液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)說明

1、 .PAGE42 / NUMPAGES48畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)摘 要液壓搬運(yùn)機(jī)械手是一種被設(shè)計(jì)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(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。通過文獻(xiàn)檢索、企業(yè)調(diào)研，對(duì)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(duì)國(guó)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(duì)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(jì)，其中對(duì)上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)過程都做了詳細(xì)的討論。同時(shí)對(duì)機(jī)械手的手指夾緊，小手臂伸縮以與大、小手臂俯仰等動(dòng)作進(jìn)行了分析、計(jì)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(dòng)系統(tǒng)的工作原理與液壓元件的選用與設(shè)計(jì)過程。最后，

2、簡(jiǎn)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(jì)算分析校核，液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手承載能力大、運(yùn)動(dòng)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)ABSTRACTHydraulic carrying manipulator is designed for a deep hole boring machine loading and unloading, reprogrammable, multifunctional equipment. It can replace human heavy labor to achieve the me

3、chanization and automation of production. Through literature search, business research, I have summarized and analyzed the hydraulic manipulators whole structure and function characteristics, summarized domestic and foreign industrial robots development. In this paper, the main structure of hydrauli

4、c 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 time, the clamping fingers, small telescopic arm, small and large pitch arm and other activities of the manipulator were analyzed, calcu

5、lated and its size is ultimately determined. Then, working principle of hydraulic drive system and the selection and design process of hydraulic components of the hydraulic handling manipulator are introduced. Finally, the electrical control system of the hydraulic handling manipulator is descripted

6、 in brief. Through calculation and analysis, the design of hydraulic carrying manipulator has reached the design requirements which is expected, the manipulator carrying capacity, smooth movement and arbitrary position safe self-locking etc performance requirements is realized.Keywords：Manipulator;

7、Hydraulic system; Handling agencies目 錄摘要. = 1 * ROMAN IABSTRACT. = 2 * ROMAN II1 前言 .11.1液壓搬運(yùn)機(jī)械手發(fā)展方向.11.2液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)目的.11.3 液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)任務(wù).21.3.1 設(shè)計(jì)方案.21.3.2設(shè)計(jì)要求.22液壓搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).42.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖.42.2液壓搬運(yùn)機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算.42.2.1“滑槽杠桿式”手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算.52.2.2手指夾緊力計(jì)算.62.2.3手指夾緊缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算.72.2.4手指夾緊液壓缸的計(jì)算.72.2.5液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度

8、計(jì)算.92.3液壓搬運(yùn)機(jī)械手橫移腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算.112.3.1腕部橫移液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算.112.3.2腕部液壓缸的計(jì)算.132.3.3液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算.152.4液壓搬運(yùn)機(jī)械手小臂伸縮缸設(shè)計(jì)與計(jì)算.152.4.1小臂伸縮液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算.162.4.2小臂伸縮液壓缸的計(jì)算.182.4.3液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算.192.5液壓搬運(yùn)機(jī)械手小臂俯仰液壓缸設(shè)計(jì)與計(jì)算.202.5.1小臂俯仰液壓缸驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算.202.5.2小臂俯仰液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算.212.5.3小臂俯仰液壓缸的計(jì)算.222.5.4液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算.232.6液壓搬運(yùn)機(jī)械手大臂俯仰液壓缸設(shè)計(jì)與計(jì)算.2

9、32.6.1大臂俯仰液壓缸驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算.232.6.2大臂俯仰液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算.252.6.3大臂俯仰液壓缸的計(jì)算.252.6.4液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算.263液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).273.1液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定.273.2計(jì)算和選擇液壓元件.283.2.1液壓泵與電動(dòng)機(jī)的選擇.283.2.2油箱容積的計(jì)算.293.2.3液壓元件的選定.304電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介.325 結(jié)論.34參考文獻(xiàn).35致.37附錄.381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(jì)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(dòng)作來完成各種各樣的任務(wù)。進(jìn)

10、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(jí)生產(chǎn)和特種應(yīng)用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(guó)際或國(guó)的角度來看，復(fù)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?；仡櫧?0多年來國(guó)外機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展歷程，可歸結(jié)出下列趨勢(shì)：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(jì)技術(shù)4）機(jī)器人工程系統(tǒng)呈上升趨勢(shì)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(guó)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)

11、入了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，特別是液壓技術(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(jì)算機(jī)控制技術(shù)以與傳感技術(shù)的緊密結(jié)合大大提高了機(jī)械手的自動(dòng)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(gè)工業(yè)領(lǐng)域來看，對(duì)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(dòng)學(xué)系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)械手的底層核心部分，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)，如運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的求解、運(yùn)動(dòng)空間插值算法等的研究，將從很大程度上決定著一個(gè)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(duì)機(jī)械手控制與運(yùn)動(dòng)

12、系統(tǒng)的研究在理論和應(yīng)用上都具有重要的意義。1.2液壓搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)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(xiǎn)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(dòng)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。本次設(shè)計(jì)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(jì)，把有關(guān)課程的中所獲得的理論知識(shí)在實(shí)際中綜合的加以運(yùn)用，使這些知識(shí)得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識(shí)和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。因此，液壓搬

13、運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)是今后走上工作崗位從事專業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。（2）通過本次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)自己獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)的能力，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法和步驟，為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。（3）在設(shè)計(jì)過程中，熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖冊(cè)和規(guī)；熟悉有關(guān)的國(guó)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(jì)任務(wù)此次設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)過程，需對(duì)手指夾緊，手臂伸縮，手臂回轉(zhuǎn)以與手臂俯仰等動(dòng)作進(jìn)行分析、計(jì)算，最終確定其尺寸。1.3.1設(shè)計(jì)方案此次研究設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工

14、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(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于整機(jī)和主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)也要了解上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)過程，

15、而且需要對(duì)手指夾緊，手臂伸縮以與手臂俯仰等動(dòng)作進(jìn)行分析、計(jì)算，最終確定這些機(jī)構(gòu)的尺寸。最后要對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)做一些簡(jiǎn)單的原理性的設(shè)計(jì)。1.3.2設(shè)計(jì)要求此次設(shè)計(jì)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(dòng)抓取工件，從而使操作工人從繁重單調(diào)的體力勞動(dòng)中解放出來。因此要求設(shè)計(jì)的液壓搬運(yùn)機(jī)械手可以按以下順序動(dòng)作：原始位置卸料動(dòng)作裝料動(dòng)作。具體動(dòng)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（從卡盤上卸下工件）小手臂上擺大手臂下擺手指松開（將工件放在料架上）小臂收縮（料架轉(zhuǎn)工位）小臂

16、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(gè)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(shí)現(xiàn)以上動(dòng)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(zhǎng)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/； 5. 機(jī)械手能準(zhǔn)確定位、平穩(wěn)啟動(dòng)并可以在任意位置自鎖。2液壓搬運(yùn)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓搬運(yùn)機(jī)械手機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)算,修正設(shè)計(jì),如

17、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(dòng)簡(jiǎn)圖在設(shè)計(jì)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(dòng)示意圖，以便對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械手進(jìn)行分析，對(duì)新設(shè)計(jì)的機(jī)械手的傳動(dòng)方案進(jìn)行比較以確定最佳方案，故通常用簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)符號(hào)表示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，擬定的液壓搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下圖2.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2.2 液壓搬運(yùn)機(jī)械手手部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算手部是機(jī)械手直接用于抓取和緊握工件的部件。它具有模仿人手動(dòng)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(gè)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)作，手部結(jié)構(gòu)可分為一支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型（圖2.2a）

18、、二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型（圖2.2b）和移動(dòng)型（圖2.2c），其中以二支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型為基本型式。圖2.2 手指運(yùn)動(dòng)型式示意圖回轉(zhuǎn)型手指開閉角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，形狀小巧，夾緊力大，制造容易，應(yīng)用廣泛。考慮到以上因素，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(jì)與計(jì)算滑槽杠桿式手部的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下所示1.手指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(xiàn)液壓缸拉力N手指夾緊力兩手指的滑槽對(duì)銷軸的反作用力（O為銷軸中心）根據(jù)銷軸的平衡條件，即得；得(2-1)由點(diǎn)力矩平衡條件得(2-2)(2-3)其中，手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離工件夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)連線間

19、夾角故由2-3式知：越大，N越大，但太大會(huì)導(dǎo)致拉桿行程過大以與滑槽尺寸增大，因此=。2.2.2手指夾緊力計(jì)算手指加在工件上的夾緊力是設(shè)計(jì)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)生的靜載荷以與工件運(yùn)動(dòng)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(duì)工件的夾緊力可按下式進(jìn)行計(jì)算：(2-4)式中安全系數(shù)，通常取=工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力影響?？砂聪率浇乒浪?(2-5)其中運(yùn)載工件時(shí)重力方向最大上升加速度重力加速度，(2-6)式中運(yùn)載工件時(shí)重力方向最大上升速度系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間，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工件重力（N）

20、由2-4式計(jì)算手指夾緊力N選定安全系數(shù)=1.6由設(shè)計(jì)要求可估算，運(yùn)載工件時(shí)重力方向最大上升速度，到達(dá)的時(shí)間可由設(shè)計(jì)要求推算為 (2-7)則，取故 工況系數(shù)由1表2-2查的=0.5（手指水平放置夾水平放置圓棒）綜上所述，知=1.6，=1.046，=0.5且估算工件重力手指夾緊力2.2.3 手指夾緊缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算由液壓缸驅(qū)動(dòng)力F與夾緊力N關(guān)系式(2-8)選定圖2.3中的結(jié)構(gòu)參數(shù),b,如下=100mm，b=200mm,=計(jì)算液壓缸驅(qū)動(dòng)力(2-9)手抓的機(jī)械效率一般取，故取(2-10)2.2.4手指夾緊液壓缸的計(jì)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

21、的拉力為(2-11)選取活塞桿直徑d=0.5D，壓力油工作壓力根據(jù)液壓缸徑系列（GB/T2348-1993）選取液壓缸徑為，則活塞桿直徑為液壓缸壁厚計(jì)算，在實(shí)際使用中有下列三種公式：（1）中等壁厚：即163.2時(shí) (2-12)式中 p液壓缸工作壓力強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí)）計(jì)入管壁公差與侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值液壓缸徑（m）（2）薄壁：即16時(shí)(2-13)（3）厚壁：即當(dāng)3.2時(shí)(2-14)式中 材料抗拉強(qiáng)度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=100110MPa選用缸體材料為鍛鋼=110120MPa，中等壁厚，則手指

22、夾緊缸壁厚計(jì)算如下：由1068-67查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和GB/T2349-1980選用活塞桿行程=50mm。2.2.5液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)算圖2.5 液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與受力簡(jiǎn)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.每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力為工作載荷和預(yù)緊力之和(2-15)式中 F 驅(qū)動(dòng)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 D危險(xiǎn)剖面直徑(m)螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為 (2-16)式中計(jì)算載荷（N）;=1.3工作載荷（N）且=F液壓缸驅(qū)動(dòng)力 Z螺釘或螺栓個(gè)數(shù) n=1.22.5抗拉許用應(yīng)力(MPa)螺紋徑

23、螺釘材料屈服極限（見表2.1）表2.1常用螺釘材料的屈服極限鋼 號(hào) 10 Q215 Q235 35 45 40Cr（MPa) 210 220 240 320 360650900根據(jù)上表，螺栓或螺釘材料選用Q235，則取螺栓或螺釘個(gè)數(shù)Z=4，n=2故 工作載荷=，所以由2-16式計(jì)算螺釘或螺栓直徑如下(2-17)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）。2.3 液壓搬運(yùn)機(jī)械手橫移腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算手腕部件設(shè)置于手部和臂部之間，它的作用主要是在臂部運(yùn)動(dòng)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(dòng)作

24、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(jiǎn)圖進(jìn)行計(jì)算：圖2.6 腕部橫移液壓缸等效受力簡(jiǎn)圖2.3.1腕部橫移液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)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(dòng)的液壓缸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要克服的摩擦、回油背壓與慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定液壓缸所需的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)力計(jì)算(2-18)式中摩擦阻力密封裝置處的摩擦阻力液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力啟動(dòng)或者制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受的平均慣性（1）的計(jì)算由的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算(2-19)其中參加運(yùn)動(dòng)的零部件重力（含工件）（N）運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鑄鐵的摩擦系數(shù)一般

25、取根據(jù)2-19式，估算=2500 N，另取摩擦系數(shù)=0.28，則 N（2）的計(jì)算此缸采用“o”型密封圈進(jìn)行密封，且工作壓力MPa，d=0.5D，由圖2.6知液壓缸密封處總的摩擦力為（3）的計(jì)算一般背壓阻力較小，可按=0.05F（4）的計(jì)算(2-20)其中G參與運(yùn)動(dòng)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起動(dòng)過程時(shí)間。一般取0.010.5 s，對(duì)輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取較小值，對(duì)重載取較大值根據(jù)2-20式，由設(shè)計(jì)要求取=0.1 m/s，=0.1 s，G=2500 N，則 N根據(jù)（1）、（2）、（3）、（4）所分析，結(jié)合2-18式得：驅(qū)動(dòng)力F得0.92F=95

26、5 N N2.3.2腕部液壓缸的計(jì)算圖2.7 雙作用液壓缸示意圖（1）腕部橫移液壓缸徑的計(jì)算當(dāng)油進(jìn)入無桿腔時(shí)：當(dāng)油進(jìn)入有桿腔時(shí)：液壓缸的有效面積：故有： （無桿腔） (2-21) （有桿腔） (2-22)式中 F 驅(qū)動(dòng)力（N）液壓缸的工作壓力（pa）活塞桿的直徑（m）液壓缸的直徑（m） 液壓缸的機(jī)械效率。初步設(shè)計(jì)中取機(jī)械效率為=0.85。代入已求得的F=1038 N, 則無桿腔算得的液壓缸徑D=16 mm，有桿腔算得的液壓缸徑為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與外

27、徑的計(jì)算：腕部橫移液壓缸設(shè)計(jì)成中等壁厚，中等壁厚：即163.2時(shí)式中 p液壓缸工作壓力強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí)）計(jì)入管壁公差與侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值液壓缸徑（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=110MPa，中等壁厚，則腕部橫移缸壁厚計(jì)算如下：由1068-67查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和GB/T2349-1980選用活塞桿行程=80mm。2.3.3液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)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(gè)數(shù)Z=4，MPa。故 由2-16式計(jì)算螺釘或螺栓直徑

28、如下：工作載荷（N）且=F液壓缸驅(qū)動(dòng)力將驅(qū)動(dòng)力 N帶入上式求得 mm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(jì)與計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng)的目的是把手部送到空間運(yùn)動(dòng)圍的任意一點(diǎn)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如液壓缸）和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)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(dòng)載荷，而且自身運(yùn)動(dòng)又較多，故手里復(fù)雜。因而，它的結(jié)構(gòu)、工作圍、靈活性以與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)向桿之間，由導(dǎo)向管承受彎曲作用，活塞桿均受拉壓，故受力

29、簡(jiǎn)單，傳動(dòng)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(jiǎn)圖進(jìn)行計(jì)算：圖2.8 機(jī)械手小臂伸縮液壓缸受力等效簡(jiǎn)圖2.4.1小臂伸縮液壓缸驅(qū)動(dòng)力計(jì)算液壓搬運(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(dòng)的液壓缸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要克服的摩擦、回油背壓與慣性等幾個(gè)方面的阻力，來確定液壓缸所需的驅(qū)動(dòng)力。液壓缸活塞驅(qū)動(dòng)力計(jì)算(2-23)式中摩擦阻力,。手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，為運(yùn)動(dòng)件表面的摩擦阻力。若是導(dǎo)向裝置，則為活塞和缸壁等處的摩擦阻力密封裝置處的摩擦阻力液壓缸回油腔低壓油液所造成的阻力啟動(dòng)或者制動(dòng)時(shí)，活塞桿所受的平均慣性零部件與工件所受總重力（1）的計(jì)算由摩擦阻力的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算(

30、2-24)其中摩擦系數(shù)，取=0.18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不產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，則。取=500 N根據(jù)2-24式，計(jì)算的為 N（2）的計(jì)算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(2-25)又其中F驅(qū)動(dòng)力式中工作壓力，取5 MPa摩擦阻力，（?。┥炜s油管直徑（m）密封有效長(zhǎng)度（m）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取d=0.04m， =0.00265 N（3）的計(jì)算一般背壓阻力較小，可按=0.05F（4）的計(jì)算(2-26)其中G參與運(yùn)動(dòng)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

31、的變化量,取=0.2 m/s起動(dòng)過程時(shí)間。一般取0.010.5 s，對(duì)輕載低速運(yùn)動(dòng)部件取較小值，對(duì)重載取較大值根據(jù)2-26式，由設(shè)計(jì)要求取=0.2 m/s，=0.2 s，G=3000 N，則 N根據(jù)以上（1）、（2）、（3）、（4）所分析，結(jié)合2-23式得：驅(qū)動(dòng)力 N取液壓缸機(jī)械效率，則 驅(qū)動(dòng)力 N2.4.2小臂伸縮液壓缸的計(jì)算（1）小臂伸縮液壓缸徑的計(jì)算根據(jù)2-21、2-22式，初步設(shè)計(jì)中取機(jī)械效率為=0.85。代入已求得的驅(qū)動(dòng)力F=4400 N, 則由得 mm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

32、縮液壓缸壁厚與外徑的計(jì)算：小臂伸縮液壓缸設(shè)計(jì)成中等壁厚，中等壁厚：即163.2時(shí)式中 p液壓缸工作壓力強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí)）計(jì)入管壁公差與侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值液壓缸徑（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=110MPa，中等壁厚，則小臂伸縮液壓缸壁厚計(jì)算如下：由1068-67查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和GB/T2349-1980選用活塞桿行程=800mm。2.4.3液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)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(gè)數(shù)Z=4，MPa。故 由2-1

33、6式計(jì)算螺釘或螺栓直徑如下：工作載荷（N）且=液壓缸驅(qū)動(dòng)力將驅(qū)動(dòng)力 N帶入上式求得 mm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(jì)與計(jì)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(dòng)提供動(dòng)力，經(jīng)過分析知液壓缸處于初始位置時(shí)的受力最大，機(jī)械手初始位置模型如下：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(dòng)力矩計(jì)算驅(qū)動(dòng)手臂仰俯的驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)克服手臂等部件的重量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩和手臂在啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩以與各回轉(zhuǎn)副處摩擦力矩，即(2-27)式中鉸接處的摩擦力矩，采用滾動(dòng)軸承時(shí)=0手臂等部件重量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線（

34、轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)A）的偏重力矩（NM）手臂做俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)的慣性力矩(2-28)式中工件對(duì)手臂回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）手臂回轉(zhuǎn)部件對(duì)手臂回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）手臂回轉(zhuǎn)過程的角速度起動(dòng)過程中所需的時(shí)間（s），一般取故由設(shè)計(jì)要求，取 s 則由圖2.9模型可計(jì)算根據(jù)2-27式，計(jì)算得2.5.2小臂俯仰液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算根據(jù)圖2.9知， N2.5.3小臂俯仰液壓缸的計(jì)算（1）小臂俯仰液壓缸徑的計(jì)算根據(jù)2-21、2-22式，初步設(shè)計(jì)中取機(jī)械效率為=0.85。代入已求得的驅(qū)動(dòng)力F=38250 N, 則由得 mm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

35、=50 mm（2）小臂俯仰液壓缸壁厚與外徑的計(jì)算：小臂俯仰液壓缸設(shè)計(jì)成中等壁厚，中等壁厚：即163.2時(shí)式中 p液壓缸工作壓力強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí)）計(jì)入管壁公差與侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值液壓缸徑（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=110MPa，中等壁厚，則小臂俯仰液壓缸壁厚計(jì)算如下：由1068-67查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和GB/T2349-1980選用活塞桿行程=1000mm。2.5.4液壓缸缸蓋聯(lián)接方式與強(qiáng)度計(jì)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(gè)數(shù)Z

36、=6，MPa。故 由2-16式計(jì)算螺釘或螺栓直徑如下：工作載荷（N）且=液壓缸驅(qū)動(dòng)力將驅(qū)動(dòng)力 N帶入上式求得 mm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(jì)與計(jì)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(dòng)提供動(dòng)力，經(jīng)過分析知液壓缸處于終止位置時(shí)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(dòng)力矩計(jì)算驅(qū)動(dòng)手臂仰俯的驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)克服手臂等部件的重量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩和手臂在啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩以與各回轉(zhuǎn)副處摩擦力矩，即(2-29)式中鉸接處的摩擦力矩，采用滾

37、動(dòng)軸承時(shí)0手臂等部件重量對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的偏重力矩（NM）手臂做俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)啟動(dòng)的慣性力矩(2-30)式中工件對(duì)手臂回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）手臂回轉(zhuǎn)部件對(duì)手臂回轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）手臂回轉(zhuǎn)過程的角速度起動(dòng)過程中所需的時(shí)間（s），一般取故由設(shè)計(jì)要求，取 s 則由圖2.10模型可計(jì)算根據(jù)2-29式，計(jì)算得2.6.2大臂俯仰液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算根據(jù)下圖大臂俯仰液壓缸受力簡(jiǎn)圖圖2.11 大臂俯仰液壓缸受力簡(jiǎn)圖知， N2.6.3大臂俯仰液壓缸的計(jì)算（1）大臂俯仰液壓缸徑的計(jì)算根據(jù)2-21、2-22式，初步設(shè)計(jì)中取機(jī)械效率為=0.85。代入已求得的驅(qū)動(dòng)力F=30328 N, 則由得 mm故由GB/T 2348-1993

38、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與外徑的計(jì)算：大臂俯仰液壓缸設(shè)計(jì)成中等壁厚，中等壁厚：即163.2時(shí)式中 p液壓缸工作壓力強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí)）計(jì)入管壁公差與侵蝕的附加厚度，一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)壁厚值液壓缸徑（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=110MPa，中等壁厚，則大臂俯仰液壓缸壁厚計(jì)算如下：由1068-67查得標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑mm，另根據(jù)設(shè)計(jì)要求和GB/T2349-1980選用活塞桿行程=400mm。2.6.4液壓缸缸蓋聯(lián)接方式

39、與強(qiáng)度計(jì)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(gè)數(shù)Z=6，MPa。故 由2-16式計(jì)算螺釘或螺栓直徑如下：工作載荷（N）且=液壓缸驅(qū)動(dòng)力將驅(qū)動(dòng)力 N帶入上式求得 mm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(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù),它具有動(dòng)力大,力(或力矩)慣量比大,快速響應(yīng)高,易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn),適用于承載能力大的工作場(chǎng)合。考慮到液壓系統(tǒng)以上的一些特點(diǎn)，故液壓搬運(yùn)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單搬運(yùn)作業(yè)功能的液壓機(jī)械手中

40、，常常采用簡(jiǎn)易的邏輯控制裝置或編程控制，對(duì)液壓機(jī)械手實(shí)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(hào)進(jìn)行功率放大，對(duì)液壓動(dòng)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(dòng)規(guī)律動(dòng)作。此液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用直線液壓缸，用于實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮升降和仰俯轉(zhuǎn)動(dòng)以與手腕的橫移運(yùn)動(dòng)。3.1液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案的確定根據(jù)液壓搬運(yùn)機(jī)械手的工作狀況和設(shè)計(jì)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(dòng)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

41、移、手臂伸縮以與手臂的俯仰等機(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(dòng)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(shí)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(dòng)的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。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(gè)單向節(jié)流閥來實(shí)現(xiàn)。若只用一個(gè)節(jié)流閥調(diào)速時(shí)，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?yàn)楫?dāng)無桿腔進(jìn)油時(shí)，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(shí)，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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中主要注意一下幾方面：（1）液壓缸設(shè)計(jì)：在確封性的

42、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(dòng)：因機(jī)械手手臂的運(yùn)動(dòng)慣量較大，在定位點(diǎn)前要加緩沖與制動(dòng)機(jī)構(gòu)或縮緊裝置；（3）對(duì)慣性較大的運(yùn)動(dòng)軸和接近機(jī)械手末端的腕部運(yùn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)原理圖如下所示：圖3.1 液壓搬運(yùn)機(jī)械手液壓原理圖3.2計(jì)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(dòng)系統(tǒng)，還需要對(duì)液壓元件進(jìn)行計(jì)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

43、壓缸、小臂俯仰液壓缸以與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(jì)算選型。3.2.1液壓泵與電動(dòng)機(jī)的選擇（1）液壓泵的選用根據(jù)設(shè)計(jì)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0.6m，則小臂俯仰缸最大伸縮速度 活塞腔無桿腔面積A為小臂俯仰缸最大流量為根據(jù)以上計(jì)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 ml/r,額定壓力 MPa，轉(zhuǎn)速n=1450 r/min，容積效率液壓泵的流量校核： L/min可滿足要求。（2）電機(jī)的選取(3-1)式中液壓系統(tǒng)供油壓力，取5 MPa液壓泵流量液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率，取0.9 KW根據(jù)以上的計(jì)算，選定4 KW，的異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)Y

44、112M-23.2.2油箱容積的計(jì)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(jì)。考慮冷卻散熱后，從熱平衡角度計(jì)算出油箱容量，一般(3-2)式中液壓泵額定流量與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)字，中壓系統(tǒng)（ MPa）可取=57液壓油箱有效容積故取=5，= L3.2.3 液壓元件的選定根據(jù)圖3.1，液壓搬運(yùn)機(jī)械手的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所用液壓元件采用德國(guó)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(hào)元件名稱型號(hào)規(guī)格1油箱自制400X6008002空氣濾清器EF2-323吸油濾油器WU-2580-J5MPa4液位計(jì)YWZ-200T5電動(dòng)機(jī)Y112M-24K

45、W 1450rad/min6齒式彈性聯(lián)軸器NL3YA28607外嚙合齒輪泵GP1D2.9ZNA4.0MPa8壓力表Y63-4025MPa9溢流閥DB105MPa 10mm10電磁換向閥WE6-6X31.5MPa 6mm11電磁換向閥WE6-6X31.5MPa 6mm12電磁換向閥WE6-6X31.5MPa 6mm13電磁換向閥WE6-6X31.5MPa 6mm14電磁換向閥WE6-6X31.5MPa 6mm15單向閥RVP631.5MPa 6mm16疊加式雙單向節(jié)流閥Z2FS635MPa 6mm17疊加式雙單向節(jié)流閥Z2FS635MPa 6mm18疊加式液控單向閥Z2S631.5MPa 360

46、L/Min19疊加式液控單向閥Z2S631.5MPa 360L/Min20疊加式液控單向閥Z2S631.5MPa 360L/Min注：上表中的序號(hào)指圖3.1中的序號(hào)4電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓搬運(yùn)機(jī)械手的電氣控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，它指揮機(jī)械手的上、下料動(dòng)作，同時(shí)協(xié)調(diào)上、下料機(jī)械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。液壓搬運(yùn)機(jī)械手的工作順序，應(yīng)達(dá)到的位置，如手臂上下仰俯，小臂伸縮，手腕左右橫移，手指的開閉動(dòng)作，以與各個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，速度等，都是在控制系統(tǒng)的指揮下，通過每一運(yùn)動(dòng)部件沿各運(yùn)動(dòng)軌跡的動(dòng)作按照預(yù)先整定好的程序來實(shí)現(xiàn)的。大多數(shù)的機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)，多著眼于自身運(yùn)動(dòng)的控制，而液壓搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)更注意本部與

47、操作對(duì)象的關(guān)系。因此，對(duì)于液壓搬運(yùn)機(jī)械手的控制系統(tǒng)來說，無論多么高級(jí)的系統(tǒng)，如果不能將工件或物料按預(yù)先的工作要求傳送到指定位置，都是毫無意義的。機(jī)械手的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)兩種閉環(huán)控制系統(tǒng)也叫作反饋控制系統(tǒng)，是一種不斷把給定量值和各控制量值進(jìn)行比較，并使其偏差為零的控制系統(tǒng)。通常閉環(huán)控制系統(tǒng)的抵抗外部干擾和系統(tǒng)中主要單元的特性變化的能力較強(qiáng)，而開環(huán)系統(tǒng)較弱。然而機(jī)械手的閉環(huán)控制系統(tǒng)要受到各種因素的影響，如外部負(fù)荷力，活動(dòng)部件的部摩擦，伺服閥的漂移、滯后以與伺服放大器的漂移，隨動(dòng)系統(tǒng)的粘滯性摩擦的影響等都會(huì)導(dǎo)致閉環(huán)控制系統(tǒng)產(chǎn)生靜態(tài)誤差。因而閉環(huán)控制系統(tǒng)的精度和定位時(shí)間等控制性

48、能也要受到一定的限度，要想超過閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制性能的界限必須采用由最佳控制理論所規(guī)定的控制結(jié)構(gòu)，其中有時(shí)也采用開環(huán)控制。因此要提高液壓搬運(yùn)機(jī)械手的性能，應(yīng)不局限于開環(huán)或閉環(huán)的系統(tǒng)而吸收兩者之長(zhǎng)。液壓搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制方式有點(diǎn)位控制和連續(xù)控制兩種。點(diǎn)位控制方式就是由點(diǎn)到點(diǎn)的控制方式，只對(duì)液壓搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)部件（手腕、手臂）所應(yīng)到達(dá)空間點(diǎn)的定位進(jìn)行控制，而對(duì)兩個(gè)定位點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡則不加控制。這種控制方式的特點(diǎn)是可達(dá)到較高的重復(fù)定位精度。點(diǎn)位控制又分為兩點(diǎn)控制和多點(diǎn)控制兩種。由于液壓搬運(yùn)機(jī)械手抓取和放置工件的位置都是準(zhǔn)確而固定的，屬于上下料專用機(jī)械手，因此可由擋塊，行程開關(guān)等來定位，采用起點(diǎn)

49、和終點(diǎn)的“兩點(diǎn)控制方式”。液壓搬運(yùn)機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以與位移檢測(cè)裝置組成。液壓搬運(yùn)機(jī)械手的手臂上下仰俯，小臂伸縮，手腕左右橫移，手指的開閉動(dòng)作，以與各個(gè)動(dòng)作的時(shí)間，都是由控制系統(tǒng)按照預(yù)先制定好的程序進(jìn)行指揮和操縱。通過電氣控制系統(tǒng)來控制如圖3.1中的液壓系統(tǒng)的電磁換向閥，使液壓搬運(yùn)機(jī)械手按以下順序動(dòng)作：原始位置卸料動(dòng)作裝料動(dòng)作。具體動(dòng)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（從卡盤上卸下工件）小手臂上擺大手臂下擺手指松開（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

50、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）。根據(jù)圖3.1中的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖，結(jié)合液壓搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作順序（液壓搬運(yùn)機(jī)械手的動(dòng)作執(zhí)行元件是液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁換向閥10、11、12、13和14），液壓搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作時(shí)液壓系統(tǒng)各執(zhí)行元件的動(dòng)作見下表。表中“+”號(hào)表示電磁閥的電磁鐵線圈通電，“-”號(hào)表示電磁閥的電磁鐵線圈斷電。表中動(dòng)作與所需時(shí)間項(xiàng)目欄的括號(hào)的時(shí)間，指液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成機(jī)械手某一動(dòng)作所需的時(shí)間。表4.1 液壓系統(tǒng)動(dòng)作循環(huán)與電磁鐵動(dòng)作順序表動(dòng)作循環(huán)手指夾緊手腕橫移小臂伸縮小臂俯仰大臂俯仰夾緊YA1松開YA2向左Y

51、A3向右YA4伸出YA5縮回YA6上擺YA7下擺YA8上擺YA9下擺YA10原始位置-+-+-+-卸料動(dòng)作手指夾緊（60）+-+-+-手腕橫移向左（15）+-+-+-+-小臂上擺（40）+-+-+-+-+-大臂下擺（40）+-+-+-+-+手指松開（25）-+-+-+-+小臂縮回（20）-+-+-+料架轉(zhuǎn)位（45）-+-+-+裝料動(dòng)作小臂伸出（20）-+-+-+-+手指夾緊（60）+-+-+-+-+大臂上擺（50）+-+-+-+-+-小臂下擺（30）+-+-+-+-手腕橫移向右（15）+-+-+-手指松開（25）-+-+-+-5 結(jié) 論在當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)中，液壓搬運(yùn)機(jī)械手被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。

52、本文是對(duì)深孔鏜床的上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，為了完成設(shè)計(jì)需要了解上下料機(jī)械手的總體結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)過程，需對(duì)手指夾緊，手臂伸縮，手臂回轉(zhuǎn)以與手臂俯仰等動(dòng)作進(jìn)行分析、計(jì)算，最終確定其尺寸。除此以外還對(duì)上下料液壓搬運(yùn)機(jī)械手的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了一些原理性的設(shè)計(jì)。液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)是機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械電子工程等專業(yè)的一次綜合設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于液壓搬運(yùn)機(jī)械手的整機(jī)和零部件的設(shè)計(jì)，通過本次對(duì)液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)可總結(jié)出以下幾點(diǎn)：（1）通過液壓搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)，可以把在過去的學(xué)習(xí)中獲得的理論知識(shí)在實(shí)際中綜合的加以運(yùn)用，使這些知識(shí)得到鞏固和發(fā)展，并使理論知識(shí)和生產(chǎn)密切的結(jié)合起來。因此，液壓搬運(yùn)機(jī)

53、械手設(shè)計(jì)也為今后走上工作崗位從事專業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。（2）通過本次設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了自己獨(dú)立的機(jī)械整機(jī)設(shè)計(jì)的能力，樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，掌握了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法和步驟，為今后的設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。（3）在設(shè)計(jì)過程中，基本可以熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖冊(cè)和規(guī)；熟悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)初期，遇到了很多的困難，比如對(duì)上下料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)不熟悉，運(yùn)動(dòng)過程不了解，也有對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的部分遺忘，因此不知道從哪里開始設(shè)計(jì)，后來通過查閱參考文獻(xiàn)并且在老師、同學(xué)的幫助下，逐步熟悉了上下料液壓搬運(yùn)機(jī)械手的原理，對(duì)其結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)過程也有了更深的認(rèn)識(shí)，因此能夠基本完成本次設(shè)計(jì)。但是由于自己的

54、能力有限，設(shè)計(jì)中還存在很多不完善的地方需要改進(jìn)。同時(shí)通過這次設(shè)計(jì)，也發(fā)現(xiàn)了自身的知識(shí)理論體系還需要提高，對(duì)已學(xué)的知識(shí)遺忘較多，在今后的學(xué)習(xí)工作中我將會(huì)更好的完善自己的知識(shí)體系，爭(zhēng)取成為一名合格的設(shè)計(jì)人員。參 考 文 獻(xiàn)1 可森,艾長(zhǎng)勝,侯志堅(jiān).數(shù)鏜銑加控工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的機(jī)-液機(jī)械手J. HYPERLINK :/ t _blank 機(jī)床與液壓,2003,31(3):216-2172 允文.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)M.：機(jī)械工業(yè)，19943 徐世許.可編程序控制器M.: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，20014 大學(xué)工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)編寫組.工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.：科學(xué)技術(shù)，19805 東輝,金長(zhǎng)虹. 基于液壓與

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60、ntent/?Author=A.+Rojas+Salgado o View content where Author is A. Rojas Salgado A.Rojas Salgado, HYPERLINK :/ springerlink /content/?Author=Y.+Ledezma+Rubio o View content where Author is Y. Ledezma Rubio Y.Ledezma Rubio. HYPERLINK :/ springerlink /content/978-1-4020-8599-4/ o Link to the Book of thi