【《某铸件搬运机械手的液压控制系统设计仿真分析案例》5500字】

某铸件搬运机械手的液压控制系统设计仿真分析案例目录TOC\o"1-2"\h\u17050某铸件搬运机械手的液压控制系统设计仿真分析案例 1174701.铸件搬运机械手的液压控制系统设计 186461.1液压系统原理及组成 1321331.2液压系统设计 5312841.3液压元件的选择 7198572.铸件搬运机械手的液压控制系统仿真 11193722.1AMESim软件简介 11111282.2液压系统建模 12301242.3液压系统仿真结果分析 151.铸件搬运机械手的液压控制系统设计全液力传动机械手利用液力传动装置进行整体运动。它的基本结构包括泵站，管道，以及组件。它的工作原理是通过管道把压力输送到泵站，把压力传给各部件，通过各种电磁阀的启动和停止，控制各执行器的动作，保证机械手完成每个基本动作。1.1液压系统原理及组成1.1.1液压原理简介液压原理的确定根据机械手的工作特点和要求，见图1.1。泵站输出整个机械臂的能量，然后通过管道输送到各个气缸或电机。电磁式换向阀安装在气缸或电机前面。起动-停止转动油缸或电机，以确保操纵。这些运动包括手抓和手的开合运动、爪子的旋转运动、腕部的俯仰运动、前臂的摆动、上臂的摆动以及整机的旋转运动。图1.1液压原理图序号零件名称型号数量1手抓开合液压缸CG250B160/80-50012腕部运动液压缸CG250B250/125-50013前臂摆动液压缸CG250B320/160-50014上臂摆动液压缸CG250B320/160-50015定量液压泵YB-4016单向调速阀MFC-02A-1-2027手动换向阀WE6-6X98单向阀RVP629过滤器/210压力传感器/411溢流阀DB10112油箱/413冷却器/1动作顺序表1.1.2液压系统组成（1）液压泵站该机械是一种独立于机械手的动力装置，是向机械手提供液压动力的重要组成部分。该装置由液压装置和电控箱组成，通过电缆和液压管与操纵器连接。液压泵站主要由油箱、油泵、液压/电气检测与控制部件、带主开关的电控面板、电缆及管路接头组成。装上油箱以稳定油压。通过电磁溢流阀进行液压设置。如果机器为允许卸载而关闭，溢流阀就会打开。液压泵站样机见图1.2。当设备正常工作时，温度调节器按规定时间与电磁水阀连接，并与冷却水冷却液压油连接。当油温超过66℃时，泵站自动停止运行；油温度低于22℃时，泵站自动停机。图1.2液压泵站样机（2）液压控制管路通过叠置闸阀分别直接控制爪子和腕部的液压管道，实现了对相应工作油缸的控制。为了防止液压系统超载损坏部件，通过节流阀设定相应缸体的膨胀速度，并在相应位置安装溢流阀以满足部件保护的要求。图1.3中显示了液压管道的连接。前动臂、上动臂和横臂的转动采用液压伺服控制。压力继电器的使用保证了设备的正常运行，使管道油压在合理的标称范围内。即当油压超过额定值时，工作阀立即开启，反之，关闭泵站后停止工作，电磁溢流阀排出。主阀瓣安装在手术室后部。将多个部件安装在主阀板上。电液伺服阀通过独立的屏蔽电缆与操纵器的电子线路板相连，控制操纵器的前动臂、上动臂和转动臂。每一个阀都配置独立的电路板。（a）主阀管路连接图（b）过渡阀管路连接图图1.3液压管路连接图（3）液压执行元件执行器分为直线轴、马达等，直线油缸带动机械手动臂前后摆动，前动臂上下摆动，手腕倾斜，爪子闭合。旋转式电机和旋转式电机控制整个机器或爪子。1.2液压系统设计1.2.1主要技术参数铸造加工机械手由6个油缸或马达组成，在这些参数中，F=237.5kN,V=57mm/s前动臂油缸输出力最大。1.2.2液压系统设计计算（1）计算系统工作压力前臂式液压缸处于p前p前计算得p前为了确保设备能正常、稳定地工作，实际工作液压压力必须增加一定的倍数，即系数k=1.1，即系统工作压力p。p=k计算得p=1.1×11.82MPa计算液压缸参数手爪开合油缸中，F（2）计算系统流量在所选的型式中，手爪开合油缸活塞的直径确定为d爪=80mm，最大速度V爪=51mm/s；手腕俯仰式油缸活塞的直径确定为d腕=125mm，最大速度V腕=67mm/s；上动臂油缸活塞的直径确定为d上=160mm，最大速度v上=83mm/s；前动臂油缸活塞的直径确定为d前=160mm，最大速度v前=57mm/s；旋转电动机的最大流量确定为Q回=10.09L/min；摇臂式电机最大流量Q摆=1.075L/min。由流量计算公式Q=sv=0.785dd是油缸活塞的直径，v是油缸的最高转速。经计算得手爪油缸工作时最大流量为Q爪手腕俯仰油缸最大流量为Q腕上动臂油缸最大流量为Q上前动臂的油缸的最大流量为Q前各部分同步工作，系统总流量Q最大，即Q=则Q=15.37+49.31+100.08+68.73+10.09+1.075L/min=247.655L/min（3）计算电机功率根据电机功率计算公式P=得电机功率P=（4）计算油箱容积冶炼设备的液压油箱容量一般选择7-10倍于最大每分钟流量，由于此液压系统比较简单，流量变化范围小，故适用的油箱容量公式V=7Q计算得油箱容积为V=7×247.655L=1731.585L油箱容积可以选择为V=1800L。按此方法选择轴向活塞泵。配有液压平衡配流盘及压力保护式溢流阀，结构紧凑，比功率大，压强高，变频调速方便，满足液压介质要求。选择电机，电机功率75KW。机箱下部考虑冷却系统，安装电机、控制阀等部件，提供足够的机箱空间，选用1800L。此外，根据工作需要，在油缸的某些部位安装压力调节阀和溢流阀，使油缸的压力和速度易于调整。1.3液压元件的选择1.1.1液压阀的选择（1）比例阀的确定①比例阀所需流量的计算比例阀所需的最大负载流量即液压缸所需的最大流量qvmax②比例阀的选择及其参数的确定在计算公称流量时，应采用一定的范围，并考虑泄漏的影响。为了加速，通常使用15%-30%的负荷流量作为阀门的流量储备。比例阀的流量为：qv0max液压缸克服最大负载的阀口压降为：pv所有类型的因素结合起来确定阀门规格。本文选用ATOS公司生产的电磁比例换向阀dhzo-tps-071-l3/I。公称流量QN=17L/min，最大工作压力35MPa，输入信号I=4-20mA。③比例放大器的确定配备比例阀的放大器由厂家提供，型号为E-ME-T05H，输入信号范围为±10V。⑤位移传感器的确定根据液压缸B的轮毂，选择排量传感器型号GT2M0200MH021V0，行程为200mm，0-+10V输出信号。（2）普通阀的确定选用的导向阀主要是根据通过阀门的最大流量和工作压力以及滑阀所需的工作状态，结合现有产品规格，选用公称通量和公称压力的产品，必要时也可参考，最大允许流量应大于额定流量，但不得过高。一般来说，通过阀门的最大流量不应超过额定流量的20%。如果压力和流量是压力释放阀，一般应满足油泵最大工作压力和流量。表1.1液压阀明细表序号名称实际流量（L/min）选用规格1三位四通电磁换向阀7.534EIV-H6B-TZLH3三位四通电磁换向阀7.534EM-H6B-TZLH4单向阀11.57S8P10B5溢流阀11.57YF-F10H1-S6单向阀11.57SBPIOB1.1.2液压泵的选择（1）确定液压泵的最大工作压力Pp。ppPS是液压系统的供给压力，∑Δp是液压泵和执行器之间的总管路损耗。从系统图可以看出：泵与液压缸B的串联包括一个单向阀和一个换向阀，其值pp（2）确定液压泵的流量qVPqVP输送泵CB-CI8C-FL选用液压四平运行，输出功率18ml/R，额定转速1800r/min。1.1.3辅助装置的选择（1）管道尺寸的确定也有铜管、塑胶管、尼龙管和胶管。本品弯曲装配方便，但压力一般小于65-100kg/cm2。机械手的液压系统多采用铜丝胶管，通常在管路中各部件之间有相对运动。尼龙可以承受内燃机50-60kg/cm2的压力，塑料管主要用于石油回收。管道内径计算d=4式中qv—通过管道内的流量（m3/s）v—管内允许流速（m/S），见表1.6。表1.2允许流速推荐值管道推荐流速（m/s）液压泵吸油管道0.5-1.5，一般常取1以下液压系统压油管道3-6，压力高，管道短，粘度小取大值液压系统回油管道1.5-2.6（2）管接头液力系统中，主管路是油管之间或油管与各种液压元件之间的总称。连结要求可靠、密封良好、结构简单、安装制造方便。机械手上管子的连接方式主要是风连接。其优点是螺纹接头易于拆卸、更换和安装。通常的接缝和主体接缝为60度锥形螺纹（e）和普通细螺纹（m）。当接合常规气体时，要用密封装置确保接合牢固。（3）滤油器对机械臂液压系统而言，保持油污的清洁十分重要。油污划伤、遮挡甚至堵塞了机械手的活动部件，堵塞了节流阀和节流阀及缓冲器上的小孔，影响了机械手的工作性能，导致机械手失效。因此，一般需要对滤油器进行过滤，以利用从入口到缓冲器的杂质液压系统前通常在泵进口安装机油滤清器，以保护油泵和所有通向系统的机油，过滤掉。如果系统中有精密的液压元件（如伺服阀等）以保证正常工作，则需要对油进行过滤，精滤油可放在精密液压元件之前。滤油要求如下：过滤器容量大，能隔离一定粒径范围内的杂质，抗油性小；过滤材料有一定的机械强度，油压下不会损坏。易于清洁维护，易于更换滤料。（4）油箱1）油箱用于储油、排热和沉淀，其调试容量不宜太小，最小值应能使整个液压系统充满油并有一定的容积空间。如果液压系统的热量无法释放，油温升高，粘度降低，影响机械手的进一步工作。这导致了机械手液压系统的热变形，降低了机械手的工作效率和定位精度。2）油箱容量的确定油箱容量的经验公式为V=aq式中qv—液压泵每分钟排出压力油的容积（m3）；a—经验系数，见下表。表1.3经验系数a系统类型行走机械低压系统中压系统锻压机械冶金机械a1-22-45-76-1210本系统属于低压系统，取a=4V=4×18.21×10选用液压泵站的油箱公称容量V=63L。选用液压油：选用受环境温度影响的氢-3磷酸钠液压液。

2.铸件搬运机械手的液压控制系统仿真随着机电液一体化技术的发展，液压系统在机械装备中的重要性进一步提高。特别是在液压系统的动态性能和控制精度上，以满足静态性能要求和实现预定动作循环为目的传统液压系统设计已经不能满足当前的工程需要，而计算机分析技术的出现，不仅能对液压系统设计的合理性、稳定性及可靠性进行预测，而且缩短了设计周期、提高设计效率。2.1AMESim软件简介AMESim软件是LMAGINE公司旗下的一款性能强大的液压仿真软件，该软件能够采用基于键合图的仿真建模方法对液压系统和机械系统进行建模仿真。经过该软件的不断完善和其接口扩展的增加，已为机械、流体、电气等多个工程领域提供了一个较完善的综合仿真环境及灵活的解决方案。虽然目前应用较广泛的液压仿真软件还有瑞典的Hopsan软件、英国的Bath/fp软件以及美国的Simulink软件，但综合比较其特点后，本章选用了AMESim液压仿真软件对重载AGV舵轮的液压系统及部件进行建模仿真分析。AMESim软件各模型库中的模型都经过了严格的测试和实验验证，便于用户直接选取模型进行仿真分析和优化，并且能减少开发成本，缩短开发周期。AMESim软件界面建模和仿真如下图2.1所示。图2.1AMESim软件界面综上所述，可以将AMESim软件的特点概括如下：1）软件模块库内容丰富，且应用范围广，可以与不同的仿真软件进行联合仿真。2）软件可以直接利用图形建模，避免了如Hopsan仿真软件较多的繁琐程序编写。3）软件有较多仿真软件的连接接口，方便了用户使用其与其他软件联合仿真。4）软件可以利用其二次开发平台功能，以程序代码的方式转化为图形模式。5）软件开发公司完善的技术支持服务，并且可以为客户提供专业的二次开发。2.2液压系统建模本课题采用AMESim软件对铸件搬运机械手液压系统进行建模与仿真，并在理解软件设计库元器件的功能和作用下，以一般建模步骤方法对铸件搬运机械手液压系统建模过程进行如下概述，其中建立模型过程中对于不影响液压系统仿真元件不予考虑。2.2.1草图模式在AMESim软件平台建模仿真时，首先要进入草图模式。所选用元件的模型类型均采用国际标准符号，可以直观的表示出来，并符合液压系统的工作原理。在构建重载AGV舵轮的液压系统草图阶段，主要使用的有“机械库”、“液压库（HYD库）”、“液压元件设计库（HCD库）”，为了便于重载AGV舵轮系统的仿真分析，对于部分液压元件直接使用液压库（HYD库）的简化元件模型，如建立三位四通阀模型时，采用HYD库中的标准液压缸模型（HSV34-03），溢流阀模块（RV000）以及比较模块（LT00）来完成，如图2.2所示。图2.2AMESim标准液压库模型在选定液压元件、机械元件以及液压设计元件之后，按照重载AGV舵轮的工作原理，设计并绘制液压系统草图模型。同时考虑重载AGV舵轮实际工作中，模型需要在泵排出管路上设置安全阀。在AMESim草图模式中建立重载AGV舵轮液压系统如图2.3所示。图2.3铸件搬运机械手液压系统草图模型2.2.2子模型选取AMESim软件对模型进行参数设置之前，通常要对草图中的元器件赋予一个子模型，因为草图阶段只是对建立了仿真模型之间的联系，而仿真模型的具体特性还没有给定，对于AMESim软件中所对应的子模型可能有一个或多个。再进行子模型的选定时，选定子模型要根据模型的实际情况，为每个元件选择子模型（数学模型）。本课题在对重载AGV舵轮液压系统建模时参考液压系统设计的实际要求，选取符合元件的子模型，如表2.1所示。表2.1重载AGV舵轮液压系统元件子模型液压元件子模型单向调速阀CV005手动换向阀RV000质量块MAS