通用液壓機(jī)械手設(shè)計(jì)--液壓

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1、 通用液壓機(jī)械手設(shè)計(jì) -- 液壓 2 （ 2011 屆） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料 題目名 稱： 通用液壓機(jī)械手 學(xué) 院

2、（部）： 機(jī)械工程學(xué)院 專 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 業(yè)： 學(xué) 生 姓 郝曉蓮 名： 班 機(jī) 設(shè) 074 班 學(xué) 號(hào) 級(jí)： 07405100334 指導(dǎo)教師姓 唐川林 職稱 教授 名： 3 職稱 最終評(píng)定成 績： 湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處 4

3、 2011 屆 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料 第一部分 畢業(yè)論文 5 Abstract Manipulator is a sort of automation device which has the function of grasp and transfer workpieces during the automated production.Today hydraulic mqa

4、nipulator is widely uade in industry fidld.It can maek the produce process automated and liberate the people from heavy physical labor.It can promote the quality of production and decrease the cost of production.In this design,we should use the knowledge of hydraulic,mechanism and electric contro

5、l comprehensively to complete the design of hydraulic manipulator,including machine system,hydraulic and comtrol system.The mechanical part is designed on the basis of mechanics computation foundation after the structure analysis,including hand,arm and fuselage.Generally the manipulator ’s hand shou

6、ld have four merits:compact structure,light weight,good universal property and high catch precision.Well,the arm should have merits that are good rigidity,light weight,high movement velocity,small inertia and flexible motion.The hydraulic system design including the hydraulic system computation and

7、the selection of hydraulic components;The control system design including plotting the ladder diagram and selecting the control component. Key words Hydraulic manipulator;hydraulic system ;design;plc 6 目 錄 前言6 6

8、 6 7 7 1 7 2 7 3 8 4 8 5 8 5 9 一手部結(jié)構(gòu) 10 10 10 10 13 1 13 2 13 3 14 腕部的結(jié)構(gòu) 17 17 18 16 1 19 2 19 3 20 4 21 臂部的結(jié)構(gòu) 22 7 22 25 25

9、 25 1 26 2 28 3 30 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32 32 32 33 33 33 44 45 46 8 （一） 我要設(shè)計(jì)的機(jī)械手 1. 臂力的確定 目前使用的機(jī)械手的臂力范圍較大， 國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械手的臂力最小為 0.15N，最大為 8000N。本液壓機(jī)械手的臂力為 N 臂 =1650（N），安全系數(shù) K 一般可在 1.5~3，本機(jī)械手取安全系數(shù) K=2 。定位精度為 1mm 。 2

10、. 工作范圍的確定 機(jī)械手的工作范圍根據(jù)工藝要求和操作運(yùn)動(dòng)的軌跡來確定。一個(gè)操作運(yùn)動(dòng)的軌跡是幾個(gè)動(dòng)作的合成，在確定的工作范圍時(shí)，可將軌跡分解成單個(gè)的動(dòng)作，由單個(gè)動(dòng)作的行程確定機(jī)械手的最大行程。本機(jī)械手的動(dòng)作范圍確定如下： 手腕回轉(zhuǎn)角度 110 手臂伸長量 500mm 手臂回轉(zhuǎn)角度 110 手臂升降行程 100mm 3. 確定運(yùn)動(dòng)速度 機(jī)械手各動(dòng)作的最大行程確定之后， 可根據(jù)生產(chǎn) 9 需要的工作拍節(jié)分配每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間， 進(jìn)而確定各動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)速度。液壓上料機(jī)械手要完成整個(gè)上料過 程，需完成夾

11、緊工件、手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)，平移等一系列的動(dòng)作， 這些動(dòng)作都應(yīng)該在工作拍節(jié)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，具體時(shí)間的分配取決于很多因素，根據(jù)各種因素反復(fù)考慮，對(duì)分配的方案進(jìn)行比較，才能確定。 機(jī)械手的總動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于或等于工作拍節(jié)， 如果兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，要按時(shí)間長的計(jì)算，分配各動(dòng)作時(shí)間應(yīng)考慮以下要求： ① 給定的運(yùn)動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于電氣、液壓元件的執(zhí)行時(shí)間； ② 伸縮運(yùn)動(dòng)的速度要大于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度， 因?yàn)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的慣性一般大于伸縮運(yùn)動(dòng)的慣性。 在滿 足工作拍節(jié)要求的條件下， 應(yīng)盡量選取較低的運(yùn)動(dòng)速 度。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度與臂力、行程、驅(qū)動(dòng)方式、緩 沖方式、定位方式都有很

12、大關(guān)系，應(yīng)根據(jù)具體情況加 以確定。 ③ 在工作拍節(jié)短、動(dòng)作多的情況下，常使幾個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。為此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要采取相應(yīng)的措施， 10 以保證動(dòng)作的同步。 液壓上料機(jī)械手的各運(yùn)動(dòng)速度如下： 手腕回轉(zhuǎn)速度 V 腕回 = 45 /s 手臂伸縮速度 V 手臂回轉(zhuǎn)速度 V 手臂升降速度 V 手指夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度  臂伸 = 750 mm/s 臂回 = 110 /s 臂升 = 250 mm/s V 夾 = 50 mm/s 4. 手臂的配置形式 機(jī)械手的

13、手臂配置形式基本上反映了它的總體布局。運(yùn)動(dòng)要求、操作環(huán)境、工作對(duì)象的不同，手臂的配置形式也不盡相同。本機(jī)械手采用機(jī)座式。機(jī)座式結(jié)構(gòu)多為工業(yè)機(jī)器人所采用， 機(jī)座上可以裝上獨(dú)立的控制裝置，便于搬運(yùn)與安放，機(jī)座底部也可以安裝行走機(jī)構(gòu)，已擴(kuò)大其活動(dòng)范圍，它分為手臂配置在機(jī)座頂部與手臂配置在機(jī)座立柱上兩種形式， 本機(jī)械手采用手臂配置在機(jī)座立柱上的形式。 手臂配置在機(jī)座立柱上的機(jī)械手多為圓柱坐標(biāo)型，它有升降、伸縮與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作范圍較大。 5. 位置檢測裝置的選擇 11 機(jī)械手常用的位置檢測方式有三種：行程開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。本機(jī)械手采用行

14、程開關(guān)式。利用行程開關(guān)檢測位置，精度低，故一般與機(jī)械擋塊聯(lián)合應(yīng)用。在機(jī)械手中，用行程開關(guān)與機(jī)械擋塊檢測定位既精度高又簡單實(shí)用可靠，故應(yīng)用也是最多的。 6. 驅(qū)動(dòng)與控制方式的選擇 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式是根據(jù)它們的特點(diǎn)結(jié) 合生產(chǎn)工藝的要求來選擇的，要盡量選擇控制性能好、體積小、維修方便、成本底的方式。 控制系統(tǒng)也有不同的類型。除一些專用機(jī)械手外，大多數(shù)機(jī)械手均需進(jìn)行專門的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 驅(qū)動(dòng)方式一般有四種：氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。 參考《工業(yè)機(jī)器人》表 9-6 和表 9-7，按照設(shè)計(jì)要求，本機(jī)械手采用的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，控制方式為繼電 -接

15、觸器控制。 12 一、 手部結(jié)構(gòu) (一) 概述 手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械手手臂的前端。 機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、 ，它沒有手掌，只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式 根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀， 尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類型的手 部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。其傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、

16、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式 等，這里采用滑槽杠桿式。 (二) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)問題 1. 應(yīng)具有足夠的握力（即夾緊力） 在確定手指的握力時(shí)，除考慮工件重量外，還 應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)，以保證工件不致產(chǎn)生松動(dòng)或脫落。 2. 手指間應(yīng)有一定的開閉角 13 兩個(gè)手指張開與閉合的兩個(gè)極限位置所夾的角度稱為手指的開閉角。 手指的開閉角保證工件能順利進(jìn)入或脫開。若夾持不同直徑的工件，應(yīng)按最大直徑的工件考慮。 3. 應(yīng)保證工件的準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，

17、必須根據(jù)被抓取工件的形狀，選擇相應(yīng)的手指形狀。例如圓柱形工件采用帶 ‘V形’面的手指，以便自動(dòng)定心。 4. 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度 手指除受到被夾持工件的反作用力外，還受到機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度以防止折斷或彎曲變形，但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，自重輕。 5. 應(yīng)考慮被抓取對(duì)象的要求 應(yīng)根據(jù)抓取工件的形狀、抓取部位和抓取數(shù) 量的不同，來設(shè)計(jì)和確定手指的形狀。 3 (三) 驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 14

18、 1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座 圖 1 滑槽杠桿式手部受力分 析 如圖所示為滑槽式手部結(jié)構(gòu)。 在拉桿 3 作用下銷軸 2 向上的拉力為 F，并通過銷軸中心 O 點(diǎn)，兩手 指 1 的滑槽對(duì)銷軸的反作用力為 F1 、 F2 ，其力的方向垂直于滑槽中心線 OO 1 和 OO 2 并指向 O 點(diǎn)，F(xiàn)1 和 F2 的延長線交 O1O2 于 A 及 B，∠ AOC= ∠BOC=α 。根據(jù)銷軸的力平衡條件，即 ∑ Fx=0 得  F1 F2; ∑ Fy=0 得  F1

19、  F 2cos F1 F1 銷軸對(duì)手指的作用力為 F1 。手指握緊工件時(shí)所需的 15 力稱為握力（即夾緊力） ，假想握力作用在過手指與 工件接觸面的對(duì)稱平面內(nèi)，并設(shè)兩力的大小相等，方 向相反，以 FN 表示。由手指的力矩平衡條件， 即 M1 ( F ) 0 得 F1 h FNb Q h=a/cos α F= 2b cos2 FN a 式中 a—— 手指的回轉(zhuǎn)支點(diǎn)到對(duì)稱中心線的距離 （mm ）。 α——工件被夾緊時(shí)手指的滑槽方向與兩回轉(zhuǎn)支點(diǎn)

20、連線間的夾角。 由上式可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力 F 一定時(shí)， α角增大則 握力 FN 也隨之增加，但 α角過大會(huì)導(dǎo)致拉桿 （即活塞） 的行程過大，以及手指滑槽尺寸長度增大，使之結(jié)構(gòu) 加大，因此，一般取 α=30~40。這里取角 α=30。 這種手部結(jié)構(gòu)簡單，具有動(dòng)作靈活，手指開閉角大等特點(diǎn)。綜合前面驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算方法，可求出驅(qū)動(dòng)力的大小。為了考慮工件在傳送過程中產(chǎn)生的慣性力、振動(dòng)以及傳力機(jī)構(gòu)效率的影響，其實(shí)際的驅(qū)動(dòng)力 F 實(shí)際應(yīng)按以下公式計(jì)算，即： 16 F實(shí)際 =F計(jì)算 / 本機(jī)械手的工件只做水平和垂

21、直平移， 當(dāng)它的 移動(dòng) 速度為 250mm/s，系統(tǒng)達(dá)到最高速度的時(shí)間根據(jù)設(shè)計(jì) 參數(shù)選取，一般取 0.03～0.5s，移動(dòng)加速度為 150mm / s2 ， 工件重量 G 為 294N，V 型鉗口的夾角為 120，α=30 時(shí)，拉緊油缸的驅(qū)動(dòng)力 F 和 F實(shí)際 計(jì)算如下： (1) 手指對(duì)工件的夾緊力計(jì)算公式： FN K1K2 K3G 式中K1 ——安全系數(shù)，通常取 1.2～2.0; K2 ——工作情況系數(shù)，主要考慮慣性力的影響。 可近似按下式估算 K 2 1 a =1.05，其中 a v 0.25

22、 0.5m / s2 g t 0.5 K3 ——方位系數(shù)，根據(jù)手指與工件形狀以及手指與工件位置不同進(jìn)行選定按《工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)》表 2-2 選取 K3 4。 FN 1.2 1.05 4 294 N 1481.76N 由滑槽杠桿式結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式 (2) F計(jì)算 =F=2b cos2 FN a 得 b=80 2 1492/50=3556N F計(jì)算 =2 80 cos 30o (3) 取手指傳力效率 η =0.85, 17 則 F實(shí)際 =F

23、計(jì)算 / =3556/0.85=4183.5N<5000N (四) 夾緊缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1. 夾緊缸主要尺寸的計(jì)算 由 前 液壓缸，設(shè)夾緊工件時(shí)的行程為 則所需夾緊力為：  知 25mm，時(shí)間為  ， 0.5s， 工作壓力取 1MP ，考慮到為使液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸簡單緊湊，取工作壓力為 2.5MP 。 選取 d=0.5D 得： 4F 4 4183.5 D 2.5 106 47.5mm p 0.95 式中： D——液壓缸內(nèi)徑

24、 P——液壓缸工作壓力 ——液壓缸工作效率， 0.95 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑系列 （JB826-66）選取液壓缸內(nèi)徑， D=50mm 18 同理查得活塞桿直徑 d=22mm 2. 缸體結(jié)構(gòu)及驗(yàn)算 缸體采用 45 號(hào)無縫鋼管，由 JB1068-67 查得可取缸筒外徑 75mm，則 12.5mm Q 16 D 則， pD 2.5 106 50 5.48mm 3.2 理 ] p) (2.3 110

25、10 6 2.5 10 6 ) (2.3[ 1 12.5mm 理 3. 液壓缸額定工作壓力PN （MP ）應(yīng)低于一定極限 值，以保證工作安全 PN 0.35 s ( D12 D) 2 D21 36.36MPa 式中： D——缸筒內(nèi)徑 D1 ——缸筒外徑 s ——缸筒材料的屈服點(diǎn)， 45 號(hào)鋼為 340MPa 已知工作壓力 PN 2.5MPa 36.36MPa ，故安全。 4. 缸筒兩端部的計(jì)算 ① 缸筒底部厚度的計(jì)算

26、 19 此夾緊缸采用了平行缸底，且底部設(shè)有油孔，則底部厚度為 h 0.433D pmax D 6.8mm [ ]( D d0 ) 考慮結(jié)構(gòu)要求，取 h=10mm 式中： D——缸筒內(nèi)徑 Pmax — — 液 壓 缸 最 大工 作 壓 力 ， 取 Pmax 2PN 5MP [ ] ——缸底材料的許用應(yīng)力，材料為 [ ] b 600 120MP ，n 為安全系數(shù)，取 n=5。 45 號(hào)鋼， n 5 ② 缸筒底部聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 缸筒底部采用螺釘聯(lián)接

27、法蘭式缸頭，材料為35 號(hào)鋼，聯(lián)接圖如下： 圖 2 外卡環(huán)聯(lián)接圖卡環(huán)尺寸一般取： 20 h l 5mm; h1 h2 h 2.5mm 2 外卡環(huán) a-b 側(cè)面的擠壓應(yīng)力 c 為： pmax D12 4 106 (0.06)2 c h(2D1 h) 0.05 (2 25.04MP 310MP 0.06 0.05) 缸筒危險(xiǎn)截面 A-A 上的拉應(yīng)力

28、 pmax D12 4 106 (0.06)2 27.43MP 520MP (D1 h)2 D 2 (0.06 0.05)2 (0.05)2 故知缸筒底部聯(lián)接安全。 ③ 缸筒端部聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 缸筒端部與手指是用螺釘聯(lián)接，聯(lián)接圖如下： 圖 3 螺釘聯(lián)接圖 螺紋處的拉應(yīng)力： KF 10 6 3 470 10 6 26.26MP 4 d1 Z 4 0.0041342 4

29、 21 螺紋處的剪應(yīng)力： K1KFd 0 10 6 0.12 3 470 0.005 10 6 15.38MP 0.2d1 3Z 0.2 0.0041343 4 則合成應(yīng)力： n 2 3 2 37.4MPa [ ] 120MPa 則知螺紋連接處安全可靠。 其中： K ——擰緊螺紋的系數(shù)，取 K=3 K1 ——螺紋連接處的摩擦系數(shù)， K1 0.12 d0 ——螺紋外徑， d0 0.006m d1 ——螺紋底徑， d1 0.004134 m Z——螺釘數(shù)量， Z=4

30、 22 二、 腕部的結(jié)構(gòu) (一) 概述 腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： ① 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。 ② 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。 ③ 注意解決好腕部也手部、 臂部的連接， 以及各個(gè)自由度的位置檢測、管線的布置以及潤滑、維修、調(diào)整等問題 ④ 要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。 另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過，以便手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。 (二 ) 腕部的結(jié)構(gòu)形式 本機(jī)械手采用回轉(zhuǎn)油缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)腕部回轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，

31、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，但密封性差，回轉(zhuǎn)角度為 115. 如下圖所示為腕部的結(jié)構(gòu)，定片與后蓋，回轉(zhuǎn)缸體和前蓋均用螺釘和銷子進(jìn)行連接和定位， 動(dòng)片與手部的夾緊油缸缸體用鍵連接。 夾緊缸體也指座固連成一體。當(dāng)回轉(zhuǎn)油缸的兩腔分別通入壓力油時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng) 23 片連同夾緊油缸缸體和指座一同轉(zhuǎn)動(dòng)， 即為手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

32、 圖 3 機(jī)械手的腕部結(jié)構(gòu) (三 ) 手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 驅(qū)動(dòng)手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手腕起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩， 手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦阻力矩，動(dòng)片與缸徑、定片、端蓋等處密封裝置的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動(dòng)的重心與軸線不重合所產(chǎn)生的偏重力矩。 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下 24 式計(jì)算： M驅(qū)=M慣+M偏+M摩 式中： M 驅(qū) ——驅(qū)動(dòng)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩 M 慣 —— 慣性力矩 M 偏 ——參與轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量 （包括工件、手部、手腕回轉(zhuǎn)缸體的動(dòng)片）對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩

33、 M 摩 —— 手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩 腕部回轉(zhuǎn)力矩計(jì)算圖 1. 摩擦阻力矩 M 摩 f M 摩 = （N1D1+ N2D2） 式中： f—— 軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取f=0.01～0.02，滑動(dòng)軸承取 f=0.1； 25 N1 、N2 —— 軸承支承反力 （N）； D1 、 D2 —— 軸承直徑 （m） 由設(shè)計(jì)知 D1=0.03

34、5m D2=0.075m N1=800N N2=200N G1=294N e=0.020 時(shí) M 摩 = 0.1 + ） （ 800 0.035 200 0.075 2 得M 摩 =2.15（N.m） 2. 工件重心引起的偏置力矩 M 偏 M 偏 G1 e 式中 G1—— 工件重量（ N） e—— 偏心距（即工件重心到碗回轉(zhuǎn)中心線的垂直 距離），當(dāng)工件重心與手腕回轉(zhuǎn)中心線重合時(shí) ， M偏為零 當(dāng) e=0.020，G1=294N 時(shí) M 偏 =5.88 （Nm） 3

35、. 腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩 M 慣 ① 當(dāng)知道手腕回轉(zhuǎn)角速度時(shí)，可用下式計(jì)算 M 慣 M慣 (J J工件) t 式中 —— 手腕回轉(zhuǎn)角速度 （1/s） t—— 手腕啟動(dòng)過程中所用時(shí)間 26 （ s），（假定啟動(dòng)過程中近為加速運(yùn)動(dòng)）一般取 0.05～0.3s J—— 手腕回轉(zhuǎn)部件對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kgm 2 ） J工件 —— 工件對(duì)手腕回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （kgm 2 ） 按 已 知 計(jì) 算 : J 1 mR2 1 60 0.05 2 0.075kg m2 2 2 J工件 =

36、 1 m(l 2 +3R 2 )= 1 30(0.12 +3 0.042 )=0.037 kg m2 12 12 =0.78 （1/s）， t= 0.3s 故M 慣 = 0.29（Nm） 考慮到驅(qū)動(dòng)缸密封摩擦損失等因素， 一般將 M 取大一些，可?。? M 驅(qū)= 1.1~ 1.2(M 慣 +M 偏 +M 摩 ) 因此，得 M 驅(qū) =1.2 (2.15+5.88+0.29)=10 N m 4. 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 回轉(zhuǎn)液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大干總的阻

37、 27 力矩 M總。 下圖為機(jī)械手的手腕回轉(zhuǎn)液壓缸， 定片 1 與缸體 2 固定連接，動(dòng)片 3 與轉(zhuǎn)軸 5 固定連接，當(dāng) a、b 口分別進(jìn)出油時(shí)，動(dòng)片帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，達(dá)到手腕回轉(zhuǎn)目的。 回轉(zhuǎn)缸簡圖 1-定片 2-缸體 3-動(dòng)片 4-密封圈 5-轉(zhuǎn)軸 M= pb( R2 r 2 ) M 總 2 式中： M 總 ——手腕回轉(zhuǎn)時(shí)的總的阻

38、力矩 p——回轉(zhuǎn)液壓缸的工作壓力 R——缸體內(nèi)孔半徑 r ——輸出軸半徑 b——?jiǎng)悠瑢挾? 28 29 三、 臂部的結(jié)構(gòu) (一) 概述 臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件， 其作用是支承手部和腕部， 并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的。 立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫向移動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量

39、，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大?。幢哿Γ┖投ㄎ痪鹊榷贾苯佑绊憴C(jī)械手的工作性能， 所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度及其定位精度的要求來設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。同 時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求： ① 剛度要大 為防止臂部在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大； 空心管的彎曲剛度和 30 扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。 所

40、以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 ② 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。 ③ 偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。 為提高機(jī)器 人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 ④ 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、 定位精度要高 由于臂部運(yùn) 動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時(shí)要采取一定的緩沖措施。 (二)

41、 手臂直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)械手手臂的伸縮、升降均屬于直線運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)手臂往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式比較多， 常用的有活塞油（氣）缸、活塞缸和齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)以及活塞缸和連桿機(jī)構(gòu)。 手臂伸縮運(yùn)動(dòng) 31 這里實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是采用液壓驅(qū)動(dòng)的活塞油缸。由于活塞油缸的體積小、重量輕，因而在機(jī)械手的手臂機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較多。 如下圖所示為雙導(dǎo)向桿手臂的伸縮結(jié)構(gòu)。 手臂和手腕是通過連接板安裝在升降油缸的上端， 當(dāng)雙作用油缸 1 的兩腔分別通入壓力油時(shí)，則推動(dòng)活塞桿 2（即手臂）作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向桿 3 在導(dǎo)向套 4 內(nèi)移動(dòng)，以防止手臂伸縮

42、時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)（并兼做手腕回轉(zhuǎn)缸 6 及手部 7 的夾緊油缸用的輸油管道）。由于手臂的伸縮油缸安裝在兩導(dǎo)向桿之間，由導(dǎo)向桿承受彎曲作用，活塞桿只受拉壓作用，故受力簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，外形整齊美觀，結(jié)構(gòu)緊湊?？捎糜谧ブ卮?、行程較長的場合。 圖 5 雙導(dǎo)向桿手 臂的伸縮結(jié)構(gòu) 導(dǎo)向裝置 液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手手臂在進(jìn)行伸縮（或升降）運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止手臂繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證手指的正確方向，并使活塞桿不受較大的彎曲力矩的作用，以增加手臂的剛性，在設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須采用 32 適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裝置。它根據(jù)手臂的安裝

43、形式，具體的結(jié)構(gòu)和抓取重量等因素加以確定， 同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局上應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)部件的重量和減少手臂對(duì)回轉(zhuǎn) 中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。目前采用的導(dǎo)向裝置有單導(dǎo)向桿、雙導(dǎo)向桿、四導(dǎo)向桿和其他的導(dǎo)向裝置，本機(jī)械手采用的是雙導(dǎo)向桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 。 雙導(dǎo)向桿配置在手臂伸縮油缸兩側(cè)， 并兼做手部和手腕油路的管道。對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形， 可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。 如圖 5 所示，對(duì)于伸縮行程大的手臂，為了防止導(dǎo)向桿懸伸部分的彎曲變形， 可在導(dǎo)向桿尾部增設(shè)輔助支承架，以提高導(dǎo)向桿的剛性。如下圖所示，在導(dǎo)向桿 1 的尾端用支承架 4 將兩個(gè)導(dǎo)向桿

44、連接起來，支承架的兩側(cè)安裝兩個(gè)滾動(dòng)軸承 2，當(dāng)導(dǎo)向桿隨同伸縮缸的活塞桿一起移動(dòng)時(shí)， 支承架上的滾動(dòng)軸承就在支承板 3 的支承面上滾動(dòng)。 33 雙導(dǎo)向桿手臂 結(jié)構(gòu) 手臂的升降運(yùn)動(dòng) 如圖 6 所示為手臂的升降運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)升降缸上下兩腔通壓力油時(shí)，活塞杠 4 做上下運(yùn)動(dòng)，活塞缸體 2 固定在旋轉(zhuǎn)軸上。由活塞桿帶動(dòng)套筒 3 做升降運(yùn)動(dòng)。其導(dǎo)向作用靠立柱的平鍵 9 實(shí)現(xiàn)。圖中 6 為位置檢測裝置

45、。 34 圖 6 手臂升降和回 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖 (三) 手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)形式是多種多樣的， 常用的有回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿 機(jī)構(gòu)等。本機(jī)械手采用齒條缸式臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖 6

46、 35 所示，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒條活塞桿 8 驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)配油軸和缸體一起轉(zhuǎn)動(dòng)， 再通過缸體上的平鍵 9 帶動(dòng)外套一起轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)。 (四) 手臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 為便于進(jìn)行液壓機(jī)械手的設(shè)計(jì)計(jì)算， 我們分別敘述伸縮液壓缸、升降液壓缸、回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算，解決臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算問題， 結(jié)合前面有關(guān)臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終定出臂部和機(jī)身的結(jié)構(gòu)。計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力（包括力矩）時(shí)，要把臂部所受的全部負(fù)荷考慮進(jìn)去。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。 1. 手臂水平伸縮缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1) 作水平伸縮在線運(yùn)動(dòng)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力

47、手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包 括油缸與活塞之間的摩擦阻力及導(dǎo)向桿與支承滑套 之間的摩擦阻力等， 還要克服啟動(dòng)過程中的慣性力及加油背壓等幾方面的阻力。 其理論驅(qū)動(dòng)力可按下式計(jì)算： F理 =F摩 +F密 +F回 +F慣 估計(jì)參與手臂伸縮運(yùn)動(dòng)部件總重量 36 G (10 30) 9.8 392 N ,且重心位置距導(dǎo)向套前端面距離為 200mm。 ① F摩 的計(jì)算： 由于導(dǎo)向桿對(duì)稱分布，導(dǎo)向桿受力均衡，可按一個(gè)導(dǎo)向桿計(jì)算。

48、 由M A 0 知， GL Fb a GL Fb a 又 Y 0 則 Fa Fb G L+a Fa G總 a F摩 =F 摩 +F 摩 = Fa Fb G總 2L+ a 0.15 392 2 184.5 300 131.1N a b a 300 其中： L ——重心距導(dǎo)向套前端距離 ,184.5mm a ——導(dǎo)向套長度， 300mm μ ——當(dāng)量摩擦系數(shù)，取 μ=0.15 ② F密 的計(jì)算： 當(dāng)

49、液壓缸的工作壓力小于 10MPa ，活塞桿直徑為液壓缸直徑的一半，則活塞和活塞桿都采用 O 型密 37 封圈，此時(shí)液壓缸的密封阻力為： ③ ④  F密 =F桿 +F活塞 =0.03 F驅(qū) F回 計(jì)算： 一般背壓阻力較小， F回 取 0.05F驅(qū) F慣 的計(jì)算： F慣=G v 392 0.075 150N g t 9.8 0.02 式中： v——由靜止加速到常速的變化量 t ——起動(dòng)過程時(shí)間，一般取 0.01 ～0.5s ，取

50、 t=0.02s 則： F理 =F摩 +F密 +F回 +F慣 131.1 0.03F理 0.05F理 150 得： F理 =305.5N 實(shí)際驅(qū)動(dòng)力 F實(shí) =F理 k 2 764 N 305.5 0.8 式中： k——安全系數(shù)， k=2 ；η——傳力機(jī)構(gòu)機(jī)械效率，η =0.8. (2) 確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 液壓缸內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖，當(dāng)進(jìn)入無桿腔 38 F =F1 p D 2 4

51、 當(dāng)油進(jìn)入有桿腔 F =F2 (D 2 d 2 ) p 4 液壓缸的有效面積： F S p1 因此， D 4F 4 764 22.8mm，取 D=63mm p 2 106 0.95 式中： F——驅(qū)動(dòng)力 p1 ——液壓缸的工作壓力 d——活塞桿直徑 D——液壓缸內(nèi)徑 η——液壓缸機(jī)械效率，在工程機(jī)械中用耐油橡膠可取 0.95 。 (3) 液壓缸臂厚計(jì)算 此缸工作壓力為 2MPa ，屬低壓，則缸筒臂厚采用薄壁計(jì)算公式 p1 D 2 106 0.032 C

52、= (2.3 100 106 0.28mm C 6mm (2.3[ ] p1) 2 106) 1 式中： p1 ——液壓缸內(nèi)工作壓力 39 d——強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管ф =1 C——計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度， 一般圓整到標(biāo)準(zhǔn)臂厚值 D——液壓缸內(nèi)徑 (4) 聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計(jì)算 取螺釘數(shù)目 F 984.75 Z=4 ，工作載荷： FQ 246N Z 4 預(yù)緊力 FQ 1.3 1.8 392 917.28 N 則

53、 d1 4FQ 4 575.64 2.7mm ，查手冊取螺紋直徑 [ ] 162 106 d1 6mm ， p=0.75, 材料 為 35 號(hào)鋼的內(nèi)六角螺釘 [ [ s] 320 106 。 ] 1.2 ~ 2.5 n 2. 升降缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 臂垂直升降運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算 手臂作垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)， 除克服摩擦阻力和慣性力之外，還要克服臂部運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力可按下式計(jì)算： F =F摩 +F密 +F回 +F慣 G 其中： F摩 —— 各支承處的摩擦力（ N ），

54、F摩 F理 f ，f=0.16； F密 ——同上， F密 =F桿 +F活塞 =0.03F理 40 F回 ——同上， F回 =0.05F理 G總 v 490 0.025 F慣 —— F慣 t 9.8 62.5 N g 0.02 G—— 臂部運(yùn)動(dòng)部件及工件的總重 量（ N），490N； ——上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。 則： F =F摩 + F密 +F回 +F慣 G 0.16 F 0.03F 0.05F 62.5 490 得出， F=727N F實(shí) =F k

55、2 727 1817.5 N 0.8 ② 結(jié)構(gòu)尺寸的確定 缸內(nèi)徑計(jì)算： D 4F 4 1817.5 34.9mm，取 D=160mm p 2 106 0.95 根據(jù)強(qiáng)度要求，計(jì)算活塞桿直徑 d: 4F 4 1817.5 4.8mm ， d 1 d 100 106 D 80mm [ ] 2 結(jié)構(gòu)上，活塞桿內(nèi)部裝有花鍵及花鍵套，能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向作用，同時(shí)可使活塞桿在升降運(yùn)動(dòng)中傳動(dòng)平穩(wěn)，且獲得較大剛度。 ③ 臂厚同伸縮缸一樣，取 17mm ④ 聯(lián)接螺釘強(qiáng)度計(jì)算：

56、 41 取螺釘數(shù)目 F 1817.5 454.4 N Z=4，工作載荷 FQ 4 Z FQ 1.3 1.8 454.4 1063 N 則 , d1 4FQ 4 1063 ，查手冊取 d1 6mm ，螺距 [ ] 162 1062.9mm P=0.75，材料為 35 號(hào)鋼的內(nèi)六角螺釘 6 [ ] [ s] 320 10 。 n 1.2 ~ 2.5 3. 手臂回轉(zhuǎn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)根據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生

57、的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支承處的摩擦力矩來計(jì)算。若軸承處的摩擦力忽略不計(jì)，則 M 驅(qū) =M 慣 +M 封 ，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，為簡化計(jì)算 M 封 可不計(jì)。直接計(jì)入回轉(zhuǎn)缸效率中， 則M 驅(qū) = M 慣 ，η取 0.9 w M 慣=J0 t 式中： w ——角速度變化量（ rad/s ） t ——啟動(dòng)過程時(shí)間， 0.05～0.5s,取 t 0.1s J0 ——手臂回轉(zhuǎn)部件（包括工件）對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。經(jīng)分析知，當(dāng)手臂完全伸出時(shí)，此 時(shí) J0 達(dá)到最大值，估算此時(shí)回轉(zhuǎn)零件的重心到轉(zhuǎn)軸線 42 的距離

58、為ρ =150mm,則 J0 Jc J工件 Jc m 2 50 0.15 2 1.125 J工件 = 1 m(R 13 +R 2 2)= 1 10(0.163 +0.24 2 )=0.208 4 4 M慣=J0 w （ Jc J工件） w (1.125 0.208) 1.92 25.6 t t 0.1 M 慣 25.6 28.4 M 驅(qū) = 0.9 ② 回轉(zhuǎn)缸參數(shù)的計(jì)算

59、 M 驅(qū) = pd (D 2 d 2 ) 27.3 8 D 8M 驅(qū) d 2 bp 式中： D——回轉(zhuǎn)缸內(nèi)徑 d——轉(zhuǎn)軸直徑 p——回轉(zhuǎn)缸工作壓力 b——?jiǎng)悠瑢挾? 為減少動(dòng)片與輸出軸的聯(lián)接螺釘所受的載荷及 動(dòng)片的懸伸長度， 選擇動(dòng)片寬度（即液壓缸寬度） 時(shí)，可選用 2b 2b 3，且 D=2d D d 2 ,這里取 D d 對(duì)于活塞、導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都 43 要做詳細(xì)計(jì)算， 因?yàn)檫@些零件的重量較大

60、或回轉(zhuǎn)半徑較大，對(duì)總的計(jì)算結(jié)果影響也較大，對(duì)于小零件則可作為質(zhì)點(diǎn)計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 對(duì)其質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，可劃分為幾個(gè)簡單的零件分別進(jìn)行計(jì)算，其中有的部分可當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)計(jì)算。可以參考《工業(yè)機(jī)器人》表 4-1。 44 四、 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (一) 液壓系統(tǒng)簡介 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)是以有壓力的油液作為傳遞動(dòng)力的工作介質(zhì)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵輸出壓力油，是將電動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。 壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸， 推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動(dòng)，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換

61、成機(jī)械能。 手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所能克服的摩擦阻力大小， 以及夾持式手部夾緊工件時(shí)所需保持的握力大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有 關(guān)。手臂做各種運(yùn)動(dòng)的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。 這種借助于運(yùn)動(dòng)著的壓力油的容積變化來傳遞動(dòng)力的液壓傳動(dòng)稱為容積式液壓傳動(dòng)， 機(jī)械手的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動(dòng)。 （二）液壓系統(tǒng)的組成 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： ① 油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能， 用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。 ② 液動(dòng)機(jī) 壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部 4

62、5 分。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于 360的液動(dòng)機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動(dòng)油缸） 。 ③ 控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動(dòng)。 (三)機(jī)械手液壓系統(tǒng)的控制回路 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手自由度的多少，液壓系統(tǒng)可繁可簡， 但是總不外乎由一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度的調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。 1 壓力控制回路 ①

63、 調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。 ② 卸荷回路 在機(jī)械手各油缸不工作時(shí)，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少油泵的 46 功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作，所以采用卸荷回路。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 ③ 減壓回路 為了是機(jī)械手的液壓系 統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定， 在要求減壓的支路前串聯(lián)一個(gè)減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 ④ 平衡與鎖緊回路 在機(jī)械液

64、壓系統(tǒng) 中，為防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。 為了使機(jī)械手手臂在移動(dòng)過程中停 止在任意位置上，并防止因外力作用而發(fā)生位移，可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關(guān)閉，使活塞停止運(yùn)動(dòng)并鎖緊。 本機(jī)械手采用單向順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。 ⑤ 油泵出口處接單向閥 在油泵出口 處接單向閥。其作用有二：第一是保護(hù)油泵。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油泵向系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)而做功。當(dāng)一旦電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)， 油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量， 將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。在油泵

65、 47 出油口處加設(shè)單向閥后， 隔斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時(shí)間的聯(lián)系，從而起到保護(hù)油缸的作用。第二是防止空氣混入系統(tǒng)。在停機(jī)時(shí)，單向閥把系統(tǒng)能夠和油泵隔斷，防止系統(tǒng)的油液通過油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。 2 速度控制回路 液壓機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)速度的控制，主要是改變進(jìn) 入油缸的流量 Q。其控制方法有兩類：一類是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流截面來改變進(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。本機(jī)械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 根據(jù)各油泵的運(yùn)動(dòng)速度要求，可分別采用 LI 型單向節(jié)流閥、 LCI

66、 型單向節(jié)流閥或 QI 型單向調(diào)速閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡單可靠、調(diào)速范圍較大、價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效率低，發(fā)熱大。 采用節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流調(diào)速時(shí)，負(fù)荷的變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其 48 原因是負(fù)荷變化會(huì)引起節(jié)流閥進(jìn)出油口的壓差變化，因而使通過節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)整和穩(wěn)定所通過的流量， 使油缸的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)荷變化的影響，對(duì)速度的平穩(wěn)性要求高的場合，宜用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。 3 方向控制回路 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 目前在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥（ D 型）和直流電磁閥