边坡除藻多功能车机械手节能液压系统设计

边坡除藻多功能车机械手节能液压系统设计摘要：本文对一种边坡除藻多功能车的机械手进行液压系统设计，介绍机械手的结构组成和工作的负载变化情况，对机械手的伸缩液压回路、变幅液压回路、回转液压回路进行分析，确定每个液压回路的设计方案，根据不同机构不同的工作特点加入相应的控制元件和保护措施使各个机构能够可靠的运行，并对设计完成的液压系统进行性能验算，以确保能够满足设计要求。关键词：边坡除藻；机械手；液压设计Abstract：Inthispaper,thehydraulicsystemofthemanipulatorofamulti-purposevehicleforalgaeremovalfromslopeisdesigned,thestructureandworkingloadchangesofthemanipulatorareintroduced,andthetelescopichydrauliccircuit,luffinghydrauliccircuitandrotaryhydrauliccircuitofthemanipulatorareanalyzed.Determinethedesignschemeofeachhydrauliccircuit,addcorrespondingcontrolelementsandprotectionmeasuresaccordingtothedifferentworkingcharacteristicsofdifferentinstitutions,sothateachinstitutioncanrunreliably,andchecktheperformanceofthedesignedhydraulicsystemtoensurethatitcanmeetthedesignrequirements.Keywords:algaeremovalfromslope;Manipulator;Hydraulicdesign引言：南水北调工程是国家一项重要工程，旨在解决北方部分缺水地区人们的饮水用水问题，然而，随着社会的发展及人类生活步伐的加快，渠道里中的水资源逐渐富营养化，致使渠道边坡生长及沉积大量的藻泥混合物，严重污染了水源，针对此类问题，设计了一款除藻多功能专用车，该多功能车主要由汽车底盘、藻泥清除装置、吸污装置、藻泥水分离装置等几部分组成，利用机械手控制藻泥清除装置，在边坡上按最优轨迹往复行进，行进过程中将边坡上附着的藻类和泥污清除掉，并将清除掉的污物抽吸到岸上进行过滤处理，经过滤处理后的清水排回干渠，并对分离的泥污及藻类进行打包处理。本文主要针对机械手的液压系统进行分析设计。1机械手构造边坡除藻多功能车的机械手主要用于固定藻水分离装置并将其运送到相应的工作位置，使其可以紧贴渠道边坡，稳定的清洁边坡藻泥混合物。机械手主要由底座、回转驱动机构、变幅液压缸、立柱、多级伸缩臂和连接臂等组成。机械臂通过液压传动的方式进行传动控制，由移动平台的发动机提供输入系统的能量,再通过液压泵将这个能量转化成系统的液压能，为机械手的正常工作提供系统需要的动力，保证机械手回转、变幅、伸缩动作的进行。机械手含有伸缩机构、变幅机构、回转机构等三个运行机构。伸缩机构包括多级伸缩臂、连接臂、伸缩液压缸和卷绕装置，多级伸缩臂的后端与立柱、伸缩臂变幅液压缸相连接，前端与连接臂固定在一起，藻泥清除装置固定在连接臂上，伸缩液压缸和卷绕装置安装在多级伸缩臂的内部，通过伸缩液压缸活塞杆的伸缩控制卷绕装置的工作，控制多级伸缩臂的顺序伸缩。在作业范围内可以将藻泥清除装置运到工作的指定位置，进行渠道两侧污物的清理[1-3]。变幅机构由两个变幅液压缸和立柱组成，其中一个液压缸的上端和支撑立柱的上端相连接，其下端与回转平台相连接，控制支撑立柱的变幅运动，另一个液压缸的上端和伸缩臂连接，下端同回转平台连接，控制伸缩臂的变幅运动。回转驱动机构包括蜗轮蜗杆传动装置，一个低速大扭矩的液压马达和回转轴承等，通过高强度的螺栓固定在底座上，这个底座固定在移动平台上，实现立柱，边度机构，伸缩臂和清洁小车的360度的连续回转。2机械手液压系统的设计液压系统的原理设计是整个液压系统设计的基础与根本，液压系统设计的成败影响边坡除藻多功能车机械臂的性能，关系到成品在实际使用过程中是否满足设计的要求。2.1伸缩机构回路设计伸缩臂总共设计三节[5]，第一节伸缩臂与立柱相连，通过变幅液压缸实现作业角度的改变，第二截伸缩臂动连接在基础伸缩臂的内部，第三节伸缩臂动连接在第二截伸缩臂的内部，通过伸缩液压缸驱动卷绕装置实现第二截伸缩臂和第三节的伸缩臂的伸出与缩回。伸缩臂的前端固定着藻泥清除装置，因此，其运动为带载运动，在实际工作过程中易引起液压缸腔体内出现空腔现象，需在回路设计中需加入一个平衡阀，以保证液压缸带载伸缩时液压缸油腔内不会出现压力降低过快引起运动不稳定的现象，使伸缩臂在工作时能够匀速运动。2.2变幅机构回路设计变幅机构中含有两个变幅液压缸，分别用来改变立柱和多级伸缩臂工作幅度，第一变幅液压缸用于控制立柱的工作幅度（立柱工作角度为），第二变幅液压缸用于控制伸缩臂的工作幅度（机械臂工作角度为）。考虑到藻泥清除装置固定在连接臂上，机械手就需要在带载的情况下进行变幅运动，在变幅过程中平稳的运动就显得十分的重要，而立柱变幅液压缸和伸缩臂变幅液压缸工作性能的好坏，对机械手在实际工作情况下的稳定性有着重要的影响，因此，需要在这两个执行机构的液压回路中设计一个平衡阀，以保证变幅液压缸在运行过程可以随时固定在一个工作位置，在液压缸伸缩，缩回过程中，保证液压缸匀速运动。2.3回转机构回路设计边坡除藻多功能车的回转机构是实现机械臂和清洁小车旋转运动的装置，通过回转机构，机械臂可以实现一个的作业空间，可以将清洁小车运送到作业范围的任意位置。机械臂立柱、多级伸缩臂等结构都安装在回转机构上，这对回转机构的结构和液压系统的性能有很大的要求[8]。在机械臂的设计中，回转机构通过高强度的螺栓固定在底座上，回转驱动机构为三合一液压马达驱动机构，采用低速大扭矩液压马达驱动蜗轮蜗杆齿轮传动装置，可以实现立柱、多级伸缩臂和清洁小车一起稳定的360度回转。因此，在回转液压回路上设置有制动阀，当回转机构回转速度过高时，管道内压力高于单向阀的预设的压力时，油液会通过单向阀，对液压马达施加一个阻力，降低回转驱动机构的运行速度，可以有效的防止回转机构工作速度过快，回转机构的液压原理图如如4所示。3机械手液压系统计算和性能验算3.1伸缩机构液压系统计算伸缩液压缸承受总压力：式中，取45°，为伸缩臂和水平面的夹角。缸筒直径：式中，取1Mpa,为伸缩液压缸的工作压力。因此，可得活塞杆直径，查表GB2348-80取缸筒直径为80mm，活塞杆直径为56mm[4-7]。因此，可以计算出，无杆腔时，缩液压缸实际有效面积为,有杆腔时，伸缩液压缸实际有效面积为。3.2变幅机构液压系统计算第一变幅液压缸承受总压力：式中，为变幅液压缸和水平面的夹角。钢筒直径：式中：取16Mpa,为第一变幅液压缸的工作压力。因此，可以得出活塞杆直径：，查表GB2348-80取缸筒直径125mm，活塞杆直径90mm。因此，可以计算出，无杆腔时，第一变幅液压缸实际有效面积为,有杆腔时，伸缩液压缸实际有效面积为。同理可得，无杆腔时，第二变幅液压缸实际有效面积为,有杆腔时，第二变幅液压缸实际有效面积为3.3回转机构液压系统计算回转机构回转速度；回转轴承半径d=350mm；回转减速器比;回转机械传动效率;可得伸缩臂的惯性扭矩:藻泥清除装置的惯性扭矩：因此，可知总惯性扭矩：液压马达阻力矩：排量：式中：=0.95为液压马达效率。查表取液压马达型号：JM33-E0.25。4总结本文从分析机械手的结构开始，根据机械手的工作性能要求，基于负载敏感控制系统的原理，分析液压系统控制回路的方式，确定机械手液压系统的总体设计方案，同时对各个机构的液压回路的工作原理进行介绍，并对液压系统的主要元件进行设计计算和型号选择，通过对液压系统进行节能优化设计，在满足机械手正常工作的条件下，能够有效增加液压系统的效率。参考文献：刘文武.折臂式随车起重机液压系统设计与研究[D].太原科技大学,2015.李万莉.工程机械液压系统设计.[M].上海：同济大学出版社，2011.09.朱鹏程.采用负载敏感控制技术的绞车液压系统设计[J].苏州.江苏科技大学学报:自然科学版,2008(6):39-42张忠远.液压节能技术[M].北京:清华大学出版社,2012.王长江.从IFPE2017国际液压展看我国液压工业发展[J].液压气动与密封,2017,(6).刘琴,宋院归.负载敏感系统分合流控制技术在汽车起重机上的应用[J].建设机械技术与管理,201