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工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目錄
1、前言----------------------------------------------------------------------------2
2、確定對液壓系統(tǒng)的工作要求----------------------------------------------2
3、擬定液壓系統(tǒng)原理圖--------------------------------------------------------3
3.1液壓系統(tǒng)原理圖-----------------------------------------------------------------------------------3
3.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表--------------------------------------------------------------------4
3.3液壓系統(tǒng)工作原理--------------------------------------------------------------------------------4
3.4液壓系統(tǒng)特點(diǎn)分析--------------------------------------------------------------------------------7
3.5電氣系統(tǒng)原理圖-----------------------------------------------------------------------------------8
3.6電氣系統(tǒng)工作原理--------------------------------------------------------------------------------8
3.7電氣系統(tǒng)特點(diǎn)分析--------------------------------------------------------------------------------10
4、計(jì)算和選擇液壓元件-------------------------------------------------------11
4.1執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá)-------------------------------------------------------------11
4.2動(dòng)力元件——液壓泵----------------------------------------------------------------------------14
4.3控制元件——方向閥、壓力閥、流量閥----------------------------------------------------16
4.4輔助元件——管道、管接頭、濾油器、油箱----------------------------------------------17
4.5工作介質(zhì)——液壓油----------------------------------------------------------------------------18
5、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算-------------------------------------------------------19
5.1系統(tǒng)的壓力損失驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------19
5.2系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------------19
5.3系統(tǒng)的其它驗(yàn)算---------------------------------------------------------------------------------19
6、結(jié)束語-------------------------------------------------------------------------19
7、致謝---------------------------------------------------------------------------19
8、參考文獻(xiàn)----------------------------------------------------------------------20
工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[摘要] 機(jī)械手是模仿人的手部動(dòng)作,按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操
作的自動(dòng)裝置。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中,以及
笨重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè),因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成,智能機(jī)械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。本
篇介紹的工業(yè)機(jī)械手屬圓柱坐標(biāo)式、全液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。本篇根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序,
分四步詳細(xì)地介紹了工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程,其中第3步擬定液壓系統(tǒng)原理圖是重
點(diǎn)。
[關(guān)鍵詞] 機(jī)械手 液壓 電氣
1、前言
工業(yè)機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)是說明機(jī)械手規(guī)格與性能的具體指標(biāo),一般有以下幾個(gè)方面:
⑴握取重量。握取重量標(biāo)明了機(jī)械手的負(fù)載能力。這項(xiàng)參數(shù)與機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān),通常指正常運(yùn)行速度所握取的工件重量。
⑵運(yùn)動(dòng)速度。運(yùn)動(dòng)速度是反映機(jī)械手性能的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù)。它與機(jī)械手握取重量、定位、精度等參數(shù)都有密切關(guān)系,同時(shí)也直接影響機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)周期。
⑶自由度。確定工業(yè)機(jī)械手的手部在運(yùn)動(dòng)空間的位置和姿態(tài)的、獨(dú)立的變化參數(shù)就是工業(yè)機(jī)械手的自由度。自由度越多,其動(dòng)作越靈活,適應(yīng)性越強(qiáng),但結(jié)構(gòu)也相應(yīng)越復(fù)雜。一般具有4~6個(gè)自由度即滿足使用要求。
⑷定位精度。定位精度即重復(fù)定位精度,是衡量機(jī)械手工作質(zhì)量的又一項(xiàng)重要指標(biāo)。定位精度的高低取決于位置控制方式以及運(yùn)動(dòng)部位本身的制造精度和剛度,與握取重量、運(yùn)動(dòng)速度等也有密切關(guān)系。
2、確定對液壓系統(tǒng)的工作要求
根據(jù)工況要求,執(zhí)行機(jī)構(gòu)要具有手臂升降、手臂伸縮、手臂回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度。執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)由手臂升降機(jī)構(gòu)、手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、手指夾緊機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)等組成,每一部分均由液壓缸驅(qū)動(dòng)與控制它完成的動(dòng)作循環(huán)為:插定位銷→手臂前伸→手指張開→手指夾緊抓料→手臂上升→手臂縮回→手腕回轉(zhuǎn)→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)→插定位銷→手臂前伸→手臂中?!种杆砷_→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕回轉(zhuǎn)復(fù)位→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)復(fù)位→待料,泵卸載。
3、擬定液壓系統(tǒng)原理圖
3.1液壓系統(tǒng)原理圖
工業(yè)機(jī)械手液壓系統(tǒng)圖
3.2液壓系統(tǒng)電磁鐵動(dòng)作順序表
動(dòng)作順序
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
6Y
7Y
8Y
9Y
10Y
11Y
12Y
K26
插定位銷
+
+
+
手臂前伸
+
+
+
手指張開
+
+
+
+
手指抓料
+
+
+
手臂上升
+
+
+
手臂縮回
+
+
+
手腕回轉(zhuǎn)
+
+
+
+
拔定位銷
+
手臂回轉(zhuǎn)
+
+
插定位銷
+
+
+
手臂前伸
+
+
+
手臂中停
+
+
手指張開
+
+
+
+
手指閉合
+
+
+
手臂縮回
+
+
+
手臂下降
+
+
+
手腕反轉(zhuǎn)
+
+
+
+
拔定位銷
+
手臂反轉(zhuǎn)
+
+
待料卸載
+
+
3.3液壓系統(tǒng)工作原理
1、插定位銷(1、12)
按下油泵起動(dòng)按鈕后,雙聯(lián)葉片泵1、2同時(shí)供油,電磁鐵1Y、2Y帶電,油液經(jīng)溢流閥3和4至油箱,機(jī)械手處于待料卸荷狀態(tài)。
當(dāng)棒料到達(dá)待上料位置,啟動(dòng)程序動(dòng)作。電磁鐵1Y帶電,2Y不帶電,使泵1繼續(xù)卸荷,而泵2停止卸荷,同時(shí)12Y通電。
進(jìn)油路:泵2→閥6→減壓閥8→閥9→閥25(右)→定位缸左腔。
此時(shí),插定位銷以保證初始位置準(zhǔn)確。定位缸沒有回油路,它是依靠彈簧復(fù)位的。
2、手臂前伸(5、12)
插定位銷后,此支路系統(tǒng)油壓升高,使繼電器K26發(fā)訊,接通電磁鐵5Y,泵1和泵2經(jīng)相應(yīng)的單向閥匯流到電液換向閥14左位,進(jìn)入手臂伸縮缸油腔。
進(jìn)油路:泵1→單向閥5→閥14(左)→手臂伸縮缸右腔
泵2→閥6→閥7→↑
回油路:手臂伸縮缸左腔→單向調(diào)速閥15→閥14(左)→油箱
3、手指張開(1、9、12)
手臂前伸至適當(dāng)位置,行程開關(guān)發(fā)訊,電磁鐵1Y、9Y帶電,泵1卸載,泵2供油,經(jīng)單向閥6電磁閥20左位,進(jìn)入手指夾緊缸右腔。回油路從左腔通過液控單向閥21及閥20左位進(jìn)入油箱。
進(jìn)油路:泵2→閥6→電磁閥20(左)→手指夾緊缸右腔
回油路:手指夾緊缸左腔→閥21→電磁閥20(左)→油箱
4、手指抓料(1、12)
手指張開后,時(shí)間繼電器延時(shí)。待棒料由送料機(jī)構(gòu)送到手指區(qū)域時(shí),繼電起器發(fā)訊使9Y斷電,泵2的壓力油通過閥20的右位進(jìn)入缸的左腔,使手指夾緊棒料。
進(jìn)油路:泵2→閥6→閥20(右)→閥21→手指夾緊缸左腔
回油路:手指夾緊缸右腔→閥20(右)→油箱
5、手臂上升(3、12)
當(dāng)手指抓料后,手臂上升。此時(shí),泵1和泵2同時(shí)供油到升降缸。主油路為:
進(jìn)油路:泵1→單向閥5→閥10(左)→閥11→閥12→手臂升降缸下腔
泵2→閥6→閥7→↑
回油路:手臂升降缸上腔→閥13→閥10(左)→油箱
6、手臂縮回(6、12)
手臂上升至預(yù)定位置,碰行程開關(guān),3Y斷電,電液換向閥10復(fù)位,6Y帶電。泵1和泵2一起供油至電液換向閥14右端,壓力油通過單向調(diào)速閥15進(jìn)入伸縮缸左腔,而右腔油液經(jīng)閥14右端回油箱。
進(jìn)油路:泵1→閥5→閥14(右)→閥15→手臂伸縮缸左腔
泵2→閥6→閥7→↑
回油路:手臂伸縮缸右腔→閥14(右)→油箱
7、手腕回轉(zhuǎn)(1、10、12)
當(dāng)手臂上的碰塊碰到行程開關(guān)時(shí),6Y斷電,閥14復(fù)位,1Y、10Y通電。此時(shí),泵2單獨(dú)供油至閥22左端,通過閥24進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)油缸,使手腕回轉(zhuǎn)。
進(jìn)油路:泵2→閥6→閥22(左)→閥24→手腕回轉(zhuǎn)缸
回油路:手腕回轉(zhuǎn)缸→閥23→閥22(左)→油箱
8、拔定位銷(1)
當(dāng)手腕上的碰塊碰到行程開關(guān)時(shí),10Y、12Y斷電,閥22、25復(fù)位,定位缸油液經(jīng)閥25左端回油箱,彈簧作用拔定位銷。
回油路:定位缸左腔→閥25(左)→油箱
定位缸沒有進(jìn)油路,它是在彈簧作用下前進(jìn)的。
9、手臂回轉(zhuǎn)(1、7)
定位缸支路無油壓后,壓力繼電器K26發(fā)訊,接通7Y。泵2的壓力油進(jìn)入閥6經(jīng)換向閥16左端通過單向調(diào)速閥18最后進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)缸,使手臂回轉(zhuǎn)。
進(jìn)油路:泵2→閥6→換向閥16(左)→單向調(diào)速閥18→手臂回轉(zhuǎn)缸
回油路:手臂回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥17→換向閥16(左)→行程節(jié)流閥19→油箱
10、插定位銷(1、12)
當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)時(shí),7Y斷電,12Y重又通電,插定位銷同1。
11、手臂前伸(5、12)
此時(shí)的動(dòng)作順序同7。
12、手臂中停(12)
當(dāng)手臂前伸碰到行程開關(guān)后,5Y斷電,伸縮缸停止動(dòng)作,確保手臂將棒料送到準(zhǔn)確位置處,“手臂中?!钡戎鳈C(jī)夾頭夾緊棒料,夾頭夾緊棒料后,時(shí)間繼電器發(fā)訊。
13、手指張開(1、9、12)
接到繼電器信號(hào)后,1Y、9Y通電,手指張開同3。并啟動(dòng)時(shí)間繼電器延時(shí),主機(jī)夾頭移走棒料后,繼電器發(fā)訊。
14、手指閉合(1、12)
接繼電器信號(hào),9Y斷電,手指閉合同4。
15、手臂縮回(6、12)
當(dāng)手指閉喝后,1Y斷電,使泵1和泵2一起供油,同時(shí)6Y通電,其動(dòng)作順序同6。
16、手臂下降(4、12)
手臂縮回碰到行程開關(guān),6Y斷電,4Y通電。此時(shí),電液換向閥10右端動(dòng)作,壓力油經(jīng)閥10和單向調(diào)速閥13進(jìn)入升降缸上腔。
進(jìn)油路:泵1→單向閥5→閥10(右)→閥13→手臂升降缸上腔
泵2→閥6→閥7→↑
回油路:手臂升降缸下腔→閥12→閥11→閥10(右)→油箱
17、手腕反轉(zhuǎn)(1、11、12)
當(dāng)升降導(dǎo)套上的碰鐵碰到行程開關(guān)時(shí),4Y斷電,1Y、11Y通電。泵2供油至閥22右端,壓力油通過單向調(diào)速閥23進(jìn)入手腕回轉(zhuǎn)缸的另一腔,并使手腕反轉(zhuǎn)。
進(jìn)油路:泵2→閥6→閥22(右)→單向調(diào)速閥23→手腕回轉(zhuǎn)缸
回油路:手腕回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥24→閥22(右)→油箱
18、拔定位銷(1)
手腕反轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)后,11Y、12Y斷電。動(dòng)作順序同8。
19、手臂反轉(zhuǎn)(1、8)
拔定位銷,壓力繼電器發(fā)信號(hào),8Y接通。換向閥16右端動(dòng)作,壓力油進(jìn)入手臂回轉(zhuǎn)缸的另一腔,手臂反轉(zhuǎn),機(jī)械手復(fù)位。
進(jìn)油路:泵2→閥6→換向閥16(右)→單向調(diào)速閥17→手臂回轉(zhuǎn)缸
回油路:手臂回轉(zhuǎn)缸→單向調(diào)速閥18→換向閥16(右)→行程節(jié)流閥19→油箱
20、待料卸載(1、2)
手臂反轉(zhuǎn)到位后,啟動(dòng)行程開關(guān),8Y斷電,2Y接通。此時(shí),兩油泵同時(shí)卸荷。機(jī)械手動(dòng)作循環(huán)結(jié)束,等待下一個(gè)循環(huán)。
機(jī)械手的動(dòng)作也可由微機(jī)程序控制,與相關(guān)主機(jī)聯(lián)為一體,其動(dòng)作順序相同。
3.4液壓系統(tǒng)特點(diǎn)分析:
⑴系統(tǒng)采用雙聯(lián)泵供油,手臂升降及伸縮時(shí)由兩個(gè)泵同時(shí)供油;手臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、手指松緊及定位缸工作時(shí),只有小流量泵2供油,大流量泵1自動(dòng)卸載。由于定位缸和控制油路所需壓力較低,在定位缸支路上串聯(lián)有減壓閥8,使之獲得穩(wěn)定的壓力。
⑵手臂的伸縮和升降采用單桿雙作用液壓缸驅(qū)動(dòng),手臂的升降和伸縮速度分別由單向調(diào)速閥15、13、11實(shí)現(xiàn)回油節(jié)流調(diào)速;手臂及手腕的回轉(zhuǎn)由擺動(dòng)液壓缸驅(qū)動(dòng),其正反向運(yùn)動(dòng)亦采用單向閥17和18,23和24回油節(jié)流調(diào)速。
⑶執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定位和緩沖是機(jī)械手工作平穩(wěn)可靠的關(guān)鍵。從提高生產(chǎn)率來說,希望機(jī)械手正常工作速度越快越好,但工作速度越快,起動(dòng)和停止時(shí)的慣性就越大,振動(dòng)和沖擊就越大,這不僅會(huì)影響到機(jī)械手的定位精度,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損傷機(jī)件。因此機(jī)械手的定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的要求,一般在定位前要采取緩沖措施。
該機(jī)械手手臂伸出、手腕回轉(zhuǎn)由死擋鐵定位保證精度,端點(diǎn)到達(dá)前發(fā)信號(hào)切斷油路,滑動(dòng)緩沖;手臂縮回和手臂上升由行程開關(guān)適時(shí)發(fā)信號(hào),提前切斷油路,滑行緩沖并定位。此外,手臂伸縮缸和升降缸采用了電液換向閥換向,調(diào)節(jié)換向時(shí)間,亦增加緩沖效果。由于手臂的回轉(zhuǎn)部分質(zhì)量較大,轉(zhuǎn)速較高,運(yùn)動(dòng)慣性矩較大,系統(tǒng)手臂回轉(zhuǎn)缸除采用單向調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速外,還在回油路上安裝行程節(jié)流閥19進(jìn)行減速緩沖,最后由定位缸插定位銷定位,滿足定位精度要求。
⑷為使手指夾緊缸夾緊工件后不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響,保證牢固地夾緊工件,采用了液控單向閥21的鎖緊回路。
⑸手臂升降缸為立式液壓缸,為支承平衡運(yùn)動(dòng)部件的自重,采用了單向順序閥12的平衡回路。
3.5電氣系統(tǒng)原理圖
各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)信號(hào)控制相應(yīng)的電磁換向閥,按程序依次步進(jìn)動(dòng)作。
工業(yè)機(jī)械手電氣系統(tǒng)圖
3.6電氣系統(tǒng)工作原理
1、 插定位銷(1、12)
放下閘刀開關(guān)QG,按下起動(dòng)按鈕SB2,中間繼電器12K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,使電磁鐵1Y、2Y同時(shí)得電,兩泵同時(shí)卸載,機(jī)械手處于待料卸載狀態(tài)。同時(shí)繼電器KM得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn),運(yùn)輸棒料。
當(dāng)棒料到達(dá)待上料位置時(shí),撞上行程開關(guān)12ST, 12ST閉合,使中間繼電器12K斷電,電磁鐵2Y斷電,小泵停止卸載,大泵仍卸載,同時(shí)使中間繼電器11K得電,其常開觸點(diǎn)自鎖,使另外的常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵12Y得電,實(shí)現(xiàn)插定位銷。
2、 手臂前伸(5、12)
當(dāng)定位缸的油壓達(dá)到一定值時(shí),壓力繼電器KP發(fā)訊,使行程開關(guān)6ST閉合,中間繼電器5K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵5Y得電,實(shí)現(xiàn)手臂前伸。
3、 手指張開(1、9、12)
經(jīng)一定時(shí)間,手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關(guān)4ST,4ST閉合,中間繼電器4K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵9Y得電,實(shí)現(xiàn)手指張開。
4、 手指抓料(1、12)
經(jīng)一定時(shí)間,手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關(guān)5ST,5ST閉合,中間繼電器4K斷電,其常開觸點(diǎn)斷開,電磁鐵9Y斷電,實(shí)現(xiàn)手指抓料。
5、 手臂上升(3、12)
經(jīng)一定時(shí)間,手指夾緊缸上的碰塊碰到行程開關(guān)2ST,2ST閉合,中間繼電器2K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵3Y得電,實(shí)現(xiàn)手臂上升。
6、 手臂縮回(6、12)
經(jīng)一定時(shí)間,手臂升降缸上的碰塊碰到行程開關(guān)7ST,7ST閉合,中間繼電器6K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵6Y斷電,實(shí)現(xiàn)手臂縮回。
7、 手腕回轉(zhuǎn)(1、10、12)
經(jīng)一定時(shí)間,手臂伸縮缸上的碰塊碰到行程開關(guān)8ST,8ST閉合,中間繼電器7K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵10Y得電,實(shí)現(xiàn)手腕回轉(zhuǎn)。
8、 拔定位銷(1)
經(jīng)一定時(shí)間,手腕回轉(zhuǎn)缸上的碰塊碰到行程開關(guān)11ST,11ST閉合,中間繼電器10K得電,其常閉觸點(diǎn)斷開,電磁鐵12Y斷電,同時(shí)8ST斷開后,中間繼電器7K斷電,其常開觸點(diǎn)斷開,電磁鐵10Y斷電,實(shí)現(xiàn)拔定位銷。
9、 手臂回轉(zhuǎn)(1、7)
經(jīng)一定時(shí)間,定位缸支路上無油壓后,壓力繼電器KP發(fā)訊,使行程開關(guān)10ST閉合,中間繼電器9K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵7Y得電,實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)。
10、 插定位銷(1、12)
其過程同1。
11、 手臂前伸(5、12)
其過程同7。
12、 手臂中停(12)
經(jīng)一定時(shí)間,手臂伸縮缸上的碰塊碰到使行程開關(guān)6ST,中間繼電器5K斷電,其常開觸點(diǎn)斷開,電磁鐵5Y斷電,實(shí)現(xiàn)手臂中停。
13、 手指張開(1、9、12)
其過程同3。
14、 手指閉合(1、12)
其過程同4。
15、 手臂縮回(6、12)
其過程同6。
16、 手臂下降(4、12)
經(jīng)一定時(shí)間,手臂伸縮缸上的碰塊碰到使行程開關(guān)3ST,3ST閉合,中間繼電器8K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵4Y得電,實(shí)現(xiàn)手臂下降。
17、 手腕反轉(zhuǎn)(1、11、12)
經(jīng)一定時(shí)間,手臂升降缸上的碰塊碰到行程開關(guān)9ST,9ST閉合,中間繼電器8K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵11Y得電;同時(shí),中間繼電器3K斷電,其常閉觸點(diǎn)閉合,電磁鐵1Y得電,實(shí)現(xiàn)手臂反轉(zhuǎn)。
18、 拔定位銷(1)
其過程同8。
19、 手臂反轉(zhuǎn)(1、8)
拔定位銷銷后,壓力繼電器KP發(fā)訊,行程開關(guān)11ST閉合,中間繼電器10K得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電磁鐵8Y得電,實(shí)現(xiàn)手臂反轉(zhuǎn)。
20、 待料卸載(1、2)
經(jīng)一定時(shí)間,手臂回轉(zhuǎn)缸上的碰塊碰斷行程開關(guān)11ST,中間繼電器10K斷電,其常開觸點(diǎn)斷開,常閉觸點(diǎn)閉合,電磁鐵8Y斷電,電磁鐵2Y得電,兩泵同時(shí)卸荷,實(shí)現(xiàn)待料卸載。
3.7電氣系統(tǒng)特點(diǎn)分析:
⑴控制方式為點(diǎn)位程序控制。程序設(shè)計(jì)采用開關(guān)預(yù)選方式,機(jī)械手的自動(dòng)循環(huán)采用步進(jìn)繼電器控制。步進(jìn)動(dòng)作是由每一個(gè)動(dòng)作完成后,使行程開關(guān)ST的觸點(diǎn)閉合而發(fā)出信號(hào)或依據(jù)每一步的動(dòng)作預(yù)設(shè)停留時(shí)間。
⑵發(fā)信指令完成由相應(yīng)的中間繼電器K來實(shí)現(xiàn),受發(fā)指令的完成方式為機(jī)械手相應(yīng)動(dòng)作結(jié)束的同時(shí)使步進(jìn)繼電器再動(dòng)作,復(fù)位指令完成是給相應(yīng)的中間繼電器通電,使機(jī)械手回到工作準(zhǔn)備狀態(tài)。
⑶機(jī)械手除能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)外,還設(shè)有調(diào)整電路,可通過手動(dòng)按鈕SB進(jìn)行單個(gè)動(dòng)作調(diào)試。
⑷液壓泵的供油與卸載和每步動(dòng)作之間的對應(yīng)關(guān)系由控制電器保證:只有在2K、3K、4K、5K、6K、7K、8K、9K、10K等九個(gè)中間繼電器全部不通電(所有液壓缸不動(dòng)作)時(shí),中間繼電器12K才通電,使電磁鐵1Y、2Y得電,大、小泵同時(shí)卸載;中間繼電器中任意一個(gè)通電(即任一液壓缸動(dòng)作),12K則斷電,小泵停止卸載;中間繼電器2K、3K、5K、6K中任意一個(gè)通電(即手臂升降,手臂伸縮),大泵則停止卸載。
⑸手臂定位與手臂回轉(zhuǎn)由繼電器互鎖。在插定位銷后,定位缸壓力上升,壓力繼電器K升壓發(fā)令,一方面由常開觸點(diǎn)接通手臂升降、手臂伸縮、手指松夾、手腕回轉(zhuǎn)等部分的自動(dòng)循環(huán)電氣線路;另一方面由常閉觸點(diǎn)斷開手臂回轉(zhuǎn)的電氣線路。同時(shí)在定位缸用電磁鐵12Y的線圈兩邊串聯(lián)有中間繼電器9K和10K(手臂回轉(zhuǎn))的常閉觸頭和11K(定位插銷)的常開觸頭,這些互鎖措施保證了任何情況下手臂回轉(zhuǎn)只在拔定位銷之后進(jìn)行。
⑹因機(jī)械手工作環(huán)境存在金屬粉塵,在電磁鐵Y的線圈兩邊各串聯(lián)了一個(gè)中間繼電器的常開觸頭,用以保證繼電器斷電之后常開觸頭可靠脫開,液壓缸即時(shí)停止工作。
4、計(jì)算和選擇液壓元件
液壓元件包括執(zhí)行元件、動(dòng)力元件、控制元件、輔助元件、工作介質(zhì)。
4.1執(zhí)行元件——液壓缸、液壓馬達(dá)
工業(yè)機(jī)械手受力示意圖
4.1.1手指夾緊缸
∵∑Y=0
∴2—G=0
又=N
∴N===5000N
∵∑M(o)=0
∴N×a—F×a=0
∴F=2 N=2×5000=10000N
又===1.33
∴F=13300N
∵D=
=
=41.15mm
根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),圓整為40mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。
4.1.2手腕回轉(zhuǎn)缸
當(dāng)手指夾著工件,手腕旋轉(zhuǎn)時(shí),液壓缸需克服的摩檫力矩最大。
M=f×r==0.1×1500×0.1=15NM
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CM-C10C型液壓馬達(dá)。
4.1.3手臂伸縮缸
F=f==0.1×2000=200N
∴D=
=
=8.4mm
根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),圓整為10mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。
4.1.4手臂升降缸
D=
=
=35.7mm
根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),圓整為40mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。
4.1.5手臂回轉(zhuǎn)缸
當(dāng)手指夾著工件,手臂旋轉(zhuǎn)時(shí),液壓缸需克服的摩檫力矩最大。
M=f×r==0.1×4500×0.05=22.5NM
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CM-C18C型液壓馬達(dá)。
4.1.6定位缸
f==0.1×5000=500N
D=
=
=
=12.6mm
根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),圓整為20mm.,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》P選HSG型液壓缸。
液壓缸計(jì)算結(jié)果:
型號(hào)
速度比
活塞缸內(nèi)徑(mm)
活塞桿直徑(mm)
活塞桿工進(jìn)速度(m/min)
實(shí)際壓力(MPa)
流量(L/min)
手指夾緊缸
HSG
1.33
40
20
3
10
3.76
手臂伸縮缸
HSG
1.33
10
5
12
4
0.94
手臂升降缸
HSG
1.33
40
20
36
4
45.2
定位缸
HSG
1.33
20
10
3
4
0.94
液壓馬達(dá)計(jì)算結(jié)果:
型號(hào)
額定轉(zhuǎn)速(r/min)
額定轉(zhuǎn)矩(NM)
額定壓力(MPa)
排量(mL/r)
流量(L/min)
手腕回轉(zhuǎn)缸
CM-C10C
1800
17.4
10
10.9
19.6
手臂回轉(zhuǎn)缸
CM-C18C
1800
29
10
18.2
32.8
4.1.7液壓缸的其它技術(shù)要求:
⑴缸筒與端蓋的連接形式
由于機(jī)械手要求外形尺寸小,重量輕,故采用螺紋式連接
⑵缸筒、端蓋和導(dǎo)向套的基本要求
缸筒內(nèi)孔一般采用鏜削、鉸孔、滾壓或磨等精密加工工藝制造,要求表面粗糙度在0.1~0.4,使活塞及其密封件、支承件能順利滑動(dòng),從而保證密封效果,減少磨損;缸筒要承受很大的液壓力,因此,應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。
端蓋裝在缸筒兩端,形成封閉油腔,同樣承受很大的液壓力,因此,端蓋及其連接件都應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。
導(dǎo)向套對活塞桿起導(dǎo)向和支承作用,一般采用摩檫系數(shù)小、耐磨性好的聚四氟乙烯制作。
⑶活塞和活塞桿的連接形式
由于機(jī)械手工作時(shí)振動(dòng)較大,要求連接強(qiáng)度高且具有減振能力,故選擇半環(huán)式連接
⑷活塞組件的密封
在活塞的外圓表面一般開幾道寬0.3~0.5mm的環(huán)形溝槽,稱平衡槽,其作用如下:使活塞具有自位性能,由于活塞的幾何形狀和同軸度誤差,工作壓力油在密封間隙中的不對稱分布形成一個(gè)徑向不平衡力,稱為液壓卡緊力,它使摩檫力增大,開平衡槽后,使得徑向油壓力趨于平衡,使活塞能夠自動(dòng)對中,減小摩檫力;由于同心環(huán)縫的泄漏要比偏心環(huán)縫小得多,活塞的對中減小了油液的泄漏量,提高了密封性能;自潤滑作用,油液儲(chǔ)存在平衡槽內(nèi),使活塞能自動(dòng)潤滑。
同時(shí)還采用Y型密封。Y形密封的截面為Y形,屬唇型密圈,主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的密封。Y形圈的密封作用取決于它的唇邊對耦合面的緊密接觸程度。在壓力油作用下,唇邊對耦合面產(chǎn)生較大的接觸壓力,從而達(dá)到密封的目的。當(dāng)液壓力升高時(shí),唇邊與耦合面貼得更緊,接觸壓力更高,密封性能更好。
⑸緩沖裝置
當(dāng)液壓缸拖動(dòng)負(fù)載的質(zhì)量較大、速度較高時(shí),一般應(yīng)在液壓缸中設(shè)緩沖裝置,必要時(shí)還需在液壓缸傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)緩沖回路,以免在行程終端發(fā)生過大的機(jī)械碰撞,導(dǎo)致液壓缸損壞。緩沖的原理是當(dāng)活塞或缸筒接近行程終端時(shí),在排油腔內(nèi)增大回油阻力,從而降低液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度,避免活塞與缸蓋相撞。
4.2動(dòng)力元件——液壓泵
液壓泵是標(biāo)準(zhǔn)件,其選擇依據(jù)是額定壓力和流量。
4.2.1小泵
當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、手指松緊及定位缸工作時(shí),只有小流量泵供油。
手臂回轉(zhuǎn)時(shí),液壓馬達(dá)的額定壓力為10MPa,流量為=nV=1800×18.2=32.8L/min
手腕回轉(zhuǎn)時(shí),液壓馬達(dá)的額定壓力為10 MPa,流量為=nV=1800×10.9=19.6L/min
手指松緊時(shí),液壓缸的工作壓力為10 MPa,流量為= A=×=××3×=3.76L/min
定位缸工作時(shí), 液壓缸的工作壓力為4 MPa,流量為= A=×=×0.02×3×=0.94L/min
實(shí)際流量:=×=1.1×32.8=36.08L/min
實(shí)際壓力:=×=1.1×10=11 MPa
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CB-30型液壓泵。
工作時(shí)液壓泵所需的最大功率為:
===8.27KW
查《機(jī)械零件手冊》選Y160M型電機(jī)。
4.2.2大泵
當(dāng)手臂伸縮、手臂升降時(shí),大、小泵同時(shí)供油。
手臂升降時(shí),液壓缸工作壓力為4 MPa,流量為= A=×=××36×=45.2L/min。
手臂伸縮時(shí),液壓缸工作壓力為4 MPa,流量為= A=×=××12×=0.94L/min
實(shí)際流量:=×=1.1×45.2=49.72L/min
實(shí)際壓力:=×=1.1×4=4.4 MPa
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選CB-50型液壓泵。
工作時(shí)液壓泵所需的最大功率為:
===11.39KW
查《機(jī)械零件手冊》選Y160L型電機(jī)。
泵的計(jì)算結(jié)果:
型號(hào)
排量(mL/r)
額定壓力(MPa)
轉(zhuǎn)速(r/min)
流量(L/min)
小泵
CB-32
32.5
10
1450
47.1
大泵
CB-50
48.7
10
1450
70.6
電機(jī)的計(jì)算結(jié)果:
型號(hào)
功率(KW)
轉(zhuǎn)速(r/min)
小電機(jī)
Y160M
11
1500
大電機(jī)
Y160L
15
1500
4.3控制元件——方向閥、壓力閥、流量閥
控制元件是標(biāo)準(zhǔn)件,其選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高工作壓力和通過該閥的最大流量
4.3.1方向控制閥
電液換向閥:按P=11,q=70.6選DSHG-03-3c型電液換向閥2個(gè)(3位4通O型機(jī)能)
電磁換向閥:按P=11,q=47.1選DSG-01-3c型電磁換向閥4個(gè)(其中3位4通O型機(jī)能2個(gè),2位3通2個(gè))
單向閥:按P=11,q=47.1選S型單向閥4個(gè)
液控單向閥:按P=11,q=47.1選SV10型液控單向閥1個(gè)
4.3.2壓力控制閥
壓力繼電器:按P=11,q=47.1選HED1K型壓力繼電器1個(gè);
減壓閥:按P=11,q=47.1選DR10DP型直動(dòng)式減壓閥1個(gè);
卸荷溢流閥:按P=11,q=47.1,P=11,q=70.6選DA型先導(dǎo)式卸荷溢流閥各1個(gè);
單向順序閥:按P=11,q=70.6選HGM-03-20型單向順序閥1個(gè)。
4.3.3流量控制閥
單向調(diào)速閥:按P=11,q=47.1選QA-H20型單向調(diào)速閥4個(gè),按P=11,q=70.6選QA-H20型單向調(diào)速閥3個(gè);
行程節(jié)流閥:按P=11,q=47.1選ZGM-10型行程節(jié)流閥1個(gè)。
控制元件計(jì)算結(jié)果:
名稱
工作壓力()
流量(L/min)
型號(hào)
數(shù)量
方向控制閥
電液換向閥
11
70.6
DSHG-03-3c
2
電磁換向閥
11
47.1
DSG-01-3c
4
液控單向閥
11
47.1
SV10
1
單向閥
11
47.1
S
4
壓力控制閥
壓力繼電器
11
47.1
HED1K
1
減壓閥
11
47.1
DR10DP
1
卸荷溢流閥
11
70.6
DA
2
單向順序閥
11
70.6
HGM-03-20
1
流量控制閥
單向調(diào)速閥
11
47.1
QA-H20
7
行程節(jié)流閥
11
47.1
ZGM-10
1
4.4輔助元件——管道、管接頭、濾油器、油箱
4.4.1管道
由于本系統(tǒng)壓力一般,擬采用軟管。
⑴與手臂回轉(zhuǎn)缸、手指夾緊缸、手腕回轉(zhuǎn)缸、定位缸相連的軟管
A=,得d=
d——軟管內(nèi)徑,m
V——管內(nèi)流速,
Q——管內(nèi)流量,
將V=2,Q=47.1=7.85×代入上式得d=0.0091m=9.1mm
根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),圓整為d=10mm
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選,選Ⅰ型軟管
⑵與手臂升降缸、手臂伸縮缸相連的軟管
A=,得d=
d——軟管內(nèi)徑,m
V——管內(nèi)流速,
Q——管內(nèi)流量,
將V=2,Q=117.7=19.6×代入上式得d=0.0144m=14.4mm
根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),圓整為d=15mm
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選,選Ⅰ型軟管
4.4.2管接頭
由于本系統(tǒng)最高工作壓力為11MPa,查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》選扣壓式膠管接頭
4.4.3濾油器
由于本系統(tǒng)適用于高溫作業(yè),油液溫度會(huì)很高,故選擇燒結(jié)式濾芯
4.4.4油箱
油箱的容量一般取泵流量的3~5倍,本系統(tǒng)取4倍。
V=4=4×(70.6+47.1)=470.8L
根據(jù)液壓行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),圓整為V=500L
4.5工作介質(zhì)——液壓油
液壓系統(tǒng)對工作介質(zhì)的要求:
有適當(dāng)?shù)恼扯群土己玫恼硿靥匦裕?
氧化安定性好和剪切安定性好;
抗乳化性、抗泡沫性好;
能防火、防爆;
有良好的潤滑性和防腐蝕性,不腐蝕金屬和密封件;
對人體無害,成本低。
綜合以上要求,選L-HL液壓油(普通液壓油)
5、液壓系統(tǒng)性能的驗(yàn)算
5.1系統(tǒng)的壓力損失驗(yàn)算
液壓元件的規(guī)格和管道尺寸確定之后,便應(yīng)估算回路中的壓力損失,以便確定系統(tǒng)的供油壓力。而系統(tǒng)的壓力損失的驗(yàn)算工作,往往要求先畫出液壓系統(tǒng)和元件的裝配草圖后,才能進(jìn)行。由于該液壓系統(tǒng)較簡單,該項(xiàng)計(jì)算從略。
5.2系統(tǒng)的溫升驗(yàn)算
在液壓傳動(dòng)中,壓力損失和溢流、泄漏的能量損失,絕大部分變?yōu)闊崮埽率瓜到y(tǒng)的油溫升高。為了保證系統(tǒng)正常工作,油溫升高的允許植不應(yīng)超過規(guī)定范圍。因而驗(yàn)算發(fā)熱和散熱量。由于系統(tǒng)的功率小,效率高,發(fā)熱少,所取油箱容量又較大,故不必進(jìn)行溫升的驗(yàn)算。
5.3系統(tǒng)的其它驗(yàn)算
對精度要求較高的系統(tǒng),還需要進(jìn)行液壓沖擊,換向性能等方面的驗(yàn)算。由于本系統(tǒng)精度要求一般,故不必進(jìn)行此方面的驗(yàn)算。
6、結(jié)束語
經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn),本機(jī)械手液壓系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)要求。其電氣控制部分如改進(jìn)為微機(jī)控制,將大幅度提高生產(chǎn)效率,并為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化創(chuàng)造條件,這將是我今后努力的方向!
7、致謝
衷心感謝四年來機(jī)械工程系全體老師的辛勤培養(yǎng)和同學(xué)的支持幫助!
特別感謝梁棟老師對畢業(yè)設(shè)計(jì)的悉心指導(dǎo)!
還要感謝電氣工程系袁琦老師的大力支持!
The design of hydraulic system of the industry manipulator
Shi zhongqiu
Counselor: Liang dong Associate professor
(South China University of Tropic Agriculture technical College
Danzhou Hainan 571737)
[summary] Manipulator imitate hand movement of people, according to give procedure , orbit , demand realize pick , carry and automatics that operate automatically definitely. It especially in such abominable environments as high temperature , high pressure , much dust , flammable , explosive , radioactivity ,etc., cumbersome , dull, frequent operation replace people's homework, so find extensive day by day application. Manipulator generally by executive body, urge system , control system and measure device 3 major part make up, the puma manipulator still feels the system and intelligence system . Page this industry manipulator of introduction belong to round cylindrical coordinates type, all-hydraulic to urge the manipulator. Page this according to hydraulic pressure general procedure that system design , divide into four introduce industry manipulator hydraulic pressure systematic design process in detail, 4th among them calculate and choose hydraulic pressure component focal point.
[key words] Manipulator Hydraulic Electric
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