1、矯直機機械手液壓系統設計摘要機械手是在自動化生產過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。它能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產力。本篇介紹的機械手為四自由度極坐標型機械手，應用于鍛造生產線上最后的矯直機上，主要作用是用于矯直機上料。機械手動作要求快速、準確，并結合工作環境宜采用液壓系統。機械手的質量會影響機械手的動作靈敏性和準確性，因此本設計的液壓系統五個輕型液壓缸，分別控制機械手手指夾緊、手腕回轉、手臂俯仰以及拔銷定位和棘爪定位，還有兩個柱塞液壓馬達，以實現較大的執行力和執行長度，分別控制手臂伸縮

2、和手臂回轉。本文對該液壓系統總體方案進行了論證和擬定，包括系統原理圖擬定、工況分析、負載計算、液壓元件選擇、系統驗算和結構設計,并用三維造型軟件PROE繪制了該液壓系統的液壓集成塊用以檢查閥塊內的連通情況，用二維軟件CAD繪制了原理圖、油箱組件圖、液壓集成塊零件圖和液壓站裝配圖。關鍵字： 矯直機 四自由度 機械手 液壓系統Straightening machine manipulator hydraulic system designAbstract A robot is used in the automated production process as a function of hav

3、ing a crawl and move the workpiece automation devices, it is in the mechanization and automation of the production process developed a new type of device. It can replace human to complete dangerous, repeat the boring work, to reduce human labor intensity, improve labor productivity. This article int

4、roduces the four degrees of freedom robotic manipulator polar type, used in forging a final straightening machine production line, the main role is used for straightening machine feeding. Robot movements require fast, accurate, and combine the work environment should adopt the hydraulic system. Will

5、 affect the quality of the robot manipulator motion sensitivity and accuracy, so the design of the hydraulic system five lightweight hydraulic cylinders, respectively, control the robot finger grip, wrist rotation, tilt and pull off the arm positioning and pawl positioning, as well as two a piston h

6、ydraulic motor, in order to achieve greater execution and implementation of length, respectively, control arm stretching and arm swing. This general scheme of the hydraulic system were demonstrated and proposed, including system schematic formulation, condition analysis, load calculations, hydraulic

7、 component selection, system checking and structural design, and 3D modeling software PROE draw the hydraulic system of hydraulic manifold block to check the connectivity of the valve block, draw a two-dimensional CAD software, schematics, fuel tank assembly diagram, hydraulic manifold block diagram

8、 and hydraulic parts assembly drawing.Keywords: Straightening machine; Four degrees of freedom; manipulator ;hydraulic system目錄1.引言幾千年前人類就渴望制造一種像人一樣的機器，以便將人類從繁重的勞動中解脫出來。早在兩千年前就開始出現了自動木人和一些簡單的機械偶人。到了近代 ，機器人一詞的出現和世界上第一臺工業機器人問世之后，不同功能的機器人也相繼出現并且活躍在不同的領域，從天上到地下，從工業拓廣到 農業、林、牧、漁，甚至進入尋常百姓家。機器人的種類之多，應用之廣，影響

9、之深，是我們始料未及的。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續 工作、精確度高、抗惡劣環境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工 業以及非產業界的重要生產和服務性設備，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。我國的工業機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運

10、等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業的近30條自動噴漆生產線（站）上獲得規模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距；在應用規模上，我國已安裝的國產工業機器人約200臺，約占全球已安裝臺數的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產業，當前我國的機器人生產都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質量、可靠性不穩定。因此迫切需要解決產業化前期的關

11、鍵技術，對產品進行全面規劃，搞好系列化、通用化、模化設計，積極推進產業化進程。 2.概述液壓傳動相對于機械傳動來說是一門新興技術。從1795年世界上第一臺水壓機誕生起，已有幾百年的歷史，液壓傳動技術被廣泛采用和有較大幅度的發展是由19世紀崛起并蓬勃發展的石油工業推動起來的，最早實踐成功的液壓傳動裝置是艦船上的炮塔轉位器，其后出現了液壓六角車床和磨床，一些通用車床到20世紀30年代末才用上了液壓傳動。第二次世界大戰期間，在一些兵器上用上了功率大，反應快，動作準的液壓傳動和控制裝置，大大提高了兵器的性能，也大大促進了液壓技術的發展。戰后，液壓技術迅速轉向民用，并隨著各種標準的不斷制訂和完善，各類元

12、件的標準化，規格化，系列化而在機械制造，工程機械，材料科學，控制技術，農業機械，汽車制造等行業中推廣開來。由于軍事及建設需要的刺激，液壓技術日益成熟。20世紀60年代后，原子能技術，空間技術，計算機技術等的發展再次將液壓技術推向前進，使它發展成為包括傳動，控制，檢測在內的一門完整的自動化技術，在國民經濟的各個方面都得到了應用。如工程機械，數控加工中心，冶金自動線等。液壓傳動是以流體作為工作介質對能量進行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的液體經由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。因而在工程機械、冶金、軍工、農機、汽車、輕紡、船舶、石油、航空和機床行業中，液壓技術得到了普遍的應用。隨著原子能、空

13、間技術、電子技術等方面的發展，液壓技術向更廣闊的領域滲透，發展成為包括傳動、控制和檢測在內的一門完整的自動化技術?，F今，液壓技術是實現現代化傳動與控制的關鍵技術之一，世界各國對液壓工業的發展都很重視，所以采用液壓傳動的程度已成為衡量一個國家工業水平的重要標志之一。如發達國家生產的95%的工程機械、90%的數控加工中心、95%以上的自動線都采用了液壓傳動。正是因為液壓傳動有著其獨特的優點，所以液壓在工業中的應用發展迅速，并涉及到諸多領域。液壓傳動系統的主要優點有： (1) 相對于電力拖動和機械傳動而言，在相同功率下，液壓執行元件體積小，重量輕，結構緊湊。液壓傳動一般使用的壓力在7Mpa左右，也可

14、高達50Mpa。而液壓裝置的體積比同樣輸出壓力的電機及機械傳動裝置的體積小得多；(2)液壓傳動的各個元件，可根據需要方便，靈活地來布置；(3)液壓裝置頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動力，易實現直線運動等；(4)易于自動化，液壓設備配上電磁閥，電氣元件，可編程控制器和計算機等，可裝配成各式自動化機械；(5)速度調整容易，液壓裝置速度調整非常簡單，只要調整流量控制閥即可輕易且可實行無級調速；(6)不會有過載的危險，液壓系統中裝有溢流閥，當壓力超過設定壓力時，閥門開啟，液壓經由溢流閥流回油箱，此時液壓油不處在密閉狀態，故系統壓力永遠無法超過設定壓力。 (7)這種技術還易與微電子、電氣技術相結

15、合，形成自動控制系統。據統計，世界液壓元件的總銷售額為350億美元，世界各主要國家液壓工業銷售額占機械工業產值的2%3.5%，而我國只占1%左右，努力擴大其應用領域，將有廣闊的發展前景。液壓傳動系統的主要缺點有：(1)由于流體流動的阻力和泄露較大，所以效率較低。如果處理不當，泄露不僅污染場 地，而且還可能引起火災和爆炸事故；(2)由于工作性能易受到溫度變化的影響，因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作； (3)液壓元件的制造精度要求較高，因而價格較貴；(4)由于液體介質的泄露及可壓縮性影響，不能得到嚴格的傳動比； (5)液壓傳動出故障時不易找出原因；使用和維修要求有較高的技術水平。液壓傳動主要的

16、發展趨勢將集中在以下幾個方面：1.減少能耗,充分利用能量 液壓技術在將機械能轉換成壓力能及反轉換方面，已取得很大進展，但一直存在能量損耗，主要反映在系統的容積損失和機械損失上。如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉換過程的效率得到顯著提高。為減少壓力能的損失，必須解決下面幾個問題： 減少元件和系統的內部壓力損失，以減少功率損失。主要表現在改進元件內部流道的壓力損失,采用集成化回路和鑄造流道,可減少管道損失,同時還可減少漏油損失。 減少或消除系統的節流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節流系統來調節流量和壓力。 采用靜壓技術，新型密封材料，減少磨擦損失。 發展小型化、輕量化、復合化

17、、廣泛發展3通徑、4通徑電磁閥以及低功率電磁閥。 改善液壓系統性能，采用負荷傳感系統，二次調節系統和采用蓄能器回路。 為及時維護液壓系統，防止污染對系統壽命和可靠性造成影響，必須發展新的污染檢測方法，對污染進行在線測量，要及時調整，不允許滯后，以免由于處理不及時而造成損失。2.主動維護 液壓系統維護已從過去簡單的故障拆修，發展到故障預測，即發現故障苗頭時，預先進行維修，清除故障隱患，避免設備惡性事故的發展。 要實現主動維護技術必須要加強液壓系統故障診斷方法的研究，當前，憑有經驗的維修技術人員的感宮和經驗，通過看、聽、觸、測等判斷找故障已不適于現代工業向大型化、連續化和現代化方向發展，必須使液壓

18、系統故障診斷現代化，加強專家系統的研究，要總結專家的知識,建立完整的、具有學習功能的專家知識庫，并利用計算機根據輸入的現象和知識庫中知識，用推理機中存在的推理方法，推算出引出故障的原因，提高維修方案和預防措施。要進一步引發液壓系統故障診斷專家系統通用工具軟件，對于不同的液壓系統只需修改和增減少量的規則。 另外，還應開發液壓系統自補償系統，包括自調整、自潤滑、自校正，在故障發生之前，進市補償，這是液壓行業努力的方向。3.機電一體化 電子技術和液壓傳動技術相結合，使傳統的液壓傳協與控制技術增加了活力，擴大了應用領域。實現機電一體化可以提高工作可靠性，實現液壓系統柔性化、智能化，改變液壓系統效率低，

19、漏油、維修性差等缺點，充分發揮液壓傳動出力大、貫性小、響應快等優點,其主要發展動向如下： (1)電液伺服比例技術的應用將不斷擴大。液壓系統將由過去的電氣液壓系統和 開環比例控制系統轉向閉環比例伺服系統,為適應上述發展,壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應實現標準化。計算機接口也應實現統一和兼容。 (2)發展和計算機直接接口的功耗為5mA以下電磁閥，以及用于脈寬調制系統的高頻電磁閥(小于3mS)等。 (3)液壓系統的流量、壓力、溫度、油的污染等數值將實現自動測量和診斷,由于計算機的價格降低,監控系統,包括集中監控和自動調節系統將得到發展。 (4)計算機仿真標準化，特別對高精度、“高級”

20、系統更有此要求。 (5)由電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電子直接控制液壓泵，采用通用化控制機構也是今后需要探討的問題，液壓產品機電一體化現狀及發展。我國的液壓工業開始于20世紀50年代，目前正處于迅速發展，提高的階段。其產品最初只用于機床和鍛壓設備，后來才用到拖拉機和工程機械上。自從1964年從國外引進一些液壓元件生產技術，同時進行自行設計液壓產品以來，我國的液壓件生產已從低壓到高壓形成系列，并在各種機械設備上得到了廣泛的使用。90年代起更加速了對國外先進液壓產品和技術的有計劃引進，消化，吸收和國產化工作，以確保我國的液壓技術能在產品質量，經濟效益，研究開發等各個方面全方位地趕上世界水平。

21、隨著工業迅猛發展逐日發展壯大，相繼建立了科研機構和專業生產廠家，從事液壓技術研究和液壓產品生產。他們不但能生產液壓泵，液壓閥等液壓元件，還設計制造了許多新型液壓的元件，如電液比例閥，電液伺服閥等。到目前為止，液壓元件的生產，已成為了我國液壓元件產品的生產系列。液壓技術的發展正向著高效率，高精度，高性能方向邁進。液壓元件向著體積小，重量輕，微型化和集成化方向發展，液壓技術，交流液壓等新興的液壓技術正在開拓。又由于計算機的應用，更大大地推進了液壓技術的發展，像液壓系統的輔助設計，計算機仿真和優化，微機控制等工作，也都取得了顯著成果。當前，液壓技術在實現高壓，高速，大功率，高效率，低噪音，經久耐用，

22、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的進展，在完善比例控制，司服控制，數字控制等技術上也有許多新成就。此外，在液壓元件和液壓系統的計算機輔助設計，計算機仿真和優化以及微機控制等開發性工作方面，日益顯示出顯著的成績。微電子技術的進展，滲透到液壓與氣動技術中并與之結合，創造出了很多高可靠性，低成本的微型節能元件，為液壓氣動技術在工業各部門中的應用開辟了更為廣泛的前景。 在國外,液壓工業的發展速度高于機械工業。全世界液壓產品產值約200 億美元。在美、日、德等主要國家的比較中以日本人均產值為最高,其主要原因是日本工廠設備自動化程度高和生產管理完善,此外,日本各企業外協量大,將一些零件擴散給協作廠加工

23、,實現零件專業化。據統計,各國液壓工業產值約占機械工業產值的23 % ,而我國僅占0.18 %左右,充分說明我國液壓技術使用率低,需努力擴大其應用領域。液壓技術的應用領域越來越廣泛,據分析,建筑工程機械、農機等行走機械是液壓工業的主要用戶;在產業機械中,機床、冶金、塑機是主要用戶。由于機床、塑機、機器人等行業部分傳動已被電氣傳動所取代,其需求量減少,建筑、工程、冶金等需要量的比重顯著增加。據國外資料介紹,建筑機械和工業車輛液壓使用率有增長趨勢,機床等產業機械的液壓使用率有下降近幾十年來，由于液壓技術借助微電子技術，大力發展電液傳動與控制，使液壓技術產生新的活力。液壓技術的主要競爭者是機械傳動和

24、電氣傳動，只要沿著機電一體化方向走下去，并不斷跟蹤和移植信息技術，計算機技術、摩擦磨損技術、潤滑技術、自動控制技術以及新材料新工藝等的成果，充分發揮液壓技術功率密度大等優點，克服漏油和噪聲大等缺點，液壓技術作為現代傳動與控制的重要組成部分，將不斷擴大應用領域，保持強大的競爭力、不斷向前發展。3.液壓系統的設計和計算3.1液壓系統的組成現設計校直機機械手液壓系統，要求完成的工作循環是：待料 插定位銷 手臂前伸 手指夾料 手臂上升 手臂縮回 手腕回轉90° 拔定位銷 手臂回轉90° 插定位銷 手臂前伸 手指松開 手臂縮回 手臂下降 手腕反轉 （手腕復位） 拔定位銷 手臂反轉 待

25、料（一個循環結束）卸荷。該機械手為四自由度極坐標型機械手，抓取力為650N。3.2液壓系統工況分析工況分析是擬定液壓系統方案、計算、選擇或設計液壓元件的依據，工況分析包括動力參數分析和運動參數分析。對于復雜的液壓系統，尤其是有多個液壓執行機構同時動作的系統，通過動力參數分析，做出系統載荷循環圖，選定系統工作壓力；通過運動參數分析，繪制系統流量循環圖，從而選定系統所需流量；同時，根據系統載荷循環圖和流量循環圖，可以繪制出液壓系統的功率循環圖，從中確定液壓系統所需功率。3.2.1動力參數分析 所謂動力參數分析，就是通過計算確定各液壓執行機構的載荷大小和方向，并且分析各執行機構運動過程中的振動、沖擊

26、及過載能力等情況。1） 液壓缸的載荷計算作用在液壓缸上的載荷力： 式中工作負載。除液壓缸外，運動部件導軌的摩擦載荷。運動部件速度變化的慣性負載。式中G運動部件重力。垂直于導軌的工作負載。f導軌摩擦系數，靜摩擦系數為0.2，動摩擦系數為0.1。 式中g重力加速度；加速或減速時間，一般為0.01-0.5s;時間內的速度變化量。手指夾緊缸油路：=650N=0.2X20=4N (G取20N)=0.1X20=2N=數值太小對結果影響不大，可以看是650N恒負載情況。畫出速度、負載循環圖如下：圖1 手指夾緊缸速度、負載循環圖手腕旋轉缸油路：由經驗外負載不大，情況同手指夾緊缸油路差不多，但它的負載是變化的，

27、因為缸承受的壓力在變化；設最大負載為600N。、數值同樣太小對結果影響不大，畫出速度、負載循環圖如下：圖2 手腕回轉缸速度負載圖手臂俯仰缸油路：=2400N （重120kg,由力矩平衡，估算的結果）=0.2X520=104N (力學轉換，把手臂末端施加的壓力傳遞到給活塞桿的徑向力)=0.1X520=52N=60N起動、加速：F=2400+140+60=2564N 穩定：摩擦力隨俯仰在變化，最大值F=2400+52=2452N 制動：F=2400+104-60=2444N畫出速度、負載循環圖如下：圖3手臂俯仰缸速度、負載循環圖定位缸油路：=150N、數值很小，可忽略。可看成是恒負載的情況。畫出速

28、度、負載循環圖如下：圖4定位缸速度、負載循環圖棘爪缸油路：=150N、數值很小，可忽略。可看成是恒負載的情況。畫出速度、負載循環圖如下：圖5棘爪缸速度、負載循環圖工作 載荷力矩。軸頸摩擦力矩。=µGr式中 G旋轉部件施加于軸頸上的徑向力。r旋轉軸半徑。µ摩擦系數。慣性力矩。 式中J回轉部件轉動慣量；加速或減速時間，一般為0.01-0.5s;時間內的角速度變化量。手臂伸縮液壓馬達回路:=45N·m nmz/60=100 z=30 m=3mm =1000NX0.045m=45N·m軸頸摩擦力矩。=0.01X50X0.03=0.015N·m(忽略不計

29、)式中 G取50N。r旋轉軸半徑，根據液壓馬達取30mm。 µ查表23.41（c）取0.01加速或減速時間，一般為0.01-0.5s;啟動加速： 穩定運行： 制動時 ： 畫出轉速、負載力矩循環圖如下：圖6手臂伸縮液壓馬達轉速、負載力矩循環圖手臂旋轉液壓馬達回路:=40N·m 軸頸摩擦力矩。=0.01X2000X0.03=0.6N·m式中 G取2000N。r旋轉軸半徑，根據液壓馬達取30mm。µ查表23.41（c）取0.01 加速或減速時間，一般為0.01-0.5s; 啟動加速： 穩定運行：制動時 ：畫出轉速、負載力矩循環圖如下：圖7手臂回轉轉速、負載力矩

30、循環圖3.2.2運動參數分析運動參數分析，就是研究工作機械依工藝要求應以什么樣的運動規律完成一個工作循環，即研究其運動性質是直線的、回轉的或擺動的；運動速度、加速度是恒值的或變化的；運動行程大小、循環時間長短等。3.3擬定液壓系統原理圖3.3.1供油方式由于校直機機械手液壓系統要求動作精確，同時屬于非高壓系統，不能選擇柱塞泵，只能從葉片泵或者齒輪泵，但是齒輪泵有流量脈動現象，不能使用。所以應該選擇葉片泵。根據經驗，系統壓力不是特別大，因此不用考慮變量泵來增加效率，這種情況下使用變量泵效果有限，即選擇定量葉片泵。3.3.2調壓方式在該系統中設置一個電磁溢流閥用來溢流穩壓，一般都在油泵的出口附近設

31、置，用它來調節系統壓力，并將多余的油液溢流回油箱。電磁溢流閥選擇通電卸荷狀態。防止意外停電，工作人員忘記關開關，當來電時，系統通電運行而造成不必要的損害或者危害；而且整個循環過程中，卸荷時間長。同時就有了卸荷回路：在機械手各油缸不工作時，油泵電機又不停止工作的情況下，為減少油泵的功率損耗，節省動力，降低系統的發熱，使油泵在低負荷下工作，所以采用卸荷回路,即電磁溢流閥得電卸荷。 平衡與鎖緊回路 在機械液壓系統中，為防止垂直機構因自重而任意下降，可采用平衡回路將垂直機構的自重給以平衡。為了使機械手手臂在移動過程中停止在任意位置上，并防止因外力作用而發生位移，可采用鎖緊回路，即將油缸的回油路關閉，使

32、活塞停止運動并鎖緊。本機械手采用單向順序閥做平衡閥實現任意位置鎖緊的回路。油泵出口處接單向閥 在油泵出口處接單向閥。其作用有二：第一是保護油泵。液壓系統工作時，油泵向系統供應高壓油液，以驅動油缸運動而做功。當一旦電機停止轉動，油泵不再向外供油，系統中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉動，產生噪音，加速油泵的磨損。在油泵出油口處加設單向閥后，隔斷系統中高壓油液和油泵時間的聯系，從而起到保護油缸的作用。第二是防止空氣混入系統。在停機時，單向閥把系統能夠和油泵隔斷，防止系統的油液通過油泵流回油箱，避免空氣混入，以保證啟動時的平穩性。3.3.3調速方式液壓機械手各種運動速度的控制，主要是改

33、變進入油缸的流量。其控制方法有兩類：一類是采用定量泵，即利用調節節流閥的通流截面來改變進入油缸或油馬達的流量；另一類是采用變量泵，改變油泵的供油量。本機械手采用定量油泵節流調速回路。因為不采用變量泵，所以在此不考慮后者。 節流調速閥的優點是：簡單可靠、調速范圍較大、價格便宜。其缺點是：有壓力和流量損耗，在低速負荷傳動時效率低，發熱大。 采用節流閥進行節流調速時，負荷的變化會引起油缸速度的變化，使速度穩定性差。其原因是負荷變化會引起油缸速度的變化，使速度穩定性差。其原因是負荷變化會引起節流閥進出油口的壓差變化，因而使通過節流閥的流量以至油缸的速度變化。調速閥能夠隨負荷的變化而自動調整和穩定所通過

34、的流量，使油缸的運動速度不受負荷變化的影響，對速度的平穩性要求高的場合，宜用調速閥實現節流調速。采用雙單向節流閥。進油回路采用雙單向節流閥的目的是為了更方便控制流量，且有一定背壓，使工作過程更穩定，減少了一定的沖擊?，F在根據負載：1. 夾鉗開閉用調速閥回油調速；2. 手腕回轉用調速閥回油調速；3. 手臂伸縮用節流閥回油調速；4. 手臂俯仰用調速閥進油調速；5. 手臂回轉用節流閥回油調速。3.3.4換向方式在機械手液壓系統中，為控制各油缸、馬達的運動方向和接通或關閉油路，通常采用三位四通、二位四通電磁閥，由電控系統發出電信號，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達的油路換向，實現直線往復運動和正

35、反向轉動。 目前在液壓系統中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電磁閥（D型）和直流電磁閥（E型）兩種。交流電磁閥的使用電壓一般為220V（也有380V或36V），直流電磁閥的使用電壓一般為24V（或110V）。這里采用交流電磁閥。交流電磁閥起動性能好，換向時間短，接線簡單，價廉，但是如吸不上時容易燒壞，可靠性差，換向時有沖擊，允許換向頻率底，壽命較短。3.3.5機械手液壓傳動系統 液壓系統圖的繪制是設計液壓機械手的主要內容之一。液壓系統圖是各種液壓元件為滿足機械手動作要求的有機聯系圖。它通常由一些典型的壓力控制、流量控制、方向控制回路加上一些專用回路所組成。 繪制液壓系統圖的一般順序是：

36、先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調節回路和相應元件，以及其他輔助裝置，從而組成整個液壓系統，并用液壓系統圖形符號，畫出液壓原理圖。圖8 系統原理圖3.4.1執行元件的計算與選擇(1) 液壓缸主要尺寸確定A手指夾緊缸計算工作壓力p的確定：根據負載大小以及機器類型來初步確定。查機械工程及自動化簡明設計手冊表3-1，現取液壓缸工作壓力p為0.8MPa。計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d：由負載圖知最大負載為650N，按液壓系統簡明設計手冊表2-2（回油調速）背壓=0.5MPa，該系統為低壓系統取0.5。將數據代入式（2-3）根據表2-4，將液壓缸內徑圓整為標準系列直徑：取D=50mm。按d/D=0.5

37、以及表2-5取d=25mm。驗算最小穩定流速：滿足最小穩定速度要求。計算液壓缸所需流量。手指閉合：手指張開：B手腕旋轉液壓缸計算1工作壓力p的確定：根據負載大小以及機器類型來初步確定。查機械工程及自動化簡明設計手冊表3-1，現取液壓缸工作壓力p為0.8MPa。計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d：由負載圖知最大負載為600N，按液壓系統簡明設計手冊表2-2（回油調速）背壓=0.5MPa，該系統為低壓系統取0.5。將數據代入式（2-3）根據表2-4，將液壓缸內徑圓整為標準系列直徑：取D=40mm。按d/D=0.5以及表2-5取d=20mm。驗算最小穩定流速：滿足最小穩定速度要求。計算液壓缸所需流量。手

38、腕伸直：手指張開：C手臂伸縮液壓馬達計算工作壓力p的確定：根據負載大小以及機器類型來初步確定。查機械工程及自動化簡明設計手冊表3-1，現取液壓缸工作壓力p為0.8MPa。計算液壓馬達的排量V：由負載圖知最大負載轉矩為52N*m，按液壓系統簡明設計手冊表2-2背壓=0.3MPa，液壓馬達排量計算：計算液壓馬達所需流量。D手臂俯仰缸計算工作壓力p的確定：根據負載大小以及機器類型來初步確定。查機械工程及自動化簡明設計手冊表3-1，現取液壓缸工作壓力p為0.8MPa。計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d：由負載圖知最大負載為2564N，按液壓系統簡明設計手冊表2-2背壓=0.5MPa，該系統為低壓系統取0.

39、5。將數據代入式（2-3） 根據表2-4，將液壓缸內徑圓整為標準系列直徑：取D=50mm。按d/D=0.5以及表2-5取d=25mm。驗算最小穩定流速：滿足最小穩定速度要求。計算液壓缸所需流量。手指閉合：手指開：E手臂回轉液壓馬達計算工作壓力p的確定：根據負載大小以及機器類型來初步確定。查機械工程及自動化簡明設計手冊表3-1，現取液壓缸工作壓力p為0.8MPa。計算液壓馬達的排量V：由負載圖知最大負載轉矩為61.3N*m，按液壓系統簡明設計手冊表2-2背壓=0.3MPa，液壓馬達排量計算：計算液壓馬達所需流量。F定位缸計算工作壓力p的確定：根據負載大小以及機器類型來初步確定。查機械工程及自動化

40、簡明設計手冊表3-1，現取液壓缸工作壓力p為0.8MPa。計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d：由負載圖知最大負載為150N，無背壓，該系統為低壓系統取0.5。將數據代入式（2-3）根據表2-4，將液壓缸內徑圓整為標準系列直徑：取D=16mm。按d/D=0.5以及表2-5取d=8mm。驗算最小穩定流速：滿足最小穩定速度要求。計算液壓缸所需流量。插銷：拔銷：G棘爪缸計算工作壓力p的確定：根據負載大小以及機器類型來初步確定。查機械工程及自動化簡明設計手冊表3-1，現取液壓缸工作壓力p為0.8MPa。計算液壓缸內徑D和活塞桿直徑d：由負載圖知最大負載為150N，無背壓，該系統為低壓系統取0.5。將數據代入

41、式（2-3）根據表2-4，將液壓缸內徑圓整為標準系列直徑：取D=16mm。按d/D=0.5以及表2-5取d=8mm。驗算最小穩定流速：滿足最小穩定速度要求。計算液壓缸所需流量。插銷：拔銷：3.4.2確定液壓泵的流量、壓力和選擇泵的規格泵工作壓力p的確定：考慮到正常工作中進油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為：式中 -液壓泵最大工作壓力； -執行元件最大工作壓力； -進油管路中的壓力損失，出算是復雜系統取0.5-1.5MPa，現取1MPa。是系統的靜態壓力，考慮到系統在各過渡出現的動態壓力往往超過靜態壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命。因此選擇泵的額定壓力應該滿足。中低壓系統

42、取小值泵的流量確定。液壓泵的最大流量應為式中 -液壓泵的最大流量；-同時動作各執行元件所需流量之和的最大值，因為選擇的是定量泵用溢流閥溢流穩壓，還需要加上最小溢流流量2-3L/min，現取2.5L/min;-泄漏系數，一般取=1.1-1.3。 選擇液壓泵的規格。該是系統屬于低壓系統，排除柱塞泵，又因為齒輪泵存在流量脈動的缺點，而液壓機械手需要一定的精度，顯然齒輪泵不能滿足系統要求。葉片泵雖然額定壓力6.3MPa是初步計算的的2倍還要多。但是根據實際應用當中，往往選擇泵的額定壓力是初步計算的2倍左右以提高液壓泵的壽命，從而降低成本。查機械設計手冊選擇額定壓力為6.3MPa，排量，容積效率。與液壓

43、泵匹配的電動機的選定。根據公式進行驗算式中 -所選電動機額定功率； -葉片泵的調定壓力；-泵的輸出流量。查機械工程及自動化簡明設計手冊表2-2，前提轉速要一樣，故選擇，額定功率3kW，滿足要求。3.5液壓閥的選擇考慮該系統流量不大，油箱別不大，而系統中液壓元件很多，為了是液壓站能夠緊湊，盡可能選擇疊加閥。元件系列選擇GE系列，因為該系列的元件跟國外產品如力士樂能夠很好的配合。從成本考慮先選擇GE系列，如果需要的元件在該系列中找不到再選擇能夠與之匹配的系列產品。疊加閥的選擇，根據流量選擇電磁換向閥，在滿足流量的情況下，選擇小通徑的電磁換向閥，然后再選擇與之疊加的其它疊加閥，若不能滿足，增大電磁換

44、向閥通徑后再選擇其它疊加閥。除此之外，還應考慮壓力閥的壓力調節范圍、流量變化范圍、所要求的壓力靈敏度和平穩性等。表 1液壓閥的型號 序 號 元件名稱 型 號通過流量（L/min）額定壓力（MPa）1回油過濾器RFA-63X5631.62電磁溢流閥YDF3-10B-B630.5-6.33壓力表開關KF-L8/14E354板式單向閥AF3Ea10B40165二位四通電磁換向閥24F3-E6B25166三位四通電磁換向閥34F3 O-E10B60167壓力繼電器2PD-F*10D-AB8單向調速閥2QA-F10D-ABU409壓力繼電器2PD-F*10D-AB10順序閥YDF-10B-B630.5-

45、6.311單向順序閥AXF3-10B403.6確定管道尺寸油管允許流速取則內徑d為A手指夾緊回路管徑： 取8mmB手腕回轉回路管徑： 取6mmC手臂伸縮回路管徑： 取10mmD手臂俯仰回路管徑： 取10mmE手臂回轉回路管徑： 取10mmF定位回路管徑： 取4mmG棘爪缸回路管徑： 取4mmH吸油管路管徑：參照泵吸油口連接尺寸，取吸油管內徑25mm。3.7液壓油箱容積的確定3.7.1油箱的主要作用：1) 貯存充足的油液，以滿足液壓系統正常工作的需要；油箱必須能夠存放液壓系統中的所有油液。液壓泵從油箱抽取油液運送至系統，載能油液在系統中完成動力傳遞之后返回油箱。2) 散發熱量，保證油溫不超過規定

46、值（60）；液壓系統中的容積損失和機械損失導致油液溫度升高。油液從系統中帶回的熱量有很大一部分靠油箱壁散發到空氣中去。這就要求油箱有足夠的尺寸，盡量設置在通風良好的位置上，必要時油箱外壁要設置翅片來增加散熱能力。3)逸出空氣；液壓系統低壓區壓力低于飽和蒸汽壓、吸油管漏氣或液位過低時由漩渦作用引起泵吸入空氣、回油的攪動作用等都是形成氣泡的原因，油液泡沫會導致噪聲和損壞液壓裝置，尤其在液壓泵中會引起氣蝕。未溶解的空氣可在油箱中溢出，因此希望有盡可能大的油液面積，并應使油液在油箱里逗留較長時間，4）沉淀雜質：未被過濾器捕獲的細小污染物，如磨損屑或油液老化生成物，可以沉落到油箱底部并在清洗油箱時加以清

47、除。3.7.2油箱的計算與選擇油箱通常分為整體式油箱，兩用油箱和獨立油箱3類。整體式油箱是指在液壓系統或機器的機構內形成的油箱；兩用油箱是指液壓油與機器中的其他目的的用油的公用油箱；獨立油箱是應用最為廣泛的一類油箱，本設計采用獨立油箱。油箱的容量主要依據散熱的需要來確定,同時還必須保證在液壓系統工作的整個過程中,無論流量如何波動,油箱中的油面都能保持一定的高度,使滲入油液中的空氣和污染物有足夠的時間分離出來.對于一般的開式液壓系統,其油箱的有效容量可按下列經驗公式確定:液壓油箱在不同的工作條件下，影響散熱的條件很多，通常按壓力范圍來考慮。液壓油箱的有效容量V可概略地確定為：在低壓系統中（）可取

48、： 在中壓系統中（）可?。?在中壓系統中（）可取： 式中液壓油箱有效容積； 液壓泵額定流量。應當注意：設備停止運轉后，設備中的拿不分油液會因重力作用而流回液壓油箱。為了防止液壓油從油箱中溢出，油箱中的液壓油位不能太高，一般不應超過液壓油箱高度的80。各式中的系數選擇原則是:不連續工作時取小值,連續工作時取大值;使用變量泵時取小值,使用定量泵時取大值.對于本液壓系統為低壓液壓系統，液壓油箱有效容積按泵的流量的2-4倍來確定，并參照推薦尺寸取V=63L。3.7.3.油箱輔件的設計3.7.3.1液位計的控制及顯示油箱內液位的控制可以通過液位發訊器或液位計進行檢測。前者當液位低于要求時會發出報警信號，

49、目前應用的有浮子式液位發信裝置。后者需要人工進行監視，當液位低于要求時進行人工補油。液位計通常設在油箱外壁上，并近靠注油口，以便注油時觀測液面。液位計的下刻線至少應比吸油過濾器或吸油管道上邊緣高出75mm，以防止吸入空氣。液位計的上刻線對應著油液的容量。液位計與油箱連接處有密封措施。對于油溫有嚴格要求的液壓裝置，可采用傳感式液位溫度計，其溫度計是利用靈敏度較高的雙金屬片的熱脹冷縮原理來測量油溫。對于大型油箱則應設浮子式液面傳感器以便在液面高度異常時，發出報警或者保護的電信號3.7.3.2箱體確定1)油箱體 油箱體由Q235鋼板焊接而成,取鋼板厚度3-5mm，箱體小者取小值，本設計的油箱板厚度為

50、3mm。在油箱前壁上安裝油位指示器。在油箱的前側板開清洗孔，以便于清洗油箱。2)油箱底部 油箱底部采用傾斜的方式，用焊接方法與壁板焊接而成，采用這種結構，便于排油，底部最低處有排油口，以便油箱清洗和油液更換。3)油箱隔板 （1）作用 為了延長油液流動循環時間，出去沉淀的雜質，分離、清除水和空氣，調整溫度，吸收液壓油壓力的波動和防止液面的波動。（2）安裝型式 隔板的安裝型式有多種，可以設計成高出液壓面，使油液從隔板側面流過；還可以選擇設計成低于液壓油，其高度為最低油面的2/3，使油液從隔板上方流過。現選第二種方案。4)支腳 為了便于放油和搬運，應把郵箱架起來，油箱底至少離開地面150mm。油箱應

51、設有支腳。支腳可以單獨制作后焊接在箱底邊緣上；也可以通過適當增加兩側璧高度，以使其經彎曲加工后兼做油箱支腳。3.7.3.3過濾器過濾器的功用是過濾液壓油液中的雜質，降低油液污染度，保證液壓系統正常工作由于液壓系統的各類故障絕大多數由油液污染造成的，而過濾器是保持油液清潔的主要手段，所以合理選擇和設置液壓系統中的過濾器顯得非常重要。選擇過濾器時需要考慮的事項如下：使用目的、安裝位置、液壓泵的型號和規格、所用油液（種類、粘度數量）和油溫、環境溫度、過濾器。空氣濾清器是對空氣進行凈化的裝置，它由殼體和濾芯組成，濾芯布置在殼體內。大氣中有各種異物，例如灰塵、砂粒等，會對液壓系統的油液造成污染，它們將加

52、速系統的磨損，從而降低系統的使用壽命。空氣濾清器能防止出現這種情況。查參考文獻選擇PF-70-75F型空氣濾清器3.7.3.4減少油箱噪音防噪音問題是現代機械裝備設計中必須考慮的問題之一。油路系統的噪音源，以泵站為首，因此，進行油箱設計時，從下列幾方面減輕噪音：1)油箱與箱蓋間增加防振橡皮墊：2)用地腳螺栓將油箱牢固固定在基礎上；3)油泵排油口用橡膠軟管與閥類元件相連接；4)回油管管接頭振動噪音較大時，改變回油管直徑或增設一條回油管，使每個回油管接頭的通路減少。3.8其它輔助元件的型號和規格的選擇其他輔助元件的型號如下表：表7 輔助元件的型號序號名稱型號數量1液位液溫計YWZ-150T12空氣

53、濾清器PF-70-75F13壓力表Y-6044油箱V=6315回油濾油器RFA63X51本系統屬于低壓系統，液壓油箱的有效容積按泵流量的2-4倍來確定，根據推薦尺寸選擇63L。4.液壓裝置結構設計4.1液壓站的設計本系統油箱容積不大，不能把液壓塊全部安裝在油箱上，液壓泵亦不能裝在油箱上。所以油箱上蓋除了安裝空氣濾清器和回油過濾器之外，只安裝部分集成塊。其它集成塊安裝到一個工作臺上，液壓泵和電機則選擇固定在地面上。應為本系統采用膠管連接，工作臺和油箱上表面在高度要求上不是特別嚴格，所以，油箱、電動機支座以及工作臺最下端無需剛性連接。葉片泵的吸油能力強，系統采用從油箱上面吸油，這樣當泵出現故障時，

54、方便拆除，且不需要安裝截止閥。另外，考慮電氣控制部分，要安裝一個配電箱，配電箱焊接在油箱的背面。4.2確定控制裝置的集成方式液壓控制裝置的集成主要有板式集成、塊式集成和疊加閥式集成?？紤]本身系統安裝空間不大，而且液壓元件很多，為了使液壓站結構更緊湊采用疊加閥連接。 疊加閥是在集成塊的基礎上發展起來的,液壓元件間的連接不需要另外的連接塊,而是以特殊設計的疊加閥的閥體作為連接體,通過螺栓將液壓閥等元件直接疊積并固定在最底層的基塊(底板)上.基塊側面開有螺紋孔,通過管接頭作為通向執行器、液壓泵或油箱的孔道,并可以根據需要用螺塞封堵打開,只要把同一規格的疊加閥按一定順序疊加起來,再將板式換向閥直接安裝于這些疊加閥的上面,即可構成各種典型液壓回路.疊加閥的特點為：結構緊湊,體積小,重量輕,占地面積小。疊加閥安裝簡便，裝配