工业机械手液压系统设计
目录
1、前言----------------------------------------------------------------------------2
2、确定对液压系统的工作要求----------------------------------------------2
3、拟定液压系统原理图--------------------------------------------------------3
3.1液压系统原理图-----------------------------------------------------------------------------------3 3.2液压系统电磁铁动作顺序表--------------------------------------------------------------------4 3.3液压系统工作原理--------------------------------------------------------------------------------4 3.4液压系统特点分析--------------------------------------------------------------------------------7 3.5电气系统原理图-----------------------------------------------------------------------------------8 3.6电气系统工作原理--------------------------------------------------------------------------------8 3.7电气系统特点分析--------------------------------------------------------------------------------10
4、计算和选择液压元件-------------------------------------------------------11
4.1执行元件——液压缸、液压马达-------------------------------------------------------------11 4.2动力元件——液压泵----------------------------------------------------------------------------14 4.3控制元件——方向阀、压力阀、流量阀----------------------------------------------------16 4.4辅助元件——管道、管接头、滤油器、油箱----------------------------------------------17 4.5工作介质——液压油----------------------------------------------------------------------------18
5、液压系统性能的验算-------------------------------------------------------19
5.1系统的压力损失验算---------------------------------------------------------------------------19 5.2系统的温升验算---------------------------------------------------------------------------------19 5.3系统的其它验算---------------------------------------------------------------------------------19
6、结束语-------------------------------------------------------------------------19
7、致谢---------------------------------------------------------------------------19
8、参考文献----------------------------------------------------------------------20
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工业机械手液压系统设计
[摘要] 机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操 作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及 笨重、单调、频繁的操作中代替人作业，因此获得日益广泛的应用。机械手一般由执行机构、 驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。本 篇介绍的工业机械手属圆柱坐标式、全液压驱动机械手。本篇根据液压系统设计的一般程序， 分四步详细地介绍了工业机械手液压系统设计过程，其中第3步拟定液压系统原理图是重 点。
[关键词] 机械手 液压 电气
1、前言
工业机械手的技术参数是说明机械手规格与性能的具体指标，一般有以下几个方面：
⑴握取重量。握取重量标明了机械手的负载能力。这项参数与机械手的运动速度有关，通常指正常运行速度所握取的工件重量。
⑵运动速度。运动速度是反映机械手性能的一项重要技术参数。它与机械手握取重量、定位、精度等参数都有密切关系，同时也直接影响机械手的运动周期。
⑶自由度。确定工业机械手的手部在运动空间的位置和姿态的、独立的变化参数就是工业机械手的自由度。自由度越多，其动作越灵活，适应性越强，但结构也相应越复杂。一般具有4～6个自由度即满足使用要求。
⑷定位精度。定位精度即重复定位精度，是衡量机械手工作质量的又一项重要指标。定位精度的高低取决于位置控制方式以及运动部位本身的制造精度和刚度，与握取重量、运动速度等也有密切关系。
2、确定对液压系统的工作要求
根据工况要求，执行机构要具有手臂升降、手臂伸缩、手臂回转和手腕回转四个自由度。执行机构相应由手臂升降机构、手臂伸缩机构、手臂回转机构、手腕回转机构、手指夹紧机构和回转定位机构等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制它完成的动作循环为：插定位销→手臂前伸→手指张开→手指夹紧抓料→手臂上升→手臂缩回→手腕回转180→拔定位销→手臂回转95→插定位销→手臂前伸→手臂中停→手指松开→手指闭合→手臂缩回→手臂下降→手腕回转复位→拔定位销→手臂回转复位→待料，泵卸载。
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3、拟定液压系统原理图
3.1液压系统原理图
手臂伸缩缸29手臂回转缸30手指夹紧缸32手腕回转缸31定位缸33155Y17147Y6Y28手臂升降缸133Y1211104Y1Y31227工业机械手液压系统图
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3.2液压系统电磁铁动作顺序表
动作顺序 插定位销 手臂前伸 手指张开 手指抓料 手臂上升 手臂缩回 手腕回转 拔定位销 手臂回转 插定位销 手臂前伸 手臂中停 手指张开 手指闭合 手臂缩回 手臂下降 手腕反转 拔定位销 手臂反转 待料卸载 1Y + + + + + + + + + + + + + 2Y + 3Y + 4Y + 5Y + + 6Y + + 7Y + 8Y + 9Y + + 10Y 11Y 12Y K26 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
3.3液压系统工作原理 1、插定位销（1Y、12Y）
按下油泵起动按钮后，双联叶片泵1、2同时供油，电磁铁1Y、2Y带电，油液经溢流阀3和4至油箱，机械手处于待料卸荷状态。
当棒料到达待上料位置，启动程序动作。电磁铁1Y带电，2Y不带电，使泵1继续卸荷，而泵2停止卸荷，同时12Y通电。
进油路：泵2→阀6→减压阀8→阀9→阀25（右）→定位缸左腔。
此时，插定位销以保证初始位置准确。定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。 2、手臂前伸（5Y、12Y）
插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器K26发讯，接通电磁铁5Y，泵1和泵2经相应的单向阀汇流到电液换向阀14左位，进入手臂伸缩缸油腔。 进油路：泵1→单向阀5→阀14（左）→手臂伸缩缸右腔 泵2→阀6→阀7→↑
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回油路：手臂伸缩缸左腔→单向调速阀15→阀14（左）→油箱
3、手指张开（1Y、9Y、12Y）
手臂前伸至适当位置，行程开关发讯，电磁铁1Y、9Y带电，泵1卸载，泵2供油，经单向阀6电磁阀20左位，进入手指夹紧缸右腔。回油路从左腔通过液控单向阀21及阀20左位进入油箱。
进油路：泵2→阀6→电磁阀20（左）→手指夹紧缸右腔 回油路：手指夹紧缸左腔→阀21→电磁阀20（左）→油箱 4、手指抓料（1Y、12Y）
手指张开后，时间继电器延时。待棒料由送料机构送到手指区域时，继电起器发讯使9Y断电，泵2的压力油通过阀20的右位进入缸的左腔，使手指夹紧棒料。 进油路：泵2→阀6→阀20（右）→阀21→手指夹紧缸左腔 回油路：手指夹紧缸右腔→阀20（右）→油箱 5、手臂上升（3Y、12Y）
当手指抓料后，手臂上升。此时，泵1和泵2同时供油到升降缸。主油路为： 进油路：泵1→单向阀5→阀10（左）→阀11→阀12→手臂升降缸下腔 泵2→阀6→阀7→↑
回油路：手臂升降缸上腔→阀13→阀10（左）→油箱 6、手臂缩回（6Y、12Y）
手臂上升至预定位置，碰行程开关，3Y断电，电液换向阀10复位，6Y带电。泵1和泵2一起供油至电液换向阀14右端，压力油通过单向调速阀15进入伸缩缸左腔，而右腔油液经阀14右端回油箱。
进油路：泵1→阀5→阀14（右）→阀15→手臂伸缩缸左腔 泵2→阀6→阀7→↑
回油路：手臂伸缩缸右腔→阀14（右）→油箱 7、手腕回转（1Y、10Y、12Y）
当手臂上的碰块碰到行程开关时，6Y断电，阀14复位，1Y、10Y通电。此时，泵2单独供油至阀22左端，通过阀24进入手腕回转油缸，使手腕回转180。 进油路：泵2→阀6→阀22（左）→阀24→手腕回转缸 回油路：手腕回转缸→阀23→阀22（左）→油箱 8、拔定位销（1Y）
当手腕上的碰块碰到行程开关时，10Y、12Y断电，阀22、25复位，定位缸油液经阀25左端回油箱，弹簧作用拔定位销。 回油路：定位缸左腔→阀25（左）→油箱
定位缸没有进油路，它是在弹簧作用下前进的。
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9、手臂回转（1Y、7Y）
定位缸支路无油压后，压力继电器K26发讯，接通7Y。泵2的压力油进入阀6经换向阀16左端通过单向调速阀18最后进入手臂回转缸，使手臂回转95。 进油路：泵2→阀6→换向阀16（左）→单向调速阀18→手臂回转缸
回油路：手臂回转缸→单向调速阀17→换向阀16（左）→行程节流阀19→油箱 10、插定位销（1Y、12Y）
当手臂回转碰到行程开关时，7Y断电，12Y重又通电，插定位销同1。 11、手臂前伸（5Y、12Y）
此时的动作顺序同7。 12、手臂中停（12Y）
当手臂前伸碰到行程开关后，5Y断电，伸缩缸停止动作，确保手臂将棒料送到准确位置处，“手臂中停”等主机夹头夹紧棒料，夹头夹紧棒料后，时间继电器发讯。 13、手指张开（1Y、9Y、12Y）
接到继电器信号后，1Y、9Y通电，手指张开同3。并启动时间继电器延时，主机夹头移走棒料后，继电器发讯。 14、手指闭合（1Y、12Y）
接继电器信号，9Y断电，手指闭合同4。 15、手臂缩回（6Y、12Y）
当手指闭喝后，1Y断电，使泵1和泵2一起供油，同时6Y通电，其动作顺序同6。 16、手臂下降（4Y、12Y）
手臂缩回碰到行程开关，6Y断电，4Y通电。此时，电液换向阀10右端动作，压力油经阀10和单向调速阀13进入升降缸上腔。
进油路：泵1→单向阀5→阀10（右）→阀13→手臂升降缸上腔 泵2→阀6→阀7→↑
回油路：手臂升降缸下腔→阀12→阀11→阀10（右）→油箱 17、手腕反转（1Y、11Y、12Y）
当升降导套上的碰铁碰到行程开关时，4Y断电，1Y、11Y通电。泵2供油至阀22右端，压力油通过单向调速阀23进入手腕回转缸的另一腔，并使手腕反转180。 进油路：泵2→阀6→阀22（右）→单向调速阀23→手腕回转缸 回油路：手腕回转缸→单向调速阀24→阀22（右）→油箱 18、拔定位销（1Y）
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手腕反转碰到行程开关后，11Y、12Y断电。动作顺序同8。 19、手臂反转（1Y、8Y）
拔定位销，压力继电器发信号，8Y接通。换向阀16右端动作，压力油进入手臂回转缸的另一腔，手臂反转95，机械手复位。
进油路：泵2→阀6→换向阀16（右）→单向调速阀17→手臂回转缸
回油路：手臂回转缸→单向调速阀18→换向阀16（右）→行程节流阀19→油箱 20、待料卸载（1Y、2Y）
手臂反转到位后，启动行程开关，8Y断电，2Y接通。此时，两油泵同时卸荷。机械手动作循环结束，等待下一个循环。
机械手的动作也可由微机程序控制，与相关主机联为一体，其动作顺序相同。
3.4液压系统特点分析：
⑴系统采用双联泵供油，手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油；手臂回转、手腕回转、手指松紧及定位缸工作时，只有小流量泵2供油，大流量泵1自动卸载。由于定位缸和控制油路所需压力较低，在定位缸支路上串联有减压阀8，使之获得稳定的压力。
⑵手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的升降和伸缩速度分别由单向调速阀15、13、11实现回油节流调速；手臂及手腕的回转由摆动液压缸驱动，其正反向运动亦采用单向阀17和18，23和24回油节流调速。
⑶执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但工作速度越快，起动和停止时的惯性就越大，振动和冲击就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。因此机械手的定位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。
该机械手手臂伸出、手腕回转由死挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑动缓冲；手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号，提前切断油路，滑行缓冲并定位。此外，手臂伸缩缸和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果。由于手臂的回转部分质量较大，转速较高，运动惯性矩较大，系统手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外，还在回油路上安装行程节流阀19进行减速缓冲，最后由定位缸插定位销定位，满足定位精度要求。
⑷为使手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响，保证牢固地夹紧工件，采用了液控单向阀21的锁紧回路。
⑸手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡运动部件的自重，采用了单向顺序阀12的平衡回路。
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