17、手腕反转（ 1 Y 、 11 Y 、 12 Y ） 当升降导套上的碰铁碰到行程开关时， 4Y 断电， 1Y、 11Y 通电。泵 2 供油至阀 22 右端，压力油通过单向调速阀 23 进入手腕回 转缸的另一腔，并使手腕反转 180 。 进油路：泵 2阀 6阀 22（右）单向调速阀 23手腕回转缸 回油路：手腕回转缸单向调速阀 24阀 22（右）油箱 18、拔定位销（ 1 Y ） 手腕反转碰到行程开关后， 11Y、 12Y 断电。动作顺序同 8。 工业机械手液压系统设计 第 7 页 共 20 页 19、手臂反转（ 1 Y 、 8 Y ） 拔定位销，压力继电器发信号， 8Y 接通。换向阀 16 右端动作，压力油进入手臂 回转缸的另一腔，手臂反转 95 ，机械手复位。 进油路：泵 2阀 6换向阀 16（右）单向调速阀 17手臂回转缸 回油路：手臂回转缸单向调速阀 18换向阀 16（右）行程节流阀 19油箱 20、待料卸载（ 1 Y 、 2 Y ） 手臂反转到位后，启动行程开关， 8Y 断电， 2Y 接通。此时，两油泵同时卸荷。机械手动作循环结束，等待下一个循环。 机械手的动作也可由微机程序控制，与相关主机联为一体，其动 作顺序相同。 3.4 液压系统特点分析： 系统采用双联泵供油，手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油；手臂回转、手腕回转、手指松紧及定位缸工作时，只有小流量泵 2 供油，大流量泵 1 自动卸载。由于定位缸和控制油路所需压力较低，在定位缸支路上串联有减压阀 8，使之获得稳定的压力。 手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的升降和伸缩速度分别由单向调速阀 15、 13、 11 实现回油节流调速；手臂及手腕的回转由摆动液压缸驱动，其正反向运动亦采用单向阀 17 和 18， 23 和 24 回油节流调速。 执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但工作速度越快，起动和停止时的惯性就越大，振动和冲击就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。因此机械手的定位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。 该机械手手臂伸出、手腕回转由死挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑动缓冲；手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号，提前切断油路，滑行缓冲并定位。此外，手臂伸缩缸 和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果。由于手臂的回转部分质量较大，转速较高，运动惯性矩较大，系统手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外，还在回油路上安装行程节流阀 19 进行减速缓冲，最后由定位缸插定位销定位，满足定位精度要求。 为使手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响，保证牢固地夹紧工件，采用了液控单向阀 21 的锁紧回路。 手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡运动部件的自重，采用了单向顺序阀 12 的平衡回路。 工业机械手液压系统设计 第 8 页 共 20 页 3.5 电气系统原理图 各执行机构的动作均由电控系统发信号控制相应的电磁换向阀，按程序依次步进动作。 手腕反转插定位销手腕回转手指张开手臂反转手臂回转手臂缩回手臂前伸手臂下降手臂上升大泵卸载小泵卸载两泵卸载11K12YKHMKP11K1K11K12ST11SB10SB 10K9K11ST10ST9SBP8K9ST8SB7K8ST7SB6K7ST6SB5K6ST5SB4K5ST4K4ST4SB3K3ST3SB2K2ST2SB1KKP1ST1SBP43调整自动11K10K9K11K8K11Y8K7K10Y7K4K9Y4K10K8Y10K9K7Y9K6K6Y6K5K5Y5K4Y 3K3K3Y 2K2K12K12K2K3K1Y6K5K12K2Y12K4K6K8K7K12K9K10K5K3K2KKMSB2SB1KM4312总停信号灯电源信号灯2FU1FUKRKMQG工业机械手电气系统图 3.6 电气系统工作原理 1、 插定位销（ 1 Y 、 12 Y ） 放下闸刀开关 QG，按下起动按钮 SB2，中间继电器 12K 得电，其常开触点闭合，使电磁铁 1Y、 2Y 同时得电，两泵同时卸载，机械手处于待料卸载状态。同时继电器 KM 得电，其常开触点闭合，电机 M 运转，运输棒料。 当棒料到达待上料位置时，撞上行程开关 12ST, 12ST 闭合，使中间继电器 12K 断电，电磁铁 2Y 断电，小泵停止卸载，大泵仍卸载，同时使中间继电器 11K 得电，其常开触点自锁，使另外的常开触点闭合，电磁铁 12Y 得电，实现插定位销。 2、 手臂前伸（ 5 Y 、 12 Y ） 当定位缸的油压达到一定值时，压力继电器 KP 发讯，使行程开关 6ST 闭合，中间继电器 5K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 5Y 得电，实现手臂前伸。 3、 手指张开（ 1 Y 、 9 Y 、 12 Y ） 经一定时间，手臂伸缩缸上的碰块碰到行程开关 4ST,4ST 闭合，中间继电器 4K 得电，工业机械手液压系统设计 第 9 页 共 20 页 其常开触点闭合，电磁铁 9Y 得电，实现手指张开。 4、 手指抓料（ 1 Y 、 12 Y ） 经一定时间，手指夹紧缸上的碰块碰到行程开关 5ST,5ST 闭合，中间继电器 4K 断电，其常开触点断开，电磁铁 9Y 断电，实现 手指抓料。 5、 手臂上升（ 3 Y 、 12 Y ） 经一定时间，手指夹紧缸上的碰块碰到行程开关 2ST,2ST 闭合，中间继电器 2K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 3Y 得电，实现手臂上升。 6、 手臂缩回（ 6 Y 、 12 Y ） 经一定时间，手臂升降缸上的碰块碰到行程开关 7ST,7ST 闭合，中间继电器 6K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 6Y 断电，实现手臂缩回。 7、 手腕回转（ 1 Y 、 10 Y 、 12 Y ） 经一定时间，手臂伸缩缸上的碰块碰到行程开关 8ST,8ST 闭合，中间继电器 7K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 10Y 得电，实现手腕回转。 8、 拔定位销（ 1 Y ） 经一定时间，手腕回转缸上的碰块碰到行程开关 11ST,11ST 闭合，中间继电器 10K 得电，其常闭触点断开，电磁铁 12Y 断电，同时 8ST 断开后，中间继电器 7K 断电，其常 开触点断开，电磁铁 10Y 断电，实现拔定位销。 9、 手臂回转（ 1 Y 、 7 Y ） 经一定时间，定位缸支路上无油压后，压力继电器 KP 发讯，使行程开关 10ST 闭合，中间继电器 9K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 7Y 得电，实现手臂回转。 10、 插定位销（ 1 Y 、 12 Y ） 其过程同 1。 11、 手臂前伸（ 5 Y 、 12 Y ） 其过程同 7。 12、 手臂中停（ 12 Y ） 经一定时间，手臂伸缩缸上的碰块碰到使行程开关 6ST，中间继电器 5K 断电，其常开触点断开，电磁铁 5Y 断电，实现手臂中停。 13、 手指张开（ 1 Y 、 9 Y 、 12 Y ） 其过程同 3。 14、 手指闭合（ 1 Y 、 12 Y ） 其过程同 4。 15、 手臂缩回（ 6 Y 、 12 Y ） 工业机械手液压系统设计 第 10 页 共 20 页 其过程同 6。 16、 手臂下降（ 4 Y 、 12 Y ） 经一定时间，手臂伸缩缸上的碰块碰到使行程开关 3ST， 3ST 闭合，中间继电器 8K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 4Y 得电，实现手臂下降。 17、 手腕反转（ 1 Y 、 11 Y 、 12 Y ） 经一定时间，手臂升降缸上的碰块碰到行程开关 9ST,9ST 闭合，中间继电器 8K 得电，其常开触点闭合，电磁铁 11Y 得电；同时，中间继电器 3K 断电，其常闭触点闭合，电磁铁1Y 得电，实现手臂反转。 18、 拔定位销（ 1 Y ） 其过程同 8。 19、 手臂反转（ 1 Y 、 8 Y ） 拔定位销销后，压力继电器 KP 发讯，行程开关 11ST 闭合，中间继电器 10K 得电， 其常开触点闭合，电磁铁 8Y 得电，实现手臂反转。 20、 待料卸载（ 1 Y 、 2 Y ） 经一定时间，手臂回转缸上的碰块碰断行程开关 11ST,中间继电器 10K 断电，其常开触点断开，常闭触点闭合，电磁铁 8Y 断电，电磁铁 2Y 得电，两泵同时卸荷，实现待料卸载。 3.7 电气系统特点分析： 控制方式为点位程序控制。程序设计采用开关预选方式，机械手的自动循环采用步进继电器控制。步进动作是由每一个动作完成后，使行程开关 ST 的触点闭合而发出信号或依据每一步的动作预设停留时间。 发信指令完成由相应的中间继电器 K 来实现，受发指令的完成方式为机械手相应动作结束的同时使步进继电器再动作，复位指令完成是给相应的中间继电器通电，使机械手回到工作准备状态。 机械手除能实现自动循环外，还设有调整电路，可通过手动按钮 SB 进行单个动作调试。 液压泵的供油与卸载和每步动作之间的对应关系由控制电器保证：只有在 2K、 3K、4K、 5K、 6K、 7K、 8K、 9K、 10K 等九个中间继电器全部不通电（所有液压缸不动作）时，中间继电器 12K 才通电，使电磁铁 1Y、 2Y 得电，大、小泵同时卸载；中间继电器中任意一个通电（即任一液压缸动作）， 12K 则断电，小泵停止卸载；中间继电器 2K、 3K、 5K、6K 中任意一个通电（即手臂升降，手臂伸缩），大泵则停止卸载。 手臂定位与手臂回转由继电器互锁。在插定位销后，定位缸压力上升，压力继电器 K升压发令，一方面由常开触点接通手臂升降、手臂伸缩、手指松夹、手腕回转等部分的自动循环电气线路；另一方面由常闭触点断开 手臂回转的电气线路。同时在定位缸用电磁铁 12Y的线圈两边串联有中间继电器 9K 和 10K（手臂回转）的常闭触头和 11K（定位插销）的常开触头，这些互锁措施保证了任何情况下手臂回转只在拔定位销之后进行。 因机械手工作环境存在金属粉尘，在电磁铁 Y 的线圈两边各串联了一个中间继电器的常开触头，用以保证继电器断电之后常开触头可靠脱开，液压缸即时停止工作。 工业机械手液压系统设计 第 11 页 共 20 页 4、计算和选择液压元件 液压元件包括执行元件、动力元件、控制元件、辅助元件、工作介质。 4.1 执行元件 液压缸、液压马达 手腕回转液压马达手臂回转液压马达G=1000N手臂升降液压缸手臂伸缩液压缸定位液压缸手指夹紧液压缸工业机械手受力示意图 4.1.1 手指夹紧缸 Y=0 2Nf G=0 又Nf= N N=2G=1.021000=5000N M(o)=0 N 2 a F2 22a=0 工业机械手液压系统设计 第 12 页 共 20 页 F2 =2 N =2 5000=10000N 又 =12VV=21FF=1.33 F1 =13300N D=PF4 =10133004=41.15mm 根据液压行业技术标准，圆整为 40mm.,查机械设计手册 P28617选 HSG 型液压缸。 4.1.2 手腕回转缸 当手指夹着工件，手腕旋转时，液压缸需克服的摩檫力矩最大。 Mf=f r= rG =0.1 1500 0.1=15NM 查机械设计手册20417P选 CM-C10C 型液压马达。 4.1.3 手臂伸缩缸 F=f= G =0.1 2000=200N D=PF4 =42004=8.4mm 根据液压行业技术标准，圆整为 10mm.,查机械设计手册 P28617选 HSG 型液压缸。 4.1.4 手臂升降缸 D=PF4 =440004=35.7mm 根据液压行业技术标准，圆整为 40mm.,查机械设计手册 P28617选 HSG 型液压缸。 工业机械手液压系统设计 第 13 页 共 20 页 4.1.5 手臂回转缸 当手指夹着工件，手臂旋转时，液压缸需克服的摩檫力矩最大。 Mf=f r= rG =0.1 4500 0.05=22.5NM 查机械设计手册20417P选 CM-C18C 型液压马达。 4.1.6 定位缸 f= G =0.1 5000=500N D=PF4 =pf4 =45004=12.6mm 根据液压行业技术标准，圆整为 20mm.,查机械设计手册 P28617选 HSG 型液压缸。 液压缸计算结果： 型号 速度比 活塞缸内径 (mm) 活塞杆直径 (mm) 活塞杆工进 速 度(m/min) 实际压力(MPa) 流量(L/min) 手指夹紧缸 HSG 1.33 40 20 3 10 3.76 手臂伸缩缸 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 液压马达计算结果： 型号 额定转 速(r/min) 额定转 矩(NM) 额定压 力(MPa) 排量 (mL/r) 流量(L/min) 手腕回转缸 CM-C10C 1800 17.4 10 10.9 19.6 手臂回转缸 CM-C18C 1800 29 10 18.2 32.8 工业机械手液压系统设计 第 14 页 共 20 页 4.1.7液压缸的其它技术要求： 缸筒与端盖的连接形式 由于机械手要求外形尺寸小，重量轻，故采用螺纹式连接 缸筒、端盖和导向套的基本要求 缸筒内孔一般采用镗削、铰孔、滚压或磨等精密加工工 艺制造，要求表面粗糙度在 0.10.4 m ,使活塞及其密封件、支承件能顺利滑动，从而保证密封效果，减少磨损；缸筒要承受很大的液压力，因此，应具有足够的强度和刚度。 端盖装在缸筒两端，形成封闭油腔，同样承受很大的液压力，因此，端盖及其连接件都应有足够的强度和刚度。 导向套对活塞杆起导向和支承作用，一般采用摩檫系数小、耐磨性好的聚四氟乙烯制作。 活塞和活塞杆的连接形式 由于机械手工作时振动较大，要求连接强度高且具有减振能力，故选择半环式连 接 活塞组件的密封 在活塞的外圆表面一般开几道宽 0.3 0.5mm 的环形沟槽，称平衡槽，其作用如下：使活塞具有自位性能，由于活塞的几何形状和同轴度误差，工作压力油在密封间隙中的不对称分布形成一个径向不平衡力，称为液压卡紧力，它使摩檫力增大，开平衡槽后，使得径向油压力趋于平衡，使活塞能够自动对中，减小摩檫力；由于同心环缝的泄漏要比偏心环缝小得多，活塞的对中减小了油液的泄漏量，提高了密封性能；自润滑作用，油液储存在平衡槽内，使活塞能自动润滑。 同时还采用 Y型密封。 Y 形密封的截面为 Y形，属唇型密圈，主要用于往复运动的密封。Y形圈的密封作用取决于它的唇边对耦合面的紧密接触程度。在压力油作用下，唇边对耦合面产生较大的接触压力，从而达到密封的目的。当液压力升高时，唇边与耦合面贴得更紧，接触压力更高，密封性能更好。 缓冲装置 当液压缸拖动负载的质量较大、速度较高时，一般应在液压缸中设缓冲装置，必要时还需在液压缸传动系统中设缓冲回路，以免在行程终端发生过大的机械碰撞，导致液压缸损坏。缓冲的原理是当活塞或缸筒接近行程终端时，在排油腔内增大回油阻力，从而降低液压缸的运动速度，避免活塞与缸盖相撞。 4.2动力元件 液压泵 液压泵是标准件，其选择依据是额定压力和流量。 4.2.1小泵 当手臂回转、手腕回转、手指松紧及定位缸工作时，只有小流量泵供油。 手臂回转时，液压马达的额定压力为 10MPa，流量为tq=nV=1800 18.2=32.8L/min 手腕回转时，液压马达的额定压力为 10 MPa,流量为tq=nV=1800 10.9=19.6L/min 手指松紧时，液压缸的工作压力为 10 MPa ，流量为tq= A1maxV=42D maxV =4 204.0 3 310 =3.76L/min 定位缸工作时 , 液压缸的工作压力为 4 MPa，流量为tq= A1maxV=42D maxV =4工业机械手液压系统设计 第 15 页 共 20 页 0.022 3 310 =0.94L/min 实际流量：pq= 1K maxq=1.1 32.8=36.08L/min 实际压力：pp= 2K maxp=1.1 10=11 MPa 查机械设计手册13017p选 CB-30 型液压泵。 工作时液压泵所需的最大功率为： wp=ppq =608.0 1008.36101136 =8.27KW 查机械零件手册274p选 Y160M型电机。 4.2.2大泵 当手臂伸缩、手臂升降时，大、小泵同时供油。 手 臂 升 降 时 ， 液 压 缸 工 作 压 力 为 4 MPa ， 流 量 为tq= A1maxV=42D maxV =4 204.0 36 310 =45.2L/min。 手 臂 伸 缩 时 ， 液 压 缸 工 作 压 力 为 4 MPa ， 流 量 为tq= A1maxV=42D maxV =4 201.0 12 310 =0.94L/min 实际流量：pq= 1K maxq=1.1 45.2=49.72L/min 实际压力：pp= 2K maxp=1.1 4=4.4 MPa 查机械设计手册13017p选 CB-50 型液压泵。 工作时液压泵所需的最大功率为： wp=ppq =608.0 1072.49101136 =11.39KW 查机械零件手册274p选 Y160L型电机。 泵的计算结果： 型号 排量 (mL/r) 额 定 压 力(MPa) 转速 (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 工业机械手液压系统设计 第 16 页 共 20 页 电机的计算结果： 型号 功率 (KW) 转速 (r/min) 小电机 Y160M 11 1500 大电机 Y160L 15 1500 4.3控制元件 方向阀、压力阀、流量阀 控制元件是标准件，其选择依据是系统的最高工作压力和通过该阀的最大流量 4.3.1方向控制阀 电液换向阀：按 P=11aMP,q=70.6 minL 选 DSHG-03-3c 型电液换向阀 2 个（ 3 位 4通 O型机能） 电磁换向阀：按 P=11aMP,q=47.1 minL 选 DSG-01-3c 型电磁换向阀 4 个（其中 3位 4通 O型机能 2个， 2位 3通 2个） 单向阀：按 P=11aMP,q=47.1 minL 选 S 型单向阀 4个 液控单向阀：按 P=11aMP,q=47.1 minL 选 SV10型液控单向阀 1个 4.3.2压力控制阀 压力继电器：按 P=11aMP,q=47.1 minL 选 HED1K型压力继电器 1个； 减压阀：按 P=11aMP,q=47.1 minL 选 DR10DP型直动式减压阀 1个； 卸荷溢流阀：按 P=11aMP,q=47.1 minL ， P=11aMP,q=70.6 minL 选 DA 型先导式卸荷溢流阀各 1个； 单向顺序阀：按 P=11aMP,q=70.6 minL 选 HGM-03-20 型单向顺序阀 1个。 4.3.3流量控制阀 单向调速阀：按 P=11aMP,q=47.1 minL 选 QA-H20 型单向调速阀 4 个，按P=11aMP,q=70.6 minL 选 QA-H20型单向调速阀 3个； 行程节流阀：按 P=11aMP,q=47.1 minL 选 ZGM-10型行程节流阀 1个。 工业机械手液压系统设计 第 17 页 共 20 页 控制元件计算结果： 名称 工作压力 ( aMP ) 流量 (L/min) 型号 数量 方向控制阀 电液换向阀 11 70.6 DSHG-03-3c 2 电磁换向阀 11 47.1 DSG-01-3c 4 液控单向阀 11 47.1 SV10 1 单向阀 11 47.1 S 4 压力控制阀 压力继电器 11 47.1 HED1K 1 减压阀 11 47.1 DR10DP 1 卸荷溢流阀 11 70.6 DA 2 单向顺序阀 11 70.6 HGM-03-20 1 流量控制阀 单向调速阀 11 47.1 QA-H20 7 行程节流阀 11 47.1 ZGM-10 1 4.4辅助元件 管道、管接头、滤油器、油箱 4.4.1管道 由于本系统压力一般，拟采用软管。 与手臂回转缸、手指夹紧缸、手腕回转缸、定位缸相连的软管 A=VQ61,得 d=VQ32 d 软管内径， m V 管内流速， sm/ Q 管内流量， sm/3 将 V=2 sm/ ， Q=47.1 minL =7.85 310 sm/3 代入上式得 d=0.0091m=9.1mm 根据液压行业技术标准，圆整为 d=10mm 查机械设计手册选61717P,选型软管 工业机械手液压系统设计 第 18 页 共 20 页 与手臂升降缸、手臂伸缩缸相连的软管 A=VQ61,得 d=VQ32 d 软管内径， m V 管内流速， sm/ Q 管内流量， sm/3 将 V=2 sm/ ， Q=117.7 minL =19.6 310 sm/3 代入上式得 d=0.0144m=14.4mm 根据液压行业技术标 准，圆整为 d=15mm 查机械设计手册选61717P,选型软管 4.4.2管接头 由于本系统最高工作压力为 11MPa，查机械设计手册选扣压式胶管接头 4.4.3滤油器 由于本系统适用于高温作业，油液温度会很高，故选择烧结式滤芯 4.4.4油箱 油箱的容量一般取泵流量的 3 5倍，本系统取 4倍。 V=4pq=4（ 70.6+47.1） =470.8L 根据液压行业技术标准，圆整为 V=500L 4.5工作介质 液压油 液压系统对工作介质的要求： 有适当的粘度和良好的粘温特性； 氧化安定性好和剪切安定性好； 抗乳化性、抗泡沫性好； 能防火、防爆； 有良好的润滑性和防腐蚀性，不腐蚀金属和密封件； 对人体无害，成本低。 综合以上要求，选 L-HL液压油（普通液压油） 工业机械手液压系统设计 第 19 页 共 20 页 5、液压系统性能的验算 5.1系统的压力损失验算 液压元件的规格和管道尺寸确定之后，便应估算回路中的压力损失，以便确定系统的供油压力。而系统的压力损失的验算工作，往往要求先画出液压系统和元件的装配草图后，才能进行。由于该液压系统较简单，该项计算从略。 5.2系统的温升验算 在液压传动中，压力损失和溢流、泄漏的能量损失，绝大部分变为热能，致使系统的油温升高。为了保证系统正常工作，油温升高的允许植不应超过规定范围。因而验算发热和散热量。由于系统的功率小，效率高，发热少，所取油箱容量又较大，故不必进行温升的验算。 5.3系统的其它验算 对精度要求较高的系统，还需要进行液压冲击，换向性能等方面的验算。由于本系统精度要求一般，故不必进行此方面的验算。 6、结束语 经生产实践检验，本机械手液压系统能满足生产要求。其电气控制部分如改进为微机控制，将大幅度提高生产效率，并为 实现生产自动化创造条件，这将是我今后努力的方向！ 7、 致谢 衷心感谢四年来机械工程系全体老师的辛勤培养和同学的支持帮助！ 特别感谢梁栋老师对毕业设计的悉心指导！ 还要感谢电气工程系袁琦老师的大力支持！ 工业机械手液压系统设计 第 20 页 共 20 页 The design of hy