蠟模制殼機械手---液壓系統(tǒng)設計【CAD高清圖紙文檔可編輯】

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哈爾濱理工大學學士學位論文 蠟模制殼機械手-液壓系統(tǒng)的設計 摘 要 最近，全球內帶有夾子或手的機械手系統(tǒng)已經發(fā)展起來了，多種方法應用其上，有擬人化和非擬人化的，不僅調查了這些系統(tǒng)的機械結構，而且還包括其必要的控制系統(tǒng)，如同人手一樣，這些機械人系統(tǒng)可以用它們的手去抓不同的物體，而且不用改換夾子，這些機械手具備特殊的運動能力比如小質量和小慣量，這使被抓物體在機械手的工作范圍內做更復雜、更精確的操作變得可能。這些復雜的操作被抓物體繞任意角度和軸旋轉。 本論文介紹了用于夾持蠟模機械手的設計。它采用液壓驅動，點位程序控制，動作平穩(wěn)，控制方便。本論文主要闡述該機械手的夾緊、伸縮、升降和回轉的設計和計算。首先從機械手的基礎知識介紹有關機械手的組成、分類、臂部設計、液壓控制的多種方案，再從本次設計所要求的功能原理設計開始，對于不同的方案加以比較和論證，從中可確定出最優(yōu)方案，并采用其方案，在對其的結構設計的基礎上，對其驅動力和驅動力力矩進行計算。著重闡述了機身的設計，具體闡述了機械手的設計原則和步驟，分析了設計時應注意的問題，并對機械手的平穩(wěn)性及定位精度給予詳細的論述。設計并分析了該機械手所用的液壓控制的方法和過程。由于經驗不足，知識有限，難免有誤，有待改進。 關鍵詞 液壓；機械手；液壓缸 Wax molded shell robot mechanical part design Abstract Recently, the world inside with clamps clips or hand robotic systems have been developed, a variety of methods applied on it, there are anthropomorphic and non-anthropomorphic, not only the investigation of these systems mechanical structure, but also its necessary control system, as manpower, these robotic systems can use their hands to grab different objects, and do not change the clip, these robots possess exceptional athletic ability such as small mass and small inertia, which makes the grasped object in the robot's operating range done within a more complex, more precise operation becomes possible. These complex operations are grasping objects around any angle and axes. This thesis introduces to used for clipping to hold the outside circle a design for and down anticipating machine hand. It adopts the liquid presses to drive, ordering a procedure control, acting steady, control convenience. This thesis expatiates the rise and fall of the machine’s hand primarily with the design of the turn-over with compute. Constitute, divide into section form the relevant machine in introduction in knowledge in foundation of the machine hand first, wrist a various projects for and arm department designing, liquid pressing control, start from this design a function for requesting principle, take into the comparison to the different project with the argument, can make sure the superior project from the inside, combine to adopt its project, in as to it’s of the foundation of the construction design, as to it’s driver force and moment proceed the calculation. Emphasize the design that expatiated the fuselage, expatiated the design principle of the machine hand in a specific way with the step, analyzed the problem of design should notice, and give to the steady and fixed position accuracy of the machine hand detailed treatise. Because of experience shortage, the knowledge is limited, difficult do not need the mistake, treat to improve. Keywords manipulator； liquid presses； driving force； fixed position accuracy 目 錄 摘 要 I Abstract...................................................................................................................................II 第1章 緒論............................................................................................................................1 1.1 機械手的設計技術參數(shù)要求 1 1.2 液壓系統(tǒng)的控制要求 1 1.3 液壓泵站的設計步驟 1 1.4 液壓系統(tǒng)的注意事項 1 第2章 液壓元件的選擇與專用件設計 3 2.1 液壓泵的選擇 3 2.1.1 確定液壓泵的流量 3 2.1.2 選擇液壓泵的規(guī)格 4 2.1.3 確定液壓泵的驅動功率 4 2.2 確定電動機型號 5 2.3 液壓閥的選擇 5 2.4 過濾器的選擇 6 2.5 管路設計 7 2.5.1 管道內徑計算 7 2.5.2 管道壁厚δ的計算 8 2.6 油箱容量的確定 9 2.7 液壓介質的選擇 9 第3章 液壓系統(tǒng)的總體設計方案 11 3.1 制定基本方案 11 3.1.1 確定工作方式 11 3.1.2 制定調速方案 11 3.1.3 制定壓力控制方案 11 3.1.4 選擇液壓動力源 12 3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 12 第4章 液壓系統(tǒng)性能驗算 14 第5章 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 17 5.1 工況分析 17 5.2 散熱量計算 18 5.3 油箱容量的計算 19 第6章 設計液壓裝置，編制技術文件 20 6.1 液壓裝置總體布局 20 6.2 液壓閥的配置形式 20 6.3 油箱的設計要點 21 第7章 機械手的自動控制 23 7.1 機械手的工況分析 23 7.2 機械手電磁閥的動作順序表 23 7.3 機械手PLC控制程序 24 結論 25 致謝 26 參考文獻 27 附錄 28 IV 第1章 緒論 近幾年隨著技術的發(fā)展，越來越多的工廠實現(xiàn)了生產線的自動化生產，尤其在模具制造工藝中液壓機械手的應用越來越廣范，而我所設計的就是蠟模制殼機械手中液壓系統(tǒng)的設計。 本設計是為了完成蠟模制殼機的自動生產，完成蠟模機的取件、灌漿、噴砂、灌漿等三次循環(huán)的工作。通過液壓系統(tǒng)的5個液壓缸來完成機械手臂的回轉、伸長、升降等工作過程，實現(xiàn)蠟模制殼的自動化生產。 1.1 機械手的設計技術參數(shù)要求 1.抓重：2.5kg (夾持式手部) 2.系統(tǒng)的最高壓力：1.0Mpa 3.系統(tǒng)的流量范圍：0. 942L/min--18.84 L/min 1.2 液壓系統(tǒng)的控制要求 1.實現(xiàn)執(zhí)行元件的換向、鎖緊停止 2.采用變量泵進行調速 3.實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的卸荷 4.實現(xiàn)機械手的自動控制 1.3 液壓泵站的設計步驟 　　液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結構簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 1.確定液壓執(zhí)行元件的形式 2.進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù) 3.制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖 4.選擇液壓元件 5.液壓系統(tǒng)的性能驗算 6.繪制工作圖 1.4 液壓系統(tǒng)的注意事項 1.主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等 2.液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關系如何 3.液壓驅動機構的運動形式，運動速度 36 4.各動作機構的載荷大小及其性質 5.對調速范圍、運動平穩(wěn)性、轉換精度等性能方面的要求 6.自動化程序、操作控制方式的要求 7.對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求 第2章 液壓元件的選擇與專用件設計 2.1 液壓泵的選擇 1.確定液壓泵的最大工作壓力 式中——液壓缸或液壓馬達最大工作壓力為2MPa ——從液壓泵出口到液壓缸或液壓馬達入口之間總的管路損失。 的準確計算要待元件選定并繪出管路圖時才能進行，初算時可按經驗數(shù)據(jù)選?。? (1)管路簡單、流速不大的，取 Mpa； (2)管路復雜，進口有調速閥的，取 Mpa。 預取 =1.5 MPa 則可得液壓泵的最大工作壓力：?? Mpa 2.1.1 確定液壓泵的流量 (1) 多液壓缸或液壓馬達同時工作時，液壓泵的輸出流量應為 式中 ——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取K=1.1～1.3； ——同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大總流量，可從（q-t）圖上查得。對于在工作過程中用節(jié)流調速的系統(tǒng)，還須加上溢流閥的最小溢流量，一般取。 由題知系統(tǒng)的最大工作流量為 則查表可預選液壓泵的流量大概為=30L/min 2.1.2 選擇液壓泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的和值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產品樣本或本手冊中選擇相應的液壓泵。為使液壓泵有一定的壓力儲備，所選泵的額定壓力一般要比最大工作壓力大25%～60%。 液壓泵參數(shù)見表2-1 表2-1液壓泵的參數(shù)規(guī)格 排量，ml/s 32 額定壓力，MPa 6.5 型號 YB1-32 額定轉速，r/min 960 驅動功率，kW 5 2.1.3 確定液壓泵的驅動功率 在工作循環(huán)中，如果液壓泵的壓力和流量比較恒定，即（p-t）、（q-t）圖變化較平緩。 式中 ——液壓泵的最大工作壓力（Pa）； ??? ——液壓泵的流量（）； ——液壓泵的總效率，參考表2-2選擇。 表2-2 液壓泵的總效率 液壓泵類型 齒輪泵 螺桿泵 葉片泵 柱塞泵 總效率 0.6～0.7 0.65～0.80 0.60～0.75 0.80～0.85 限壓式變量葉片泵的驅動功率，可按流量特性曲線拐點處的流量、壓力值計算。 一般情況下，可取，，則 2.2 確定電動機型號 按平均功率選出電動機功率后，還要驗算一下每一階段內電動機超載量是否都在允許范圍內，根據(jù)經驗可知電動機允許的短時間超載量一般為25%。電動機型號見表2-3。 表2-3電動機型號 型號 Y132S-6 額定功率，kW 3.6 同步轉速，r/min 960 滿載電流，A 7.23 滿載功率因數(shù)， 0.84 堵轉電流/額定電流，A 7 轉動慣量\kg 0.286 凈重，kg 60 2.3 液壓閥的選擇 1. 閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大流量，一般選擇有國家標準定型產品的閥件。溢流閥按液壓泵的最大流量選取；選擇節(jié)流閥和調速閥時，要考慮最小穩(wěn)定流量應滿足執(zhí)行機構最低穩(wěn)定速度的要求。 2. 控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也允許有20%以內的短時間過流量。 3.閥的型號列表 表2-4先導溢流閥的型號（參數(shù)如下）： 名稱 先導溢流閥 公稱通徑，in 3/8 型號 BT-03-*-32 調壓范圍，MPa 0.5～25.0 最大流量，L/min 100 重量，kg 1.5 表2-5單向閥型號 名稱 單向閥 通徑，mm 6 壓力，MPa 32 流量，L/min 40 開啟壓力，MPa a：0.04 b：0.4 控制壓力，MPa △p ≥1.6 表2-6換向閥型號（參數(shù)如下） 名稱 3位4通換向閥 型號 DSG-01-3C2 通徑，mm 10 最大流量，L/min 63 公稱壓力，MPa 25 允許背壓，MPa ＜16 表2-7減壓閥型號 名稱 減壓閥 型號 DR-5DP1 輸入壓力（油口P），MPa 31.5 輸出壓力（油口P），MPa 21.0/不帶單向閥31.5 背壓（油口Y），MPa 6.0 最大流量，L/min 15 液壓油 礦物油（DIN51524），磷酸酯液 粘度范圍 2.8-380 過濾精度 NAS1639九級 表2-8單向節(jié)流閥型號 名稱 MK型單向節(jié)流閥 型號 MK-6-G 通徑，mm 10 流量，L/min 30 最大壓力，MPa 31.5 開啟壓力，MPa 0.05 介質 礦物液壓油、磷酸酯油液 介質溫度 -20-70 介質粘度 2.8-380 2.4 過濾器的選擇 ??根據(jù)題目要求和系統(tǒng)性能的考慮，選擇將過濾器置于壓油路上， 并選擇紙質過濾器型號（見表2-9）。 表2-9過濾器型號 型號 WU-40*180 流量，L/min 40 壓力損失，MPa 0.01 過濾精度，μm 180 通徑，mm 40 連接形式 螺紋連接 2.5 管路設計 1.在液壓傳動系統(tǒng)中常用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。 2.鋼管能承受較高的壓力，價格低廉，但安裝時彎曲半徑不能太小，多用在裝配比較方便的地方。廠用電鋼管是無縫鋼管，當工作壓力小于1.6MPa時，也可以用焊接鋼管。 3.紫銅管能承受的壓力較低，一般只在低壓系統(tǒng)使用。紫銅管在裝配時可按需要來彎曲，但價格較貴且抗振能力較弱，也可使用氮化，要盡量少用。 4.尼龍管可用在低壓系統(tǒng)。塑料管一般只用在回油管或卸油管。 5.膠管用在連接兩個相對運動部件之間的管道。膠管分為高低壓兩種。高壓膠管是鋼絲編織體為骨架或鋼絲纏繞體為骨架。 6.管道尺寸的確定的膠管，可用在壓力回路。低壓膠管是麻線或棉線編織體為骨架的膠管，多用于壓力較低的回油路。 2.5.1 管道內徑計算 式中 ——通過管道內的流量（）； ——管內允許流速（m/s） 計算出內徑后，按標準系列選取相應的管子及流速的選取見表2-10。 表2-10管道允許流速推薦值 管道 推薦流速（m/s） 液壓泵吸油管道 0.5～1.5，一般常取1以下 液壓系統(tǒng)壓油管道 3～6，壓力高，管道短，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5～2.6 已知伸縮缸=18.84L/min，回轉缸=0.942L/min，升降缸=11.3L/min 計算出油路管徑 假設吸油速度為2m/s 假設取壓油速度為4m/s 假設取回油速度為2m/s 2.5.2 管道壁厚δ的計算 根據(jù)系統(tǒng)壓力和流量以及鋼管的系列標準選擇相應滿足要求的鋼管壁厚 式中 ——管道內最高工作壓力(MPa)； ?? ——管道內徑(mm)； ——管道材料的抗拉強度(Pa)；——許用應力()對于鋼管 =（——抗拉強度Mpa S——安全系數(shù)，當p＜7Mpa時，S=8；當p＜17.5Mpa時，S=6；當p＞17.5Mpa時，S=4）。對于銅管＜25Mpa。 在液壓泵站中宜采用鋼管連接 2.6 油箱容量的確定 初始設計時，先按經驗公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進行校核。 油箱容量的經驗公式為 式中 ——液壓泵每分鐘排出壓力油的容積（）； ——經驗系數(shù)（見表2-11）。 表2-11液壓系統(tǒng)經驗系數(shù) 系統(tǒng)類型 行走機械 低壓系統(tǒng) 中壓系統(tǒng) 鍛壓機械 冶金機械 1～2 2～4 5～7 6～12 10 經計算得出油箱大致體積為 油箱容量見表2-12 表2-12油箱容量JB/T7938-1999 4 6.3 10 25 40 63 100 250 315 400 500 630 800 1000 1600 2000 3150 4000 5000 6300 在確定油箱尺寸時，一方面要滿足系統(tǒng)供油的要求，還要保證執(zhí)行元件全部排油時，油箱不能溢出，液壓油在油箱中的容量一般為75%，最低容量不得低于50%，同時在油箱的設計中加入清洗油口，以及拆件口的安裝。 2.7 液壓介質的選擇 液壓介質應具有適宜的粘度和良好的粘-溫（見表2-14）特性；油膜強度要高；具有良好的潤滑性能；抗氧化穩(wěn)定性好；腐蝕作用小，對涂料、密度材料（見表2-14）等具有良好的適應性；同時液壓介質還應具有一定的消泡能力。 2-13 液壓介質的密度 介質種類 礦物型 液壓油 水包油 乳化液 水-乙二醇液化液 磷酸酯 液化液 高水基 液化液 密度 850-960 990-1000 1030-1080 1120-1200 1000 表2-14液壓泵用油粘度推薦值 溫度 5-40 40-80 齒輪泵 17-40 60-88 葉片泵 P＜7Mpa 17-29 31-40 25-44 37-54 葉片泵 P＜7Mpa 軸向柱塞泵 徑向柱塞泵 25-44 17-62 40-98 37-154 根據(jù)該機構的使用條件等因素，其工作溫度在60，且載荷較輕，所以選用機械油，根據(jù)該系統(tǒng)的工作狀況以及運動情況選用礦物型液壓油，粘度為25mm/s。 在使用過程中，由于液壓介質自身特性及工作環(huán)境的影響，高溫、高壓、氧化等物理、化學作用下，液壓介質的性能指標會發(fā)生改變，當變化后的指標不能保證系統(tǒng)正常高效運行時，需要對工作介質進變換換油指標見表3-15 表3-15L-HM 液壓油換油指標 項目 換油指標 換油方法 40運動粘度變化率（％）超過 +15或—10 GB/T 265經計算 水分 大于 0.1 GB/T260 色度增加（比新油 大于 2 GB/T6540 酸值降低（％）或增（％） 35 GB/T264， 正戊烷不容物（％） 0.10 GB/T8926A法 銅片腐蝕（100，3h） 2a GB/T5096 注：允許采用GB/T511方法，使用60-90 石油醚作溶劑，測定式樣機械雜質。 第3章 液壓系統(tǒng)的總體設計方案 3.1 制定基本方案 3.1.1 確定工作方式 根據(jù)其工作狀況確定其運動方案及其控制順序，因為蠟模制殼的工藝順序為先取件放置水玻璃蘸料，再放置于沙桶內噴砂，再回轉至水玻璃料筒，再回裝置沙桶噴砂，再回轉至水玻璃料筒，最后完成噴砂工藝，放置工件即可完成整個工藝過程。 3.1.2 制定調速方案 該液壓執(zhí)行元件確定之后，其運動方向和運動速度的控制是擬定液壓回路的核心問題。 方向控制用換向閥或邏輯控制單元來實現(xiàn)。對于一般中小流量的液壓系統(tǒng)，大多通過換向閥的有機組合實現(xiàn)所要求的動作。對高壓大流量的液壓系統(tǒng)，現(xiàn)多采用插裝閥與先導控制閥的邏輯組合來實現(xiàn)。 速度控制通過改變液壓執(zhí)行元件輸入或輸出的流量或者利用密封空間的容積變化來實現(xiàn)。相應的調整方式有節(jié)流調速、容積調速以及二者的結合——容積節(jié)流調速。 容積調速是靠改變液壓泵排量來達到調速的目的。其優(yōu)點是沒有溢流損失和節(jié)流損失，效率較高。但為了散熱和補充泄漏，需要有輔助泵。此種調速方式適用于功率大、運動速度高的液壓系統(tǒng)。 容積節(jié)流調速一般是用變量泵供油，用流量控制閥調節(jié)輸入或輸出液壓執(zhí)行元件的流量，并使其供油量與需油量相適應。此種調速回路效率也較高，速度穩(wěn)定性較好，但其結構比較復雜。 ??故選擇采用柱塞式變量泵實現(xiàn)液壓回路的調速。 3.1.3 制定壓力控制方案 液壓執(zhí)行元件工作時，要求系統(tǒng)保持一定的工作壓力或在一定壓力范圍內工作，也有的需要多級或無級連續(xù)地調節(jié)壓力，一般在節(jié)流調速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調節(jié)所需壓力，并保持恒定。在容積調速系統(tǒng)中，用變量泵供油，用安全閥起安全保護作用。 3.1.4 選擇液壓動力源 液壓系統(tǒng)的工作介質完全由液壓源來提供，液壓源的核心是液壓泵，容積調速系統(tǒng)多數(shù)是用變量泵供油，用安全閥限定系統(tǒng)的最高壓力。 為節(jié)省能源提高效率，液壓泵的供油量要盡量與系統(tǒng)所需流量相匹配。對在工作循環(huán)各階段中系統(tǒng)所需油量相差較大的情況，一般采用多泵供油或變量泵供油。對長時間所需流量較小的情況，可增設蓄能器做輔助 油源。 油液的凈化裝置是液壓源中不可缺少的。一般泵的入口要裝有粗過濾器，進入系統(tǒng)的油液根據(jù)被保護元件的要求，通過相應的精過濾器再次過濾。為防止系統(tǒng)中雜質流回油箱，可在回油路上設置磁性過濾器或其他型式的過濾器。根據(jù)液壓設備所處環(huán)境及對溫升的要求，還要考慮加熱、冷卻等措施。 3.2 繪制液壓系統(tǒng)圖 整機的液壓系統(tǒng)圖由擬定好的控制回路及液壓源組合而成。各回路相互組合時要去掉重復多余的元件，力求系統(tǒng)結構簡單。注意各元件間的聯(lián)鎖關系，避免誤動作發(fā)生。要盡量減少能量損失環(huán)節(jié)。提高系統(tǒng)的工作效率。 如圖3-1所示 圖3-1 液壓系統(tǒng)工況分析伸縮缸伸長至工件處加緊缸取件伸縮缸收縮至原位處定位缸電磁閥通電收縮回轉缸回轉60度定位剛電磁閥斷電復位，回轉缸被定位電磁閥3通電伸縮缸伸長電磁閥6通電，升降缸下降下降到位后，5通電升降缸上升電磁閥4通電伸縮缸收縮到位電磁閥9通電，定位缸得電松開 電磁閥1通電轉動60度定位剛電磁閥斷電復位，回轉缸被定位電磁閥3通電伸縮缸伸長電磁閥6通電，升降缸下降下降到位后，5通電升降缸上升電磁閥4通電伸縮缸收縮到位電磁閥9通電，定位缸得電松開 電磁閥2通電轉動60度如此循環(huán)3次后完成工藝過程回轉缸轉動120度放置工件工作循環(huán)完畢。 第4章 液壓系統(tǒng)性能驗算 ? 液壓系統(tǒng)初步設計是在某些估計參數(shù)情況下進行的，當各回路形式、液壓元件及聯(lián)接管路等完全確定后，針對實際情況對所設計的系統(tǒng)進行各項性能分析。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進一步確切地計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、各種液壓閥的壓力損失（見表4-1）等。根據(jù)分析計算發(fā)現(xiàn)問題，對某些不合理的設計要進行重新調整，或采取其他必要的措施。 表4-1各種液壓閥的壓力損失 溢流閥，Mpa 0.2 單向節(jié)流閥，Mpa 0.3 正向 0.2 反向 單向閥，Mpa 0.2 減壓閥，Mpa 0.2 2位2通電磁換向閥，Mpa 0.1-0.2 3位4通電磁換向閥，Mpa 0.1-0.2 液壓系統(tǒng)壓力損失的計算如下： 壓力損失包括管路的沿程損失，閥類元件的局部損失，總的壓力損失為 式中 ——管道的長度（m）； ? ——管道內徑（m）； ? ——液流平均速度（）； ? ——液壓油密度（）； ——沿程阻力系數(shù)； ?? ——局部阻力系數(shù)。 伸縮缸在工作時，其管路沿程壓力損失為 根據(jù)液壓手冊規(guī)定液體的流態(tài)油臨界雷諾數(shù)Recr決定。當Re＜Recr時位層流；當Re＞Recr時位紊流。 根據(jù)計算公式 根據(jù)伸縮缸的液壓系統(tǒng)圖其工作時候要經過單向閥、3位4通電磁換向閥、單向節(jié)流閥等其液壓閥的壓力損失為 所以其工作時總的壓力損失為 回轉缸在工作時，其管路沿程壓力損失為 根據(jù)計算公式 回轉缸在工進時經過單向閥、3位4換向閥、單向節(jié)流閥，所以其流量閥的總壓力損失 Mpa 所以快退時其總的壓力損失為： Mpa 升降缸在工作時，其管路沿程壓力損失為： ????? 式中 ——管道的長度（m）； ?? ——管道內徑（m）； ?? υ——液流平均速度（m/s）； ?? ρ——液壓油密度（）； ?? λ——沿程阻力系數(shù)； ?? ζ——局部阻力系數(shù)。 伸縮缸在工作時，其管路沿程壓力損失為： m/s 根據(jù)液壓手冊規(guī)定液體的流態(tài)油臨界雷諾數(shù)Recr決定。當Re＜Recr時位層流；當Re＞Recr時位紊流。 根據(jù)計算公式 回轉缸在工進時經過單向閥、3位4換向閥、單向節(jié)流閥，所以其流量閥的總壓力損失 經過計算得給液壓系統(tǒng)在工作時其總的額外壓力損失為1.338Mpa小于其所選用的1.5Mpa的壓力余量，該系統(tǒng)合格。 第5章 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 液壓系統(tǒng)工作時，除執(zhí)行元件驅動外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉化為熱量，使油溫升高。 油箱容量于系統(tǒng)的流量有關，一般容量可取最大流量的3-5倍。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設計。計算出系統(tǒng)發(fā)熱量于散熱量，在考慮冷卻器散熱后，從熱平衡角度計算出油箱容量。 5.1 工況分析 液壓系統(tǒng)在工作時其各個工步的時間為，手臂升降缸工進與工退時間均為2s，手臂伸縮缸工進與工退時間均為3s，手臂回轉缸工進與工退時間均為2s、快退時間為4s，定位缸工作時為使與回轉缸工作不出現(xiàn)沖突應該停1s，手指夾緊缸在工作時為使不與伸縮缸沖突一應停頓1s，一個周期內該機械手各液壓缸工作次數(shù)見表5-1 表5-1各液壓缸一個工作周期工作次數(shù) 名稱 升降缸 伸縮缸 回轉缸 夾緊缸 定位缸 工作次數(shù) 上升 6 伸長 8 工進、工退 7 夾緊 1 8 下降 6 收縮 8 快退 1 松開 1 時間共計，s 24 32 25 2 8 所以該系統(tǒng)在工作時其總的工作時間T： 計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率如下： 在液壓系統(tǒng)中，凡系統(tǒng)中的損失都變成熱能散發(fā)出來。每一個周期中，每一個工況其效率不同，因此損失也不同。一個周期發(fā)熱的功率計算機公式為 式中 ——工作循環(huán)周期（s）； —一個周期時間（s）； ——第個工況的輸入功率（W）； ——第個工況的效； ——第個工況持續(xù)時間（s）。 伸縮缸工作時其效率為 回轉缸工作時其效率為 升降缸工作時其效率為 各液壓缸在工作時的輸入功率計算： W W W 5.2 散熱量計算 當忽略系統(tǒng)中其他地方的散熱，只考慮油箱散熱時，顯然系統(tǒng)的總發(fā)熱功率H全部由油箱散熱來考慮。這是郵箱散熱面積A的計算公式為 式中 ——油箱的散熱面積（）； ——油箱需要散熱面積的熱功率（W）； ——油溫（一般以55考慮）與周圍環(huán)境溫度的溫差（）； ——散熱系數(shù)見表5-2 表5-2油箱散熱系數(shù) 冷卻條件 通風條件很差 8～9 通風條件良好 15～17 風扇冷卻 23 循環(huán)水強制冷卻 110～170 5.3 油箱容量的計算 設油箱長、寬、高比值為，則邊長分別為時，的計算公式為 式中 ——散熱面積（） 設 所以油箱長為852mm、寬為852mm、高為427mm。 假設油箱壁厚為10mm 驗算油箱體積 第6章 設計液壓裝置，編制技術文件 6.1 液壓裝置總體布局 液壓系統(tǒng)總體布局有集中式、分散式。 集中式結構是將整個設備液壓系統(tǒng)的油源、控制閥部分獨立設置于主機之外或安裝在地下，組成液壓站。如冷軋機、鍛壓機、電弧爐等有強烈熱源和煙塵污染的冶金設備，一般都是采用集中供油方式。分散式結構是把液壓系統(tǒng)中液壓泵、控制調節(jié)裝置分別安裝在設備上適當?shù)牡胤健? 本設計采用液壓裝置的集中式布局液壓閥的配置形式見圖6-1. 圖6-1 ?? 6.2 液壓閥的配置形式 1.板式配置 板式配置是把板式液壓元件用螺釘固定在平板上，板上鉆有與閥口對應的孔，通過管接頭聯(lián)接油管而將各閥按系統(tǒng)圖接通。這種配置可根據(jù)需要靈活改變回路形式。液壓實驗臺等普遍采用這種配置。 2.集成式配置 目前液壓系統(tǒng)大多數(shù)都采用集成形式。它是將液壓閥件安裝在集成塊上，集成塊一方面起安裝底板作用，另一方面起內部油路作用。這種配置結構緊湊、安裝方便。 基于本設計液壓系統(tǒng)比較簡單，故采用板式配置。 6.3 油箱的設計要點 油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質等作用。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾器及液位計等。 油箱可分為開式油箱和閉式油箱二種。開式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器。開式油箱結構簡單，安裝維護方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力油箱，內充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達0.05MPa。如果按油箱的形狀來分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設備中經常采用。 本液壓系統(tǒng)中采用開式油箱見圖6-2 1—液位計；2—吸油管；3—空氣過濾器；4—回油管；5—側板； 6—放油塞；7—地腳；8—底板；9—吸油過濾器；10—蓋板； 圖6-2 1.設計油箱時應考慮如下幾點 (1)油箱必須有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時應能容納系統(tǒng)中的所有工作介質；而工作時又能保持適當?shù)囊何弧? (2)吸油管及回油管應插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100μm左右的網式或線隙式過濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過濾器?；赜凸芸谝鼻?5°角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時也有利于散熱。 (3)吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠些，之間應設置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空氣及沉淀雜質的效果。隔板高度為液面高度的2/3～3/4。 (4)為了保持油液清潔，油箱應有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過濾器，注油及通氣一般都由一個空氣過濾器來完成。為便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設置放油閥。對于不易開蓋的油箱，要設置清洗孔，以便于油箱內部的清理。 (5)油箱底部應距地面150mm以上，以便于搬運、放油和散熱。在油箱的適當位置要設吊耳，以便吊運，還要設置液位計，以監(jiān)視液位。 2.對油箱內表面的防腐處理要注意以下幾點： ? (1) 酸洗后磷化。適用于所有介質，但受酸洗磷化槽限制，油箱不能太大。 ??(2)噴丸后直接涂防銹油。適用于一般礦物油和合成液壓油，不適合含水液壓液。因不受處理條件限制，大型油箱較多采用此方法。 (3)噴砂后熱噴涂氧化鋁。適用于除水-乙二醇外的所有介質。 (4)噴砂后進行噴塑。適用于所有介質。但受烘干設備限制，油箱不能過大。 考慮油箱內表面的防腐處理時，不但要顧及與介質的相容性，還要考慮處理后的可加工性、制造到投入使用之間的時間間隔以及經濟性，條件允許時采用不銹鋼制油箱無疑是最理想的選擇。 第7章 機械手的自動控制 7.1 機械手的工況分析 液壓系統(tǒng)工況分析伸縮缸伸長至工件處加緊缸取件伸縮缸收縮至原位處定位缸電磁閥通電收縮回轉缸回轉60度定位剛電磁閥斷電復位，回轉缸被定位電磁閥3通電伸縮缸伸長電磁閥6通電，升降缸下降下降到位后，5通電升降缸上升電磁閥4通電伸縮缸收縮到位電磁閥9通電，定位缸得電松開 電磁閥1通電轉動60度定位剛電磁閥斷電復位，回轉缸被定位電磁閥3通電伸縮缸伸長電磁閥6通電，升降缸下降下降到位后，5通電升降缸上升電磁閥4通電伸縮缸收縮到位電磁閥9通電，定位缸得電松開 電磁閥2通電轉動60度如此循環(huán)3次后完成工藝過程回轉缸轉動120度放置工件工作循環(huán)完畢。 7.2 機械手電磁閥的動作順序表 我們已知機械手的運動過程，通過對各個電磁控制閥的分析得出其動作順序表如表7-1 表7-1機械手一個周期內電磁動作順序表 1YDT 2YDT 3YDT 4YDT 5YDT 6YDT 7YDT 8YDT 9YDT 10YDT 手臂伸長 - - + - - - - - - - 手指取件 - - - - - - - + - - 手臂收縮 - - - + - - - - - - 定位松開 - - - - - - - - + - 回轉正轉 + - - - - - - - + - 定位 - - - - - - - - - - 手臂伸長 - - + - - - - - - - 手臂下降 - - - - + - - - - - 手臂上升 - - - - - + - - - - 手臂收縮 - - - + - - - - - - 定位松開 - - - - - - - - + - 回轉60 + - - - - - - - + - 定位 - - - - - - - - - - 手臂伸長 - - + - - - - - - - 手臂下降 - - - - + - - - - - 手臂上升 - - - - - + - - - - 7.3 機械手PLC控制程序 見附錄 結論 為了改善勞動環(huán)境，提高生產效率，快速實現(xiàn)工業(yè)生產的機械化和自動化，機械手受到很多國家的重視，并被廣泛運用。 本文調查學習了機械手發(fā)展的現(xiàn)狀，通過學習機械手的工作原理，熟悉了機械手的運動機理。在此基礎上，確定了蠟模制殼機械手的基本系統(tǒng)結構和機械結構，完成了機械手機械方面的設計工作。文章從蠟模制殼的自由度入手提出了一套總體設計方案，并根據(jù)機械手的生產工作要求選取圓柱坐標系為本次設計坐標系。同時，就機械手的組成以及現(xiàn)實作業(yè)，給出了具體的手部，臂部和機座的結構形式；并選擇液壓驅動作為本次設計的驅動機構。 經過對課題的調研，以及現(xiàn)實生活中的需求，本設計的整體方案布局符合要求，較好的適應了機械化生產，同時經過精確計算所得出的機械手系統(tǒng)的各個數(shù)據(jù)滿足對實際情況的要求，所以本設計符合要求。 本設計還有很多不足之處，由于自身的知識儲備還很淺薄，所以在結構設計，力的計算及系統(tǒng)分析上還有很多漏洞。這個都需要自己在以后的生活中不斷學習研究并通過實踐加以完善。 致謝 最后，我真誠地感謝所有在我完成設計的過程中給予我?guī)椭?、支持和鼓勵的老師們、同學們。非常感謝我的指導老師張寶海老師，是他在忙碌的教學工作中擠出時間來指導我們設計,一針見血地指出我的不足，并給我提供了很多參考意見。同時，感謝機械09級1班的所有同學，在我搜集查閱資料時給于我?guī)椭驮O計過程中提出意見和建議。 參考文獻 1 袁成訓．液壓與氣壓傳動．機械工業(yè)出版社，2002.2: 27-40 2 工業(yè)機械手圖冊編寫組．工業(yè)機械手圖冊機械工業(yè)出版社，1978.9: 50-64 3 吉順平．可編程序控制器原理及應用．機械工業(yè)出版社， 2011.1: 26-65 4 機械設計手冊編委會．液壓傳動與控制．機械工業(yè)出版社， 2007.2: 438-440 5 黃清遠．機械設計學．機械工業(yè)出版社.，2000.2: 152-458 6 朱龍根 黃雨華．機械系統(tǒng)設計.機械工業(yè)出版社，1996.5: 156-159 7 大連理工大學工程化教研室．機械制圖（第四版）．高等教育出版社，1974.3:263-70 8 張利平 燈鐘明．液壓氣動系統(tǒng)設計手冊．機械出版社，1997.9: 425-429 9 C.Y.Chow，An introductions of Fluid Mechanics． Willy． 1979：50-60 10 Durrant-Whyte.Sensor ．Models and Mutisensor Integertion. Journal of sensors．1992: 97-100 附錄 外文文獻原文： Simple Manipulator And The Control Of It Along with the social production progress and people life rhythm is accelerating, people on production efficiency also continuously put forward new requirements. Because of microelectronics technology and calculation software and hardware technology rapid development and modern control theory, the perfection of the fast development, the robot technology pneumatic manipulator system because its media sources do not pollute the environment, simple and cheap components, convenient maintenance and system safety and reliability characteristic, has penetrated into every sector of the industrial field, in the industrial development plays an important role. This article tells of the pneumatic control robots, furious manipulator XY axis screw group, the turntable institutions, rotating mechanical parts base. Main effect is complete mechanical components handling work, to be placed in different kinds of line or logistics pipeline, make parts handling, transport of goods more quick and convenient. Matters of the manipulator axial linkage simple structure and action process Manipulator structure, as shown in figure 1 below have accused of manipulator (1), XY axis screw group (2), the turntable institutions (3), rotating base (4), etc. Figure 1 Manipulator Structure Its motion control mode is: (1) can rotate by servomotor Angle for 360 ° breath control manipulator (photoelectric sensor sure start 0 point); (2) by stepping motor drive screw component make along the X, Y manipulators move (have X, Y axis limit switches); (3) can rotates 360 ° can drive the turntable institutions manipulators and bushings free rotation (its electric drag in part by the dc motivation, photoelectric encoder, close to switch etc); (4) rotating base main support above 3 parts; (5) gas control manipulator by pressure control (Zhang close when pressed on, put inflatable robot manipulators loosen) when gas. Its working process for: when the goods arrived, manipulator system begins to move; Stepping motor control, while the other start downward motion along the horizontal axis of the step-motor controller began to move exercise; Servo motor driver arrived just grab goods manipulators rotating the orientation of the place, then inflatable, manipulator clamped goods. Vertical axis stepper motor drive up, the other horizontal axis stepper motor driver started to move forward; rotary DC motor rotation so that the whole robot motion, go to the cargo receiving area; longitudinal axis stepper motor driven down again, arrived at the designated location, Bleed valve, mechanical hand release the goods; system back to the place ready for the next action. II.Device control To achieve precise control purposes, according to market conditions, selection of a variety of key components as follows: 1. Stepper motor and drive Mechanical hand vertical axis (Y axis) and horizontal (X axis) is chosen Motor Technology Co., Ltd. Beijing Stone 42BYG250C type of two-phase hybrid stepping motor, step angle of 0.9 ° / 1.8 °, current is 1.5A. M1 is the horizontal axis motor driven manipulator stretch, shrink; M2 is the vertical axis motor driven manipulator rise and fall. The choice of stepper motor drive is SH-20403 type, the drive uses 10 ~ 40V DC power supply, H-phase bridge bipolar constant current drive, the maximum outpu