基于CAD的汽车半轴模锻生产线液压系统设计

本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 32 页1 绪论1.1 国内外工业机器人的现状工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的重要的现代制造业自动化装备。在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备而得到工业界广泛应运，从而也形成了一批在国际上具有影响力的、知名工业机器人公司。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套装备已经成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电气行业、工程机械等行业已大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量和生产高效率。机器人自动化成套装备的使用，大大推动了其行业的快速发展，提升了其他行业的制造技术水平 1。与此同时，随着工业机器人向更广更深的方向发展以及智能化水平的提高，工业机器人的应用已从传统制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿、建筑、农业、灾难救援等各种非制造行业 2。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着越来越重要的作用，已经成为世界各国抢占的高科技至高点。从我国工业机器人保有量来看（如图 1.1） ，截至 2007 年底我国共有工业机器人2.39 万台，是日本的 1/15、北美的 1/7、德国的 1/6、韩国的 1/3，随着我国产业的升级的不断推进，我国工业机器人发展空间巨大。图 1.1 2007 年主要国家机器人保有量比较国内工业机器人主要用于汽车及零部件、电子电器等行业，其中汽车及零部件是主要领域，占比超过 50%。我国汽车行业快速发展，2009 年 3-8 月连续实现产量超过 110 万辆，创历史新纪录。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 32 页图 1.2 我国汽车月度产量（万辆）从全球来看，汽车制造行业正在向我国转移，我国汽车行业在未来数年将保持高速增长（图 1.2） 。汽车行业在不断发展的同时，也经历着产业的升级，表现为汽车生产自动化程度不断提高。汽车行业的发展以及汽车行业产业的升入，将为工业机器人带来广阔的市场空间。1.2 机械手的简述工业机械手(简称机械手)是近代自动控制领域中出现的一项新技术，作为多学科融合的边沿学科，它是当今高技术发展最快的领域之一，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。所谓工业机械手就是一种能按给定的程序或要求自动完成物件(如材料、工件、零件或工具等)传送或操作作业的机械装置，它能部分地代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。由于机械手科学的发展十分迅速，世界上对机械手还没有一个明晰，统一的定义。国际标准化组织(ISO)对机械手做了如下定义:机械手是一种可以反复编程和多功能的用来搬运材料、零件、工具的操作机或是为了执行不同任务而具有可改变和可编程的动作的专门系统(A reprogrammable and multifunctional manipulator，devised for the transports of masteries，Parts，tools or specialized systems，with varied and programmed movements，with the aim of carrying out varied tasks)。随着我国工业机械手技术的不断发展，很多专家也建议建立自己的机械手定义，我国国家标准GB/T12643-90也将工业机械手定义为“一种能自动定位控制，可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。它能搬运材料、零件或操持工具，用于完成各种任务作业” 。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 32 页1.3 液压技术发展前景液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为350亿美元。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%-3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。液压气动技术具有独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键 3-4。 由于液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向21世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。1.4 液压技术的特点液压传动是以有压力的油液作为传递动力的工作介质的一种传动方式。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，从而使机械手做升降、旋转、开合等运动，将油液的压力能又转换成机械能。机械手的运动所需的力的大小，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。液压系统由动力装置、执行装置、控制调节装置和辅助装置等组成。液压传动的优点有很多，具体表现以下几个方面：1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动力；2）液压装置工作比较平稳；3）液压装置能在 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 32 页大范围内实现无极调速，它还可以在运行的过程中进行调速；4）液压传动易于对液体压力、流量或流动方向进行调节或控制；5）液压装置易于实现过载保护；6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便；7）用液压传动实现直线运动远比用机械传动简单。作为系统的驱动源，液压传动具有其自身的特点:1.能得到较大的输出力或力矩，可以得到02-7Okg/cm 2扩的压力，目前液压机械手搬运重量(即抓重)已达80Okg。2.液压传动滞后现象小，反应较灵敏，传动平稳。3.输 出力和运动速度控制较容易。4.可达到较高的定位精度。但是，另一方面，液压技术也存在一些缺点：1、由于流体流动的阻力和泄露较大，所以效率较低。如果处理不当，泄露不仅污染场地，而且还可能引起火灾和爆炸事故。2、由于工作性能易受到温度变化的影响，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。3、液压元件的制造精度要求较高，因而价格较贵。4、由于液体介质的泄露及可压缩性影响，不能得到严格的传动比。5、液压传动出故障时不易找出原因；使用和维修要求有较高的技术水平 5-6。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 32 页2 系统的需求分析2.1 生产线设计背景目前汽车半轴模锻生产线存在的问题是:工人的劳动强度比较大；生产线过程不连续，生产流程无序；工件的环境存在着相当大的隐患；生产量不能稳定；所以需要对汽车半轴模锻生产线进行设计和改造。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量和质量，而且对保障人身安全，改造劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。在面临全球性竞争的形势下，制造商正在利用工业机器人技术来帮助生产价格合理的优质产品。一个公司想要获得一个或者多个竞争优势，实现机器人自动化生产将是推动业务发展的有效手段。然而，实现工业机器人的自动化生产线理所当然离不开液压技术的应用。当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪声、经久耐用、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的发展。液压技术在某些领域内甚至已经占有压倒性的优势。2.2 生产线的设计要求本课题是汽车半轴模锻生产线液压系统及搬运机器人液压系统的设计。汽车半轴模锻生产线采用三台机器人搬运胚料和上下料，自动传送链传送胚料，并采用液压驱动和可编程控制器控制系统。在本汽车半轴模自动化生产线中，其胚料为重量小于30KG，4855mm，长13501590mm的圆钢棒料。其中开始由翻转机构传送给搬运机器人1，搬运机器人1将胚料一端加热后，由水平转为垂直方向，并保持垂直平推入锻压机；锻压后，保持垂直平拉出锻压机，再由垂直转为水平方向，放到传送链。由此传送给搬运机器 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 32 页人2，搬运机器人2将胚料一端加热后，胚料保持水平，以30度角方向推进入摆辗机；摆辗后，保持水平拉出摆辗机，再放到传送链。设计要求机器人1、机器人2以及翻转机构都是由液压驱动来实现。2.3 液压系统功能的实现机器人1的主要动作顺序：手爪抓紧工件手臂转动90度手臂伸长将工件送进锻压机手爪松开等待锻压手爪抓紧工件手臂缩回手臂反向转回90度手爪松开机器人恢复原位。机器人2的主要动作顺序：手爪抓紧工件摆动缸转动180度液压滑台伸出手爪松开等待锻压手爪转进工件液压滑台缩回摆动缸反向转动180度手爪松开机器人恢复原位。翻转机构的简单动作顺序：液压缸伸出带动翻转90度液压缸缩回反向转动90度 7-10。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 7 页 共 32 页3 液压系统工况分析3.1 机器人1的工况分析机器人1的主要动作顺序：手爪抓紧工件手臂转动90度手臂伸长将工件送进锻压机手爪松开等待锻压手爪抓紧工件手臂缩回手臂反向转回90度手爪松开机器人恢复原位。手爪部分由手爪液压缸13来实现，手臂伸缩部分由液压缸9来实现，手臂摆动由摆动缸5来实现。图3.1 机器人1液压工作原理 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 8 页 共 32 页图（3.1）工作原理： 1.手臂回转：1YA（+） 4（左）-回转缸正向转动进油路：1 2 3 4（左） 5（左）回油路：5（右） 4（左） 6 油箱手臂反转：2YA（+） 4（右）-回转缸反向转动进油路：1 2 3 4（右） 5（右）回油路：5（左） 4（右） 油箱2.手臂伸出：3YA（+） 8（左） -活塞右移进油路：1 2 7 8（左） 9(左)回油路：9（右） 8（左） 油箱手臂缩回：4YA（+） 8（右） -活塞左移进油路：1 2 7 8（右） 9（右）回油路：9（左） 8（右） 10 油箱3.手爪夹紧：5YA（） 11（左） -活塞上移进油路：1 2 11（左） 12 13（下）回油路：13（上） 11（左） 油箱手爪松开：5YA（+） 11（右） -活塞下移进油路：1 2 11（右） 13（上）回油路：13（下） 12 11（右） 油箱机器人1的动作顺序以及阀的控制，如表3.1所示：表3.1 机器人1动作顺序动作顺序 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA手爪夹紧 - - - - +手臂正转90度 + - - - +手臂伸长 + - + - +手爪松开 + - + - -手爪夹紧 + - + - +手臂缩回 + - - + + 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 9 页 共 32 页手臂反转90度 - + - - +手爪松开 - - - - -3.2 机器人2的工况分析机器人2的主要动作顺序：手爪抓紧工件摆动缸转动180度液压滑台伸出手爪松开等待锻压手爪转进工件液压滑台缩回摆动缸反向转动180度手爪松开机器人恢复原位。手爪部分由手爪液压缸10来实现，滑台伸缩部分由液压缸14来实现，手臂摆动由摆动缸5来实现。图3.2 机器人2液压工作原理 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 10 页 共 32 页图（3.2）工作原理：1.手臂回转：1YA 4（左） -回转缸正向转动进油路：1 2 3 4（左） 5（左）回油路：5（右） 4（左） 6 油箱手臂反转：2YA 4（右） -回转缸反向转动进油路：1 2 3 4（右） 5（右）回油路：5（左） 4（右） 6 油箱2.手爪夹紧：3YA（） 7（左） -活塞上移进油路：1 2 7（左） 8 10（下）回油路：10（上） 7（左） 油箱手爪松开：3YA（+） 7（右） -活塞下移进油路：1 2 7（右） 10（上）回油路：10（下） 8 7（右） 油箱3.滑台前进：4YA 12（左） -活塞右移进油路：1 2 11 12（左） 13 14（左）回油路：14（右） 12（左） 15 油箱滑台缩回：5YA 12（右） -活塞左移进油路：1 2 11 12（右） 14（右）回油路：14（左） 13 12（右） 15 油箱机器人2动作顺序以及阀的控制，如表3.2所示：表3.2 机器人2动作顺序动作顺序 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA手爪抓紧 - - + - -手臂正转180度 + - + - -滑台前伸 + - + + -手爪松开 + - - + -手爪抓紧 + - + + -滑台缩回 + - + - +手臂反转180度 - + + - + 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 11 页 共 32 页手爪松开 - - - - -3.3 翻转机构工况分析图3.3 翻转机构液压工作原理图（3.3）工作原理：1.翻转工件：1YA 4（左） -活塞右移进油路：1 2 3 4（左） 5（左）回油路：5（右） 4（左） 油箱2.恢复原位：2YA 4（右） -活塞左移进油路：1 2 3 4（右） 5（右）回油路：5（左） 4（右） 油箱 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 12 页 共 32 页4 液压系统的设计4.1 初始方案初始方案2台机器人1、1台机器人2以及翻转机构只是用了1个液压泵提供压力，这样带来了很多的不足之处，机器人的每个控制构件之间可能回产生干涉。所以初始方案一定要进行改进 11-17。如图4.1所示：图4.1 初始方案原理图4.2机器人1的方案设计根据原理图改进了机器人1的方案。如图4.2所示： 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 13 页 共 32 页图4.2 机器人1的方案4.2.1 机器人1手爪缸选型及其计算根据其选型，选取YHG1CD40/d22 115F1J1L1型液压缸，推力为 20.11KN，缸径D=40mm，活塞杆直径d=22mm，最大行程为115mm，设定的动作时间为4s。所以可以计算其流量：（41）22241.56DAcm（42）maxax.8/inqVL4.2.2 机器人1手臂液压选型及其计算根据其选型，选取THG 1CD50/d36390Jj1L1型液压缸，推力为 31.42KN，缸径D=50mm，活塞杆直径为d=36mm，最大行程为450mm，设定的动作时间为10s。所以可以计算其流量：（43）222519.634DAcm 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 14 页 共 32 页（44）maxax4519.63.01/minqAVL4.2.3 机 器 人 1摆 动 缸 选 型 及 其 计 算根 据 其 选 型 ， 选 取 UBJ2S50型 摆 动 缸 ， 缸 径 D=50mm， 每 度 转 角 用 油 量 为0.00343L， 根 据 其 动 作 ， 转 角 为 90度 ， 并 且 动 作 时 间 为 2s， 则 其 流 量 为 ：（45）max.34.61/inqL4.2.3 机器人1负载图和速度图表4.2.3 F-t与V-t图机器人1 负载力/KN 速度/mm/s摆动缸 10.56 63手臂液压缸 31.42 45手爪液压缸 20.11 29图4.2.3 Ft与vt图4.3 机 器 人 2的 方 案 设 计根 据 其 原 理 图 ， 同 样 改 进 了 机 器 人 2 的 方 案 。如 图 4.3所 示 ： 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 15 页 共 32 页图 4.3 机 器 人 2方 案4.3.1 机 器 人 2手 爪 缸 选 型 及 其 计 算根 据 其 选 型 ， 选 取 UG16Q402025QR型 液 压 缸 ， 压 力 为 6.3MPa， 行 程 为25mm， 缸 径 D=40mm， 杆 径 d=20mm， 设 定 的 动 作 工 作 时 间 为 2s， 则 ：（46）2.64Ac（47）maxax512.0.94/minqVL4.3.2 机 器 人 2滑 台 选 型 及 其 计 算根 据 其 选 型 ， 选 取 HY50型 液 压 滑 台 ， 行 程 为 630mm， 缸 径 D=50mm， 所 以 计 算其 流 量 ：（48）22219.54DAc（49）maxax63.8./in4qVL 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 16 页 共 32 页4.3.3 机 器 人 2摆 动 缸 选 型 及 其 计 算根 据 其 选 型 ， 选 取 TUBF2D40型 摆 动 缸 ， 缸 径 D=40mm， 每 度 转 角 用 油 量 为0.00097L， 根 据 其 动 作 ， 需 要 转 动 180度 ， 并 且 设 定 动 作 时 间 为 4s， 则 其 流 量 为 ：（410）max0.972.69/in4qL4.3.4 机 器 人 2的 负 载 和 速 度 图表 4.3.4 Ft与vt图机 器 人 2 负载力/KN 速度/mm/s手 爪 液 压 缸 20.11 29摆 动 缸 10.56 52液 压 滑 台 40.85 89图4.3.4 Ft与vt图4.4 翻 转 机 构 方 案 设 计为 了 防 止 产 生 干 涉 ， 所 以 翻 转 机 构 由 单 独 的 液 压 泵 来 驱 动 。如 图 4.4所 示 ： 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 17 页 共 32 页图 4.4 翻 转 机 构 方 案翻 转 机 构 液 压 缸 的 选 取 及 其 计 算 ：根 据 其 选 型 ， 选 取 Y-HG1-50/28型 液 压 缸 ， 缸 径 D=50mm， 杆 径 d=28mm， 行 程为 450mm， 设 定 的 动 作 时 间 为 4s， 则 计 算 其 流 量 为 ：（411）2229.63DAc（412）maxax451.1./inqVL 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 18 页 共 32 页5 液 压 元 件 的 选 用5.1 液 压 泵 的 选 择液 压 泵 的 基 本 参 数 是 压 力 、 流 量 、 转 速 、 效 率 ， 一 般 根 据 系 统 的 实 际 工 况 选择 。 为 了 提 高 系 统 的 可 靠 性 ， 延 长 泵 的 使 用 寿 命 ， 一 般 在 固 定 设 备 中 液 压 系 统 的正 常 工 作 压 力 可 选 择 为 泵 额 定 压 力 的 70%-80%。 选 择 泵 的 第 二 个 重 要 的 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 须 大 于 液 压 系 统 工 作 时 的 最大 流 量 。 另 外 ， 泵 的 最 高 压 力 与 最 高 转 速 不 宜 同 时 使 用 ， 以 延 长 泵 的 使 用 寿 命 。根 据 上 面 的 计 算 ， 可 以 计 算 出 机 器 人 1的 最 大 流 量 为 ：（51）max12.68/in5.30/min9.26/in1.73/minQLLL同 样 ， 机 器 人 2最 大 流 量 为 ：（52）ax0.94/i.61/i8.5/i2./i翻 转 机 构 的 流 量 为 ：（53）max213.5/inQL液 压 缸 在 工 作 中 的 最 大 工 作 压 力 为 6.3MPa， 取 进 油 路 上 压 力 损 失 为0.8MPa， 则 液 压 泵 的 最 大 工 作 压 力 为 ：（54）6.30.87.1pap机 器 人 1的 最 大 流 量 为 16.73L/min， 取 泄 漏 系 数 为 KL=1.05， 则 实 际 流 量 为 ： （55）./in5/iQL实所 以 ， 机 器 人 1的 液 压 泵 选 定 型 号 为 ： YB-A26B,其 理 论 排 量 为 26.1r/ml， 转速 为 800r/min。机 器 人 2的 实 际 流 量 为 ：（56）.17/in.0523./minQLL实所 以 ， 机 器 人 2的 液 压 泵 选 定 型 号 为 ： YB-A26B， 其 理 论 排 量 为 16.3r/ml，转 速 为 1000r/min。翻 转 机 构 的 实 际 流 量 为 ：（57）3.254/i1.053.97/minQLL实 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 19 页 共 32 页所 以 ， 翻 转 机 构 的 液 压 泵 选 定 型 号 为 ： YB-A16B， 其 理 论 排 量 为 16.3r/ml，转 速 为 1000r/min。5.2 油 管 的 选 型液压系统中使用的油管分硬管和软管，选择的油管应有足够的通流截面和承压能力，同时，应尽量缩短管路，避免急转弯和截面突变。钢管：中高压系统选用无缝钢管，低压系统选用焊接钢管，钢管价格低，性能好，使用广泛。各 元 件 间 连 接 管 道 的 规 定 按 液 压 元 件 接 口 处 的 尺 寸 决 定 ， 液 压 缸 进 、 出 油 管则 按 输 入 、 排 出 的 最 大 流 量 计 算 。（58）36341.021.8qqdvvm所 以 ， 油 管 按 GB/T2351-2005选 用 内 经 为 15mm， 外 径 为 18mm的 冷 拔 无 缝 钢 管 。5.3 油 箱 的 设 计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。油箱的设计要点：油箱应有足够的容积以满足散热，同时其容积应保证系统中油液全部流回油箱时不渗出，油液液面不应超过油箱高度的 80%；吸箱管和回油管的间距应尽量大；油箱底部应有适当斜度，泄油口置于最低处，以便排油；注油器上应装滤网；油箱的箱壁应涂耐油防锈涂料。油箱必须有足够大的容积。一方面尽可能地满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质；而工作时又能保持适当的液位。吸油管及回油管应插入最低液面以下，以防止吸空和回油飞溅产生气泡。管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的 3 倍。吸油管可安装 100m 左右的网式或线隙式过滤器，安装位置要便于装卸和清洗过滤器。回油管口要斜切 45角并面向箱壁，以防止回油冲击油箱底部的沉积物，同时也有利于散热。吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些，之间应设置隔板，以加大液流循环的途径，这样能提高散热、分 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 20 页 共 32 页离空气及沉淀杂质的效果。隔板高度为液面高度的 2/33/4。为了保持油液清洁，油箱应有周边密封的盖板，盖板上装有空气过滤器，注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。为便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低处设置放油阀。对于不易开盖的油箱，要设置清洗孔，以便于油箱内部的清理。油箱底部应距地面150mm 以上，以便于搬运、放油和散热。在油箱的适当位置要设吊耳，以便吊运，还要设置液位计，以监视液位。最后还要对油箱内表面的防腐处理 18。如图 5.1 所示：图 5.1 油箱的设计油 箱 容 量 的 计 算 ：（59）75.420.9VKqL按 JB/T7938-1999规 定 ， 取 最 靠 近 的 标 准 值 V=400L。5.4 阀 类 元 件 明 细 表如 表 5.1所 示 ：表 5.1 所选液压元件的型号、规格规 格序号元 件 名 称通 过 阀 的 最 大流 量 L/min 型 号 公 称 流 量 L/min 公 称 压 力 MP 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 21 页 共 32 页1 滤 油 器 18 HY37 12-1002 溢 流 阀 18 Y-30B 30 6.33 二 位 二 通 电 磁 阀 18 22E-20B 20 6.34 调 速 阀 q-10B 10 6.35 三 位 五 通 换 向 阀 10 35DY-20B 20 6.36 单 向 阀 10 1-20B 20 6.37 三 位 五 通 换 向 阀 6 35DY-10B 10 6.38 调 速 阀 q-10B 10 6.39 单 向 阀 6 1-10B 10 6.310 液 控 单 向 阀 3 F34CT-10 10 6.311 二 位 四 通 换 向 阀 3 22DO-L6H 10 6.312 滤 油 器 24 HY37 12-10013 溢 流 阀 24 Y-30B 30 6.314 二 位 二 通 电 磁 阀 24 22E-30B 30 6.315 调 速 阀 q-5B 5 6.316 三 位 四 通 换 向 阀 3 4WE10E30/A 10 6.317 单 向 阀 3 1-10B 10 6.318 二 位 四 通 换 向 阀 2 22DO-L6H 10 6.319 液 控 单 向 阀 2 F34CT-10 10 6.320 调 速 阀 q-20B 20 6.321 液 控 单 向 阀 19 F34CS-10 20 6.322 单 向 阀 19 1-20B 20 6.323 三 位 四 通 换 向 阀 19 4WE10E30/A 20 6.324 三 位 四 通 换 向 阀 14 4WE10E30/A 20 6.325 调 速 阀 q-20B 20 6.326 溢 流 阀 Y-20B 20 6.327 二 位 二 通 电 磁 阀 14 22E-20B 20 6.328 滤 油 器 14 HY37 12-100 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 22 页 共 32 页6 集 成 块 设 计6.1 集 成 快 的 特 点液压集成块是由实心金属加工而成的长方体块，其表面承装板式阀的安装面和管接头的安装，并利用其内部孔道沟通阀的连接口以构成局部系统液压回路。在液压系统设计中，由于用集成块的安装方式代替管路，实现元件间的连接，可以大幅度地减少系统装配工作量，减少泄漏机会及系统所占空间，并提高系统效率，所以液压集成块在液压系统中得到广泛应用。但是液压集成块需要针对具体应用场合专门设计和试验，而在三维空间设计中根据液压系统的要求合理紧地安排液压元件的位置及大量具有关联要求的孔道，构成了集成块设计的难点。计算机辅助液压集成块设计，尤其是基于三维实体的集成块设计系坑具有直观、可靠、信息表达传递方便的优点，将成为克服这一难点，提高设计效率和质量的有效途径。本文介绍了基于三维实体的集成块 CADCAPP 集成系统的总体框架及相关技术。液压集成块由集成式液压元件（如叠加阀）构成。用集成式液压元件组成液压系统时，不需另外的连接块，它以自身的阀体作为连接体直接叠合而成。特点：（1）液压系统结构紧凑，安装方便，装配周期短。（2）若液压系统有变化，改变工况需要增减元件时，组装方便迅速。（3）元件之间实现无管连接，消除了因油管、管接头等引起的泄漏、振动和噪声。（4）整个系统配置灵活，外观整齐，维护保养容易。（5）标准化、通用化和集成化程度高。6.2 集 成 块 单 元 回 路 图根 据 机 器 人 1液 压 原 理 图 ， 绘 制 出 机 器 人 1的 单 元 回 路 图 。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 23 页 共 32 页如 图 6.1：图 6.1 机 器 人 1的 单 元 回 路 图6.3 集 成 块 元 件 的 布 置考 虑 到 整 个 集 成 块 的 安 装 问 题 ， 如 果 是 很 小 的 集 成 块 而 且 又 有 充 足 的 地 方 ，就 可 以 直 接 钻 通 孔 然 后 用 螺 钉 固 定 在 机 械 需 要 的 地 方 ， 但 一 般 普 遍 采 用 在 集 成 块底 面 (abed面 )上 作 螺 孔 的 方 式 ， 再 另 外 设 计 一 个 集 成 块 过 渡 底 板 。 把 过 渡 底 板和 集 成 块 通 过 螺 钉 连 接 成 一 个 整 体 后 ， 再 把 该 整 体 通 过 过 渡 底 板 上 的 另 一 组 孔 和整 个 机 械 相 连 接 。据 以 上 的 步 骤 ， 集 成 块 的 设 计 也 就 基 本 完 成 ， 4个 主 要 面 上 的 油 路 位 置 分 别见 图 6.2： 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 24 页 共 32 页图 6.2 集 成 块 布 置6.4 集 成 块 的 绘 制绘 制 草 图 ， 然 后 通 过 拉 伸 、 旋 转 等 操 作 生 成 特 征 。 经 过 一 系 列 的 特 征 构 建 ，利 用 尺 寸 关 系 、 几 何 关 系 、 方 程 式 等 在 特 征 之 间 建 立 关 联 关 系 ， 最 终 形 成 产 品 的零 件 造 型 。 在 产 品 设 计 环 境 中 ， 所 有 相 关 的 零 件 全 部 造 型 设 计 一 完 成 后 ， 便 可 进行 装 配 ， 生 成 装 配 体 。 具 体 流 程 如 下 :(1)根 据 系 统 液 压 原 理 图 和 所 选 阀 的 情 况 ， 确 定 集 成 块 的 尺 寸 。(2)根 据 各 阀 在 集 成 块 上 的 位 置 安 排 ， 首 先 确 定 进 出 油 口 位 置 ， 利 用 异 型 孔 向导 生 成 进 出 油 孔 ， 按 设 计 要 求 确 定 孔 径 和 长 度 。 再 从 离 进 油 口 最 近 的 阀 开 始 ， 将该 阀 对 应 的 连 接 板 安 装 尺 寸 以 草 图 形 式 画 在 事 先 确 定 的 安 装 面 上 ， 利 用 异 型 孔 向导 生 成 安 装 螺 纹 孔 和 油 孔 。 检 查 该 阀 的 油 孔 与 进 出 油 道 的 连 通 情 况 ， 如 果 不 满 足要 求 ， 则 适 当 改 变 进 出 油 口 位 置 、 该 阀 位 置 或 对 应 油 孔 的 长 度 。 然 后 ， 再 设 计 下一 个 阀 的 位 置 和 油 孔 的 长 度 ， 直 到 把 所 有 的 阀 都 布 置 好 。 根 据 液 压 原 理 图 ， 使 应相 连 的 孔 连 通 ， 不 应 相 连 的 孔 保 持 一 定 的 距 离 ， 这 个 距 离 通 常 视 阀 体 材 料 而 定 ，一 般 孔 间 距 不 应 小 于 5mm。(3)将 各 阀 、 接 头 等 各 种 元 件 安 放 到 相 应 的 位 置 。 检 查 装 配 体 中 各 元 件 是 否 产生 干 涉 ， 布 局 是 否 合 理 。 如 有 问 题 ， 再 进 行 相 应 的 调 整 ， 直 到 合 适 为 止 。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 25 页 共 32 页(4)根 据 所 完 成 的 零 件 图 ， 生 成 和 输 出 包 含 所 有 加 工 信 息 的 工 程 图 。 即 利 用SolidWorks软 件 生 成 各 种 视 图 ， 如 三 视 图 和 各 种 剖 面 视 图 ， 完 整 反 映 油 孔 和 各 阀的 安 装 位 置 19-22。 如 图 6.3所 示 ：图 6.3 集 成 块 的 绘 制 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 26 页 共 32 页7 液 压 系 统 性 能 的 验 算为 了 判 断 液 压 系 统 的 设 计 质 量 ， 需 要 对 系 统 的 压 力 损 失 、 发 热 温 升 、 效 率 和系 统 的 动 态 特 性 等 进 行 验 算 。 由 于 液 压 系 统 的 验 算 较 复 杂 ， 只 能 采 用 一 些 简 化 公式 近 似 地 验 算 某 些 性 能 指 标 ， 如 果 设 计 中 有 经 过 生 产 实 践 考 验 的 同 类 型 系 统 供 参考 或 有 较 可 靠 的 实 验 结 果 可 以 采 用 时 ， 可 以 不 进 行 验 算 。7.1 系 统 压 力 损 失 的 验 算当 液 压 元 件 规 格 型 号 和 管 道 尺 寸 确 定 之 后 ， 就 可 以 较 准 确 的 计 算 系 统 的 压 力损 失 ， 压 力 损 失 包 括 ： 油 液 流 经 管 道 的 沿 程 压 力 损 失 pL、 局 部 压 力 损 失 pc， 即 ：（71）LCp7.1.1 沿 程 压 力 损 失主 要 是 压 油 管 的 压 力 损 失 ， 管 长 1m， 内 径 0.015m， 流 量 18L/min 选 用 L-HL 矿 物 油 型 液 压 油 ， 正 常 运 转 时 的 运 动 粘 度 V=35.2 (4)s， 油 液 的 密 度3mkg90。油 在 管 中 实 际 的 流 速 为s/m7.2=)01.(48dq=V2v（72）（73）6.752303210eRv油 在 管 路 中 呈 乱 流 流 动 状 态 ， 其 沿 程 阻 力 系 数 为 ：0815.=927R5e（74）（75）2901.7.02.VP Mpad7.1.2 局 部 压 力 损 失局 部 压 力 损 失 包 括 通 过 管 路 中 折 管 和 管 接 头 等 处 的 管 路 局 部 压 力 损 失 ， 以 及 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 27 页 共 32 页通 过 控 制 阀 的 局 部 压 力 损 失 ， 其 中 管 路 局 部 压 力 损 失 相 对 来 说 小 得 多 ， 故 主 要 计算 通 过 控 制 阀 的 局 部 压 力 损 失 。参 看 系 统 原 理 图 可 知 从 泵 口 到 执 行 元 件 要 经 过 减 压 阀 ， 节 流 阀 ， 换 向 阀 各 阀的 性 能 如 下 表 7.1所 示 ：表 7.1 各 阀 额 定 压 力 损 失名 称 额 定 流 量 额 定 压 力 损 失单 向 阀 20L/min 0.215Mpa换 向 阀 20L/min 0.25Mpa所 以 通 过 各 阀 的 局 部 压 力 损 失 之 和 为 ：（76）22216.716.7.5.300P由 以 上 计 算 结 果 可 求 得 此 系 统 总 的 压 力 损 失 为 ：（77）.3.3Mpa泵 的 出 口 压 力 距 泵 的 额 定 压 力 有 一 定 的 压 力 裕 度 ， 所 以 泵 的 选 取 是 合 适 的 。7.2 验 算 油 液 温 升7.2.1 计 算 发 热 功 率系 统 发 热 来 源 于 系 统 内 部 的 能 量 损 失 ， 如 液 压 泵 和 执 行 元 件 的 功 率 损 失 、 溢流 阀 的 溢 流 损 失 、 液 压 阀 及 管 道 的 压 力 损 失 等 。 这 些 能 量 损 失 转 换 为 热 能 ， 使 油液 温 度 升 高 。 油 液 的 温 升 使 粘 度 下 降 ， 泄 漏 增 加 ， 同 时 ， 使 油 分 子 裂 化 或 聚 合 ，产 生 树 脂 状 物 质 ， 堵 塞 液 压 元 件 小 孔 ， 影 响 系 统 正 常 工 作 ， 因 此 必 须 使 系 统 中 油温 保 持 在 允 许 范 围 内 。 因 为 液 压 阀 等 液 压 元 件 能 量 损 失 较 少 ， 故 本 文 主 要 计 算 液压 泵 的 发 热 功 率 。 )1(P=S（78）式 中 ： PS为 液 压 泵 的 输 入 功 率 (W)； 为 液 压 泵 的 总 效 率 。（79）3.810.74pkw7.2.2计 算 散 热 功 率 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 28 页 共 32 页液 压 系 统 中 产 生 的 热 量 ， 由 系 统 中 各 个 散 热 面 散 发 至 空 气 中 ， 其 中 油 箱 是 主要 散 热 面 。 因 为 管 道 的 散 热 面 积 较 小 ， 且 与 其 自 身 的 压 力 损 失 产 生 的 热 量 基 本 平衡 ， 故 一 般 略 去 不 计 ， 只 考 虑 油 箱 散 热 。 前 面 求 得 有 效 容 积 为 0.4 3m， 按0.8Vabh求 各 边 之 积 ：（710）30.458abhm图 7.1 油 箱 各 边 示 意 图选 各 边 均 为 1m。（711）.8.5tAhab式 中 t 有 效 散 热 面 积（712）21.2.1.t mTKPthc（713）式 中 hc散 热 功 率 ；tK 散 热 系 数 ； 取 Cmw16=2t；T 温 差 取 30；（714）5.481.hcPkw所 以 ， 油 箱 散 热 功 率 满 足 系 统 发 热 功 率 的 需 要 。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 29 页 共 32 页结 论本液压站是汽车半轴模锻生产线液压系统及搬运机器人液压系统的设计系统,它通过对液压油的压力及流量控制来完成对机器人 1，机器人 2 以及翻转机构各个动作的加紧与松开，力的大小，伸缩，速度的大小等相关控制。1) 系统采用了液压缸、摆动缸来完成对工件原料的夹紧、旋转等动作，保证了各个方面的性能要求，并使得系统占地空间小。2) 系统采用了电磁换向阀来实现换向动作，结构紧凑，操纵方便，换向精度和换向平稳性都较高。3) 系统设置了液控单向阀和单向阀，阀阻力小，并且动作迅速灵敏，工作时无冲击及噪音，而且使机器人回路中存在一定的背压，使之运行中更加稳定及安全。本系统的压力及流量都比较小，所以对系统的控制较灵敏，不容易出现大的泄露。并且它的散热是通过油箱来完成不但节省空间而且节省资金。它相对于以前的液压控制系统来说更具有空间