機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)1258熱處理機(jī)械手

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熱處理上下料機(jī)械手的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要

作為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與其他傳動(dòng)控制技術(shù)相比，液壓技術(shù)具有能量密度高﹑配置靈活便利﹑調(diào)速范圍大﹑工作平穩(wěn)且快速性好﹑易于控制并過載保護(hù)﹑易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)電液一體化整合﹑系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造和使用維護(hù)便利等多種顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因而使其成為現(xiàn)代機(jī)械工程的基本技術(shù)構(gòu)成和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素。

液壓機(jī)械手主要用于將沉重的零件或者是重復(fù)簡單的勞動(dòng)的設(shè)備，適用于熱處理爐的上下料和一般工件工序的自動(dòng)化生產(chǎn)。本文根據(jù)熱處理上下料機(jī)械手的用途﹑特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計(jì)算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后依照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。熱處理上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)是軌道小車移動(dòng)，液壓支撐架的上下移動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，便利快捷，并應(yīng)用自動(dòng)電氣控制，達(dá)到機(jī)電液一體化的生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高。

關(guān)鍵詞液壓系統(tǒng)；過載保護(hù)；機(jī)電液一體化

I

HeatTreatmentUnloadingManipulator

HydraulicSystem

Abstract

Asoneofthemodernmachineryequipmenttransmissionandcontrolimportanttechnicalmeans,hydraulictechnologyinthefieldofnationaleconomyhasbeenwidelyused.Comparedwithothertransmissioncontroltechnology,hydraulictechnologyhashighenergydensity,flexibleandconvenientconfiguration,largespeedrange,rapidandsmoothworkability,easytobecontrolledandoverloadprotection,easilyrealizedautomationandelectromechanicalintegration,systemintegrationdesign,easymaintenanceinmanufacturingoperationandothersignificantadvantagesintechnology,whichmakeitbecomethebasictechnologyofmodernmechanicalengineeringandthebasictechnologyofmoderncontrolengineering.

Thehydraulicpressandpressuremachineisthemainequipmentformoldingplasticinjectionandrepressingmaterialformation,suchasstamping,bending,flanging,metalsheetdrawing,etc.Alsoitcanbeengagedintheadjustment,themountingindentation,thegrindingwheelformation,theswagingmetalpartsformation,theplasticproductsandthepowderproductssuppressedformation.Thisarticleaccordingtotheusage,characteristicsandrequirementsofthepurposesoftheYB32-150typehydraulicpressurepressmachineusesthebasicprincipleofhydraulictransmission,drawsupareasonablehydraulicsystemandundergoesthenecessarycalculationtodeterminetheparametersofhydraulicsystemwhichdeterminetochoosehydrauliccomponentsandsystemstructureofthespecification.ThehydraulicsystemofYB32-150hydraulicpressurepressMachineisrectangular

II

arrangement.its'externalappearanceisnewandoriginalbeautiful,thedrivingforcesystemadoptshydraulicpressuresystemthatmakesthestructuresimpleandcompact,theactionquickandreliable.Thismachineisequippedwiththefootswitchwhichcanrealizethesemiautomaticcraftmovementcirculation.

Keywordshydraulicsystem;overloadprotection;electromechanicalintegration

III

目錄

摘要IAbstractII第1章緒論61.1液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況61.2液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用61.3液壓機(jī)械手的發(fā)展及工藝特點(diǎn)71.4液壓系統(tǒng)的基本組成81.5本章小結(jié)8第2章液壓系統(tǒng)的計(jì)算和元件選型92.1確定液確定液壓缸主要參數(shù)92.1.1液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定92.1.2液壓缸實(shí)際所需流量計(jì)算102.2液壓元件的選擇102.2.1確定液壓泵規(guī)格和驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率102.2.2閥類元件及輔助元件的選擇122.2.3管道尺寸的確定122.3液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算162.3.1系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算172.4本章小結(jié)17第3章機(jī)械手的液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)193.1熱處理上下料機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)193.2確定液壓系統(tǒng)原理193.2.1液壓油的選擇193.2.2確定供油方式193.2.3同步回路的設(shè)計(jì)203.2.4保壓回路的設(shè)計(jì)203.3液壓系統(tǒng)圖的總體設(shè)計(jì)213.3.1升降缸運(yùn)動(dòng)工作循環(huán)213.3.2伸縮缸運(yùn)動(dòng)工作循環(huán)223.3.3夾緊缸工作循環(huán)223.4本章小結(jié)23第4章液壓站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)244.1液壓站的結(jié)構(gòu)型式244.2液壓泵的安裝方式244.3液壓油箱的設(shè)計(jì)24

IV

4.3.1液壓油箱有效容積的確定244.3.2液壓油箱的外形尺寸設(shè)計(jì)254.3.3液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)254.4液壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)274.4.1電動(dòng)機(jī)與液壓泵的聯(lián)接方式274.4.2液壓泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的本卷須知284.4.3電動(dòng)機(jī)的選擇284.5本章小結(jié)29結(jié)論30致謝31

第1章緒論

1.1液壓傳動(dòng)的發(fā)展概況

液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

第一個(gè)使用液壓原理的是1795年英國約瑟夫·布拉曼(JosephBraman,1749-1814)，在倫敦用稅作為工作介質(zhì),以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年他又將工作介質(zhì)水改為油,進(jìn)一步得到改善。

我國的液壓工業(yè)開始于20世紀(jì)50年代，液壓元件最初應(yīng)用于機(jī)床和鍛壓設(shè)備。60年代獲得較大發(fā)展，已滲透到各個(gè)工業(yè)部門，在機(jī)床、工程機(jī)械、冶金、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車、船舶、航空、石油以及軍工等工業(yè)中都得到了普遍的應(yīng)用。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、低能耗、長壽命、高度集成化等方向發(fā)展。同時(shí)，新元件的應(yīng)用、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化、微機(jī)控制等工作，也取得了顯著成果。

目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出大量新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化、推廣國外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)一些性能差而且不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得進(jìn)一步發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。

1.2液壓傳動(dòng)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)床工業(yè)——磨床、銑床、刨床、拉床、壓力機(jī)、自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等

工程機(jī)械——挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等

汽車工業(yè)——自卸式汽車、平板車、高空作業(yè)車等

農(nóng)業(yè)機(jī)械——聯(lián)合收割機(jī)的控制系統(tǒng)、拖拉機(jī)的懸掛裝置等輕工機(jī)械——打包機(jī)、注塑機(jī)、校直機(jī)、橡膠硫化機(jī)、造紙機(jī)等冶金機(jī)械——電爐控制系統(tǒng)、軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)等

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起重運(yùn)輸機(jī)械——起重機(jī)、叉車、裝卸機(jī)械、液壓千斤頂?shù)鹊V山機(jī)械——開采機(jī)、提升機(jī)、液壓支架等建筑機(jī)械——打樁機(jī)、平地機(jī)等

船舶港口機(jī)械——起貨機(jī)、錨機(jī)、舵機(jī)等鑄造機(jī)械——砂型落實(shí)機(jī)、加料機(jī)、壓鑄機(jī)等

本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械手適用于工業(yè)批量生產(chǎn)，可以有好多動(dòng)作，如抓取、伸縮、升降、旋轉(zhuǎn)平移等。本機(jī)器具有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)。采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)整、手動(dòng)及半自動(dòng)三種操作方式。本機(jī)器的工作壓力、移動(dòng)速度、空載快速回程和減速的行程范圍均可根據(jù)工藝需要進(jìn)行調(diào)整。本機(jī)器主體為軌道小車，外形簡約，小車的動(dòng)力系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、動(dòng)作靈敏可靠。機(jī)械手的動(dòng)力系統(tǒng)采用電液控制系統(tǒng)，控制精度高，成本較低，和一致功能的機(jī)械手比較體積小，承載大，結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。

1.3液壓機(jī)械手的發(fā)展及工藝特點(diǎn)

液壓機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)中輔助生產(chǎn)最廣的設(shè)備之一，自19世紀(jì)問世以來發(fā)展很快，液壓機(jī)在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國民經(jīng)濟(jì)各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。由于液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，已經(jīng)比較成熟，目前國內(nèi)外液壓機(jī)的發(fā)展不僅表達(dá)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機(jī)電液一體化，以充分合理利用機(jī)械和電子的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善；自動(dòng)化、智能化，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能；液壓元件集成化、標(biāo)準(zhǔn)化，以有效防止泄露和污染等四個(gè)方面。

作為液壓機(jī)械手兩大組成部分的主機(jī)和液壓系統(tǒng)，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國內(nèi)外機(jī)型無較大差距，主要區(qū)別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使機(jī)器在過濾、冷卻及防止沖擊和振動(dòng)方面，有較明顯改善。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國內(nèi)外液壓機(jī)都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)，插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及系統(tǒng)在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用。特別是集成塊可以進(jìn)行專業(yè)化的生產(chǎn)，其質(zhì)量好、性能可靠而且設(shè)計(jì)的周期也比較短。

近年來在集成塊基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型液壓元件組成的回路也有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它不需要另外的連接件其結(jié)構(gòu)更為緊湊，體積也相對(duì)更小，重量也更輕無需管件連接，從而消除了因油管、接頭引起的泄漏、振動(dòng)和噪聲。規(guī)律插裝閥具有體積小、重量輕、密封性能好、功率損失小、動(dòng)作速度快、易于集成的特點(diǎn)，從70年代初期開始出現(xiàn)，至今已得到了很快的發(fā)展。我國從1970年開始對(duì)這種閥進(jìn)行研究和生產(chǎn)，并已將其廣泛的應(yīng)用于冶金、鍛壓等設(shè)備上，顯示了很大的優(yōu)越性。

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液壓機(jī)械手用途廣泛，都有手部的夾緊，手腕的翻轉(zhuǎn)，手臂的伸出和收回，機(jī)械手的整體升降等動(dòng)作，通過這些動(dòng)作來完成熱處理爐的上下料過程，完成零件的加工和制造，對(duì)于簡單工序的零件的生產(chǎn)可以保證半自動(dòng)化生產(chǎn)和自動(dòng)化生產(chǎn)。

1.4液壓系統(tǒng)的基本組成

1．能源裝置——液壓泵。它將動(dòng)力部分（電動(dòng)機(jī)或其它遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)）所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，給系統(tǒng)提供壓力油液。

2．執(zhí)行裝置——液壓機(jī)（液壓缸、液壓馬達(dá)）。通過它將液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，推動(dòng)負(fù)載做功。

3．控制裝置——液壓閥。通過它們的控制和調(diào)理，使液流的壓力、流速和方向得以改變，從而改變執(zhí)行元件的力（或力矩）、速度和方向，根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為村力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。

4．輔助裝置——油箱、管路、蓄能器、濾油器、管接頭、壓力表開關(guān)等。通過這些元件把系統(tǒng)聯(lián)接起來，以實(shí)現(xiàn)各種工作循環(huán)。

5．工作介質(zhì)——液壓油。絕大多數(shù)液壓油采用礦物油，系統(tǒng)用它來傳遞能量或信息。

1.5本章小結(jié)

本章主要是畢業(yè)設(shè)計(jì)初期查找相關(guān)資料，通過以前的學(xué)習(xí)，了解到了液壓系統(tǒng)的具體的組成構(gòu)成，但沒有深入的學(xué)習(xí)液壓件之間的關(guān)系，沒有把握各個(gè)回路之間的聯(lián)系，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，了解到了機(jī)械手的發(fā)展史，明白了各個(gè)回路以及好多部件的結(jié)構(gòu)，功能和特點(diǎn)。

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第2章液壓系統(tǒng)的計(jì)算和元件選型

2.1確定液確定液壓缸主要參數(shù)

按液壓機(jī)床類型初選液壓缸的工作壓力為7MPa,根據(jù)工作要求，采用單桿活塞液壓缸。這種狀況下液壓缸無桿腔工作面積A1應(yīng)為有桿腔工作面積A2的2倍，即活塞桿直徑d與缸筒直徑D滿足d?1D的關(guān)系。2升降時(shí)，液壓缸回油路上具有背壓p2,防止液壓油進(jìn)入時(shí)候的液壓沖擊和保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，根據(jù)《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)》表2-2中，可取P=1MPa，由于油管中有壓降Δp存在，有桿腔的壓力必需大于無桿腔，估計(jì)時(shí)可取ΔP≈1MPa,回油時(shí)，回油腔是有背壓的，這時(shí)P2亦按2MPa來估算。

2.1.1液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定

以單活塞桿液壓缸為例來說明其計(jì)算過程,如圖3-1所示。圖3-1：單活塞桿液壓缸計(jì)算示意圖

F?m?A1P1?A2P2?A1P1??A12?P2

P1一液壓缸進(jìn)油腔的壓力PaP2一液壓缸回油腔的壓力Pa

?F??P2??p?故：A1????1???6??m??9

D?4?A1?

d?4?A111D??22?所以，經(jīng)過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先，伸縮缸元整為標(biāo)準(zhǔn)缸內(nèi)徑為：D?80mm

d?40mm

2.1.2液壓缸實(shí)際所需流量計(jì)算

1.夾緊缸工作時(shí)所需最大流量

A1V1ηcv?cv?液壓缸的容積效率，取?cv?0.96

q1?13.8Lmin

2.伸縮缸工作時(shí)時(shí)所需最大流量

q2?52.8Lmin

3.升降缸工作時(shí)所需最大流量

q3?45.2Lmin

q1?2.2液壓元件的選擇

2.2.1確定液壓泵規(guī)格和驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率

由前面工況分析，由最大壓制力和液壓主機(jī)類型，初定上液壓泵的工作壓力取為5MPa，考慮到進(jìn)出油路上閥和管道的壓力損失為1MPa（含回油路上的壓力損失折算到進(jìn)油腔），則液壓泵的最高工作壓力為

pp?pi???p?5?0.5?5.5MPa

上述計(jì)算所得的pp是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力，另外考慮到一定壓力貯備量，并確保泵的壽命，其正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右因此選泵的額定壓力pn應(yīng)滿足：

pn?pp?0.8?6.8?7MPa

液壓泵的最大流量應(yīng)為：

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pp?K(?q)max

式中qp?液壓泵的最大流量

??q?max?同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行所需流量之和的最大值，假使這時(shí)的溢

流閥正進(jìn)行工作，尚須加溢流閥的最小溢流量2~3L/min。

K系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1~1.3，現(xiàn)取K=1.2。

qp?K(?q)max???q?42.8Lmin

1．選擇液壓泵的規(guī)格

由于液壓系統(tǒng)的工作壓力不高，負(fù)載壓力中等，功率小。中等流量。所以選雙聯(lián)葉片定量泵。葉片泵具有噪聲低，壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但抗污染能力差，加工工藝繁雜，精度要求高，價(jià)格也較高。若系統(tǒng)的過濾條件較好，油箱的密封性也好，則可以選擇壽命較長的葉片泵，正常使用的葉片泵工作壽命可達(dá)10000h以上，從節(jié)能的角度考慮可選用變量泵，采用或三聯(lián)泵。葉片泵的使用要點(diǎn)如下：

(1)為提高泵的性能，延長使用壽命，推薦使用抗磨液壓油，黏度范圍17~38mm2/s，推薦使用25mm2/s。

(2)油液應(yīng)保持清潔，系統(tǒng)過濾精度不低于25μm。為防止吸入污物和雜質(zhì)，在吸油口外應(yīng)安置過濾精度為70~150μm的過濾器。

(3)安裝泵時(shí)，泵軸線與原動(dòng)機(jī)軸線同軸度應(yīng)保證在0.1mm以內(nèi)，切泵軸與原動(dòng)機(jī)軸之間應(yīng)采用撓性連接。泵軸不承受徑向力

(4)泵吸油口距離油面高度不得大于500mm。吸油管道必需嚴(yán)格密封，防止漏氣。

(5)注意泵軸轉(zhuǎn)向。

根據(jù)以上算得的pp和qp在查閱相關(guān)手冊(cè)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先P21-154得：現(xiàn)選用YB-B48B型號(hào)雙聯(lián)葉片泵，排量48.3ml/r，額定壓力7MPa，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，驅(qū)動(dòng)功率6.9kW，容積效率≥92%，重量25kg，容積效率達(dá)92%。

2．與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定

由前面得知，本液壓系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在伸縮缸工作階段，這時(shí)液壓泵的供油壓力值為2.94MPa，流量為已選定泵的流量值。?p液壓泵的總效率。葉片泵為0.80~0.85，?p液壓泵的總效率，從規(guī)格表中查出取0.7。在泵的規(guī)格表中，一般同時(shí)給出額定工況（額定壓力、轉(zhuǎn)速、排量或流量）下的泵的驅(qū)動(dòng)功率，可按此直接選擇電動(dòng)機(jī)。也可按液壓泵的實(shí)際使用狀況計(jì)算其驅(qū)動(dòng)功率。

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p??pNqN(kW)310ηp

式中pN—液壓泵的額定壓力，Pa；qN—液壓泵的額定流量，m；s?p—液壓泵的總效率，從規(guī)格表中查出；

?—轉(zhuǎn)換系數(shù)；

pma—液壓泵實(shí)際使用的最大工作壓力，PaxP=5.94kW留出閥和管路損失的壓力余量所以P=6.9kW

查得電機(jī)手冊(cè)選擇Y2-132M-4三相異步電動(dòng)機(jī)，P=7.5kW，轉(zhuǎn)速1440r/min，效率η=87%，功率因數(shù)cos??0.84。

32.2.2閥類元件及輔助元件的選擇

1.對(duì)液壓閥的基本要求：

(1)動(dòng)作靈敏，使用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小。油液流過時(shí)壓力損失小。

(2)密封性能好。結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)便利，通用性大

2.根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件及輔助元件型號(hào)和規(guī)格

主要依據(jù)是根據(jù)該閥在系統(tǒng)工作的最大工作壓力和通過該閥的實(shí)際流量，其他還需考慮閥的動(dòng)作方式，安裝固定方式，壓力損失數(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等條件來選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類的規(guī)格：

液壓油過濾器：ZU-H140×20S液壓泵：YB-B48B單向閥：CRG-06-50-50溢流閥（溢流作用）：DG-02-C-22減壓閥：RCG-03-B-22節(jié)流閥：SRCG-03-50背壓閥：DG-02-B-22

夾緊缸進(jìn)油路三位四通電磁換向閥：DSG-03-3C60-AC-50升降缸，伸縮缸，三位四通電磁換向閥：DSG-03-3C2-AC-50

2.2.3管道尺寸的確定

油管系統(tǒng)中使用的油管種類好多，有鋼管、銅管、尼龍管、塑料管、橡膠管等，必需依照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來正確選用。本設(shè)計(jì)中油管采用鋼管和橡膠管，由于本設(shè)計(jì)中所須的壓力是高壓，p=7MPa(p>6.3MPa)，鋼管能承受高壓，價(jià)格低廉，耐油，抗腐蝕，剛性好，但

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裝配是不能任意彎曲，由于本設(shè)計(jì)的機(jī)械手在平臺(tái)上工作，有移動(dòng)和夾緊，所以油管需要軟管。常在裝拆便利處用作壓力管道一中、高壓用無縫管，低壓用焊接納。本設(shè)計(jì)在彎曲的地方可以用管接頭來實(shí)現(xiàn)彎曲。

尼龍管用在低壓系統(tǒng)；塑料管一般用在回油管用。

膠管用做聯(lián)接兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的管道。膠管分高、低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架的膠管，可用于壓力較高的油路中。低壓膠管是麻絲或棉絲編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的油路中。由于膠管制造比較困難，成本很高，因此非必要時(shí)一般不用。

1.管接頭的選用：

管接頭是油管與油管、油管與液壓件之間的可拆式聯(lián)接件，它必需具有裝拆便利、連接穩(wěn)固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、壓降小、工藝性好等各種條件。

管接頭的種類好多，液壓系統(tǒng)中油管與管接頭的常見聯(lián)接方式有：焊接式管接頭、卡套式管接頭、擴(kuò)口式管接頭、扣壓式管接頭、固定鉸接納接頭。管路旋入端用的連接螺紋采用國際標(biāo)準(zhǔn)米制錐螺紋（ZM）和普通細(xì)牙螺紋（M）。錐螺紋依靠自身的錐體旋緊和采用聚四氟乙烯等進(jìn)行密封，廣泛用于中、低壓液壓系統(tǒng)；細(xì)牙螺紋密封性好，常用于高壓系統(tǒng)，但要求采用組合墊圈或O形圈進(jìn)行端面密封，有時(shí)也采用紫銅墊圈。

2.鋼管管道內(nèi)徑計(jì)算：

4qm（）?v式中q—通過管道內(nèi)的流量m3sv—管內(nèi)允許流速ms

軟管的管道內(nèi)徑計(jì)算：

1qA??（cm2）

6v式中A——軟管的通流截面積cm2;

q——管內(nèi)流量，Lmin;

v—管內(nèi)流速，ms；尋常軟管的允許流速v?6ms

d?13

道表3.1：液壓系統(tǒng)各管道流速推薦值油液流經(jīng)的管推薦流速m/s液壓泵吸油管0.5～1.5液壓系統(tǒng)壓油3～6，壓力高，管道短粘度小取大值管道液壓系統(tǒng)回油1.5～2.6管道(1)升降缸的進(jìn)出油路油管直徑：取v?4msv回?3ms

d?4q（m）?v4q45.2?10?3d???16.75?10?3m?16.75mm

?v15?4??qd回?4.61

v回滿足條件，所以回油路管和進(jìn)油路一樣

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先P21-579查得：取d?20mm,鋼管的外徑D?28mm;

管接頭聯(lián)接螺紋M27?2。(2)夾緊缸進(jìn)出油管道的內(nèi)徑：取v?4msv回?3ms

1qA??

6v1q113.8A?????0.575cm2

6v64d?8.5mm

qd回?4.61?9.88mm

v回滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)油路和回油路用同樣內(nèi)徑的管道，夾緊缸用的是橡膠軟管，來適合機(jī)械手的移動(dòng)。

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先P21-580查得：取d=10mm,橡膠管的外徑D=15mm；（GB/T3683-2023）

管接頭用擴(kuò)口式端直通管接頭體（GB/T5625.2-1985）

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(3)伸縮缸的進(jìn)出油管內(nèi)徑：取v?4msv回?3ms

A?1q?6v

152.8A???2.2cm2d?16mm

64

d回?4.61d回?4.61?19.34mmv回v回滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)油路和回油路用同樣內(nèi)徑的管道，伸縮缸用的是橡

膠軟管，來適合機(jī)械手的移動(dòng)。

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先p21-580查得：取d=22mm，外徑D=28mm；（GB/T3683-2023）

管接頭用擴(kuò)都式端直通管接頭體（GB/T5625.2-1985）3.管道壁厚?的計(jì)算

pd???mm?

2???式中：p—管道內(nèi)最高工作壓力Pa

d—管道內(nèi)徑mm

?????b

n[?]—管道材料的許用應(yīng)力Pa，

?b—管道材料的抗拉強(qiáng)度Pa

n—安全系數(shù)，對(duì)鋼管來說，p＜7MPa時(shí)，取n=8；p＜

17.5MPa時(shí)，

取n=6；p＞17.5MPa時(shí)，取n=4。根據(jù)上述的參數(shù)可以得到：

我們選鋼管的材料為45#鋼，由此可得材料的抗拉強(qiáng)度?b=600MPa;????600MPa?100MPa

6(1)升降缸油管壁厚的驗(yàn)算：

pd5?20????0.5mm

6002?p2?6所用的升降缸的壁厚為8mm,符合設(shè)計(jì)要求，所以壁厚尺寸可以。

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(2)夾緊缸和伸縮缸的油管為橡膠管，橡膠管的設(shè)計(jì)壓力為28MPa，本系統(tǒng)橡膠管的壓力遠(yuǎn)低于此壓力，所以橡膠管的壁厚符合要求。

2.3液壓系統(tǒng)的驗(yàn)算

上面已經(jīng)計(jì)算出該液壓系統(tǒng)中進(jìn)，回油管的內(nèi)徑分別為10mm,20mm。液壓系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)是在某些估計(jì)參數(shù)狀況下進(jìn)行的，當(dāng)各回路形式、液壓元件及聯(lián)接納路等完全確定后，針對(duì)實(shí)際狀況對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)性能分析。對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)一步確鑿地計(jì)算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。

液壓系統(tǒng)壓力損失的計(jì)算如下

溢流閥，Mpa單向節(jié)流閥，Mpa表5-1各種液壓閥的壓力損失0.20.3正向0.2反向單向閥，Mpa減壓閥，Mpa2位2通電磁換向閥，Mpa3位4通電磁換向閥，Mpa-0.20.1-0.2壓力損失包括管路的沿程損失?p1，閥類元件的局部損失?p2，總的壓力損失為?p??p1??P264?lv2lv?P?????

dvd2d2式中l(wèi)——管道的長度（m）；d——管道內(nèi)徑（m）；?——液流平均速度（ms）；?——液壓油密度（kgm3）；?——沿程阻力系數(shù)；?——局部阻力系數(shù)。夾緊缸在工作時(shí)，其管路沿程壓力損失為q13.8v???0.639ms22?d??1044vd0.639?0.025Re???1200?2300

?10mm2s

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根據(jù)液壓手冊(cè)規(guī)定液體的流態(tài)油臨界雷諾數(shù)Recr決定。當(dāng)Re＜Recr時(shí)位層流；當(dāng)Re＞Recr時(shí)位紊流。根據(jù)計(jì)算公式7575????0.0625Re120234?lv2lv2?p??????2523.56Padvd2d2根據(jù)夾緊缸的液壓系統(tǒng)圖其工作時(shí)候要經(jīng)過減壓閥和電磁換向閥等其液壓閥的壓力損失為??p?0.2?0.2?0.4MPa所以其工作時(shí)總的壓力損失為?p?0.4MPa由以上的步驟得出，伸縮缸和升降缸的總壓力損失為?p?0.9MPa，所以說系統(tǒng)的總的壓力損失為1.3MPa，符合系統(tǒng)的設(shè)定。

2.3.1系統(tǒng)溫升的驗(yàn)算

依照整個(gè)工作循環(huán)考慮，系統(tǒng)的總功率減去系統(tǒng)正行運(yùn)行時(shí)所做的功，剩余的功率為在油路上的消耗和在各個(gè)閥之間的消耗，這些消耗都轉(zhuǎn)化為熱并由液壓油帶到油箱進(jìn)行散熱，所以計(jì)算總的發(fā)熱功率，然后驗(yàn)算溫升是否合理。

?p?PkW?0.676kW輸入-P輸出?6.9kW?6.224假定系統(tǒng)的散熱狀況一般，取K?20?10?3kWcm2??C，油箱的散熱面積A為

??A?6.663V2?m2?A?6.66?0.5226?3.48?m2?系統(tǒng)的溫升為

0.676?t??9.7?C?320?10?3.48根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先P21-37：油箱中溫度一般推薦30-55℃所以驗(yàn)算說明系統(tǒng)的溫升在許可范圍內(nèi)

2.4本章小結(jié)

本章內(nèi)容主要包括液壓系統(tǒng)的計(jì)算和零件的選型。本章的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)主要是根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》成大先，這本書涵蓋了液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)的基本步驟和計(jì)算方法等等，而且里面還有好多標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸便利使用，在本章

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的學(xué)習(xí)中，主要是學(xué)習(xí)這本書里面的知識(shí)，包括液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟，設(shè)計(jì)方法，而且通過這本書了解到了液壓設(shè)計(jì)的好多知識(shí)，本次設(shè)計(jì)的液壓機(jī)械手為液壓設(shè)計(jì)中最為簡單的油路，并且使用元件和回路較少，在計(jì)算上盡可能的貼近實(shí)際，但是為了應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況和未知的狀況，所以在好多的計(jì)算中都留有余地，所以還有好多可以完善的地方。

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第3章機(jī)械手的液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

3.1熱處理上下料機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)

上下料機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)底座為軌道小車的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)熱處理爐大的上下料動(dòng)作。整個(gè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)下部為軌道小車，中部是液壓叉狀平臺(tái)，上部為機(jī)械手的臂部和手部這三部分組成。機(jī)械手的移動(dòng)靠小車的移動(dòng)，機(jī)械手的升降靠的是液壓叉狀平臺(tái)的支撐，叉狀平臺(tái)的支撐不僅簡單，而且結(jié)構(gòu)簡單承載的重量大。當(dāng)平臺(tái)支撐起之后，手臂伸出到爐膛內(nèi)抓取熱處理料小筐，手臂收回使之拖拽到液壓支撐平臺(tái)之上，平臺(tái)下降，熱處理件隨之下來，然后隨校車移動(dòng)到別處。

工作缸采用活塞式單作用缸，分別是手部，臂部，升降用缸，當(dāng)液壓油進(jìn)入無桿腔時(shí)對(duì)于手臂是伸出動(dòng)作，對(duì)于升降缸是伸出動(dòng)作，對(duì)于手部是松開動(dòng)作，當(dāng)液壓油進(jìn)入有桿腔時(shí)，對(duì)于手臂是收回動(dòng)作，對(duì)于升降缸是收回動(dòng)作，對(duì)于手部是夾緊動(dòng)作，手部夾緊缸的動(dòng)作很快，臂部的伸縮缸滿足空程速度快的特點(diǎn)，支撐缸滿足升起和下降慢速平穩(wěn)。

液壓機(jī)的動(dòng)力部分是高壓泵，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤?/p>