液压控制的移置机械手的设计

1、目 录摘 要1关键词11 前言21.1 课题研究目的及意义21.2 机械手的应用现状21.3 我国工业机器人的发展31.4 机械液压手的整身结构设计42 机械手的设计52.1 机械手的手部机构设计52.2 机械手主要技术性能参数62.2.1 机械手指设计62.2.2 手指对工件的夹紧力计算72.3 手部机构和驱动力的计算72.4 手臂结构设计83 系统方案的确定和定液压原理图93.1 系统方案的设计93.1.1 执行机构的确定93.1.2 x方向运动伸缩缸动作的回路设计93.1.3 y方向运动伸缩缸动作的回路设计93.1.4 z方向运动伸缩缸动作的回路设计103.1.5 夹紧缸动作回路设计10

2、3.1.6 主油路的设计103.2 拟定液压系统原理图104 执行元件的计算124.1 各液压缸载荷力的计算124.1.1 夹紧缸夹紧力的计算124.1.2 手臂伸缩运动124.1.3 升降缸升降运动134.1.4 机身横移运动135 液压系统设计145.1 液压系统简介145.1.1 液压系统的组成145.1.2 压力控制回路145.1.3 速度控制回路155.2 初选液压系统的压力165.3 计算各液压缸的主要机构尺寸165.3.1 确定夹紧缸的结构尺寸165.3.2 x方向移动缸的机构尺寸165.3.3 y方向移动缸的机构尺寸175.3.4 z方向移动缸的机构尺寸176 液压元件的选择1

3、96.1 液压泵的选择196.2 电机的选择206.3 液压阀的选择206.4 油管的选择226.5 油箱的选择226.6 油缸的密封236.7 滤油器的选择237 液压系统的性能验算247.1 压力损失的验算247.1.1 回路压力的验算247.1.2 局部压力损失的验算247.1.3 计算液压系统的发热温升258 电磁换向阀的顺序动作设计269 结论28参考文献28致谢29 基于液压控制的移置机械手的设计摘 要：当今世界许多发达国家高度重视机器人技术的研究，各种各样的机器人越来越多的用于科学研究、现代化工业生产和工业作业当中。机械手是机器人的操作机，是机器人完成各种任务的执行机构。本文主要

4、针对生产线上的自动化设计了一个三个自由度的专用移置机械手，以实现工厂的自动化，减轻了工人劳动强度，提高了劳动生产率。该机械手采用液压驱动，实现了夹紧、垂直移动、横移运动以及伸缩运动等动作。为了实现这些动作，采用了部件设计以分别实现动作要求。关键词：液压驱动；移置；机械手；液压系统；based on the reversal of hydraulic manipulator control designabstract: in today,many of the worlds developed countries attach great importance to the research

5、of robot technology，a wide variety of robot is more and more used in scientific research,modern industrial production and industrial operations.the mechanical hand is the operation of the robots, and is the robot of the executing agency to complete various tasks. the main production line for the aut

6、omated design of a three dof manipulator for displacement, in order to achieve automation in factories, reducing the labor intensity, improves the labor productivity. the mechanical hand adopts hydraulic drive, realize the clamping, vertical movement, lateral movement and telescopic movement and so

7、on.in order to achieve these movements, the author adapts the design of the components to achieve the action requested. key words: hydraulic drive; flip; manipulator;the hydraulic system;1 前言用于再现人手的的功能的技术装置称为。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现

8、代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科机械手工程。1.1 课题研究目的及意义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，机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人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。机器人的种类之多，应用之广，影响之深

9、，是我们始料未及的。工业机器人由操作机（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。 机器人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

10、领域不可缺少的自动化设备。1.2 机械手的应用现状国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：（1）工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的6.5万美元。（2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。（3）工业机器人控制系统向基于pc机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。（4）机

11、器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。（5）虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。（6）当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这

12、种系统成功应用的最著名实例。（7）机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。1.3 我国工业机器人的发展有人认为，应用机器人只是为了节省劳动力，而我国劳动力资源丰富，发展机器人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机器人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。我国的工业机器人从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

13、握了机器人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，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其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；机器人应用工程起步较晚，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，我国已安装的国产工业机器人约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机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客

14、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。我国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人，6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人

15、、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。1.4 机械液压手的整身结构设计表1 工业机械手分类table 1 industrial machinery hand classification结构形式方案特点优缺点结构简图直角坐标型圆柱坐标型作机的手臂具有三个移动关节，其关节轴线按直角坐标配置操作机的手臂至少有一个移动关节和一个回转关节，其关节轴线按圆柱坐标系配置结构刚度较好，控制系统的设计最为简单，但其占空间较大，且运动轨迹单一，使用过程中效率较低结构

16、刚度较好，运动所需功率较小，控制难度较小，但运动轨迹简单，使用过程中效率不高 续表1结构形式方案特点优缺点结构简图球坐标型关节型操作机的手臂具有两个回转关节和一个移动关节，其轴线按极坐标系配置操作机的手臂类似人的上肢关节动作，具有三个回转关节结构紧凑，但其控制系统的设计有一定难度，且机械手臂的刚度不足，机械结构较为复杂运动轨迹复杂，结构最为紧凑，但控制系统的设计难度大，机械手臂的刚度差运动设计是机构设计的基础，它包括选用机械手的运动形式和确定自由度数。按照毕业设计任务书的要求自由度数为三个。而常用的运动形式包括直角标，圆柱坐标，球坐标和关节式四种方式，按照我的任务书要求，只要求在x、y、z方向

17、进行平移，所以选择直角坐标1。 我所设计的机械手为液压控制来将工件进行平移，所需要的可以用液压缸来实现控制。包括用来机械手夹紧的夹紧缸，手臂进行伸缩运动的伸缩缸，实现升降运动的升降缸，以及机身横移运动的液压缸。2 机械手的设计2.1 机械手的手部机构设计机械手部机构包括手指式、吸盘式以及其他形式。手指式主要适用类、盘类及环类零件和其他杂件，吸盘式主要适用表面光滑的板材或曲线形状的壳体零件、磁性材料的板材或盘类零件、特殊形状及要求的零件。在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落1。根据任务书工件要求以及考虑设计结构的简单性

18、选择手指式的手部结构，这样既可以满足设计的要求，有可以简便设计。2.2 机械手主要技术性能参数工业机器人的技术参数是说名其规格和性能的具体指标。（1）抓取重量：抓取重量是用来表明机器人复合性能的技术参数，这是一项主要技术参数。它与机器人的运动速度有关，一般是指在正常速度下的抓取重量。（2）抓取工件的极限尺寸：它使设计手部的基础。（3）坐标形式和自由度：说明机器人手部，腕部等共有自由度数及它们组成的坐标系性能。（4）运动形成范围：指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动量。根据运动行程范围和坐标形式就可以确定机器人的工作范围。（5）运动速度：运动速度是反映机器人性能的重要参数

19、。通常所指运动速度是机器人的最大运动速递。它与抓取重量、定位精度等参数密切相关，互有影响。目前国内机器人最大直线移动速度为1000mm/s左右，一般为200400mm/s；回转速度最大为1800 /s，一般为500/s。（6）定位精度和重复定位精度：定位精度和重复定位精度是测量机器人工作质量的一项重要指标。（7）存储容量和编程方式。2.2.1 机械手指设计手指式手部对于抓取各种形状的工件具有较大的适应性，其中采用两指式为最多。其中包括单支点回转型、双支点回转型以及平移型三种类型。 手指设计时应注意的问题（1）手指需有足够的夹紧力。在确定手指的握力时，除考虑工件重量外，还应考虑在传送或操作过程中

20、所产生的惯性力和振动，以保证工件不致产生松动或脱落。（2）手指应有一定的开闭角度范围，其大小要满足工件尺寸变化的需要。两手指张开与闭合的两个极限位置所夹的角度称为手指的开闭角。手指的开闭角应保证工件能顺利进入或脱开，若夹持不同直径的工件，应按最大直径的工件考虑。（3）应能保证工件的准确定位。为使手指和被夹持工件保持准确的相对位置，必须根据被抓取工件的形状，选择相应的手指形状。例如圆柱形工件采用带“v”形面的手指，以便自动定心。（4）结构尽量紧凑、减轻重量、以利于臂部设计（5）具有足够的强度和刚度手指除受到被夹持工件的反作用力外，还受到机械手在运动过程中所产生的惯性力和振动的影响，要求有足够的强

21、度和刚度以防折断或弯曲变形，但应尽量使结构简单紧凑，自重轻，并使手部的中心在手腕的回转轴线上，以使手腕的扭转力矩最小为佳。（6）应考虑手指的多用性手指是专用性较强的部件，为适应小批量多品种工件的不同形状和尺寸的要求，可制成组合式的手指，对于这种手指要求结构简单，安装维修方便，更换迅速和准确，以便扩大机械手的使用范围。手指与工件位置包括，手指是水平放置夹水平放置的工件、手指是水平放置悬臂放置的工件、手指是水平放置夹垂直放置的工件、手指是垂直放置夹水平放置的工件、手指垂直放置夹垂直放置的工件、以及手指是水平放置夹水平放置的工件、手指是水平放置夹垂直放置的工件、手指是垂直放置夹水平放置的工件等多种形

22、式。以上注意点结合我所设计的机械手所夹工件要求，选择单支点回转型1。2.2.2 手指对工件的夹紧力计算 手指对工件的夹紧力可按下式计算: kgf （1）式中-安全系数，通常取1.22-工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可按=1+0.1a估算。a为机械手在搬运工件过程中的加速度-方位系数，按表562-3选取g-被抓取工件的重量kg取=1.5=1+0.1a，因为机械手的速度为60mm/s，a=20600，取a=100则可得=1.001为方位系数，选择手指是垂直放置夹水平的工件，则=5=1.51.001550=325kgf2.3 手部机构和驱动力的计算手部的机构形式参考工业机械手表562-4选择如

23、图1图1 机械手部机构fig 1 the structure of the machine hand驱动力 （2）选择，则=141kgf 2.4 手臂结构设计臂部是支承手部和腕部，主要用来改变工件位置的部件。手部在空间的活动范围取决于臂部的运动形式。 臂部的运动和结构形式对机械手的工作性能有着较大的影响。设计时应当注意以下几点：（1）刚度要好 手臂的截面形状选择要合理，常用钢管作手臂和导向杆，用工字钢和槽钢作支承板，以保证有足够的刚度。（2）偏重力矩要小 所谓偏重力矩是指臂部的重量对其支承回转轴所产生的力矩。（3）重量要轻，惯量要小 由于机械手在高速情况下经常起停和换向。为了减少冲击，必须有缓

24、冲装置。（4）导向性要好 为了防止手臂在直移运动中沿运动轴线不发生相对转动，以保证手部的正确方向，必须有导向装置。其结构应根据手臂的安装形式，抓取重量和运动行程等因素来确定。结合上述注意点和所设计的机械手要求采用单导向杆的结构。3 系统方案的确定和定液压原理图3.1 系统方案的设计首先分析方案的具体要求，然后进行整体系统的运动方案，明白系统的用途，查阅相关的技术资料和有关手册，认真复习和学习有关该方案设计有关的知识，结合最新的国内外的研究现状，参考各方面的研究技术资料，初步明确方案设计的整体框架结构。将自己的初步设计思路能够通过整体的框架结构表达出来，使得设计过程中，不会出现理不清设计思路的情

25、况。3.1.1 执行机构的确定 所设计的运功动作只有三个方向上的直线移动，故此选择直接单杆活塞液压缸来进行驱动。包括使得机械在x方向上移动的伸缩缸，y方向上移动的升降缸以及z方向上移动的横移缸。通过对给定参数的初步估计计算可知：升降缸所需求的力是最大的，但即使是这样此力相对的来说也较小，故不需要利用增压缸。3.1.2 x方向运动伸缩缸动作的回路设计 伸缩运动的运动速度要求较小（60mm/s），但夹取的工件较重（50kg），为了防止液压冲击，故采用有缓冲装置的液压缸，在回油路上采用1.2mpa的单向阀来缓冲压力。采用c型的电磁弹簧复位换向阀控制流向，因为正向和反向的移动速度要相等，但活塞缸的腔内

26、截面积不相同，即流量不同，需要在杆腔的进油口上安装一调速阀来控制进油量。所以采用0.04mpa的单向阀与调速阀并列连接。作为移置机械手，在其x方向上的位移（小于800mm）是不确定的，因此采用一个位置可变的行程开关控制电磁换向阀的位置，当阀处于中位的时候，伸缩缸停止运动，可以通过行程开关的位置来改变行程。3.1.3 y方向运动伸缩缸动作的回路设计 升降运动的运动速度要求较小（60mm/s），但要支撑伸缩缸及较重的工件，为了防止液压冲击的产生，故采用有缓冲装置的液压缸，在回油路上安装1.2mpa的单向阀来缓冲压力。采用c型电磁弹簧复位换向阀来控制流向，因为正向和反向的移动速度要相等，但活塞缸的腔

27、内截面积不相同，即流量不同，需要在杆腔的进油口上安装一调速阀来控制进油量。所以采用0.04mpa的单向阀与调速阀并列连接。作为移置机械手，在其y方向上的位移（小于800mm）是不确定的，因此采用一个位置可变的行程开关控制电磁换向阀的位置，当阀处于中位的时候，伸缩缸停止运动，可以通过行程开关的位置来改变行程。3.1.4 z方向运动伸缩缸动作的回路设计 横移运动的移动速度要求较小（60mm/s），但要支撑整个机械手以及伸缩缸和升降缸的重量，支撑的重量较大，为了防止液压冲击的产生，故采用有缓冲装置的液压缸，在回油路上安装1.2mpa的单向阀来缓冲压力。采用c型电磁弹簧复位换向阀来控制流向，因为正向和

28、反向的移动速度要相等，但活塞缸的腔内截面积不相同，即流量不同，需要在杆腔的进油口上安装一调速阀来控制进油量。所以采用0.04mpa的单向阀与调速阀并列连接。此液压缸采用缸动形式，在活塞缸的进、出油路上安装两个相差0.3mpa的压力继电器，低压的继电器控制此回路中的换向阀，高中的那个控制完成最后动作的电磁换向阀2。3.1.5 夹紧缸动作回路设计 手部在工作时，应具体有适当的夹紧力，以保证夹持稳定可靠，变形小，且不损坏工件的以加工表面。对于刚性很差的工件夹紧力大小应该设计得可以调节，对于笨重的工件应考虑采用自锁安全装置。 采用c型电磁换向阀控制流向，作用和上述的相同。在油路上采用0.2mpa的单向

29、阀来缓冲压力。因此采用导管进油，单伸缩缸夹取工件反向移动时还需要保持手指的夹紧力，故此在无杆腔进油路安装溢流阀来进行保压。3.1.6 主油路的设计 主油路上采用单向阀控制流向，能保证油泵工作就可以使用机械手工作。为了控制主油路上的压力，采用一个溢流阀控制油压。3.2 拟定液压系统原理图 夹紧缸液压原理图图 2 夹紧液压缸fig 2 the clamping hydraulic cylinder手臂伸缩缸液压原理图图 3 伸缩液压缸fig 3 the hydraulic machine hand moved x-line升降缸液压原理图图 4 升降液压缸fig 4 the lifting hyd

30、raulic cylinder机身横移缸液压原理图图 5 横移液压缸fig 5 horizontal hydraulic cylinder4 执行元件的计算4.1 各液压缸载荷力的计算4.1.1 夹紧缸夹紧力的计算 前面已经算出：p=141 （kgf） 则有：f=1419.8=1381.8（n）4.1.2 手臂伸缩运动 p= （3） 为摩擦阻力 =ug 为启动过程中的惯性力 =gv/gt g为工作部分的总重量（不包括工件的重量），估算g=50kgf v为活塞的运动速度，v=60（mm/s）=0.06（m/s） t为加速时间，取t=0.1s u为摩擦系数，取u=0.1 液压缸的机械效率取 伸手臂

31、时，未抓取工件=ug=0.150=5.0（kgf）=gv/gt=3.06（kgf）p=5+3.06=8.06（kgf）f=8.069.8=78.99（n）缩手臂时，已抓取工件 =ug=0.1100=10.0（kgf）=gv/gt=6.12（kgf）p=10+6.12=16.12kgf）f=16.129.8=157.8（n）4.1.3 升降缸升降运动 （4）包括工件估算g=130（kgf）上升时已放下工件，未抓取工件，带入数据得： =0.180+800.06/（9.80.1）+80=92.90（kgf）f=92.909.8=910.42（n）4.1.4 机身横移运动 机身总重估算 g=180（k

32、gf）=ug=0.1180=18（kgf）=gv/gt=1800.06/（9.80.1）=11.02（kgf）p=18+11.02=29.02（kgf）f=29.029.8=284.40（n） 放下工件后，估算 =ug=0.1130=13（kgf）=gv/gt=1300.06/（9.80.1）=7.96（kgf）p=13+7.96=20.96（kgf）f=20.969.8=205.41（n）将以上的计算结果代入下表：表 2 各缸在各个工作阶段的负载值table 2 the work force of all urns on various work stages 工况 负载值f（n）x方向移动

33、缸 伸 78.99 缩 157.98 续表2 工况 负载值f（n）y方向移动缸 进 205.41 退 284.20z方向移动缸 升 910.42 降 1068.85 液压系统设计5.1 液压系统简介 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

34、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，机械手的液压传动系统都属于容积式液压传动。 5.1.1 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，使机械手的手臂、手腕、手指等能

35、够完成所要求的运动2。5.1.2 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

36、机构的自重给以平衡。 为了使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

37、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2。5.1.3 速度控制回路 液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。本机械手采用定量油泵节流调速回路。 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

38、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。5.2 初选液压系统的压力 压力的选择主要根据载荷力的大小和设备类型来确定，并综合考虑液压执行元件的装配空间，根据经济条件及元件供应情况来确定系统的压力。在载荷一定的工作情况下，工作压力低，势必要加工执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗的角度看也不经济；反之，压力选得太高，则泵、缸、阀等元件的材质，密封，制造精度的要求很高，必然会提高设备成本。一般说来，对于

39、固定的尺寸不太受限制的设备，压力可选得低一些，行走机械重载设备压力要选的高一些。 根据此液压系统的负载值可知z轴升降运动时载荷最大，参考液压传动表11.2，初步确定选定升降缸压力p=0.6mpa，夹紧缸压力p=0.8mpa，伸缩缸压力p=0.5mpa，横移缸压力p=0.5mpa2。5.3 计算各液压缸的主要机构尺寸5.3.1 确定夹紧缸的结构尺寸根据夹紧驱动力f=1381.8（n），液压传动表5-2可选取d/d=0.5，d为活塞杆直径，d为缸筒内径。选=0.9得， （5）因夹紧时回油量极少，所以=0，代入数据得：=36cm d=67.7(cm) （6）按机械设计手册表37.7-1，37.7-2

40、圆整得：d=80（cm）d=40（cm）按机械设计手册表37.7-64选择缸的外径为：d=95（cm）按机械设计手册表37.7-3选择活塞杆的行程为：50（cm） 由于此液压系统为低压系统，所以液压缸的缸筒壁厚，活塞杆直径和固定螺栓的直径均不需要进行强度校核。5.3.2 x方向移动缸的机构尺寸 前面的计算已经将推力f=157.98n，p取0.5mpa，代入数据计算：由（5）的公式可得：=4.4（cm）由（6）的公式可得：d=23.6（cm） d=11.8（cm）按机械设计手册表37.7-1，37.7-2圆整得：d=32（cm）d=16（cm）按机械设计手册表37.7-64选择缸的外径为：d=4

41、2（cm）按机械设计手册表37.7-3选择活塞杆的行程为：800（mm）5.3.3 y方向移动缸的机构尺寸前面的计算已经将推力f=284.4n，p取0.4mpa，代入数据计算：由（5）的公式可得：=7.9（cm）由（6）的公式可得：d=31.7（cm） d=15.85（cm）按机械设计手册表37.7-1，37.7-2圆整得：d=50（cm）d=25（cm）按机械设计手册表37.7-64选择缸的外径为：d=60（cm）按机械设计手册表37.7-3选择活塞杆的行程为：800（mm）5.3.4 z方向移动缸的机构尺寸前面的计算已经将推力f=284.4n，p取0.4mpa，代入数据计算：由（5）的公式

42、可得：=20.23（cm）由（6）的公式可得：d=50.76（cm） d=25.38（cm）按机械设计手册表37.7-1，37.7-2圆整得：d=63（cm）d=32（cm）按机械设计手册表37.7-64选择缸的外径为：d=76（cm）按机械设计手册表37.7-3选择活塞杆的行程为：800（mm） 由于升降运动过程中，液压缸活塞收到轴向压缩负载，它所承受的力f不能超过使它保证稳定工作所允许的临界负载，以免发生纵向弯曲，破坏液压缸的正常工作。的值与活塞杆材料性质、截面形状、直径和长度已经液压缸的安装方式等因素有关。活塞杆稳定性校核按下式进行： （7）式中为安全系数，一般取=24当活塞杆的细长比时

43、， （8）当活塞杆的细长比时，且=20120时，则： （9）式中l为安装长度，其值与安装方式有关，按液压传动表5-3可选取l=900；为活塞杆截面最小回转半径。=,。这里取=18；为液压缸支撑方式决定的末端系数，其值由表5-3取1；j为活塞杆横截面惯性矩；a为活塞横截面积；f为材料强度决定的实验值，由表5-4取4.9；a为系数取1/5000.代入数据验算得：=1=85=5085=4985=4985/4=1246（n）前面的计算升降缸所受最大压力f=1068.60（n）f所以升降缸满足系统的稳定性要求3。表 3 液压在不同工作阶段的压力、流量、功率tabel 3 the press,discha

44、rge and power of all urns on various stages负载f（n） 回油腔压力 进油腔压力 流量 输入功率(mpa) （mpa） q（l/min） p(kw)夹紧缸 1381.8 0 0.006 40.70 0.005x方向 伸 78.99 0.4 0.32 1.68 0.010移动缸 缩 157.98 0.4 0.52 1.38 0.124 续表3负载f（n） 回油腔压力 进油腔压力 流量 输入功率(mpa) （mpa） q（l/min） p(kw)y方向 进 205.41 0.4 0.28 7.04 0.036移动缸 退 284.40 0.4 0.56 5.

45、30 0.048z方向 升 910.42 0.4 0.31 8.34 0.045移动缸 降 1068.60 0.4 0.58 11.40 0.1046 液压元件的选择6.1 液压泵的选择 压力计算 （10）为液压缸或液压马达的最大工作压力。为液压泵出口到液压或液压马达入口之间总的管路损失。它的标准计算待元件选定，并绘制管路图时才能进行，初算可以按经验数据选取，管路简单的可选=0.20.5mpa，管路复杂的，进油口有调速阀的，取=0.51.5mpa。 p为压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值，取=0.5mpap=0.54+1.5+0.5=2.54mpa流量计算： （l/min） （11）k

46、为泄漏系数，一般取k=1.11.3，此处取k=1.1为同时动作的液压缸或液压马达的最大流量，对于在工作过程中用节流调速阀的系统还必须加上溢流阀的最小流量，一般取0.5。=40.70+2=43.70（l/min）=1.143.70=48.07(l/min)查液压设计手册，可选取定量叶片泵。液压泵是液压系统的动力元件，其作用是供给系统一定流量和压力的油液，因此也是液压系统的核心元件。合理的选择液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。 选择液压泵的原则是：应根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求。首先确定液压泵的结构类型然后按系统所要

47、求的压力、流量大小确定其规格型号3。查表选择yb1-50型，它的主要参数： q=50(l/min) p=3.5mpa 转速为6001200r/min6.2 电机的选择液压泵的最大工作压力p=2.45mpa，压力损失=0.5mpa，则：p= （12）电机一般允许短时间超载25%p=3.38100/125=2.70kw查产品样本，选用y112m-2电机，功率为4kw。6.3 液压阀的选择液压阀的分类方法有很多种，以至在不同的场合同一种阀，因其不同的着眼点的不同会有不同的名称。（1）液压阀根据在液压系统中的功用可分为：方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。（2）液压阀根据控制方式可分为：定位或开关控制

48、阀、电液比例阀、伺服控制阀和数字控制阀。（3）液压阀根据阀芯的结构形式可分为：滑阀类、锥阀类、球阀类。（4）液压阀根据连接和安装形式的不同可分为：管式阀、板式阀、叠加式阀和插装式阀。根据系统的工作压力和实际通过阀的流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按照泵的最大流量选取，选择调速阀时，必须保证最小稳定流量能满足执行机构的最低稳定速度的要求。控制阀的流量一般要选得比实际流量大，必要时允许有20%以内的短时间过流量。选择液压阀主要根据阀的工作压力和通过阀的流量来确定，本系统工作压力较小，流量也较小，所以选择低压流量的阀。液压系统对液压控制阀有一些基本的要求如下：（1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和

49、震动小，噪声小，使用寿命长。（2）流体通过液压阀时，压力损失小；阀口关闭时，密封性能好，内泄漏小，无外泄漏。（3）所控制的参数稳定，受外部干扰时变化量小。（4）结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性好。本液压系统中，三个液压缸选取三个四通c型换向阀换向，使得机械手能顺利完成所规定的动作，主油路上选取一个液控单向阀来进行控制油路。换向阀的开启与关闭通过电器开关或压力继电器来控制，运动速度由调速阀通过调节油路的流量来控制。部分油路采用单向阀来保持压力，用溢流阀来保护液压缸。通过上面的计算和校核，初步使用以下元件，以经济性和安全性方面都能满足要求3。将所选的型号及规格填入下表：表 4 液压元件型号及规格tabel 4 the type and specification of componnents序号元件名称估计通过流量（l/min）型号1，9，10，11，122345,6,78131415,19,20,2116,18油箱定量叶片泵溢流阀单向阀三位四通c型换向阀二位四通换向阀调速阀调速阀压力继电器调速阀 40.7 40