0403024崔建偉液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計

1、畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 題題 目目 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計 學(xué)學(xué) 院院 機(jī)械工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)械工程及自動化 班班 級級 機(jī)自 0708 學(xué)學(xué) 生生 崔 建 偉 學(xué)學(xué) 號號 20070403024 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 楊 可 森 二一一年五月三十日 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - i - 摘 要 液壓搬運(yùn)機(jī)械手是一種被設(shè)計用于深孔鏜床上下料，可以重復(fù)編程、具有多種 功能的專用設(shè)備，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化。通過文獻(xiàn) 檢索、企業(yè)調(diào)研，對液壓搬運(yùn)機(jī)械手的整機(jī)結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)進(jìn)行歸納分析，對國內(nèi) 外工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了總結(jié)。本文對液壓搬運(yùn)機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳 細(xì)的設(shè)計，其中對上

2、下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動過程都做了詳細(xì)的討論。同時對 機(jī)械手的手指夾緊，小手臂伸縮以及大、小手臂俯仰等動作進(jìn)行了分析、計算，最 終確定其尺寸。而后，介紹了搬運(yùn)機(jī)械手液壓驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理及液壓元件的選 用及設(shè)計過程。最后，簡要介紹了液壓搬運(yùn)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)部分。 通過計算分析校核，液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求，實現(xiàn) 了機(jī)械手承載能力大、運(yùn)動平穩(wěn)和任意位置安全自鎖等性能要求。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手；液壓系統(tǒng)；搬運(yùn)機(jī)構(gòu) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - ii - abstract hydraulic carrying manipulator is designed for a deep hol

3、e boring machine loading and unloading, reprogrammable, multifunctional equipment. it can replace human heavy labor to achieve the mechanization and automation of production. through literature search, business research, i have summarized and analyzed the hydraulic manipulators whole structure and f

4、unction characteristics, summarized domestic and foreign industrial robots development. in this paper, the main structure of hydraulic carrying manipulator is designed in detail, in which the overall structure of the loading and unloading robot, motion process is discussed in detail. at the same tim

5、e, the clamping fingers, small telescopic arm, small and large pitch arm and other activities of the manipulator were analyzed, calculated and its size is ultimately determined. then, working principle of hydraulic drive system and the selection and design process of hydraulic components of the hydr

6、aulic handling manipulator are introduced. finally, the electrical control system of the hydraulic handling manipulator is descripted in brief. through calculation and analysis, the design of hydraulic carrying manipulator has reached the design requirements which is expected, the manipulator carryi

7、ng capacity, smooth movement and arbitrary position safe self-locking etc performance requirements is realized. key words：manipulator; hydraulic system; handling agencies 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - iii - 目 錄 摘要.i abstract.ii 1 前言 .1 1.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手發(fā)展方向.1 1.2 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計目的.1 1.3 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計任務(wù).2 1.3.1 設(shè)計方案.2 1.3.2 設(shè)計要求.2 2 液

8、壓搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計.4 2.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動簡圖.4 2.2 液壓搬運(yùn)機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算.4 2.2.1 “滑槽杠桿式”手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計 算.5 2.2.2 手指夾緊力計算.6 2.2.3 手指夾緊缸驅(qū)動力計算.7 2.2.4 手指夾緊液壓缸的計算.7 2.2.5 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算.9 2.3 液壓搬運(yùn)機(jī)械手橫移腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算.11 2.3.1 腕部橫移液壓缸驅(qū)動力計算.11 2.3.2 腕部液壓缸的計算.13 2.3.3 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算.15 2.4 液壓搬運(yùn)機(jī)械手小臂伸縮缸設(shè)計及計算.15 2.4.1 小臂伸縮液壓缸驅(qū)動力計算.16 2.4.

9、2 小臂伸縮液壓缸的計算.18 2.4.3 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算.19 2.5 液壓搬運(yùn)機(jī)械手小臂俯仰液壓缸設(shè)計及計算.20 2.5.1 小臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計算.20 2.5.2 小臂俯仰液壓缸驅(qū)動力的計算.21 2.5.3 小臂俯仰液壓缸的計算.22 2.5.4 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算.23 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - iv - 2.6 液壓搬運(yùn)機(jī)械手大臂俯仰液壓缸設(shè)計及計算.23 2.6.1 大臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計算.23 2.6.2 大臂俯仰液壓缸驅(qū)動力的計算.25 2.6.3 大臂俯仰液壓缸的計算.25 2.6.4 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算.26 3 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

10、.27 3.1 液壓驅(qū)動系統(tǒng)傳動方案的確定.27 3.2 計算和選擇液壓元件.28 3.2.1 液壓泵及電動機(jī)的選擇.28 3.2.2 油箱容積的計算.29 3.2.3 液壓元件的選定.30 4 電氣控制系統(tǒng)簡介.32 5 結(jié)論.34 參考文獻(xiàn).35 致謝.37 附錄.38 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 1 - 1 前言 1.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手發(fā)展方向 機(jī)械手是一種被設(shè)計用來搬運(yùn)物體、部件、工具或特定設(shè)備的，可以重復(fù)編程、 具有多種功能的操作器。它通過一系列可變的程控動作來完成各種各樣的任務(wù)。進(jìn) 入 20 世紀(jì) 90 年代以來，由于具有一般功能的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用趨向飽和，而 許多高級生產(chǎn)和特種應(yīng)用

11、則需要具有各種智能的機(jī)械手參與，因而促使智能機(jī)械手 獲得較為迅速的發(fā)展。無論從國際或國內(nèi)的角度來看，復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè) 的一條重要途徑就是開發(fā)具有各種功用的機(jī)械手，以求提高機(jī)械手的性能，擴(kuò)大其 功能和應(yīng)用領(lǐng)域。回顧近 10 多年來國內(nèi)外機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展歷程，可歸結(jié)出下列趨 勢： 1）傳感型機(jī)械手發(fā)展較快 2）開發(fā)新型智能技術(shù) 3）采用模塊化設(shè)計技術(shù) 4）機(jī)器人工程系統(tǒng)呈上升趨勢 5）微型機(jī)械手的研究有所突破 6）應(yīng)用領(lǐng)域向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)擴(kuò)展 液壓機(jī)械手在國內(nèi)外從 20 世紀(jì) 60 年代開始使用，最近三四十年發(fā)展尤為迅速， 而且機(jī)械手進(jìn)入了一個快速發(fā)展的時期。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，特別是

12、液壓技術(shù) 的應(yīng)用，給機(jī)械手帶來了更為廣闊的發(fā)展空間。液壓技術(shù)與微電子技術(shù)、計算機(jī)控 制技術(shù)以及傳感技術(shù)的緊密結(jié)合大大提高了機(jī)械手的自動化程度，從而進(jìn)一步提高 了生產(chǎn)效率，降低了成本，提高了作業(yè)舒適性，使其安全性、可靠性、使用壽命和 操作性能都更上一層樓。 從整個工業(yè)領(lǐng)域來看，對工業(yè)機(jī)械手的需求越來越大，性能指標(biāo)越來越高。運(yùn) 動學(xué)系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手的底層核心部分，對其關(guān)鍵技術(shù)，如運(yùn)動學(xué)建模、運(yùn)動學(xué)方 程的求解、運(yùn)動空間插值算法等的研究，將從很大程度上決定著一個機(jī)械手系統(tǒng)的 基本性能。隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人已成為工業(yè)的現(xiàn)代化程度的標(biāo)志?？偟膩碚f， 對機(jī)械手控制及運(yùn)動系統(tǒng)的研究在理論和應(yīng)用上都具有重要

13、的意義。 1.2 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計目的 在機(jī)械制造工業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手常用作在單機(jī)或自動線上抓取傳送工件、刀具、 材料等，可以使操作工人從繁重、單調(diào)、重復(fù)的體力勞動中解放出來。因而廣泛應(yīng) 用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門，特別是在高溫、危險的作業(yè)環(huán) 境（放射性、有害氣體、粉塵、易燃、易爆等）中代替人的部分操作，不僅能大大 減輕人的勞動強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率而且保證了人生安全。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 2 - 本次設(shè)計的目的有如下幾點(diǎn)： （1）通過液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計，把有關(guān)課程的中所獲得的理論知識在實際中 綜合的加以運(yùn)用，使這些知識得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識和生產(chǎn)密切的結(jié)合起

14、 來。因此，液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計是今后走上工作崗位從事專業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)。 （2）通過本次設(shè)計，培養(yǎng)自己獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計的能力，樹立正確的設(shè)計思 想，掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)方法和步驟，為今后的設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。 （3）在設(shè)計過程中，熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范； 熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)。 1.3 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計任務(wù) 此次設(shè)計的液壓搬運(yùn)機(jī)械手是一種用于深孔鏜床上下料的專用工業(yè)機(jī)械手，設(shè) 計工作主要包括了解上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動過程，需對手指夾緊，手臂伸 縮，手臂回轉(zhuǎn)以及手臂俯仰等動作進(jìn)行分析、計算，最終確定其尺寸。 1.3.1 設(shè)計方案 此次研究設(shè)計的機(jī)械

15、手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或 工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié) 構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動） 、 移動或復(fù)合運(yùn)動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升 降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置 和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多， 機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有 23 個自 由度。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，此次設(shè)計 的重點(diǎn)在于整

16、機(jī)和主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時也要了解上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)， 運(yùn)動過程，而且需要對手指夾緊，手臂伸縮以及手臂俯仰等動作進(jìn)行分析、計算， 最終確定這些機(jī)構(gòu)的尺寸。最后要對液壓驅(qū)動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)做一些簡單的原 理性的設(shè)計。 1.3.2 設(shè)計要求 此次設(shè)計的液壓搬運(yùn)機(jī)械手是車間生產(chǎn)線上用于深孔鏜床上下料的專用機(jī)械手， 此機(jī)械手可以自動抓取工件，從而使操作工人從繁重單調(diào)的體力勞動中解放出來。 因此要求設(shè)計的液壓搬運(yùn)機(jī)械手可以按以下順序動作：原始位置卸料動作 裝料動作。具體動作順序：原始位置（大手臂豎立、小手臂伸出并處于水平 位置、手腕橫移向右、手指松開）手指夾緊（抓住卡盤上的工件）手 腕橫移向左

17、（從卡盤上卸下工件）小手臂上擺大手臂下擺手指 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 3 - 松開（將工件放在料架上）小臂收縮（料架轉(zhuǎn)工位）小臂伸出 手指夾緊（抓住待加工工件）大手臂上擺（由料架上取走工件）小手 臂下擺手腕橫移向右（機(jī)械手將工件裝在深孔鏜床的主軸卡盤上）手 指松開（原位） 。整個液壓系統(tǒng)用一套油源，通過 plc 控制系統(tǒng)來控制電磁換向閥， 使機(jī)械手實現(xiàn)以上動作順序。 1. 機(jī)械手抓取工件的最大重量 200kg； 2. 機(jī)械手伸縮臂長為 1.5m； 3. 機(jī)械手最大回轉(zhuǎn)速度 0.5rad/s； 4. 機(jī)械手最大回轉(zhuǎn)角加速度 0.3rad/； 2 s 5. 機(jī)械手能準(zhǔn)確定位、平穩(wěn)啟動并可以在任意位置

18、自鎖。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 4 - 2 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計 液壓搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)的設(shè)計通常是先進(jìn)行粗略的估算,或類比同類結(jié)構(gòu),根據(jù)運(yùn) 動參數(shù)初步確定有關(guān)機(jī)構(gòu)的主要尺寸,在進(jìn)行校核計算,修正設(shè)計,如此反復(fù)數(shù)次,繪 出最終的結(jié)構(gòu)。 2.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動簡圖 在設(shè)計與研究液壓搬運(yùn)機(jī)械手的主要機(jī)構(gòu)之前，要先畫出機(jī)械手的傳動示意圖， 以便對現(xiàn)有的機(jī)械手進(jìn)行分析，對新設(shè)計的機(jī)械手的傳動方案進(jìn)行比較以確定最佳 方案，故通常用簡單的運(yùn)動符號表示。 根據(jù)設(shè)計要求，擬定的液壓搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動簡圖如下 圖 2.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動簡圖 2.2 液壓搬運(yùn)機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 手部是機(jī)械手直接用于抓取和

19、緊握工件的部件。它具有模仿人手動作的功能， 并安裝于機(jī)械手手臂的前端。液壓搬運(yùn)機(jī)械手的手部可以完成手指抓緊和手腕橫移 兩個運(yùn)動。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)是最常見的一種手部結(jié)構(gòu)，按模仿人手手指的動作，手 部結(jié)構(gòu)可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型（圖 2.2a） 、二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型（圖 2.2b）和移動型（圖 2.2c） ，其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 5 - 圖 2.2 手指運(yùn)動型式示意圖 回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡單 ，形狀小巧，夾緊力大，制造容易，應(yīng)用廣 泛?？紤]到以上因素，故此選用二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型手部結(jié)構(gòu)。 2.2.1 “滑槽杠桿式”手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算 滑槽杠桿式手部的結(jié)構(gòu)簡圖如下所示 1.手指

20、2.銷軸3.拉桿4.指座 圖 2.3 滑槽杠桿式手部受力分析 圖中，f液壓缸拉力 n手指夾緊力 兩手指的滑槽對銷軸的反作用力（o 為銷軸中心） 12 ,f f 根據(jù)銷軸的平衡條件，即得；得0 x f 12 ff0 y f (2-1) 1 2cos f f 由點(diǎn)力矩平衡條件得 1 o 1( ) 0 o mf 1 f hn b 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 6 - (2-2) cos a h (2-3) 2 2 cos b fn a 其中，手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對稱中心線的距離a 工件夾緊時手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間夾角 故由 2-3 式知：越大，n 越大，但太大會導(dǎo)致拉桿行程過大以及滑槽尺寸增大， 因此

21、=。3040 2.2.2 手指夾緊力計算 手指加在工件上的夾緊力是設(shè)計手部的主要依據(jù)。一般來說，夾緊力必須克服 工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷以及工件運(yùn)動狀態(tài)變化所產(chǎn)生的載荷（慣性力和慣性力 矩） ，以使工件保持可靠地加緊狀態(tài)。 手指對工件的夾緊力可按下式進(jìn)行計算： (2-4) 123n fkkkg 式中安全系數(shù)，通常取= 1 k 1 k1.22.0 工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力影響。可按下式近似估算 2 k 2 k (2-5) 2 1 a k g 其中運(yùn)載工件時重力方向最大上升加速度a 重力加速度，g 2 9.8/gmm s (2-6) max v a t 響 式中運(yùn)載工件時重力方向最大上升速度

22、max v 系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時間，t響=0.030.5st 響 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 7 - 方位系數(shù)，由手指與工件形狀和它們的位置選定，參見1表 2-2 3 k 工件重力（n）g 由 2-4 式計算手指夾緊力 n 選定安全系數(shù)=1.6 1 k 由設(shè)計要求可估算，運(yùn)載工件時重力方向最大上升速度， max 0.5 1.50.75/vm s 到達(dá)的時間可由設(shè)計要求推算為 max vt響 (2-7) 2 0.5/ 1.67 0.3/ rad s ts rad s 響 則，取 2 max 0.75 =0.45/ 1.67 v am s t 響 2 9.8/gmm s 故 工況系數(shù) 2 0.45 11

23、1.046 1.67 a k g 由1表 2-2 查的 =0.5（手指水平放置夾水平放置圓棒） 3 k 綜上所述，知=1.6，=1.046，=0.5 且估算工件重力 1 k 2 k 3 k 200 9.81960gn 手指夾緊力1.6 1.046 0.5 19601640nn 2.2.3 手指夾緊缸驅(qū)動力計算 由液壓缸驅(qū)動力 f 與夾緊力 n 關(guān)系式 (2-8) 2 2 =cos b fn a 計算 選定圖 2.3 中的結(jié)構(gòu)參數(shù),b, 如下a =100mm，b=200mm, =a30 計算液壓缸驅(qū)動力 (2-9) 2 2 200 =cos 3016404920 100 fn 計算 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)

24、設(shè)計 - 8 - 手抓的機(jī)械效率一般取，故取0.80.90.85 (2-10) 4920 =5788 0.85 f fn 計算 實際 2.2.4 手指夾緊液壓缸的計算 圖 2.4 所示為手指夾緊液壓缸的夾緊裝置原理圖，如下 圖 2.4 夾緊裝置原理圖 如圖所示，液壓缸的拉力為 (2-11) 22 = 4 fp 實際 （d -d） 選取活塞桿直徑 d=0.5d，壓力油工作壓力 6 5 10ppa 2 26 4 4 5788 4.43 1044 (1 0.5 )5 100.75 f dmmm p 實際 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列（gb/t2348-1993）選取液壓缸內(nèi)徑為，則活塞50dmm 桿直徑為25

25、dmm 液壓缸壁厚計算，在實際使用中有下列三種公式： （1）中等壁厚：即 163.2 時 d (2-12) 1 1 (2.3 ) p d c p 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 9 - 式中 p液壓缸內(nèi)工作壓力 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時） 計入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 液壓缸內(nèi)徑（m） （2）薄壁：即 16 時 d (2-13) 1 2 p d （3）厚壁：即當(dāng)3.2 時 d (2-14) 1 1 0.4 (1) 2 1.3 pd p 式中 b n 材料抗拉強(qiáng)度 b n安全系數(shù),n=3.55 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力: 鍛鋼=110120mpa 鑄鐵=60mpa 無縫鋼管=100

26、110mpa 選用缸體材料為鍛鋼=110120mpa，中等壁厚，則手指夾緊缸壁厚計算如下： 5 50 1 2.3 1205 mm 由 jb1068-67 查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計要求和 gb/t2349- 1 60d 1980 選用活塞桿行程 =50mm。l 2.2.5 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 10 - 圖 2.5 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與受力簡圖 缸蓋的受力為保證聯(lián)接的緊密性,必須規(guī)定螺釘?shù)拈g距 ，然后決定螺釘?shù)臄?shù)目.每 1 t 個螺釘在危險剖面上承受的拉力為工作載荷和預(yù)緊力之和 0q f q f qs f (2-15) 0qqqs fff 式中 2 4 q

27、 d p f f zz f 驅(qū)動力（n） z螺釘數(shù)目 p工作壓力（pa） 預(yù)緊力=k,其中 k=1.51.8 qs f qs f q f d危險剖面直徑(m) 螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 0 22 11 1.34 = 4 qqj ff dd 合 (2-16) 1 4 qj f d 式中 計算載荷（n）; qj f =1.3 qj f 0q f 工作載荷（n）且= 0q f 0q f 2.5f z 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 11 - f液壓缸驅(qū)動力 z螺釘或螺栓個數(shù) n=1.22.5 s n 抗拉許用應(yīng)力(mpa) 螺紋內(nèi)徑 1 d 螺釘材料屈服極限（見表 2.1） s q 表 2.1 常用螺釘材料的屈服極限

28、 鋼 號 10 q215 q235 35 45 40cr s （mpa) 210 220 240 320 360650900 根據(jù)上表，螺栓或螺釘材料選用 q235，則240 s mpa 取螺栓或螺釘個數(shù) z=4，n=2 故 工作載荷=，所以由 2-16 式計算螺釘 0q f 2.5 5788 4 或螺栓直徑如下 1 d (2-17) 0 1 4 1.3 7.1 120 q f dmm 由“液壓元件油口螺紋聯(lián)接尺寸 gb/t2878-1993”取 m8 螺釘 注：由于工作壓力 p=5mpa，故螺釘間距 小于 100mm（下同） 。 1 t 2.3 液壓搬運(yùn)機(jī)械手橫移腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 手腕部件

29、設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動的基礎(chǔ)上進(jìn)一步 改變或調(diào)整手部在空間的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧， 適應(yīng)性更強(qiáng)。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的腕部橫移液壓缸可以等效為如下簡圖進(jìn)行計算： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 12 - 圖 2.6 腕部橫移液壓缸等效受力簡圖 2.3.1 腕部橫移液壓缸驅(qū)動力計算 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的腕部橫移液壓缸可以等效為做水平伸縮直線運(yùn)動的液壓缸進(jìn) 行設(shè)計計算。根據(jù)液壓缸運(yùn)動時所需要克服的摩擦、回油背壓及慣性等幾個方面的 阻力，來確定液壓缸所需的驅(qū)動力。 液壓缸活塞驅(qū)動力計算 (2-18)+f +f +fff 回摩密慣 式中摩擦阻力f摩 密封裝置處的摩擦

30、阻力f密 液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力f回 啟動或者制動時，活塞桿所受的平均慣性f慣 （1）的計算f摩 由的計算公式進(jìn)行計算f摩 (2-19)fg 摩 其中參加運(yùn)動的零部件重力（含工件） （n）g 運(yùn)動部件之間的摩擦系數(shù)，鋼對鑄鐵的摩擦系數(shù)一般取0.180.3 根據(jù) 2-19 式，估算=2500 n，另取摩擦系數(shù)=0.28，則g n=2500 0.28700ff 摩 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 13 - （2）的計算f密 此缸采用“o”型密封圈進(jìn)行密封，且工作壓力mpa，d=0.5d，由圖510p 2.6 知液壓缸密封處總的摩擦力為 2 +f=0.03ff 封1封 （3）的計算f回 一般背壓阻力

31、較小，可按=0.05ff回 （4）的計算f慣 (2-20)= gv f gt 慣 其中g(shù)參與運(yùn)動的零部件所受的總重力（包括工件重量） g重力加速度，取 9.81 由靜止加速到常速的變化量v 起動過程時間。一般取 0.010.5 s，對輕載低速運(yùn)動部件取較小值，t 對重載取較大值 根據(jù) 2-20 式，由設(shè)計要求取=0.1 m/s，=0.1 s，g=2500 n，則vt n 2500 0.1 =255 9.81 0.1 f 慣 根據(jù)（1） 、 （2） 、 （3） 、 （4）所分析，結(jié)合 2-18 式得：驅(qū)動力 f 7000.030.05255fff 得0.92f=955 n n1038f 2.3.

32、2 腕部液壓缸的計算 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 14 - 圖 2.7 雙作用液壓缸示意圖 （1）腕部橫移液壓缸內(nèi)徑的計算 當(dāng)油進(jìn)入無桿腔時： 2 1 4 d ffp 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔時： 22 2 4 dd ffp 液壓缸的有效面積： 1 f s p 故有： （無桿腔） (2-21) 11 4 1.13 ff d pp （有桿腔） (2-22) 2 1 4f dd p 式中 f 驅(qū)動力（n） 液壓缸的工作壓力（pa） 1 p 活塞桿的直徑（m）d 液壓缸的直徑（m） d 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 15 - 液壓缸的機(jī)械效率。 初步設(shè)計中取機(jī)械效率為=0.85。代入已求得的 f=1038 n, 則 無桿腔

33、算得的液壓缸內(nèi)徑 d=16 mm，有桿腔算得的液壓缸內(nèi)徑為 d=19.3 mm，故由 gb/t 2348-1993取 d=32 mm。取 活塞桿直徑 d=0.5d、工作壓力 p=5 mpa，所以 d=16 mm （2）腕部橫移液壓缸壁厚及外徑的計算： 腕部橫移液壓缸設(shè)計成中等壁厚，中等壁厚：即 163.2 時 d 1 1 (2.3 ) p d c p 式中 p液壓缸內(nèi)工作壓力 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時） 計入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 液壓缸內(nèi)徑（m） 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力: 鍛鋼=110120mpa 鑄鐵=60mpa 無縫鋼管=100110mpa 選用缸體材料為鍛鋼

34、=110mpa，中等壁厚，則腕部橫移缸壁厚計算如下： 5 20 0.4 2.3 1105 mm 由 jb1068-67 查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計要求和 gb/t2349- 1 36d 1980 選用活塞桿行程 =80mm。l 2.3.3 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算 根據(jù)表 2.1，螺栓或螺釘材料選用 q235，則，取螺栓或螺釘個數(shù)240 s mpa z=4，mpa。故 由 2-16 式計算螺釘或螺栓直徑如下： 240 1 d 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 16 - 0 1 4 1.3 120 q f d 工作載荷（n）且= 0q f 0q f 2.5f z f液壓缸驅(qū)動力 將驅(qū)動力 n 帶

35、入上式求得1038f mm 1 4 1.3 1038 2.5 3.0 4 120 d 由“液壓元件油口螺紋聯(lián)接尺寸 gb/t2878-1993”取 m5 螺釘 2.4 液壓搬運(yùn)機(jī)械手小臂伸縮缸設(shè)計及計算 臂部運(yùn)動的目的是把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)。手臂的各種運(yùn)動通 常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)（如液壓缸）和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在 工作中既直接承受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運(yùn)動又較多，故手里 復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度等直接影響機(jī) 械手的工作性能。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的小臂結(jié)構(gòu)采用雙導(dǎo)向桿的手臂伸縮機(jī)構(gòu)，由于手臂伸縮缸安 裝在兩根導(dǎo)向桿之

36、間，由導(dǎo)向管承受彎曲作用，活塞桿均受拉壓，故受力簡單，傳 動平穩(wěn)。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的小臂伸縮液壓缸可以等效為如下簡圖進(jìn)行計算： 圖 2.8 機(jī)械手小臂伸縮液壓缸受力等效簡圖 2.4.1 小臂伸縮液壓缸驅(qū)動力計算 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 17 - 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的小臂伸縮液壓缸可以等效為做垂直伸縮直線運(yùn)動的液壓缸進(jìn) 行設(shè)計計算。根據(jù)液壓缸運(yùn)動時所需要克服的摩擦、回油背壓及慣性等幾個方面的 阻力，來確定液壓缸所需的驅(qū)動力。 液壓缸活塞驅(qū)動力計算 (2-23)+f +f +fffg 回摩密慣 式中摩擦阻力,。手臂運(yùn)動時，為運(yùn)動件表面的摩擦阻力。若是導(dǎo)向裝置，f摩 則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力 密封裝置

37、處的摩擦阻力f密 液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力f回 啟動或者制動時，活塞桿所受的平均慣性f慣 零部件及工件所受總重力g （1）的計算f摩 由摩擦阻力的計算公式進(jìn)行計算f摩 (2-24)4 a fff 摩 其中摩擦系數(shù)，取=0.18ff 如圖 2.8，導(dǎo)向桿與導(dǎo)向套筒間的摩擦阻力。為保證小臂伸縮液壓缸 a f 不產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，則。取=500 n4 a fg a f 根據(jù) 2-24 式，計算的為f摩 n=4 500 0.16320f 摩 （2）的計算f密 小臂伸縮液壓缸采用“o”型密封圈進(jìn)行密封，且工作壓力 mpa，d=0.5d，由圖 2.8 知液壓缸密封處總的摩擦力為510p 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)

38、計 - 18 - (2-25)=ffff 密封1封2封3 又 2 +f=0.03ff 封1封 其中f驅(qū)動力 =fpd l 封3 式中工作壓力，取 5 mpap 6 10 摩擦阻力，（?。?.050.0230.030 伸縮油管直徑（m）d 密封有效長度（m）l 根據(jù)設(shè)計要求，取 d=0.04m， =0.00265l n 6 =5 100.03 0.04 0.00265=15.916f 封3 （3）的計算f回 一般背壓阻力較小，可按=0.05ff回 （4）的計算f慣 (2-26)= gv f gt 慣 其中g(shù)參與運(yùn)動的零部件所受的總重力（包括工件重量） g重力加速度，取 9.81 由靜止加速到常速

39、的變化量,取=0.2 m/svv 起動過程時間。一般取 0.010.5 s，對輕載低速運(yùn)動部件取較小值，t 對重載取較大值 根據(jù) 2-26 式，由設(shè)計要求取=0.2 m/s，=0.2 s，g=3000 n，則vt n 3000 0.2 =306 9.81 0.2 f 慣 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 19 - 根據(jù)以上（1） 、 （2） 、 （3） 、 （4）所分析，結(jié)合 2-23 式得：驅(qū)動力f計算 3200.03160.053063000fff 計算計算計算 n3960f 計算 取液壓缸機(jī)械效率，則 驅(qū)動力 n0.94400 f f 計算 2.4.2 小臂伸縮液壓缸的計算 （1）小臂伸縮液壓缸內(nèi)徑

40、的計算 根據(jù) 2-21、2-22 式，初步設(shè)計中取機(jī)械效率為=0.85。代入已求得的驅(qū)動力 f=4400 n, 則 由 2 4 fdp 得 2 6 4400 4 5 10 d mm33.5d 故由 gb/t 2348-1993取 d=40 mm。取 活塞桿直徑 d=0.5d、工作壓力 p=5 mpa，所以 d=20 mm （2）小臂伸縮液壓缸壁厚及外徑的計算： 小臂伸縮液壓缸設(shè)計成中等壁厚，中等壁厚：即 163.2 時 d 1 1 (2.3 ) p d c p 式中 p液壓缸內(nèi)工作壓力 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時） 計入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 液壓缸內(nèi)徑（m） 一般常用缸

41、體材料的許用應(yīng)力: 鍛鋼=110120mpa 鑄鐵=60mpa 無縫鋼管=100110mpa 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 20 - 選用缸體材料為鍛鋼=110mpa，中等壁厚，則小臂伸縮液壓缸壁厚計算如下： 5 40 0.8 2.3 1105 mm 由 jb1068-67 查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計要求和 gb/t2349- 1 50d 1980 選用活塞桿行程 =800mm。l 2.4.3 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算 根據(jù)表 2.1，螺栓或螺釘材料選用 q235，則，取螺栓或螺釘個數(shù)240 s mpa z=4，mpa。故 由 2-16 式計算螺釘或螺栓直徑如下： 240 1 d 0 1

42、4 1.3 120 q f d 工作載荷（n）且= 0q f 0q f 2.5f z 液壓缸驅(qū)動力f 將驅(qū)動力 n 帶入上式求得4400f mm 1 4 1.3 4400 2.5 6.2 4 120 d 由“液壓元件油口螺紋聯(lián)接尺寸 gb/t2878-1993”取 m8 螺栓 2.5 液壓搬運(yùn)機(jī)械手小臂俯仰液壓缸設(shè)計及計算 液壓搬運(yùn)機(jī)械手小臂俯仰液壓缸可以為機(jī)械手的小臂作回轉(zhuǎn)運(yùn)動提供動力，經(jīng) 過分析知液壓缸處于初始位置時的受力最大，機(jī)械手初始位置模型如下： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 21 - 圖 2.9 機(jī)械手初始位置模型 2.5.1 小臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計算 驅(qū)動手臂仰俯的驅(qū)動力矩，應(yīng)克服手臂

43、等部件的重量對回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重 力矩和手臂在啟動時所產(chǎn)生的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副處摩擦力矩，即 (2-27)=mmmm 驅(qū)慣偏摩 式中鉸接處的摩擦力矩，采用滾動軸承時=0m摩m摩 手臂等部件重量對回轉(zhuǎn)軸線（轉(zhuǎn)動點(diǎn) a）的偏重力矩（n m）m偏 手臂做俯仰運(yùn)動時啟動的慣性力矩m慣 (2-28)= w m t 慣工件 起 （j+j） 式中工件對手臂回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（）j工件 2 n m s 手臂回轉(zhuǎn)部件對手臂回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動慣量（）j 2 n m s 手臂回轉(zhuǎn)過程的角速度w 起動過程中所需的時間（s） ，一般取t起0.050.3s 故 22 11 500 1.5375/ 33 jm ln ms 濟(jì)

44、南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 22 - 22 =2500 1.55625/jm ln ms 工件 由設(shè)計要求，取 s 則0.5/wrad s=0.2t起 0.5 =+15000 0.2 m 慣 （375 5625）n m 由圖 2.9 模型可計算m偏 =500 0.75+2500 1.5=4125m 偏 n m 根據(jù) 2-27 式，計算得m驅(qū) =15000412519125mmmm 驅(qū)慣偏摩 n m 2.5.2 小臂俯仰液壓缸驅(qū)動力的計算 n f 根據(jù)圖 2.9 知，=0.5 n mf 驅(qū) n=38250 0.5 n m f 驅(qū) 2.5.3 小臂俯仰液壓缸的計算 （1）小臂俯仰液壓缸內(nèi)徑的計算 根據(jù) 2

45、-21、2-22 式，初步設(shè)計中取機(jī)械效率為=0.85。代入已求得的驅(qū)動力 f=38250 n, 則 由 2 4 fdp 得 2 6 4 38250 5 10 d mm98d 故由 gb/t 2348-1993取 d=100 mm。取 活塞桿直徑 d=0.5d、工作壓力 p=5 mpa，所以 d=50 mm （2）小臂俯仰液壓缸壁厚及外徑的計算： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 23 - 小臂俯仰液壓缸設(shè)計成中等壁厚，中等壁厚：即 163.2 時 d 1 1 (2.3 ) p d c p 式中 p液壓缸內(nèi)工作壓力 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時） 計入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 液壓缸內(nèi)徑

46、（m） 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力: 鍛鋼=110120mpa 鑄鐵=60mpa 無縫鋼管=100110mpa 選用缸體材料為鍛鋼=110mpa，中等壁厚，則小臂俯仰液壓缸壁厚計算如下： 5 100 2.0 2.3 1105 mm 由 jb1068-67 查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計要求和 gb/t2349- 1 121d 1980 選用活塞桿行程 =1000mm。l 2.5.4 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算 根據(jù)表 2.1，螺栓或螺釘材料選用 q235，則，取螺栓或螺釘個數(shù)240 s mpa z=6，mpa。故 由 2-16 式計算螺釘或螺栓直徑如下： 240 1 d 0 1 4 1.

47、3 200 q f d 工作載荷（n）且= 0q f 0q f 2.5f z 液壓缸驅(qū)動力f 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 24 - 將驅(qū)動力 n 帶入上式求得38250f mm 1 4 1.3 38250 2.5 11.4 6 200 d 由“液壓元件油口螺紋聯(lián)接尺寸 gb/t2878-1993”取 m12 螺栓 2.6 液壓搬運(yùn)機(jī)械手大臂俯仰液壓缸設(shè)計及計算 液壓搬運(yùn)機(jī)械手大臂俯仰液壓缸可以為機(jī)械手的大臂（既機(jī)身）作回轉(zhuǎn)運(yùn)動提 供動力，經(jīng)過分析知液壓缸處于終止位置時受力最大，機(jī)械手終止位置模型如下： 圖 2.10 機(jī)械手終止位置模型 2.6.1 大臂俯仰液壓缸驅(qū)動力矩計算 驅(qū)動手臂仰俯的驅(qū)動力矩，

48、應(yīng)克服手臂等部件的重量對回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重 力矩和手臂在啟動時所產(chǎn)生的慣性力矩以及各回轉(zhuǎn)副處摩擦力矩，即 (2-29)=mmmm 驅(qū)慣偏摩 式中鉸接處的摩擦力矩，采用滾動軸承時0m摩m摩 手臂等部件重量對回轉(zhuǎn)軸線的偏重力矩（n m）m偏 手臂做俯仰運(yùn)動時啟動的慣性力矩m慣 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 25 - (2-30)= w m t 慣工件 起 （j+j） 式中工件對手臂回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（）j工件 2 n m s 手臂回轉(zhuǎn)部件對手臂回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動慣量（）j 2 n m s 手臂回轉(zhuǎn)過程的角速度w 起動過程中所需的時間（s） ，一般取t起0.050.3s 故 22 11 500 1167/ 33

49、 jm ln ms 22 =3000 ( 2)6000/jm ln ms 工件 由設(shè)計要求，取 s 則0.3/wrad s=0.2t起 0.3 =+60009250.5 0.2 m 慣 （167）n m 由圖 2.10 模型可計算m偏 22 1 =30002+500+1000 (-)=4700 244 m 偏 n m 根據(jù) 2-29 式，計算得m驅(qū) =9251470013951mmmm 驅(qū)慣偏摩 n m 2.6.2 大臂俯仰液壓缸驅(qū)動力的計算 n f 根據(jù)下圖大臂俯仰液壓缸受力簡圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 26 - 圖 2.11 大臂俯仰液壓缸受力簡圖 知，=0.46 n mf 驅(qū) n=3032

50、8 0.46 n m f 驅(qū) 2.6.3 大臂俯仰液壓缸的計算 （1）大臂俯仰液壓缸內(nèi)徑的計算 根據(jù) 2-21、2-22 式，初步設(shè)計中取機(jī)械效率為=0.85。代入已求得的驅(qū)動力 f=30328 n, 則 由 2 4 fdp 得 2 6 4 30328 5 10 d mm88d 故由 gb/t 2348-1993取 d=90 mm。取 活塞桿直徑 d=0.5d、工作壓力 p=5 mpa，所以 d=45 mm （2）大臂俯仰液壓缸壁厚及外徑的計算： 大臂俯仰液壓缸設(shè)計成中等壁厚，中等壁厚：即 163.2 時 d 1 1 (2.3 ) p d c p 式中 p液壓缸內(nèi)工作壓力 強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼

51、管時） 計入管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值 液壓缸內(nèi)徑（m） 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 27 - 一般常用缸體材料的許用應(yīng)力: 鍛鋼=110120mpa 鑄鐵=60mpa 無縫鋼管=100110mpa 選用缸體材料為鍛鋼=110mpa，中等壁厚，則大臂俯仰液壓缸壁厚計算如下： 5 90 1.8 2.3 1105 mm 由 jb1068-67 查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計要求和 gb/t2349- 1 108d 1980 選用活塞桿行程 =400mm。l 2.6.4 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計算 根據(jù)表 2.1，螺栓或螺釘材料選用 q235，則，取螺栓或螺釘個數(shù)240 s mp

52、a z=6，mpa。故 由 2-16 式計算螺釘或螺栓直徑如下： 240 1 d 0 1 4 1.3 200 q f d 工作載荷（n）且= 0q f 0q f 2.5f z 液壓缸驅(qū)動力f 將驅(qū)動力 n 帶入上式求得30328f mm 1 4 1.3 30328 2.5 10.0 6 200 d 由“液壓元件油口螺紋聯(lián)接尺寸 gb/t2878-1993”取 m10 螺栓 3 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 液壓驅(qū)動技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù),它具有動力大,力(或力矩)慣量比大,快速 響應(yīng)高,易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點(diǎn),適用于承載能力大的工作場合?？紤]到液壓系統(tǒng) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 28 - 以上的一些特點(diǎn)，故

53、液壓搬運(yùn)機(jī)械手的驅(qū)動采用液壓系統(tǒng)。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手要完成物料搬運(yùn)（包括上、下料）的功能，所以選用有限點(diǎn)位 控制的程序控制機(jī)械手。在只有簡單搬運(yùn)作業(yè)功能的液壓機(jī)械手中，常常采用簡易 的邏輯控制裝置或編程控制，對液壓機(jī)械手實現(xiàn)有限位的控制。液壓搬運(yùn)機(jī)械手的 電氣控制部分將在第四章表述。 液壓系統(tǒng)在液壓搬運(yùn)機(jī)械手中所起的作用是通過電液轉(zhuǎn)換元件把控制信號進(jìn) 行功率放大，對液壓動力機(jī)構(gòu)進(jìn)行方向，位置和速度的控制，進(jìn)而控制機(jī)械手的手 臂、手腕和仰俯缸按給定的運(yùn)動規(guī)律動作。此液壓動力機(jī)構(gòu)采用直線液壓缸，用于 實現(xiàn)手臂的伸縮升降和仰俯轉(zhuǎn)動以及手腕的橫移運(yùn)動。 3.1 液壓驅(qū)動系統(tǒng)傳動方案的確定 根據(jù)液壓搬運(yùn)機(jī)

54、械手的工作狀況和設(shè)計要求可知，系統(tǒng)的壓力和流量不高，選 用電磁換向閥回路，并且采用可編程序控制器進(jìn)行控制，以獲得較好的自動化程度 和經(jīng)濟(jì)效益。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手采用單泵供油，手指夾緊、手腕橫移、手臂伸縮以及手臂的俯 仰等機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)供油，這樣可以有效的降低系統(tǒng)的供油壓力。為了防止多缸運(yùn)動 的系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，換向閥因此要采用中位“o”型換向閥。 同時考慮到，盡管手臂俯仰液壓缸是單一速度工作，但也需要進(jìn)行節(jié)流調(diào)速， 以保證液壓缸運(yùn)動的平穩(wěn)運(yùn)動。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的手臂伸縮和手臂俯仰或升降缸采用兩個單向節(jié)流閥來實現(xiàn)。 若只用一個節(jié)流閥調(diào)速時，則進(jìn)油要按照達(dá)到最大允許速度來調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥的流 量，因為當(dāng)無桿

55、腔進(jìn)油時，其速度就小于最大允許速度。 此外，手指夾緊缸在夾緊工件時，為防止失電等意外情況，應(yīng)加鎖緊保壓回路。 參考2知，在液壓搬運(yùn)機(jī)械手的液壓驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計中主要注意一下幾方面： （1）液壓缸設(shè)計：在確保密封性的前提下，盡量選用橡膠與氟化塑料組合的密 封件，以減少摩擦阻力，提高液壓缸的壽命； （2）定位點(diǎn)的緩沖與制動：因機(jī)械手手臂的運(yùn)動慣量較大，在定位點(diǎn)前要加緩 沖與制動機(jī)構(gòu)或縮緊裝置； （3）對慣性較大的運(yùn)動軸和接近機(jī)械手末端的腕部運(yùn)動軸的液壓缸兩側(cè)，最好 加設(shè)安全保護(hù)裝置，防止因碰撞過載損壞機(jī)械結(jié)構(gòu)。 根據(jù)以上所述，擬定的液壓搬運(yùn)機(jī)械手的液壓驅(qū)動系統(tǒng)原理圖如下所示： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 -

56、29 - 圖 3.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手液壓原理圖 3.2 計算和選擇液壓元件 在上述圖 3.1 中，已經(jīng)擬定了液壓搬運(yùn)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的主要回路，為了將原 理圖完善為完整的液壓驅(qū)動系統(tǒng)，還需要對液壓元件進(jìn)行計算和選型。 液壓搬運(yùn)機(jī)械手的手指夾緊液壓缸、手腕橫移液壓缸、小臂收縮液壓缸、小臂 俯仰液壓缸以及大臂俯仰液壓缸已經(jīng)在第二章中進(jìn)行了詳細(xì)的進(jìn)算，這里不再重復(fù) 計算選型。 3.2.1 液壓泵及電動機(jī)的選擇 （1）液壓泵的選用 根據(jù)設(shè)計要求知，小臂最大回轉(zhuǎn)速度，小臂俯仰缸距離回轉(zhuǎn)點(diǎn)為0.5/rad s 0.6m，則小臂俯仰缸最大伸縮速度 max 0.5 0.60.3vw l /m s 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)

57、計 - 30 - 活塞腔無桿腔面積 a 為 22 0.050.002 44 ad 2 m 小臂俯仰缸最大流量為 max q 3 maxmax 0.002 0.3 600.036/ min36 / minqa vml 根據(jù)以上計算結(jié)果，選用外嚙合齒輪泵 cb-32，其技術(shù)參數(shù)為額定流量 32q ml/r,額定壓力 mpa，轉(zhuǎn)速 n=1450 r/min，容積效率10 n p 0.9 n 液壓泵的流量校核： l/min32 1450 0.941.7 n qq n 可滿足要求。 （2）電機(jī)的選取 (3-1) ss p qp q n n 式中液壓系統(tǒng)供油壓力，取 5 mpa s p 液壓泵流量q 液壓

58、驅(qū)動系統(tǒng)效率，取 0.9 kw 1450 5 32 60 3.86 0.9 n 根據(jù)以上的計算，選定 4 kw，的異步電動機(jī)，型號 y112m-22825/ minnrad 3.2.2 油箱容積的計算 油箱容積量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，其容量的大小可以從散熱角度來設(shè)計。考慮冷 卻散熱后，從熱平衡角度計算出油箱容量，一般 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 31 - (3-2)vq 式中液壓泵額定流量q 與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗數(shù)字，中壓系統(tǒng)（ mpa）可取=576.3p 液壓油箱有效容積v 故取=5，= l5vq 3 5 32 1014505 46.4220 3.2.33.2.3 液壓元件的選定液壓元件的選定 根據(jù)圖

59、 3.1，液壓搬運(yùn)機(jī)械手的液壓驅(qū)動系統(tǒng)所用液壓元件采用德國力士樂系 列高壓液壓閥，具體液壓元件如下表所示： 表 3.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手所用液壓元件一覽表 序號元件名稱型號規(guī)格 1 油箱自制 400x600800 2 空氣濾清器 ef2-32 3 吸油濾油器 wu-2580-j5mpa 4 液位計 ywz-200t 5 電動機(jī) y112m-24kw 1450rad/min 6 齒式彈性聯(lián)軸器nl3 ya2860 7 外嚙合齒輪泵 gp1d2.9zna4.0mpa 8 壓力表 y63-4025mpa 9 溢流閥 db10 5mpa 10mm 10 電磁換向閥 we6-6x 31.5mpa 6mm

60、11 電磁換向閥 we6-6x 31.5mpa 6mm 12 電磁換向閥 we6-6x 31.5mpa 6mm 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 - 32 - 13 電磁換向閥 we6-6x 31.5mpa 6mm 14 電磁換向閥 we6-6x 31.5mpa 6mm 15 單向閥 rvp6 31.5mpa 6mm 16 疊加式雙單向節(jié)流閥 z2fs6 35mpa 6mm 17 疊加式雙單向節(jié)流閥 z2fs6 35mpa 6mm 18 疊加式液控單向閥 z2s631.5mpa 360l/min 19 疊加式液控單向閥 z2s631.5mpa 360l/min 20 疊加式液控單向閥 z2s631.5mpa