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哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文
沖壓機(jī)械手—液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。通過編程來完成各種動(dòng)作，它的準(zhǔn)確性和多自由度，保證了機(jī)械手能在各種不同的環(huán)境中工作。機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多，機(jī)械手的使用能夠顯著提高生產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品率。機(jī)械手可以完成很多工作，它在自動(dòng)化車間中用來運(yùn)送物料，從事多種工藝操作。它的特點(diǎn)是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確到位。
機(jī)械手是在機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)中逐步發(fā)展出的一種新型裝置?，F(xiàn)代生產(chǎn)過程中機(jī)械手被廣泛的應(yīng)用到自動(dòng)生產(chǎn)線中。機(jī)械手目前雖然不如人手的靈活多變，但它具有重復(fù)性，無疲勞，不懼危險(xiǎn)，有大的抓舉力量，因此越來越多的被廣泛運(yùn)用。
機(jī)械手技術(shù)涉及機(jī)械學(xué)、力學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、電氣液壓技術(shù)，計(jì)算機(jī)可編程技術(shù)等，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。
本課題在執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將PLC應(yīng)用于其自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成機(jī)械手系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 PLC；數(shù)控；自動(dòng)卸料；機(jī)械手
IV
目 錄
摘 要 I
第1章 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2機(jī)械手的發(fā)展 2
1.3機(jī)械手的分類 2
1.3.1按規(guī)格分類 3
1.3.2按用途分類 3
1.4 課題設(shè)計(jì)的目的及意義 3
第2章 機(jī)械手概述 4
2.1 機(jī)械手的組成 4
2.2應(yīng)用機(jī)械手的意義 4
第3章 任務(wù)分析 5
3.1動(dòng)作分析 5
3.2運(yùn)動(dòng)節(jié)拍 5
3.3總體方案 5
3.3.1方案一 5
3.3.2方案二 5
3.4方案比較 5
3.5本章小結(jié) 5
第4章 總體設(shè)計(jì) 6
4.1 總體設(shè)計(jì)的思路 6
4.2 技術(shù)指標(biāo) 6
4.3本章小結(jié) 6
第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
5.1手指部分 7
5.1.1設(shè)計(jì)要求： 7
5.1.2工況分析： 7
5.1.3計(jì)算外負(fù)載： 7
5.1.4運(yùn)行時(shí)間 7
5.1.5確定液壓系統(tǒng)參數(shù) 8
5.1.6擬定液壓系統(tǒng)原理圖 10
5.1.7選擇液壓件 10
5.1.8壓力損失驗(yàn)算 11
5.2手腕 11
5.2.1設(shè)計(jì)要求 11
5.2.2工況分析 11
5.2.3手腕驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 11
5.2.4液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 12
5.2.5擬定的液壓原理圖為 13
5.2.6選擇液壓件 13
5.2.7壓力損失驗(yàn)算 14
5.3手臂伸縮 15
5.3.1設(shè)計(jì)要求 15
5.3.2工況分析 15
5.3.3計(jì)算外負(fù)載 15
5.3.4運(yùn)行時(shí)間 15
5.3.5確定液壓系統(tǒng)參數(shù) 16
5.3.6擬定液壓系統(tǒng)原理圖 18
5.3.7選擇液壓件 18
5.3.8壓力損失驗(yàn)算 19
5.4手臂回轉(zhuǎn) 19
5.4.1設(shè)計(jì)要求 19
5.4.2工況分析 19
5.4.3手臂驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 19
5.4.4液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算 20
5.4.5擬定的液壓原理圖為 21
5.4.6選擇液壓件 21
5.4.7壓力損失驗(yàn)算 22
5.5定位 23
5.5.1設(shè)計(jì)要求 23
5.5.2工況分析 23
5.5.3計(jì)算外負(fù)載 23
5.5.4運(yùn)行時(shí)間 23
5.5.5確定液壓系統(tǒng)參數(shù) 24
5.5.6擬定液壓系統(tǒng)原理圖 25
5.5.7選擇液壓件 25
5.5.8壓力損失驗(yàn)算 26
5.6手臂升降 27
5.6.1設(shè)計(jì)要求 27
5.6.2工況分析 27
5.6.3計(jì)算外負(fù)載 27
5.6.4運(yùn)行時(shí)間 28
5.6.5確定液壓系統(tǒng)參數(shù) 28
5.6.6擬定液壓系統(tǒng)原理圖 29
5.6.7選擇液壓件 29
5.6.8壓力損失驗(yàn)算 30
5.7確定油箱容量 31
5.8本章總結(jié) 31
第六章PLC控制回路的設(shè)計(jì) 32
6.1電磁鐵動(dòng)作順序 32
6.2 梯形圖 35
結(jié)論 37
致謝 38
參考文獻(xiàn) 39
第1章 緒論
1.1 課題背景
隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，隨著工業(yè)自 動(dòng)化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài),緩解日趨緊 張的供求關(guān)系,我們就得研究開發(fā)機(jī)械手。 新中國成立特別是改革開放以來，我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的偉大成就。同時(shí)，必須清醒地看到，我國正處于并將長期處于社會(huì)主義初級階段。全面建設(shè)小康社會(huì)，既面臨難得的歷史機(jī)遇，又面臨一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)增長過度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴(yán)重；經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競爭力不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益有待提高。在擴(kuò)大勞動(dòng)就業(yè)、理順分配關(guān)系、提供健康保障和確保國家安全等方面，有諸多困難和問題亟待解決。從國際上看，我國也將長期面臨發(fā)達(dá)國家在經(jīng)濟(jì)、科技等方面占有優(yōu)勢的巨大壓力。為了抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進(jìn)行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強(qiáng)社會(huì)管理等。與此同時(shí)，我們比以往任何時(shí)候都更加需要緊緊依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)新，帶動(dòng)生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，我國作為一個(gè)發(fā)展中大國，加快科學(xué)技術(shù)發(fā)展、縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，還需要較長時(shí)期的艱苦努力，同時(shí)也有著諸多有利條件。中華民族擁有5000 年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨(dú)特的創(chuàng)新文化。只要我們增強(qiáng)民族自信心，貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經(jīng)過15 年乃至更長時(shí)間的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無愧于時(shí)代的輝煌科技成就。科技工作的指導(dǎo)方針是：自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來。自主創(chuàng)新，就是從增強(qiáng)國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強(qiáng)原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新。重點(diǎn)跨越，就是堅(jiān)持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國計(jì)民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展， 就是從現(xiàn)實(shí)的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù)，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。引領(lǐng)未來，就是著眼長遠(yuǎn)，超前部署前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場需求，培育新興產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。這一方針是我國半個(gè)多世紀(jì)科技發(fā)展實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的概括總結(jié)，是面向未來、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要抉擇。要把提高自主創(chuàng)新能力擺在全部科技工作的突出位置。在對外開放條件下推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，必須認(rèn)真學(xué)習(xí)和充分借鑒人類一切優(yōu)秀文明成果。改革開放 20 多年來，我國引進(jìn)了大量技術(shù)和裝備，對提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要作用。但是，必須清醒地看到，只引進(jìn)而不注重技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新，勢必削弱自主研究開發(fā)的能力，拉大與世界先進(jìn)水平的差距?？傊?，必須把提高自主創(chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，貫徹到現(xiàn)代化建設(shè)的各個(gè)方面，貫徹到各個(gè)產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和地區(qū)，大幅度提高國家競爭力。我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總體目標(biāo)是：自主創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，科技促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強(qiáng)，為全面建設(shè)小康社會(huì)提供強(qiáng)有力的支撐；基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)研究綜合實(shí)力顯著增強(qiáng)，取得一批在世界具有重大影響的科學(xué)技術(shù)成果，進(jìn)入創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀(jì)中葉成為世界科技強(qiáng)國奠定基礎(chǔ)，形成比較完善的中國特色國家創(chuàng)新體系。
1.2機(jī)械手的發(fā)展
機(jī)械手一般為三類：一是不需要人工控制的通用型機(jī)械手。它是不屬于其他主機(jī)的獨(dú)立裝置。可以根據(jù)任務(wù)需要編制獨(dú)立程序完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備不同裝置的性能之外還具備通用機(jī)械及記憶功能的三元型機(jī)械。二是需要人工操作的，起源于原子，軍事工業(yè)。先是通過操作完成特定工序，后來逐步發(fā)展到無線遙控操作。第三類是專用機(jī)械手，通常依附于自動(dòng)生產(chǎn)線上，用于機(jī)床的上下料和裝卸工件。這種機(jī)械手國外叫做“Mechanical Hand”。它由主機(jī)驅(qū)動(dòng)來服務(wù)，工作程序固定，一半是專用的。
機(jī)械手首先是在美國開始研制。第一臺(tái)機(jī)械手是在1958年美國聯(lián)合控制公司研究制作出來的。結(jié)構(gòu)是：主機(jī)安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，長臂頂端有電磁 抓放機(jī)構(gòu)。
日本在工業(yè)上應(yīng)用機(jī)械手最多，發(fā)展最快的國家，自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后開始大力研發(fā)機(jī)械手。
前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展和應(yīng)用，自1977年，前蘇聯(lián)使用的機(jī)械手一半來自國產(chǎn)一半來自進(jìn)口。
現(xiàn)代工業(yè)中，自動(dòng)化在生產(chǎn)過程中已日趨突出，機(jī)械手就是在機(jī)械工業(yè)中為實(shí)現(xiàn)加工、裝配、搬運(yùn)等工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，機(jī)械手的出現(xiàn)大大減輕了人類的勞動(dòng)，提高了生產(chǎn)效率。采用機(jī)械手已為目前研究的熱重點(diǎn)。
目前機(jī)械手在工業(yè)上主要用于機(jī)床加工、鑄造，熱處理等方面，但是還不能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。
1.3機(jī)械手的分類
現(xiàn)在對工業(yè)機(jī)械手的分類尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，一般都從規(guī)格和性能兩方面來分類。
1.3.1按規(guī)格分類
1. 微型的—搬運(yùn)重量在1公斤以下；
2. 小型的—搬運(yùn)重量在10公斤以下；
3. 中型的—搬運(yùn)重量在50公斤以下；
4. 大型的—搬運(yùn)重量在50公斤以上；
目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手能搬運(yùn)的重量為1~30公斤，最小的為0.5公斤，最大的已達(dá)到800公斤。
1.3.2按用途分類
1. 專用機(jī)械手
附屬于主機(jī)的，具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置，這種工業(yè)機(jī)械工作對象不變，手動(dòng)比較簡單，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，適用于大批量生產(chǎn)自動(dòng)線或?qū)C(jī)作為自動(dòng)上、下料用。
2. 通用機(jī)械手
具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，程序可變、動(dòng)作靈敏、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。通用機(jī)械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。
1.4 課題設(shè)計(jì)的目的及意義
自改革開放，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，機(jī)械手早期應(yīng)用在汽車制造業(yè)。當(dāng)面臨人工無法實(shí)現(xiàn)的工作時(shí)，機(jī)械手成為了替代人工的替代品。機(jī)械手的使用能夠顯著的提高生產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品率。機(jī)械手可以完成很多工作，它在自動(dòng)化車間中用來運(yùn)送物料，從事多種工藝操作。它的特點(diǎn)是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確到位。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對機(jī)械手的安全性，可靠性，準(zhǔn)確性有了充分的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對其要求也越來越高。可編程控制器憑其穩(wěn)定性，簡單性，強(qiáng)大性成為了目前應(yīng)用最廣的工業(yè)自動(dòng)化支柱之一。
第2章 機(jī)械手概述
2.1 機(jī)械手的組成
機(jī)械手的形式是多樣的，但是其基本的組成都是相似的。一般機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。
1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手、關(guān)節(jié)、手臂和支柱組成，與人體手臂相似。手為抓取機(jī)構(gòu)，用于抓取工件。關(guān)節(jié)是連接手與手臂的關(guān)鍵性原件，具有多方位旋轉(zhuǎn)特性。支柱用來支撐手臂，可做活動(dòng)支柱方便機(jī)械手多方位移動(dòng)。
2.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。常用的有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)，電力傳動(dòng)等形式。
3.控制系統(tǒng)
機(jī)械手按照制定的程序，步驟，參數(shù)進(jìn)行動(dòng)作完成該指定工作要依靠控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
4.輔助裝置
輔助裝置主要是連接機(jī)械手各部分元件的裝置。
2.2應(yīng)用機(jī)械手的意義
隨著科技的發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)用的越來越多。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手應(yīng)用的意義概括如下：
1.提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度，增強(qiáng)生產(chǎn)效率。
機(jī)械手方便與材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換等自動(dòng)化過程，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)投入，從而降低生產(chǎn)成本。
2.改善勞動(dòng)條件
在車間的勞動(dòng)環(huán)境下，高溫、高壓、噪音、灰塵等污染會(huì)嚴(yán)重影響人的身體健康，人在車間工作不可避免的會(huì)接觸到危險(xiǎn)，而應(yīng)用機(jī)械手可以替代人安全的完成作業(yè)，從而改善勞動(dòng)條件。
3.減少人力資源，便于節(jié)奏生產(chǎn)。
機(jī)械手的應(yīng)用增強(qiáng)了自動(dòng)化生產(chǎn)，會(huì)減少人力的使用。機(jī)械手可以長時(shí)間重復(fù)性連續(xù)完成工作，這是人工無法實(shí)現(xiàn)并完成的。生產(chǎn)線增加使用機(jī)械手以減少人力和精準(zhǔn)的生產(chǎn)節(jié)拍，有利于節(jié)奏性的工作生產(chǎn)。
綜上所述，機(jī)械手的合理利用是機(jī)械行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
第3章 任務(wù)分析
3.1動(dòng)作分析
根據(jù)生產(chǎn)條件要求，機(jī)械手須把加工原料從輸送帶上取下，旋轉(zhuǎn)
一定角度后將加工原料放入沖壓機(jī)填料口，然后返回，重復(fù)這一動(dòng)作。
3.2運(yùn)動(dòng)節(jié)拍
插銷定位—手臂前伸—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—手臂下降—手指松開—手臂縮回—手腕回轉(zhuǎn)—拔定位銷—手臂回轉(zhuǎn)—插定位銷—手臂伸出。
3.3總體方案
3.3.1方案一
插銷定位—手臂前伸—手指抓料—手臂上升—手臂縮回—拔定位銷—手腕回轉(zhuǎn)、手臂回轉(zhuǎn)—插定位銷—手臂前伸—手臂下降—手指松開、手臂縮回—拔定位銷—手腕回轉(zhuǎn)、手臂回轉(zhuǎn)—插定位銷。
3.3.2方案二
插銷定位—手臂前伸—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—手臂下降—手指松開—手臂縮回—手腕回轉(zhuǎn)—拔定位銷—手臂回轉(zhuǎn)—插定位銷。
3.4方案比較
按照方案一與方案二的行進(jìn)方式均可完成加工原料的自動(dòng)填充，但是從工作效率與經(jīng)濟(jì)性方面考慮還是應(yīng)采用方案一。原因如下：方案一有效的把不做功行程與做功行程以及空行程之間結(jié)合在了一起，不僅完成了工作要求，而且提高了工作效率，也間接增加了經(jīng)濟(jì)效益。
3.5本章小結(jié)
本章主要介紹了機(jī)械手的運(yùn)行要求，還有機(jī)械手在運(yùn)行時(shí)的各動(dòng)作節(jié)拍以及確定了機(jī)械手在正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)作規(guī)范。
第4章 總體設(shè)計(jì)
4.1 總體設(shè)計(jì)的思路
設(shè)計(jì)機(jī)械手基本上分為以下幾個(gè)階段：
1.系統(tǒng)分析階段
（1）根據(jù)所設(shè)計(jì)的要求首先確定機(jī)械手的目的和任務(wù)；
（2）分析機(jī)械手需要適應(yīng)的工作環(huán)境；
（3）根據(jù)機(jī)械手的工作要求，確定機(jī)械手的基本功能和方案
2.技術(shù)設(shè)計(jì)階段
（1）確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型；
（2）選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行機(jī)械手總裝圖的設(shè)計(jì)；
（3）繪制機(jī)械手的零件圖，并確定尺寸。
4.2 技術(shù)指標(biāo)
1.最大抓取重量：10kg；
2.工件最大尺寸（長x寬x高）：1000×400×400；
3.最大操作范圍：提升高度0.5m，回轉(zhuǎn)角度60，行走范圍<3m；
4.機(jī)械手的自由度：3—5；
5.定位精度：0.5—1mm；
6.裝料高度：800—1000mm；
7.生產(chǎn)綱領(lǐng)：10萬件/年，1—1.5min/件；
8.性能要求：抓取靈活，送放平穩(wěn)，定位可靠，壽命不低于15年；
根據(jù)課題要求，本設(shè)計(jì)采用液壓系統(tǒng)來控制機(jī)械手。
4.3本章小結(jié)
本章中主要介紹了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，包括系統(tǒng)分析階段和技術(shù)設(shè)計(jì)階段等。并且明確了機(jī)械手的設(shè)計(jì)要求，確定了設(shè)計(jì)方向。
第5章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1手指部分
5.1.1設(shè)計(jì)要求
平穩(wěn)的抓取加工原料，在抓住加工原料后應(yīng)保持夾緊狀態(tài)。
5.1.2工況分析
工作循環(huán)為快進(jìn)—慢進(jìn)—夾緊—快退—原位停止，快進(jìn)、快退速度均為0.1m/s、慢進(jìn)速度為0.01m/s單行程為0.1m，加速、減速時(shí)間為0.2s，靜、動(dòng)摩擦因數(shù)為fs=0.1、fd=0.1，執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的負(fù)載力為900N，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重量為150N。
5.1.3計(jì)算外負(fù)載
——?jiǎng)幽Σ磷枇?
——靜摩擦阻力
——快速時(shí)的慣性阻力
——慢速時(shí)的慣性阻力
各工作狀況下的液壓缸的負(fù)載力的大小見下表 5-1
5.1.4運(yùn)行時(shí)間
快進(jìn)時(shí)間見式（5-1）[2]
(5-1)
慢進(jìn)時(shí)間見式（5-2）[2]
（5-2)
快退時(shí)間見式（5-3）[2]
（5-3）
表5-1 負(fù)載力
工況
計(jì)算公式
液壓缸負(fù)載，N
液壓缸驅(qū)動(dòng)力，N
啟動(dòng)
15
17
加速
23
25
快進(jìn)
15
17
慢進(jìn)
15
17
夾緊
900
1000
快退
15
17
制動(dòng)
7
8
5.1.5確定液壓系統(tǒng)參數(shù)
1.初選液壓缸的工作壓力
根據(jù)表20-3-1[1]，選定液壓缸的工作壓力為1MPa，回油腔壓力p2=0.2MPa。
2.計(jì)算液壓缸尺寸
因?yàn)橥邓俣认嗤詃=0.71D，活塞面積見式（5-4）[2]
（5-4）
————————液壓缸驅(qū)動(dòng)力
—————無桿腔活塞有效工作面積
——有桿腔活塞有效工作面積
————————液壓缸工作腔壓力
————————液壓缸回油腔壓力，即背壓力
————————活塞直徑
————————活塞桿直徑
取標(biāo)準(zhǔn)值D=40mm，活塞桿直徑d=0.71D=28.4mm 取標(biāo)準(zhǔn)值d=32mm
無桿腔面積見式（5-5）[2]
（5-5）
有桿腔面積見式（5-6）[2]
（5-6）
液壓缸各工況參數(shù)見 表5-2
表5-2 液壓缸參數(shù)表
工況
計(jì)算公式
驅(qū)動(dòng)力，N
液壓缸
p2×105,Pa
p1×105,Pa
qv×10-5,
m3/s
功率，W
快進(jìn)
起動(dòng)
17
Δp2=0
0.13
13
13.7
加速
25
Δp2=2
1.12
快進(jìn)
17
Δp2=2
1.05
慢進(jìn)
17
Δp2=2
1.05
1.3
1.4
夾緊
1000
—
7.7
—
—
快退
起動(dòng)
17
Δp2=0
0.28
6
27.6
加速
25
Δp2=2
4.7
快退
17
Δp2=2
4.6
制動(dòng)
8
Δp2=2
4.5
5.1.6擬定液壓系統(tǒng)原理圖
圖 5-1 夾緊缸系統(tǒng)圖
5.1.7選擇液壓件
1.選擇液壓泵和電機(jī)
確定液壓泵的工作壓力
液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為0.77MPa。因?yàn)橛吐泛唵?、流速不大，管路損失取ΣΔp=0.2MPa，溢流閥的調(diào)整壓力比系統(tǒng)最高壓力大0.2MPa，故泵的最高工作壓力為pP1=（0.77+0.2+0.2）MPa=1.17MPa，這是流量泵的最高工作壓力，即溢流閥的調(diào)整工作壓力。液壓泵的公稱工作壓力pr為pr=1.5MPa
在快進(jìn)時(shí)，最大流量值為13×10-5m3/s,取K=1.15，計(jì)算泵的最大流量見式（5-7）[2]
qvp≥K（Σqv）max （5-7）
qvp=1.5×10-4m3/s
2.元、輔件的選擇見 表5-3
編號
元件名稱
技術(shù)數(shù)據(jù)p×105，Pa qv×10-5，m3/s
調(diào)整壓力
1
液控單向閥
p=63，qv=25，Δp＜2，實(shí)際qv=13
2
二位四通電磁換向閥
p=63，qv=25
3
溢流閥
p=63，qv=10，卸荷壓力p＜1.5
4
減壓閥
p=63，qv=25
表5-3 元件表
3.確定管道尺寸見式（5-7）[2]
（5-7）
選用16mm×14mm無縫鋼管。
5.1.8壓力損失驗(yàn)算
已知：進(jìn)油管長L=1m，油管內(nèi)徑14mm，流量1.3×10-4m3/s，選用L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，最低工作溫度15℃，v=1.5cm2/s。
1.判斷油流類型見式（5-8）[2]
（5-8）
為層流
2.進(jìn)油路上沿程壓力損失見式（5-9）[2]
（5-9）
3.回油路上沿程壓力損失見式（5-10）[2]
（5-10）
4.局部壓力損失見式（5-11）[2]
（5-11）
取油流通過集成塊時(shí)的壓力損失Δpj=0.03MPa
所以總的壓力損失為Δp=（0.02+0.01+0.016+0.03）MPa=0.076MPa
5.2手腕部分
5.2.1設(shè)計(jì)要求
平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)手腕、手指部分
5.2.2工況分析
工件重100N，手指部分重量為300N
5.2.3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，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。取角速度為0.3rad/s手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(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——轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩
M摩——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩
1.摩擦阻力矩見式（4-1）[3]
（4-1）
式中： f——軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取f=0.01～0.02；
N——軸承支承反力 （N）；
D——軸承直徑（m）；
由設(shè)計(jì)知D=0.1m、N=400N，采用滾動(dòng)軸承
Mf=0.8（N·m）
2.重心引起的偏置力矩
M偏=G1·e
式中 G1——裝置重量（N）；e——偏心距
當(dāng)e=0.010，G1=400N時(shí)
M偏=4（N·m）
3.腕部啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩M慣
式中： ω——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （rad/s）；
t——手腕啟動(dòng)過程中所用時(shí)間（s），取0.05s；
J——手腕回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）；
（kg·m）
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?。篗=1.2
因此，得M=1.2×（0.8+4+0.05）=4.85（N·m）
5.2.4液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算
液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大干總的阻力矩，即M驅(qū)>M總
查 表22.6-137[1]
表22.6-137 擺動(dòng)缸參數(shù)表
選取ZBFZD4090°液壓缸，選定工作壓力1.5MPa，因?yàn)樵O(shè)定的角速度為0.3rad/s（17.2°/s）,查表22.6-137[1]，得流量為1.67×10-5m3/s。
液壓缸的功率見式（4-2）[1]
P=p1qv =1.67×10-5×1.5×106W=25.05W （4-2）
轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為
t=θ/ω=（90/17.2）s=5.23s
5.2.5擬定的液壓原理圖為
圖5-2 手腕回轉(zhuǎn)系統(tǒng)圖
5.2.6選擇液壓件
1.選擇液壓泵和電機(jī)
確定液壓泵的工作壓力
液壓缸的最大壓力為1.5MPa。油路簡單、流速不大，管路損失取ΣΔp=0.25MPa，泵的最高工作壓力為pP1=（1.5+0.25）MPa=1.75MPa，這是流量泵的最高工作壓力，液壓泵的公稱工作壓力pr為pr=2.19MPa
2.液壓泵流量
在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，最大流量值為1.67×10-5m3/s,取K=1.15，計(jì)算泵的最大流量qvp≥K（Σqv）max qvp=2×10-5m3/s
3. 元、輔件的選擇見 表5-4
表5-4 元件表
編號
元件名稱
技術(shù)數(shù)據(jù)p×105，Pa qv×10-5，m3/s
調(diào)整壓力
1
單向調(diào)速閥
p=63，qv=25，Δp＜2，實(shí)際qv=1.67
2
三位四通電磁換向閥
p=63，qv=25
4.油管尺寸
選用8mm×6mm無縫鋼管。
5.2.7壓力損失驗(yàn)算
已知：油管長L=2m，油管內(nèi)徑4mm，流量1.67×10-5m3/s，選用L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，最低工作溫度15℃，v=1.5cm2/s。
1.判斷油流類型（5-8）[2]
（5-8）
為層流
2.進(jìn)油路上壓力損失見式（5-9）[2]
（5-9）
3.回油路上壓力損失見式（5-10）[2]
（5-10）
4.局部壓力損失見式（5-11）[2]
（5-10）
取油流通過集成塊時(shí)的壓力損失 Δpj=0.13MPa
所以總的壓力損失為Δp=（0.2+0.17+0.17+0.13）MPa=0.67MPa。
5.3手臂伸縮
5.3.1設(shè)計(jì)要求
平穩(wěn)的輸送加工原料。
5.3.2工況分析
工作循環(huán)為快進(jìn)—制動(dòng)—1工進(jìn)—原位停止—2工進(jìn)—制動(dòng)—快退—制動(dòng)。快進(jìn)、快退速度均為0.1m/s，工進(jìn)速度為0.05m/s，單行程為0.5m，加速、減速時(shí)間為0.2s，靜、動(dòng)摩擦因數(shù)為fs=0.15、fd=0.15，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重量為2000N、工件重量100N。
5.3.3計(jì)算外負(fù)載
空載時(shí)：動(dòng)摩擦阻力 Ffd=Fgfd=0.15×2000N=300N
靜摩擦阻力 Ffs=Fgfs=0.15×2000N=300N
負(fù)載時(shí)：動(dòng)摩擦阻力 Ffd=（Mg+Fg）fd=0.15×2100N=315N
靜摩擦阻力 Ffs=（Mg+Fg）fs =0.15×2100N=315N
快速時(shí)的慣性阻力
工進(jìn)時(shí)的慣性阻力
液壓缸各工況負(fù)載見 表5-5
5.3.4運(yùn)行時(shí)間
快進(jìn)時(shí)間
快退時(shí)間
工進(jìn)時(shí)間
表5-5 負(fù)載力
工況
計(jì)算公式
液壓缸負(fù)載力，N
液壓缸驅(qū)動(dòng)力，N
啟動(dòng)
300
333
加速
402
447
快進(jìn)
300
333
制動(dòng)
198
220
啟動(dòng)
315
350
加速
369
410
工進(jìn)
315
350
制動(dòng)
261
290
快退
300
333
制動(dòng)
198
220
5.3.5確定液壓系統(tǒng)參數(shù)
1.初選液壓缸的工作壓力
根據(jù) 表20-3-1[1],選定液壓缸的工作壓力為3MPa、背壓為0.5MPa，快速回油時(shí)回油腔壓力為0.3MPa
2.計(jì)算液壓缸尺寸
因?yàn)橥邓俣认嗤?，所以d=0.71D
———————液壓缸驅(qū)動(dòng)力
————無桿腔活塞有效工作面積
—有桿腔活塞有效工作面積
———————液壓缸工作腔壓力
———————液壓缸回油腔壓力，即背壓力
———————活塞直徑
———————活塞桿直徑
取標(biāo)準(zhǔn)值D=25mm,活塞桿直徑d=17.5mm，取標(biāo)準(zhǔn)值d=18mm。
無桿腔面積
有桿腔面積
液壓缸工作參數(shù)見 表5-6
表5-6 液壓缸參數(shù)
工況
計(jì)算公式
驅(qū)動(dòng)力，N
液壓缸
p2×105，Pa
p1×105，Pa
qv×10-5 ，m3/s
功率，W
快進(jìn)
起動(dòng)
333
Δp2=0
6.8
4.9
40.7
加速
447
Δp2=3
10.5
快進(jìn)
333
Δp2=3
8.3
制動(dòng)
220
Δp2=3
6
1工進(jìn)
起動(dòng)
350
Δp2=0
7
2.45
23.5
加速
410
Δp2=5
10.8
工進(jìn)
350
Δp2=5
9.6
制動(dòng)
290
Δp2=5
8.4
2工進(jìn)
起動(dòng)
350
Δp2=0
14.5
1.2
30
加速
410
Δp2=5
27.3
工進(jìn)
350
Δp2=5
24.8
制動(dòng)
290
Δp2=5
22.3
快退
起動(dòng)
333
Δp2=0
13.9
2.4
48
加速
447
Δp2=3
24.8
快退
333
Δp2=3
20
制動(dòng)
220
Δp2=3
15.3
5.3.6擬定液壓系統(tǒng)原理圖
圖5-3手臂伸縮缸系統(tǒng)圖
5.3.7選擇液壓件
1.選擇液壓泵和電機(jī)
確定液壓泵的工作壓力
液壓缸在工作中的最大壓力為2.73MPa。油路簡單、流速不大，管路損失取ΣΔp=0.2MPa，泵的最高壓力為pP1=（2.73+0.2）MPa=2.93MPa，這是流量泵的最高工作壓力。液壓泵的公稱工作壓力pr為pr=3.66MPa。
2. 液壓泵流量
在快進(jìn)時(shí)，最大流量值為4.9×10-5m3/s,取K=1.15，計(jì)算泵的最大流量
qvp≥K（Σqv）max
qvp=1.15×4.9×10-5m3/s=5.6×10-5m3/s
3.元、輔件的選擇見 表5-7
表5-7 元件表
編號
元件名稱
技術(shù)數(shù)據(jù)p×105，Pa qv×10-5，m3/s
調(diào)整壓力
1
調(diào)速閥
p=63，qv=25，Δp=2~3，實(shí)際qv=0.03
2
二位二通電磁換向閥
p=63，qv=25
3
二位四通電磁換向閥
p=63，qv=25
4.確定管道尺寸
取d=10mm，選用12mm×10mm無縫鋼管。
5.3.8壓力損失驗(yàn)算
已知：油管長L=1m，油管內(nèi)徑5mm，通過流量7×10-5m3/s，選用L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，最低工作溫度15℃，v=1.5cm2/s。
1.判斷油流類型
為層流
2.進(jìn)油路上沿程壓力損失
3.回油路上沿程壓力損失
4.局部壓力損失
取油流通過集成塊時(shí)的壓力損失Δpj=0.03MPa
所以總的壓力損失為Δp=（0.03+0.015+0.04+0.03）MPa=0.115MPa
5.4手臂回轉(zhuǎn)
5.4.1設(shè)計(jì)要求
平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)手臂部分
5.4.2工況分析
工件重100N，手臂部分重量為5000N
5.4.3手臂驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算
驅(qū)動(dòng)手臂回轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩必須克服手臂起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力矩，手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處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。取角速度為0.2rad/s手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)力矩可按下式計(jì)算：
M驅(qū)= M慣+ M偏+ M摩
式中： M驅(qū)——驅(qū)動(dòng)手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力矩
M慣——慣性力矩
M偏——轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件的重量對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所產(chǎn)生的偏重力矩
M摩——手腕轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支承孔處的摩擦力矩
1.摩擦阻力矩M摩
式中： f——軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取f=0.01～0.02；
N——軸承支承反力 （N）；
D——軸承直徑（m）；
由設(shè)計(jì)知D=0.1m、N=5100N，采用推力球軸承
Mf=10.2（N·m）
2.重心引起的偏置力矩
M偏=G1·e
式中 G1——裝置重量（N），e——偏心距（m）
當(dāng)e=0.010，G1=5100N時(shí)
（N·m）
3.手臂啟動(dòng)時(shí)的慣性阻力矩M慣
式中 ——手腕回轉(zhuǎn)角速度 （rad/s）
t——手臂啟動(dòng)過程中所用時(shí)間（s），取0.1s。
J——手臂回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）
（kg·m）
M慣= 0.64（N·m）
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?。篗=1.2
M=1.2×（10.2+51+0.64）=61.84（N·m）
5.4.4液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算
液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩必須大干總的阻力矩，即M驅(qū)>M總，查 表22.6-137[1]。
表22.6-137 擺動(dòng)缸基本參數(shù)表
選取ZBFZD5060°液壓缸，選定工作壓力1.5MPa，因?yàn)樵O(shè)定的角速度為0.2rad/s（11.46°/s），查 表22.6-137[1]，得流量為2×10-5m3/s，液壓缸的功率由下面公式可得：
P=p1qv=2×10-5×1.5×106W=30W
轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為
t=θ/ω=（60/11.46）s=5.23s
5.4.5擬定液壓原理圖
圖5-4 手臂回轉(zhuǎn)缸系統(tǒng)圖
5.4.6選擇液壓件
1.選擇液壓泵和電機(jī)
確定液壓泵的工作壓力
液壓缸在工作中的最大壓力為1.5MPa。管路損失取ΣΔp=0.3MPa，泵的最高壓力為pP1=（1.5+0.3）MPa=1.8MPa，這是流量泵的最高工作壓力，液壓泵的公稱工作壓力pr為pr=1.25pP1=1.25×1.8MPa=2.25MPa
2.液壓泵流量
在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，最大流量值為2×10-5m3/s,取K=1.15，計(jì)算泵的最大流量
qvp≥K（Σqv）max
qvp=1.15×2×10-5m3/s=2.3×10-5m3/s
編號
元件名稱
技術(shù)數(shù)據(jù)p×105，Pa qv×10-5，m3/s
調(diào)整壓力
1
單向調(diào)速閥
p=63，qv=25，Δp＜2，實(shí)際qv=2
2
三位四通電磁換向閥
p=63，qv=25
3. 元、輔件的選擇見 表5-8
表5-8 元件表
4.確定管道尺寸
選用9mm×7mm無縫鋼管。
5.4.7壓力損失驗(yàn)算
已知：油管長L=2m，油管內(nèi)徑7mm，通過流量2×10-5m3/s，選用L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，最低工作溫度15℃，v=1.5cm2/s。
1.判斷油流類型
為層流
2.進(jìn)油路上沿程壓力損失ΣΔp1
3.回油路上沿程壓力損失ΣΔp1
4.局部壓力損失
取油流通過集成塊時(shí)Δpj=0.1MPa，總的壓力損失為Δp=0.52MPa。
5.5定位
5.5.1設(shè)計(jì)要求
快速、準(zhǔn)確定位
5.5.2工況分析
工作循環(huán)為快進(jìn)—中?！焱恕煌Ｖ梗捎枚ㄎ讳N定位，定位銷的重量為100N，與裝置間的壓力為100N，靜、動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.15，快進(jìn)、快退的速度均為0.1m/s，加減速反應(yīng)時(shí)間為0.2s，單行程為0.1m。
5.5.3計(jì)算外負(fù)載
動(dòng)摩擦阻力 Ffd=Fgfd=0.15×100N=15N
靜摩擦阻力 Ffs=Fgfs =0.15N=15N
慣性阻力
液壓缸負(fù)載見 表5-7
表5-7 負(fù)載力
工況
計(jì)算公式
液壓缸負(fù)載，N
液壓缸驅(qū)動(dòng)力，W
啟動(dòng)
15
17
加速
20
22
快進(jìn)
15
17
快退
15
17
制動(dòng)
10
11
5.5.4運(yùn)行時(shí)間
快進(jìn)
快退
5.5.5確定液壓系統(tǒng)參數(shù)
1.初選液壓缸的工作壓力
查 表20-3-1[1]，選定工作壓力為1.5MPa，假定回油壓力p2=0.2MPa。
2.計(jì)算液壓缸尺寸
因?yàn)橥邓俣认嗤?，所以d=0.71D
————————液壓缸驅(qū)動(dòng)力
—————無桿腔活塞有效工作面積
——有桿腔活塞有效工作面積
————————液壓缸工作腔壓力
————————液壓缸回油腔壓力，即背壓力
————————活塞直徑
————————活塞桿直徑
取標(biāo)準(zhǔn)值D=8mm，
活塞桿直徑d=5.68mm ，取標(biāo)準(zhǔn)值d=6mm
液壓缸尺寸取標(biāo)準(zhǔn)值后的有效工作面積
無桿腔面積
有桿腔面積
液壓缸各工況參數(shù)見 表5-8。
表5-8 液壓缸參數(shù)表
工況
計(jì)算公式
驅(qū)動(dòng)力，N
液壓缸
p2×105，Pa
p1×105，Pa
qv×105，
m3/s
功率，W
快進(jìn)
起動(dòng)
17
Δp2=0
3.4
0.5
2.2
加速
22
Δp2=2
5.3
快進(jìn)
17
Δp2=2
4.3
制動(dòng)
11
Δp2=2
3.1
快退
起動(dòng)
17
Δp2=0
7.7
0.22
2.7
加速
22
Δp2=2
14.5
快退
17
Δp2=2
12.3
制動(dòng)
11
Δp2=2
9.5
5.5.6擬定液壓系統(tǒng)原理圖
圖5-6 定位缸系統(tǒng)圖
5.5.7選擇液壓件
1.選擇液壓泵和電機(jī)
確定液壓泵的工作壓力
液壓缸在工作中的最大壓力為1.45MPa。管路損失取Δp=0.1MPa，故泵的最高工作壓力為pP1=（1.45+0.1）MPa=1.55MPa，這是流量泵的最高工作壓力。液壓泵的公稱工作壓力pr為pr=1.25pP1=1.94MPa。
2.液壓泵流量
在快進(jìn)時(shí)，最大流量值為0.5×10-5m3/s,取K=1.15，計(jì)算泵的最大流量qvp≥K（Σqv）max ，qvp=0.6×10-5m3/s。
3.元、輔件的選擇見表5-9
編號
元件名稱
技術(shù)數(shù)據(jù)p×105，Pa qv×10-5，m3/s
調(diào)整壓力
1
單向閥
p=63，qv=10，Δp＜2，實(shí)際qv=9
2
二位四通電磁換向閥
p=63，qv=25
4
減壓閥
p=63，qv=10
表5-9
4.確定管道尺寸
，
取d=5mm，選用7mm×5mm冷拔無縫鋼管。
5.5.8壓力損失驗(yàn)算
已知：油管L=1m，油管內(nèi)徑3mm，通過流量0.5×10-5m3/s，選用L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，最低工作溫度15℃，v=1.5cm2/s。
1.油流類型
為層流
2.進(jìn)油路上沿程壓力損失ΣΔp1
3.回油路上沿程壓力損失ΣΔp1
4.局部壓力損失
取油流通過集成塊時(shí)的壓力損失Δpj=0.03MPa，所以總的壓力損失為
Δp=（0.05+0.025+0.12+0.03）MPa=0.23MPa。
5.6手臂升降
5.6.1設(shè)計(jì)要求
平穩(wěn)的進(jìn)行手臂升降
5.6.2工況分析
工作循環(huán)為上升—中?！陆怠Ｖ?，單行程為0.3m，上升與下降的速度均為0.1m/s。手臂與工件的總重量為6000N，考慮到手臂為懸掛放置，設(shè)定手臂與基體間的壓力為500N，靜、動(dòng)摩擦系數(shù)均為0.1，加速、減速時(shí)間為0.2s
5.6.3計(jì)算外負(fù)載
動(dòng)摩擦阻力
靜摩擦阻力
慣性阻力
液壓缸工作時(shí)的負(fù)載力見 表5-10
表5-10 負(fù)載力
工況
計(jì)算公式
液壓缸負(fù)載F，N
液壓缸驅(qū)動(dòng)力，N
啟動(dòng)
6050
6722
加速
6356
7062
上升
6050
6722
制動(dòng)
5744
6382
反向啟動(dòng)
5950
6611
加速
5644
6271
下降
5950
6611
制動(dòng)
6256
6951
5.6.4運(yùn)行時(shí)間
上升時(shí)間
下降時(shí)間
5.6.5確定液壓系統(tǒng)參數(shù)
1.初選液壓缸的工作壓力
根據(jù) 表20-3-1[1],選定液壓缸的工作壓力為4MPa，上升時(shí)回油腔壓力Δp2=0.5MPa，背壓為p2=0.75MPa。
2.計(jì)算液壓缸尺寸
因?yàn)橥邓俣认嗤?，所以d=0.71D
———————液壓缸驅(qū)動(dòng)力
————無桿腔活塞有效工作面積
—有桿腔活塞有效工作面積
———————液壓缸工作腔壓力
———————液壓缸回油腔壓力，即背壓力
———————活塞直徑
———————活塞桿直徑
取標(biāo)準(zhǔn)值D=100mm
活塞桿直徑d=0.71D=71mm 取標(biāo)準(zhǔn)值d=70mm
液壓缸尺寸取標(biāo)準(zhǔn)值后的有效工作面積
無桿腔面積
有桿腔面積
液壓缸工作參數(shù)見 表5-11
表5-11 液壓缸參數(shù)表
工況
計(jì)算公式
驅(qū)動(dòng)力，N
液壓缸
p2×105，Pa
p1×105，Pa
qv×10-5，m3/s
功率，W
上升
起動(dòng)
6722
Δp2=0
8.4
80
880
加速
7062
Δp2=5
11.33
上升
6722
Δp2=5
11
制動(dòng)
6382
Δp2=5
10.5
下降
起動(dòng)
6611
p2=0
16.5
40
61.2
加速
6271
p2=7.5
0.68
下降
6611
p2=7.5
1.53
制動(dòng)
6951
p2=7.5
2.38
5.6.6擬定液壓系統(tǒng)原理圖
圖5-7 手臂升降缸系統(tǒng)圖
5.6.7選擇液壓件
1.選擇液壓泵和電機(jī)
確定液壓泵的工作壓力
液壓缸在工作中的最大工作壓力為1.65MPa。因?yàn)橛吐泛唵?，管路損失取ΣΔp=0.35MPa，泵的最高壓力為pP1=（1.65+0.35）MPa=2MPa，這是流量泵的最高工作壓力,液壓泵的公稱工作壓力pr為
pr=1.25pP1=1.25×2MPa=2.5MPa
2.液壓泵流量
在上升時(shí)，最大流量值為8×10-4m3/s,取K=1.15，計(jì)算泵的最大流量
qvp≥K（Σqv）max
qvp=9.2×10-4m3/s
3.元、輔件的選擇見 表5-12
表5-12 元件表
編號
元件名稱
技術(shù)數(shù)據(jù)p×105，Pa
qv×10-5，m3/s
調(diào)整壓力,MPa
1
單向順序閥
p=63，qv=25，Δp＜2，實(shí)際qv=13
7.5
2
三位四通電磁換向閥
p=63，qv=25
4
調(diào)速閥
p=63，qv=25，Δp=2~3
4.確定管道尺寸
選用18mm×15mm無縫鋼管。
5.6.8壓力損失驗(yàn)算
已知：油管長L=2m，油管內(nèi)徑15mm，通過流量8×10-4m3/s，選用L-AN32全損耗系統(tǒng)用油，最低工作溫度15℃，v=1.5cm2/s。
1.判斷油流類型
為層流
2.進(jìn)油路上沿程壓力損失
3.回油路上沿程壓力損失
4.局部壓力損失
取油流通過集成塊時(shí)的壓力損失Δpj=0.13MPa，所以總的壓力損失為 Δp=0.56MPa
5.7確定油箱容量
中壓系統(tǒng)油箱的容量，一般取液壓泵公稱流量qv的5~7倍
V=7qv=7×9.2×10-4m3=6.44×10-3m3
從以上內(nèi)容得知，在機(jī)械手臂上升時(shí)消耗功率最大，為簡化計(jì)算，主要考慮機(jī)械手臂上升時(shí)的發(fā)熱，即計(jì)算此時(shí)的系統(tǒng)溫升。
1. 液壓泵的輸入功率見式（3-1）[3]
（3-1）
2. 有效功率 上升時(shí)負(fù)載為6722N，上升速度為0.1m/s；輸出功率為
3. 系統(tǒng)發(fā)熱功率Ph為（3-2）[3]
（3-2）
4. 散熱面積 油箱容積40L，油箱近似散熱面積A為
5. 油液溫升Δt假定采用風(fēng)冷，取油箱的傳熱系數(shù)Kt=23W/(㎡·℃),可得油液溫升為
設(shè)夏天的室溫為30℃，則油溫為（30+22.6）℃=52.6℃，沒有超過最高允許油溫（50—60）℃。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)的要求，選用功率為1.1kW的標(biāo)準(zhǔn)型號電機(jī)。選用容積為40L的油箱，以及公稱壓力為6.3MPa的低壓葉片泵。
5.8本章總結(jié)
分別分析了機(jī)械手的各部分液壓系統(tǒng)，計(jì)算出了各個(gè)部分所需要的壓力、流量以及工作時(shí)間；確定了總的液壓系統(tǒng)圖，充分的體現(xiàn)了機(jī)械手各部分的協(xié)調(diào)運(yùn)行。
第六章PLC控制回路的設(shè)計(jì)
6.1電磁鐵動(dòng)作順序
1. 電磁鐵的動(dòng)作順序表見 表6-1
表6-1電磁鐵的動(dòng)作順序表
序號
1DT
2DT
3DT
4DT
5DT
6DT
7DT
8DT
9DT
10DT
11DT
12DT
13DT
1
插定位銷
+
2
手臂前伸
+
+
3
手指閉合
+
+
4
手臂上升
+
+
5
手臂回縮
+