沖壓卸料機械手--液壓系統(tǒng)設(shè)計【抓取重量：10kg】【3-5自由度】【說明書+CAD】

購買設(shè)計請充值后下載，資源目錄下的文件所見即所得，都可以點開預(yù)覽，資料完整，充值下載可得到資源目錄里的所有文件?！咀ⅰ浚篸wg后綴為CAD圖紙，doc,docx為WORD文檔，原稿無水印，可編輯。具體請見文件預(yù)覽，有不明白之處，可咨詢QQ:12401814 哈爾濱理工大學(xué)專科生畢業(yè)論文沖壓機械手液壓系統(tǒng)設(shè)計摘 要機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。通過編程來完成各種動作，它的準(zhǔn)確性和多自由度，保證了機械手能在各種不同的環(huán)境中工作。機械手在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多，機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。機械手可以完成很多工作，它在自動化車間中用來運送物料，從事多種工藝操作。它的特點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器人的部分優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機器人的精確到位。機械手是在機械自動化生產(chǎn)中逐步發(fā)展出的一種新型裝置?，F(xiàn)代生產(chǎn)過程中機械手被廣泛的應(yīng)用到自動生產(chǎn)線中。機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，有大的抓舉力量，因此越來越多的被廣泛運用。機械手技術(shù)涉及機械學(xué)、力學(xué)、自動控制技術(shù)、傳感技術(shù)、電氣液壓技術(shù)，計算機可編程技術(shù)等，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。本課題在執(zhí)行機構(gòu)由電動和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將PLC應(yīng)用于其自動控制系統(tǒng)，完成機械手系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計。 關(guān)鍵詞 PLC；數(shù)控；自動卸料；機械手IV 目 錄摘 要I第1章 緒論1 1.1 課題背景1 1.2機械手的發(fā)展2 1.3機械手的分類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)計的目的及意義3第2章 機械手概述4 2.1 機械手的組成4 2.2應(yīng)用機械手的意義4第3章 任務(wù)分析5 3.1動作分析5 3.2運動節(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6 4.1 總體設(shè)計的思路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7 5.1手指部分7 5.1.1設(shè)計要求：7 5.1.2工況分析：7 5.1.3計算外負(fù)載：7 5.1.4運行時間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壓力損失驗算11 5.2手腕11 5.2.1設(shè)計要求11 5.2.2工況分析11 5.2.3手腕驅(qū)動力矩的計算11 5.2.4液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩計算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壓力損失驗算14 5.3手臂伸縮15 5.3.1設(shè)計要求15 5.3.2工況分析15 5.3.3計算外負(fù)載15 5.3.4運行時間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壓力損失驗算19 5.4手臂回轉(zhuǎn)19 5.4.1設(shè)計要求19 5.4.2工況分析19 5.4.3手臂驅(qū)動力矩的計算19 5.4.4液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩計算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壓力損失驗算22 5.5定位23 5.5.1設(shè)計要求23 5.5.2工況分析23 5.5.3計算外負(fù)載23 5.5.4運行時間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壓力損失驗算26 5.6手臂升降27 5.6.1設(shè)計要求27 5.6.2工況分析27 5.6.3計算外負(fù)載27 5.6.4運行時間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32 6.1電磁鐵動作順序32 6.2 梯形圖35結(jié)論37致謝38參考文獻39第1章 緒論1.1 課題背景隨著我國社會經(jīng)濟的迅猛發(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)機械手。 新中國成立特別是改革開放以來，我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的偉大成就。同時，必須清醒地看到，我國正處于并將長期處于社會主義初級階段。全面建設(shè)小康社會，既面臨難得的歷史機遇，又面臨一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟增長過度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴(yán)重；經(jīng)濟結(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，經(jīng)濟效益有待提高。在擴大勞動就業(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)達國家在經(jīng)濟、科技等方面占有優(yōu)勢的巨大壓力。為了抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強社會管理等。與此同時，我們比以往任何時候都更加需要緊緊依靠科技進步和創(chuàng)新，帶動生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動經(jīng)濟社會的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。進入21世紀(jì)，我國作為一個發(fā)展中大國，加快科學(xué)技術(shù)發(fā)展、縮小與發(fā)達國家的差距，還需要較長時期的艱苦努力，同時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，更有利于形成獨特的創(chuàng)新文化。只要我們增強民族自信心，貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經(jīng)過15 年乃至更長時間的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無愧于時代的輝煌科技成就?？萍脊ぷ鞯闹笇?dǎo)方針是：自主創(chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來。自主創(chuàng)新，就是從增強國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新。重點跨越，就是堅持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國計民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點突破，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展， 就是從現(xiàn)實的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù)，支撐經(jīng)濟社會的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。引領(lǐng)未來，就是著眼長遠，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)濟社會的發(fā)展。這一方針是我國半個多世紀(jì)科技發(fā)展實踐經(jīng)驗的概括總結(jié)，是面向未來、實現(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社會主義現(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，我國引進了大量技術(shù)和裝備，對提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平、促進經(jīng)濟發(fā)展起到了重要作用。但是，必須清醒地看到，只引進而不注重技術(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，拉大與世界先進水平的差距?？傊仨毎烟岣咦灾鲃?chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，貫徹到現(xiàn)代化建設(shè)的各個方面，貫徹到各個產(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，科技促進經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強，為全面建設(shè)小康社會提供強有力的支撐；基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)研究綜合實力顯著增強，取得一批在世界具有重大影響的科學(xué)技術(shù)成果，進入創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀(jì)中葉成為世界科技強國奠定基礎(chǔ)，形成比較完善的中國特色國家創(chuàng)新體系。1.2機械手的發(fā)展 機械手一般為三類：一是不需要人工控制的通用型機械手。它是不屬于其他主機的獨立裝置?？梢愿鶕?jù)任務(wù)需要編制獨立程序完成各項規(guī)定操作。它的特點是具備不同裝置的性能之外還具備通用機械及記憶功能的三元型機械。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。第三類是專用機械手，通常依附于自動生產(chǎn)線上，用于機床的上下料和裝卸工件。這種機械手國外叫做“Mechanical Hand”。它由主機驅(qū)動來服務(wù)，工作程序固定，一半是專用的。 機械手首先是在美國開始研制。第一臺機械手是在1958年美國聯(lián)合控制公司研究制作出來的。結(jié)構(gòu)是：主機安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，長臂頂端有電磁 抓放機構(gòu)。 日本在工業(yè)上應(yīng)用機械手最多，發(fā)展最快的國家，自1969年從美國引進兩種機械手后開始大力研發(fā)機械手。 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)使用的機械手一半來自國產(chǎn)一半來自進口。 現(xiàn)代工業(yè)中，自動化在生產(chǎn)過程中已日趨突出，機械手就是在機械工業(yè)中為實現(xiàn)加工、裝配、搬運等工序的自動化而產(chǎn)生的。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，機械手的出現(xiàn)大大減輕了人類的勞動，提高了生產(chǎn)效率。采用機械手已為目前研究的熱重點。目前機械手在工業(yè)上主要用于機床加工、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機械手的分類 現(xiàn)在對工業(yè)機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. 微型的搬運重量在1公斤以下；2. 小型的搬運重量在10公斤以下；3. 中型的搬運重量在50公斤以下；4. 大型的搬運重量在50公斤以上；目前大多數(shù)工業(yè)機械手能搬運的重量為130公斤，最小的為0.5公斤，最大的已達到800公斤。 1.3.2按用途分類1. 專用機械手附屬于主機的，具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置，這種工業(yè)機械工作對象不變，手動比較簡單，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，適用于大批量生產(chǎn)自動線或?qū)C作為自動上、下料用。2. 通用機械手具有獨立控制系統(tǒng)，程序可變、動作靈敏、動作靈活多樣的機械手。通用機械手的工作范圍大，定位精度高，通用性強，適用于工件經(jīng)常變換的中、小批量自動化生產(chǎn)。1.4 課題設(shè)計的目的及意義自改革開放，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，機械手早期應(yīng)用在汽車制造業(yè)。當(dāng)面臨人工無法實現(xiàn)的工作時，機械手成為了替代人工的替代品。機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。機械手可以完成很多工作，它在自動化車間中用來運送物料，從事多種工藝操作。它的特點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器人的部分優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機器人的精確到位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對機械手的安全性，可靠性，準(zhǔn)確性有了充分的認(rèn)識，同時對其要求也越來越高?？删幊炭刂破鲬{其穩(wěn)定性，簡單性，強大性成為了目前應(yīng)用最廣的工業(yè)自動化支柱之一。第2章 機械手概述2.1 機械手的組成機械手的形式是多樣的，但是其基本的組成都是相似的。一般機械手由執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)，控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1.執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(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，可做活動支柱方便機械手多方位移動。2.傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)用于實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的動作。常用的有機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動，電力傳動等形式。3.控制系統(tǒng)機械手按照制定的程序，步驟，參數(shù)進行動作完成該指定工作要依靠控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。4.輔助裝置輔助裝置主要是連接機械手各部分元件的裝置。2.2應(yīng)用機械手的意義隨著科技的發(fā)展，機械手應(yīng)用的越來越多。在機械工業(yè)中，機械手應(yīng)用的意義概括如下：1.提高生產(chǎn)過程自動化程度，增強生產(chǎn)效率。 機械手方便與材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換等自動化過程，從而提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動投入，從而降低生產(chǎn)成本。2.改善勞動條件 在車間的勞動環(huán)境下，高溫、高壓、噪音、灰塵等污染會嚴(yán)重影響人的身體健康，人在車間工作不可避免的會接觸到危險，而應(yīng)用機械手可以替代人安全的完成作業(yè)，從而改善勞動條件。 3.減少人力資源，便于節(jié)奏生產(chǎn)。機械手的應(yīng)用增強了自動化生產(chǎn)，會減少人力的使用。機械手可以長時間重復(fù)性連續(xù)完成工作，這是人工無法實現(xiàn)并完成的。生產(chǎn)線增加使用機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，機械手的合理利用是機械行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。第3章 任務(wù)分析3.1動作分析 根據(jù)生產(chǎn)條件要求，機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填料口，然后返回，重復(fù)這一動作。3.2運動節(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方式均可完成加工原料的自動填充，但是從工作效率與經(jīng)濟性方面考慮還是應(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)濟效益。 3.5本章小結(jié)本章主要介紹了機械手的運行要求，還有機械手在運行時的各動作節(jié)拍以及確定了機械手在正常運行時的動作規(guī)范。第4章 總體設(shè)計4.1 總體設(shè)計的思路設(shè)計機械手基本上分為以下幾個階段： 1.系統(tǒng)分析階段 （1）根據(jù)所設(shè)計的要求首先確定機械手的目的和任務(wù)； （2）分析機械手需要適應(yīng)的工作環(huán)境； （3）根據(jù)機械手的工作要求，確定機械手的基本功能和方案 2.技術(shù)設(shè)計階段 （1）確定驅(qū)動系統(tǒng)的類型； （2）選擇各部件的具體結(jié)構(gòu)，進行機械手總裝圖的設(shè)計； （3）繪制機械手的零件圖，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）：1000400400；3.最大操作范圍：提升高度0.5m，回轉(zhuǎn)角度60，行走范圍M總查 表22.6-1371 表22.6-137 擺動缸參數(shù)表選取ZBFZD4090液壓缸，選定工作壓力1.5MPa，因為設(shè)定的角速度為0.3rad/s（17.2/s）,查表22.6-1371，得流量為1.6710-5m3/s。液壓缸的功率見式（4-2）1P=p1qv =1.6710-51.5106W=25.05W （4-2） 轉(zhuǎn)動時間為t=/=（90/17.2）s=5.23s5.2.5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p=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)動時，最大流量值為1.6710-5m3/s,取K=1.15，計算泵的最大流量qvpK（qv）max qvp=210-5m3/s3. 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)p105，Pa qv10-5，m3/s調(diào)整壓力1單向調(diào)速閥p=63，qv=25，p2，實際qv=1.672三位四通電磁換向閥p=63，qv=254.油管尺寸選用8mm6mm無縫鋼管。5.2.7壓力損失驗算已知：油管長L=2m，油管內(nèi)徑4mm，流量1.6710-5m3/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的壓力損失 pj=0.13MPa所以總的壓力損失為p=（0.2+0.17+0.17+0.13）MPa=0.67MPa。5.3手臂伸縮5.3.1設(shè)計要求 平穩(wěn)的輸送加工原料。5.3.2工況分析工作循環(huán)為快進制動1工進原位停止2工進制動快退制動?？爝M、快退速度均為0.1m/s，工進速度為0.05m/s，單行程為0.5m，加速、減速時間為0.2s，靜、動摩擦因數(shù)為fs=0.15、fd=0.15，執(zhí)行機構(gòu)的重量為2000N、工件重量100N。5.3.3計算外負(fù)載空載時：動摩擦阻力 Ffd=Fgfd=0.152000N=300N 靜摩擦阻力 Ffs=Fgfs=0.152000N=300N負(fù)載時：動摩擦阻力 Ffd=（Mg+Fg）fd=0.152100N=315N 靜摩擦阻力 Ffs=（Mg+Fg）fs =0.152100N=315N快速時的慣性阻力工進時的慣性阻力 液壓缸各工況負(fù)載見 表5-55.3.4運行時間快進時間 快退時間 工進時間 表5-5 負(fù)載力工況計算公式液壓缸負(fù)載力，N液壓缸驅(qū)動力，N啟動300333加速402447快進300333制動198220啟動315350加速369410工進315350制動261290快退300333制動1982205.3.5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20-3-11,選定液壓缸的工作壓力為3MPa、背壓為0.5MPa，快速回油時回油腔壓力為0.3MPa 2.計算液壓缸尺寸因為往返速度相同，所以d=0.71D液壓缸驅(qū)動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)工況計算公式驅(qū)動力，N液壓缸p2105，Pap1105，Paqv10-5 ，m3/s功率，W快進起動333p2=06.84.940.7加速447p2=310.5快進333p2=38.3制動220p2=361工進起動350p2=072.4523.5加速410p2=510.8工進350p2=59.6制動290p2=58.42工進起動350p2=014.51.230加速410p2=527.3工進350p2=524.8制動290p2=522.3快退起動333p2=013.92.448加速447p2=324.8快退333p2=320制動220p2=315.35.3.6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p=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. 液壓泵流量在快進時，最大流量值為4.910-5m3/s,取K=1.15，計算泵的最大流量qvpK（qv）max qvp=1.154.910-5m3/s=5.610-5m3/s3.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)p105，Pa qv10-5，m3/s調(diào)整壓力1調(diào)速閥p=63，qv=25，p=23，實際qv=0.032二位二通電磁換向閥p=63，qv=253二位四通電磁換向閥p=63，qv=25 4.確定管道尺寸取d=10mm，選用12mm10mm無縫鋼管。5.3.8壓力損失驗算已知：油管長L=1m，油管內(nèi)徑5mm，通過流量710-5m3/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的壓力損失pj=0.03MPa所以總的壓力損失為p=（0.03+0.015+0.04+0.03）MPa=0.115MPa5.4手臂回轉(zhuǎn)5.4.1設(shè)計要求 平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動手臂部分5.4.2工況分析 工件重100N，手臂部分重量為5000N5.4.3手臂驅(qū)動力矩的計算驅(qū)動手臂回轉(zhuǎn)時的驅(qū)動力矩必須克服手臂起動時所產(chǎn)生的慣性力矩，手臂的轉(zhuǎn)動軸與支承孔處的摩擦阻力矩以及由于轉(zhuǎn)動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)動時所需要的驅(qū)動力矩可按下式計算：M驅(qū)= M慣+ M偏+ M摩 式中： M驅(qū)驅(qū)動手臂轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩 M慣慣性力矩 M偏轉(zhuǎn)動的零部件的重量對轉(zhuǎn)動軸線所產(chǎn)生的偏重力矩 M摩手腕轉(zhuǎn)動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)，滾動軸承取f=0.010.02； N軸承支承反力 （N）； D軸承直徑（m）；由設(shè)計知D=0.1m、N=5100N，采用推力球軸承 Mf=10.2（Nm） 2.重心引起的偏置力矩 M偏=G1e式中 G1裝置重量（N），e偏心距（m）當(dāng)e=0.010，G1=5100N時 （Nm） 3.手臂啟動時的慣性阻力矩M慣 式中 手腕回轉(zhuǎn)角速度 （rad/s） t手臂啟動過程中所用時間（s），取0.1s。 J手臂回轉(zhuǎn)部件對回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動慣量（kgm） （kgm） M慣= 0.64（Nm） 考慮到驅(qū)動缸密封摩擦損失等因素，一般將M取大一些，可取：M=1.2M=1.2（10.2+51+0.64）=61.84（Nm）5.4.4液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩計算液壓缸所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩必須大干總的阻力矩，即M驅(qū)M總，查 表22.6-1371。表22.6-137 擺動缸基本參數(shù)表選取ZBFZD5060液壓缸，選定工作壓力1.5MPa，因為設(shè)定的角速度為0.2rad/s（11.46/s），查 表22.6-1371，得流量為210-5m3/s，液壓缸的功率由下面公式可得：P=p1qv=210-51.5106W=30W 轉(zhuǎn)動時間為 t=/=（60/11.46）s=5.23s5.4.5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 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p=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=1.251.8MPa=2.25MPa 2.液壓泵流量在轉(zhuǎn)動時，最大流量值為210-5m3/s,取K=1.15，計算泵的最大流量qvpK（qv）max qvp=1.15210-5m3/s=2.310-5m3/s編號元件名稱技術(shù)數(shù)據(jù)p105，Pa qv10-5，m3/s調(diào)整壓力1單向調(diào)速閥p=63，qv=25，p2，實際qv=22三位四通電磁換向閥p=63，qv=253. 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9mm7mm無縫鋼管。5.4.7壓力損失驗算已知：油管長L=2m，油管內(nèi)徑7mm，通過流量210-5m3/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.進油路上沿程壓力損失p1 3.回油路上沿程壓力損失p14.局部壓力損失取油流通過集成塊時pj=0.1MPa，總的壓力損失為p=0.52MPa。5.5定位5.5.1設(shè)計要求 快速、準(zhǔn)確定位5.5.2工況分析工作循環(huán)為快進中停快退原位停止，采用定位銷定位，定位銷的重量為100N，與裝置間的壓力為100N，靜、動摩擦因數(shù)均為0.15，快進、快退的速度均為0.1m/s，加減速反應(yīng)時間為0.2s，單行程為0.1m。5.5.3計算外負(fù)載 動摩擦阻力 Ffd=Fgfd=0.15100N=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)載力工況計算公式液壓缸負(fù)載，N液壓缸驅(qū)動力，W啟動1517加速2022快進1517快退1517制動10115.5.4運行時間快進 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20-3-11，選定工作壓力為1.5MPa，假定回油壓力p2=0.2MPa。2.計算液壓缸尺寸因為往返速度相同，所以d=0.71D液壓缸驅(qū)動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)表工況計算公式驅(qū)動力，N液壓缸p2105，Pap1105，Paqv105，m3/s功率，W快進起動17p2=03.40.52.2加速22p2=25.3快進17p2=24.3制動11p2=23.1快退起動17p2=07.70.222.7加速22p2=214.5快退17p2=212.3制動11p2=29.55.5.6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 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p=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.液壓泵流量在快進時，最大流量值為0.510-5m3/s,取K=1.15，計算泵的最大流量qvpK（qv）max ，qvp=0.610-5m3/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)p105，Pa qv10-5，m3/s調(diào)整壓力1單向閥p=63，qv=10，p2，實際qv=92二位四通電磁換向閥p=63，qv=254減壓閥p=63，qv=10表5-9 4.確定管道尺寸，取d=5mm，選用7mm5mm冷拔無縫鋼管。5.5.8壓力損失驗算已知：油管L=1m，油管內(nèi)徑3mm，通過流量0.510-5m3/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.進油路上沿程壓力損失p1 3.回油路上沿程壓力損失p1 4.局部壓力損失取油流通過集成塊時的壓力損失pj=0.03MPa，所以總的壓力損失為p=（0.05+0.025+0.12+0.03）MPa=0.23MPa。5.6手臂升降5.6.1設(shè)計要求 平穩(wěn)的進行手臂升降5.6.2工況分析工作循環(huán)為上升中停下降停止，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、動摩擦系數(shù)均為0.1，加速、減速時間為0.2s5.6.3計算外負(fù)載動摩擦阻力 靜摩擦阻力 慣性阻力 液壓缸工作時的負(fù)載力見 表5-10表5-10 負(fù)載力工況計算公式液壓缸負(fù)載F，N液壓缸驅(qū)動力，N啟動60506722加速63567062上升60506722制動57446382反向啟動59506611加速56446271下降59506611制動625669515.6.4運行時間 上升時間 下降時間 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20-3-11,選定液壓缸的工作壓力為4MPa，上升時回油腔壓力p2=0.5MPa，背壓為p2=0.75MPa。 2.計算液壓缸尺寸因為往返速度相同，所以d=0.71D 液壓缸驅(qū)動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)表工況計算公式驅(qū)動力，N液壓缸p2105，Pap1105，Paqv10-5，m3/s功率，W上升起動6722p2=08.480880加速7062p2=511.33上升6722p2=511制動6382p2=510.5下降起動6611p2=016.54061.2加速6271p2=7.50.68下降6611p2=7.51.53制動6951p2=7.52.385.6.6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 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。因為油路簡單，管路損失取p=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=1.252MPa=2.5MPa 2.液壓泵流量在上升時，最大流量值為810-4m3/s,取K=1.15，計算泵的最大流量qvpK（qv）max qvp=9.210-4m3/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)p105，Pa qv10-5，m3/s調(diào)整壓力,MPa1單向順序閥p=63，qv=25，p2，實際qv=137.52三位四通電磁換向閥p=63，qv=254調(diào)速閥p=63，qv=25，p=23 4.確定管道尺寸選用18mm15mm無縫鋼管。5.6.8壓力損失驗算已知：油管長L=2m，油管內(nèi)徑15mm，通過流量810-4m3/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的壓力損失pj=0.13MPa，所以總的壓力損失為 p=0.56MPa5.7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57倍V=7qv=79.210-4m3=6.4410-3m3從以上內(nèi)容得知，在機械手臂上升時消耗功率最大，為簡化計算，主要考慮機械手臂上升時的發(fā)熱，即計算此時的系統(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t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（5060）。根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)的要求，選用功率為1.1kW的標(biāo)準(zhǔn)型號電機。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)分別分析了機械手的各部分液壓系統(tǒng)，計算出了各個部分所需要的壓力、流量以及工作時間；確定了總的液壓系統(tǒng)圖，充分的體現(xiàn)了機械手各部分的協(xié)調(diào)運行。第六章PLC控制回路的設(shè)計6.1電磁鐵動作順序1. 電磁鐵的動作順序表見 表6-1表6-1電磁鐵的動作順序表序號 1DT2DT3DT4DT5DT6DT7DT8DT9DT10DT11DT12DT13DT1插定位銷+2手臂前伸+3手指閉合+4手臂上升+5手臂回縮+