设计说明书52461

1、矫直机机械手液压系统设计摘要机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。本篇介绍的机械手为四自由度极坐标型机械手，应用于锻造生产线上最后的矫直机上，主要作用是用于矫直机上料。机械手动作要求快速、准确，并结合工作环境宜采用液压系统。机械手的质量会影响机械手的动作灵敏性和准确性，因此本设计的液压系统五个轻型液压缸，分别控制机械手手指夹紧、手腕回转、手臂俯仰以及拔销定位和棘爪定位，还有两个柱塞液压马达，以实现较大的执行力和执行长度，分别控制手臂伸缩

2、和手臂回转。本文对该液压系统总体方案进行了论证和拟定，包括系统原理图拟定、工况分析、负载计算、液压元件选择、系统验算和结构设计,并用三维造型软件PROE绘制了该液压系统的液压集成块用以检查阀块内的连通情况，用二维软件CAD绘制了原理图、油箱组件图、液压集成块零件图和液压站装配图。关键字： 矫直机 四自由度 机械手 液压系统Straightening machine manipulator hydraulic system designAbstract A robot is used in the automated production process as a function of hav

3、ing a crawl and move the workpiece automation devices, it is in the mechanization and automation of the production process developed a new type of device. It can replace human to complete dangerous, repeat the boring work, to reduce human labor intensity, improve labor productivity. This article int

4、roduces the four degrees of freedom robotic manipulator polar type, used in forging a final straightening machine production line, the main role is used for straightening machine feeding. Robot movements require fast, accurate, and combine the work environment should adopt the hydraulic system. Will

5、 affect the quality of the robot manipulator motion sensitivity and accuracy, so the design of the hydraulic system five lightweight hydraulic cylinders, respectively, control the robot finger grip, wrist rotation, tilt and pull off the arm positioning and pawl positioning, as well as two a piston h

6、ydraulic motor, in order to achieve greater execution and implementation of length, respectively, control arm stretching and arm swing. This general scheme of the hydraulic system were demonstrated and proposed, including system schematic formulation, condition analysis, load calculations, hydraulic

7、 component selection, system checking and structural design, and 3D modeling software PROE draw the hydraulic system of hydraulic manifold block to check the connectivity of the valve block, draw a two-dimensional CAD software, schematics, fuel tank assembly diagram, hydraulic manifold block diagram

8、 and hydraulic parts assembly drawing.Keywords: Straightening machine; Four degrees of freedom; manipulator ;hydraulic system目录1.引言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。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

9、之深，是我们始料未及的。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，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。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

10、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（站）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

11、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。 2.概述液压传动相对于机械传动来说是一门新兴技术。从1795年世界上第一台水压机诞生起，已有几百年的历史，液压传动技术被广泛采用和有较大幅度的发展是由19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业推动起来的，最早实践成功的液压传动装置是舰船上的炮塔转位器，其后出现了液压六角车床和磨床，一些通用车床到20世纪30年代末才用上了液压传动。第二次世界大战期间，在一些兵器上用上了功率大，反应快，动作准的液压传动和控制装置，大大提高了兵器的性能，也大大促进了液压技术的发展。战后，液压技术迅速转向民用，并随着各种标准的不断制订和完善，各类元

12、件的标准化，规格化，系列化而在机械制造，工程机械，材料科学，控制技术，农业机械，汽车制造等行业中推广开来。由于军事及建设需要的刺激，液压技术日益成熟。20世纪60年代后，原子能技术，空间技术，计算机技术等的发展再次将液压技术推向前进，使它发展成为包括传动，控制，检测在内的一门完整的自动化技术，在国民经济的各个方面都得到了应用。如工程机械，数控加工中心，冶金自动线等。液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。因而在工程机械、冶金、军工、农机、汽车、轻纺、船舶、石油、航空和机床行业中，液压技术得到了普遍的应用。随着原子能、空

13、间技术、电子技术等方面的发展，液压技术向更广阔的领域渗透，发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，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很重视，所以采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。正是因为液压传动有着其独特的优点，所以液压在工业中的应用发展迅速，并涉及到诸多领域。液压传动系统的主要优点有： (1) 相对于电力拖动和机械传动而言，在相同功率下，液压执行元件体积小，重量轻，结构紧凑。液压传动一般使用的压力在7Mpa左右，也可

14、高达50Mpa。而液压装置的体积比同样输出压力的电机及机械传动装置的体积小得多；(2)液压传动的各个元件，可根据需要方便，灵活地来布置；(3)液压装置频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等；(4)易于自动化，液压设备配上电磁阀，电气元件，可编程控制器和计算机等，可装配成各式自动化机械；(5)速度调整容易，液压装置速度调整非常简单，只要调整流量控制阀即可轻易且可实行无级调速；(6)不会有过载的危险，液压系统中装有溢流阀，当压力超过设定压力时，阀门开启，液压经由溢流阀流回油箱，此时液压油不处在密闭状态，故系统压力永远无法超过设定压力。 (7)这种技术还易与微电子、电气技术相结

15、合，形成自动控制系统。据统计，世界液压元件的总销售额为350亿美元，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，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。液压传动系统的主要缺点有：(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。液压传动主要的

16、发展趋势将集中在以下几个方面：1.减少能耗,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面，已取得很大进展，但一直存在能量损耗，主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用，则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失，必须解决下面几个问题： 减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。 减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量，避免采用节流系统来调节流量和压力。 采用静压技术，新型密封材料，减少磨擦损失。 发展小型化、轻量化、复合化

17、、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。 改善液压系统性能，采用负荷传感系统，二次调节系统和采用蓄能器回路。 为及时维护液压系统，防止污染对系统寿命和可靠性造成影响，必须发展新的污染检测方法，对污染进行在线测量，要及时调整，不允许滞后，以免由于处理不及时而造成损失。2.主动维护 液压系统维护已从过去简单的故障拆修，发展到故障预测，即发现故障苗头时，预先进行维修，清除故障隐患，避免设备恶性事故的发展。 要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究，当前，凭有经验的维修技术人员的感宫和经验，通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展，必须使液压

18、系统故障诊断现代化，加强专家系统的研究，要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识，用推理机中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。 另外，还应开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自润滑、自校正，在故障发生之前，进市补偿，这是液压行业努力的方向。3.机电一体化 电子技术和液压传动技术相结合，使传统的液压传协与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性，实现液压系统柔性化、智能化，改变液压系统效率低，

19、漏油、维修性差等缺点，充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下： (1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压系统和 开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。 (2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀，以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。 (3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。 (4)计算机仿真标准化，特别对高精度、“高级”

20、系统更有此要求。 (5)由电子直接控制元件将得到广泛采用，如电子直接控制液压泵，采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题，液压产品机电一体化现状及发展。我国的液压工业开始于20世纪50年代，目前正处于迅速发展，提高的阶段。其产品最初只用于机床和锻压设备，后来才用到拖拉机和工程机械上。自从1964年从国外引进一些液压元件生产技术，同时进行自行设计液压产品以来，我国的液压件生产已从低压到高压形成系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。90年代起更加速了对国外先进液压产品和技术的有计划引进，消化，吸收和国产化工作，以确保我国的液压技术能在产品质量，经济效益，研究开发等各个方面全方位地赶上世界水平。

21、随着工业迅猛发展逐日发展壮大，相继建立了科研机构和专业生产厂家，从事液压技术研究和液压产品生产。他们不但能生产液压泵，液压阀等液压元件，还设计制造了许多新型液压的元件，如电液比例阀，电液伺服阀等。到目前为止，液压元件的生产，已成为了我国液压元件产品的生产系列。液压技术的发展正向着高效率，高精度，高性能方向迈进。液压元件向着体积小，重量轻，微型化和集成化方向发展，液压技术，交流液压等新兴的液压技术正在开拓。又由于计算机的应用，更大大地推进了液压技术的发展，像液压系统的辅助设计，计算机仿真和优化，微机控制等工作，也都取得了显著成果。当前，液压技术在实现高压，高速，大功率，高效率，低噪音，经久耐用，

22、高度集成化等各项要求方面都取得了重大的进展，在完善比例控制，司服控制，数字控制等技术上也有许多新成就。此外，在液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机仿真和优化以及微机控制等开发性工作方面，日益显示出显著的成绩。微电子技术的进展，渗透到液压与气动技术中并与之结合，创造出了很多高可靠性，低成本的微型节能元件，为液压气动技术在工业各部门中的应用开辟了更为广泛的前景。 在国外,液压工业的发展速度高于机械工业。全世界液压产品产值约200 亿美元。在美、日、德等主要国家的比较中以日本人均产值为最高,其主要原因是日本工厂设备自动化程度高和生产管理完善,此外,日本各企业外协量大,将一些零件扩散给协作厂加工

23、,实现零件专业化。据统计,各国液压工业产值约占机械工业产值的23 % ,而我国仅占0.18 %左右,充分说明我国液压技术使用率低,需努力扩大其应用领域。液压技术的应用领域越来越广泛,据分析,建筑工程机械、农机等行走机械是液压工业的主要用户;在产业机械中,机床、冶金、塑机是主要用户。由于机床、塑机、机器人等行业部分传动已被电气传动所取代,其需求量减少,建筑、工程、冶金等需要量的比重显著增加。据国外资料介绍,建筑机械和工业车辆液压使用率有增长趋势,机床等产业机械的液压使用率有下降近几十年来，由于液压技术借助微电子技术，大力发展电液传动与控制，使液压技术产生新的活力。液压技术的主要竞争者是机械传动和

24、电气传动，只要沿着机电一体化方向走下去，并不断跟踪和移植信息技术，计算机技术、摩擦磨损技术、润滑技术、自动控制技术以及新材料新工艺等的成果，充分发挥液压技术功率密度大等优点，克服漏油和噪声大等缺点，液压技术作为现代传动与控制的重要组成部分，将不断扩大应用领域，保持强大的竞争力、不断向前发展。3.液压系统的设计和计算3.1液压系统的组成现设计校直机机械手液压系统，要求完成的工作循环是：待料 插定位销 手臂前伸 手指夹料 手臂上升 手臂缩回 手腕回转90° 拔定位销 手臂回转90° 插定位销 手臂前伸 手指松开 手臂缩回 手臂下降 手腕反转 （手腕复位） 拔定位销 手臂反转 待

25、料（一个循环结束）卸荷。该机械手为四自由度极坐标型机械手，抓取力为650N。3.2液压系统工况分析工况分析是拟定液压系统方案、计算、选择或设计液压元件的依据，工况分析包括动力参数分析和运动参数分析。对于复杂的液压系统，尤其是有多个液压执行机构同时动作的系统，通过动力参数分析，做出系统载荷循环图，选定系统工作压力；通过运动参数分析，绘制系统流量循环图，从而选定系统所需流量；同时，根据系统载荷循环图和流量循环图，可以绘制出液压系统的功率循环图，从中确定液压系统所需功率。3.2.1动力参数分析 所谓动力参数分析，就是通过计算确定各液压执行机构的载荷大小和方向，并且分析各执行机构运动过程中的振动、冲击

26、及过载能力等情况。1） 液压缸的载荷计算作用在液压缸上的载荷力： 式中工作负载。除液压缸外，运动部件导轨的摩擦载荷。运动部件速度变化的惯性负载。式中G运动部件重力。垂直于导轨的工作负载。f导轨摩擦系数，静摩擦系数为0.2，动摩擦系数为0.1。 式中g重力加速度；加速或减速时间，一般为0.01-0.5s;时间内的速度变化量。手指夹紧缸油路：=650N=0.2X20=4N (G取20N)=0.1X20=2N=数值太小对结果影响不大，可以看是650N恒负载情况。画出速度、负载循环图如下：图1 手指夹紧缸速度、负载循环图手腕旋转缸油路：由经验外负载不大，情况同手指夹紧缸油路差不多，但它的负载是变化的，

27、因为缸承受的压力在变化；设最大负载为600N。、数值同样太小对结果影响不大，画出速度、负载循环图如下：图2 手腕回转缸速度负载图手臂俯仰缸油路：=2400N （重120kg,由力矩平衡，估算的结果）=0.2X520=104N (力学转换，把手臂末端施加的压力传递到给活塞杆的径向力)=0.1X520=52N=60N起动、加速：F=2400+140+60=2564N 稳定：摩擦力随俯仰在变化，最大值F=2400+52=2452N 制动：F=2400+104-60=2444N画出速度、负载循环图如下：图3手臂俯仰缸速度、负载循环图定位缸油路：=150N、数值很小，可忽略。可看成是恒负载的情况。画出速

28、度、负载循环图如下：图4定位缸速度、负载循环图棘爪缸油路：=150N、数值很小，可忽略。可看成是恒负载的情况。画出速度、负载循环图如下：图5棘爪缸速度、负载循环图工作 载荷力矩。轴颈摩擦力矩。=µGr式中 G旋转部件施加于轴颈上的径向力。r旋转轴半径。µ摩擦系数。惯性力矩。 式中J回转部件转动惯量；加速或减速时间，一般为0.01-0.5s;时间内的角速度变化量。手臂伸缩液压马达回路:=45N·m nmz/60=100 z=30 m=3mm =1000NX0.045m=45N·m轴颈摩擦力矩。=0.01X50X0.03=0.015N·m(忽略不计

29、)式中 G取50N。r旋转轴半径，根据液压马达取30mm。 µ查表23.41（c）取0.01加速或减速时间，一般为0.01-0.5s;启动加速： 稳定运行： 制动时 ： 画出转速、负载力矩循环图如下：图6手臂伸缩液压马达转速、负载力矩循环图手臂旋转液压马达回路:=40N·m 轴颈摩擦力矩。=0.01X2000X0.03=0.6N·m式中 G取2000N。r旋转轴半径，根据液压马达取30mm。µ查表23.41（c）取0.01 加速或减速时间，一般为0.01-0.5s; 启动加速： 稳定运行：制动时 ：画出转速、负载力矩循环图如下：图7手臂回转转速、负载力矩

30、循环图3.2.2运动参数分析运动参数分析，就是研究工作机械依工艺要求应以什么样的运动规律完成一个工作循环，即研究其运动性质是直线的、回转的或摆动的；运动速度、加速度是恒值的或变化的；运动行程大小、循环时间长短等。3.3拟定液压系统原理图3.3.1供油方式由于校直机机械手液压系统要求动作精确，同时属于非高压系统，不能选择柱塞泵，只能从叶片泵或者齿轮泵，但是齿轮泵有流量脉动现象，不能使用。所以应该选择叶片泵。根据经验，系统压力不是特别大，因此不用考虑变量泵来增加效率，这种情况下使用变量泵效果有限，即选择定量叶片泵。3.3.2调压方式在该系统中设置一个电磁溢流阀用来溢流稳压，一般都在油泵的出口附近设

31、置，用它来调节系统压力，并将多余的油液溢流回油箱。电磁溢流阀选择通电卸荷状态。防止意外停电，工作人员忘记关开关，当来电时，系统通电运行而造成不必要的损害或者危害；而且整个循环过程中，卸荷时间长。同时就有了卸荷回路：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,即电磁溢流阀得电卸荷。 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

32、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，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。3.3.3调速方式液压机械手各种运动速度的控制，主要是改

33、变进入油缸的流量。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。因为不采用变量泵，所以在此不考虑后者。 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

34、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。采用双单向节流阀。进油回路采用双单向节流阀的目的是为了更方便控制流量，且有一定背压，使工作过程更稳定，减少了一定的冲击。现在根据负载：1. 夹钳开闭用调速阀回油调速；2. 手腕回转用调速阀回油调速；3. 手臂伸缩用节流阀回油调速；4. 手臂俯仰用调速阀进油调速；5. 手臂回转用节流阀回油调速。3.3.4换向方式在机械手液压系统中，为控制各油缸、马达的运动方向和接通或关闭油路，通常采用三位四通、二位四通电磁阀，由电控系统发出电信号，控制电磁铁操纵阀芯换向，使油缸及油马达的油路换向，实现直线往复运动和正

35、反向转动。 目前在液压系统中使用的电磁阀，按其电源的不同，可分为交流电磁阀（D型）和直流电磁阀（E型）两种。交流电磁阀的使用电压一般为220V（也有380V或36V），直流电磁阀的使用电压一般为24V（或110V）。这里采用交流电磁阀。交流电磁阀起动性能好，换向时间短，接线简单，价廉，但是如吸不上时容易烧坏，可靠性差，换向时有冲击，允许换向频率底，寿命较短。3.3.5机械手液压传动系统 液压系统图的绘制是设计液压机械手的主要内容之一。液压系统图是各种液压元件为满足机械手动作要求的有机联系图。它通常由一些典型的压力控制、流量控制、方向控制回路加上一些专用回路所组成。 绘制液压系统图的一般顺序是：

36、先确定油缸和油泵，再布置中间的控制调节回路和相应元件，以及其他辅助装置，从而组成整个液压系统，并用液压系统图形符号，画出液压原理图。图8 系统原理图3.4.1执行元件的计算与选择(1) 液压缸主要尺寸确定A手指夹紧缸计算工作压力p的确定：根据负载大小以及机器类型来初步确定。查机械工程及自动化简明设计手册表3-1，现取液压缸工作压力p为0.8MPa。计算液压缸内径D和活塞杆直径d：由负载图知最大负载为650N，按液压系统简明设计手册表2-2（回油调速）背压=0.5MPa，该系统为低压系统取0.5。将数据代入式（2-3）根据表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径：取D=50mm。按d/D=0.5

37、以及表2-5取d=25mm。验算最小稳定流速：满足最小稳定速度要求。计算液压缸所需流量。手指闭合：手指张开：B手腕旋转液压缸计算1工作压力p的确定：根据负载大小以及机器类型来初步确定。查机械工程及自动化简明设计手册表3-1，现取液压缸工作压力p为0.8MPa。计算液压缸内径D和活塞杆直径d：由负载图知最大负载为600N，按液压系统简明设计手册表2-2（回油调速）背压=0.5MPa，该系统为低压系统取0.5。将数据代入式（2-3）根据表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径：取D=40mm。按d/D=0.5以及表2-5取d=20mm。验算最小稳定流速：满足最小稳定速度要求。计算液压缸所需流量。手

38、腕伸直：手指张开：C手臂伸缩液压马达计算工作压力p的确定：根据负载大小以及机器类型来初步确定。查机械工程及自动化简明设计手册表3-1，现取液压缸工作压力p为0.8MPa。计算液压马达的排量V：由负载图知最大负载转矩为52N*m，按液压系统简明设计手册表2-2背压=0.3MPa，液压马达排量计算：计算液压马达所需流量。D手臂俯仰缸计算工作压力p的确定：根据负载大小以及机器类型来初步确定。查机械工程及自动化简明设计手册表3-1，现取液压缸工作压力p为0.8MPa。计算液压缸内径D和活塞杆直径d：由负载图知最大负载为2564N，按液压系统简明设计手册表2-2背压=0.5MPa，该系统为低压系统取0.

39、5。将数据代入式（2-3） 根据表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径：取D=50mm。按d/D=0.5以及表2-5取d=25mm。验算最小稳定流速：满足最小稳定速度要求。计算液压缸所需流量。手指闭合：手指开：E手臂回转液压马达计算工作压力p的确定：根据负载大小以及机器类型来初步确定。查机械工程及自动化简明设计手册表3-1，现取液压缸工作压力p为0.8MPa。计算液压马达的排量V：由负载图知最大负载转矩为61.3N*m，按液压系统简明设计手册表2-2背压=0.3MPa，液压马达排量计算：计算液压马达所需流量。F定位缸计算工作压力p的确定：根据负载大小以及机器类型来初步确定。查机械工程及自动化

40、简明设计手册表3-1，现取液压缸工作压力p为0.8MPa。计算液压缸内径D和活塞杆直径d：由负载图知最大负载为150N，无背压，该系统为低压系统取0.5。将数据代入式（2-3）根据表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径：取D=16mm。按d/D=0.5以及表2-5取d=8mm。验算最小稳定流速：满足最小稳定速度要求。计算液压缸所需流量。插销：拔销：G棘爪缸计算工作压力p的确定：根据负载大小以及机器类型来初步确定。查机械工程及自动化简明设计手册表3-1，现取液压缸工作压力p为0.8MPa。计算液压缸内径D和活塞杆直径d：由负载图知最大负载为150N，无背压，该系统为低压系统取0.5。将数据代入

41、式（2-3）根据表2-4，将液压缸内径圆整为标准系列直径：取D=16mm。按d/D=0.5以及表2-5取d=8mm。验算最小稳定流速：满足最小稳定速度要求。计算液压缸所需流量。插销：拔销：3.4.2确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格泵工作压力p的确定：考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力为：式中 -液压泵最大工作压力； -执行元件最大工作压力； -进油管路中的压力损失，出算是复杂系统取0.5-1.5MPa，现取1MPa。是系统的静态压力，考虑到系统在各过渡出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命。因此选择泵的额定压力应该满足。中低压系统

42、取小值泵的流量确定。液压泵的最大流量应为式中 -液压泵的最大流量；-同时动作各执行元件所需流量之和的最大值，因为选择的是定量泵用溢流阀溢流稳压，还需要加上最小溢流流量2-3L/min，现取2.5L/min;-泄漏系数，一般取=1.1-1.3。 选择液压泵的规格。该是系统属于低压系统，排除柱塞泵，又因为齿轮泵存在流量脉动的缺点，而液压机械手需要一定的精度，显然齿轮泵不能满足系统要求。叶片泵虽然额定压力6.3MPa是初步计算的的2倍还要多。但是根据实际应用当中，往往选择泵的额定压力是初步计算的2倍左右以提高液压泵的寿命，从而降低成本。查机械设计手册选择额定压力为6.3MPa，排量，容积效率。与液压

43、泵匹配的电动机的选定。根据公式进行验算式中 -所选电动机额定功率； -叶片泵的调定压力；-泵的输出流量。查机械工程及自动化简明设计手册表2-2，前提转速要一样，故选择，额定功率3kW，满足要求。3.5液压阀的选择考虑该系统流量不大，油箱别不大，而系统中液压元件很多，为了是液压站能够紧凑，尽可能选择叠加阀。元件系列选择GE系列，因为该系列的元件跟国外产品如力士乐能够很好的配合。从成本考虑先选择GE系列，如果需要的元件在该系列中找不到再选择能够与之匹配的系列产品。叠加阀的选择，根据流量选择电磁换向阀，在满足流量的情况下，选择小通径的电磁换向阀，然后再选择与之叠加的其它叠加阀，若不能满足，增大电磁换

44、向阀通径后再选择其它叠加阀。除此之外，还应考虑压力阀的压力调节范围、流量变化范围、所要求的压力灵敏度和平稳性等。表 1液压阀的型号 序 号 元件名称 型 号通过流量（L/min）额定压力（MPa）1回油过滤器RFA-63X5631.62电磁溢流阀YDF3-10B-B630.5-6.33压力表开关KF-L8/14E354板式单向阀AF3Ea10B40165二位四通电磁换向阀24F3-E6B25166三位四通电磁换向阀34F3 O-E10B60167压力继电器2PD-F*10D-AB8单向调速阀2QA-F10D-ABU409压力继电器2PD-F*10D-AB10顺序阀YDF-10B-B630.5-

45、6.311单向顺序阀AXF3-10B403.6确定管道尺寸油管允许流速取则内径d为A手指夹紧回路管径： 取8mmB手腕回转回路管径： 取6mmC手臂伸缩回路管径： 取10mmD手臂俯仰回路管径： 取10mmE手臂回转回路管径： 取10mmF定位回路管径： 取4mmG棘爪缸回路管径： 取4mmH吸油管路管径：参照泵吸油口连接尺寸，取吸油管内径25mm。3.7液压油箱容积的确定3.7.1油箱的主要作用：1) 贮存充足的油液，以满足液压系统正常工作的需要；油箱必须能够存放液压系统中的所有油液。液压泵从油箱抽取油液运送至系统，载能油液在系统中完成动力传递之后返回油箱。2) 散发热量，保证油温不超过规定

46、值（60）；液压系统中的容积损失和机械损失导致油液温度升高。油液从系统中带回的热量有很大一部分靠油箱壁散发到空气中去。这就要求油箱有足够的尺寸，尽量设置在通风良好的位置上，必要时油箱外壁要设置翅片来增加散热能力。3)逸出空气；液压系统低压区压力低于饱和蒸汽压、吸油管漏气或液位过低时由漩涡作用引起泵吸入空气、回油的搅动作用等都是形成气泡的原因，油液泡沫会导致噪声和损坏液压装置，尤其在液压泵中会引起气蚀。未溶解的空气可在油箱中溢出，因此希望有尽可能大的油液面积，并应使油液在油箱里逗留较长时间，4）沉淀杂质：未被过滤器捕获的细小污染物，如磨损屑或油液老化生成物，可以沉落到油箱底部并在清洗油箱时加以清

47、除。3.7.2油箱的计算与选择油箱通常分为整体式油箱，两用油箱和独立油箱3类。整体式油箱是指在液压系统或机器的机构内形成的油箱；两用油箱是指液压油与机器中的其他目的的用油的公用油箱；独立油箱是应用最为广泛的一类油箱，本设计采用独立油箱。油箱的容量主要依据散热的需要来确定,同时还必须保证在液压系统工作的整个过程中,无论流量如何波动,油箱中的油面都能保持一定的高度,使渗入油液中的空气和污染物有足够的时间分离出来.对于一般的开式液压系统,其油箱的有效容量可按下列经验公式确定:液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量V可概略地确定为：在低压系统中（）可取

48、： 在中压系统中（）可取： 在中压系统中（）可取： 式中液压油箱有效容积； 液压泵额定流量。应当注意：设备停止运转后，设备中的拿不分油液会因重力作用而流回液压油箱。为了防止液压油从油箱中溢出，油箱中的液压油位不能太高，一般不应超过液压油箱高度的80。各式中的系数选择原则是:不连续工作时取小值,连续工作时取大值;使用变量泵时取小值,使用定量泵时取大值.对于本液压系统为低压液压系统，液压油箱有效容积按泵的流量的2-4倍来确定，并参照推荐尺寸取V=63L。3.7.3.油箱辅件的设计3.7.3.1液位计的控制及显示油箱内液位的控制可以通过液位发讯器或液位计进行检测。前者当液位低于要求时会发出报警信号，

49、目前应用的有浮子式液位发信装置。后者需要人工进行监视，当液位低于要求时进行人工补油。液位计通常设在油箱外壁上，并近靠注油口，以便注油时观测液面。液位计的下刻线至少应比吸油过滤器或吸油管道上边缘高出75mm，以防止吸入空气。液位计的上刻线对应着油液的容量。液位计与油箱连接处有密封措施。对于油温有严格要求的液压装置，可采用传感式液位温度计，其温度计是利用灵敏度较高的双金属片的热胀冷缩原理来测量油温。对于大型油箱则应设浮子式液面传感器以便在液面高度异常时，发出报警或者保护的电信号3.7.3.2箱体确定1)油箱体 油箱体由Q235钢板焊接而成,取钢板厚度3-5mm，箱体小者取小值，本设计的油箱板厚度为

50、3mm。在油箱前壁上安装油位指示器。在油箱的前侧板开清洗孔，以便于清洗油箱。2)油箱底部 油箱底部采用倾斜的方式，用焊接方法与壁板焊接而成，采用这种结构，便于排油，底部最低处有排油口，以便油箱清洗和油液更换。3)油箱隔板 （1）作用 为了延长油液流动循环时间，出去沉淀的杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动和防止液面的波动。（2）安装型式 隔板的安装型式有多种，可以设计成高出液压面，使油液从隔板侧面流过；还可以选择设计成低于液压油，其高度为最低油面的2/3，使油液从隔板上方流过。现选第二种方案。4)支脚 为了便于放油和搬运，应把邮箱架起来，油箱底至少离开地面150mm。油箱应

51、设有支脚。支脚可以单独制作后焊接在箱底边缘上；也可以通过适当增加两侧璧高度，以使其经弯曲加工后兼做油箱支脚。3.7.3.3过滤器过滤器的功用是过滤液压油液中的杂质，降低油液污染度，保证液压系统正常工作由于液压系统的各类故障绝大多数由油液污染造成的，而过滤器是保持油液清洁的主要手段，所以合理选择和设置液压系统中的过滤器显得非常重要。选择过滤器时需要考虑的事项如下：使用目的、安装位置、液压泵的型号和规格、所用油液（种类、粘度数量）和油温、环境温度、过滤器。空气滤清器是对空气进行净化的装置，它由壳体和滤芯组成，滤芯布置在壳体内。大气中有各种异物，例如灰尘、砂粒等，会对液压系统的油液造成污染，它们将加

52、速系统的磨损，从而降低系统的使用寿命。空气滤清器能防止出现这种情况。查参考文献选择PF-70-75F型空气滤清器3.7.3.4减少油箱噪音防噪音问题是现代机械装备设计中必须考虑的问题之一。油路系统的噪音源，以泵站为首，因此，进行油箱设计时，从下列几方面减轻噪音：1)油箱与箱盖间增加防振橡皮垫：2)用地脚螺栓将油箱牢固固定在基础上；3)油泵排油口用橡胶软管与阀类元件相连接；4)回油管管接头振动噪音较大时，改变回油管直径或增设一条回油管，使每个回油管接头的通路减少。3.8其它辅助元件的型号和规格的选择其他辅助元件的型号如下表：表7 辅助元件的型号序号名称型号数量1液位液温计YWZ-150T12空气

53、滤清器PF-70-75F13压力表Y-6044油箱V=6315回油滤油器RFA63X51本系统属于低压系统，液压油箱的有效容积按泵流量的2-4倍来确定，根据推荐尺寸选择63L。4.液压装置结构设计4.1液压站的设计本系统油箱容积不大，不能把液压块全部安装在油箱上，液压泵亦不能装在油箱上。所以油箱上盖除了安装空气滤清器和回油过滤器之外，只安装部分集成块。其它集成块安装到一个工作台上，液压泵和电机则选择固定在地面上。应为本系统采用胶管连接，工作台和油箱上表面在高度要求上不是特别严格，所以，油箱、电动机支座以及工作台最下端无需刚性连接。叶片泵的吸油能力强，系统采用从油箱上面吸油，这样当泵出现故障时，

54、方便拆除，且不需要安装截止阀。另外，考虑电气控制部分，要安装一个配电箱，配电箱焊接在油箱的背面。4.2确定控制装置的集成方式液压控制装置的集成主要有板式集成、块式集成和叠加阀式集成。考虑本身系统安装空间不大，而且液压元件很多，为了使液压站结构更紧凑采用叠加阀连接。 叠加阀是在集成块的基础上发展起来的,液压元件间的连接不需要另外的连接块,而是以特殊设计的叠加阀的阀体作为连接体,通过螺栓将液压阀等元件直接叠积并固定在最底层的基块(底板)上.基块侧面开有螺纹孔,通过管接头作为通向执行器、液压泵或油箱的孔道,并可以根据需要用螺塞封堵打开,只要把同一规格的叠加阀按一定顺序叠加起来,再将板式换向阀直接安装于这些叠加阀的上面,即可构成各种典型液压回路.叠加阀的特点为：结构紧凑,体积小,重量轻,占地面积小。叠加阀安装简便，装配