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机械手-液压机械手设计.rar

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    机械手 液压 设计
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    工业机械手液压系统设计第 1 页 共 20 页工业机械手液压系统设计目录 1、前言----------------------------------------------------------------------------22、确定对液压系统的工作要求----------------------------------------------23、拟定液压系统原理图--------------------------------------------------------33.1 液压系统原理图-----------------------------------------------------------------------------------33.2 液压系统电磁铁动作顺序表--------------------------------------------------------------------43.3 液压系统工作原理--------------------------------------------------------------------------------43.4 液压系统特点分析--------------------------------------------------------------------------------73.5 电气系统原理图-----------------------------------------------------------------------------------83.6 电气系统工作原理--------------------------------------------------------------------------------83.7 电气系统特点分析--------------------------------------------------------------------------------104、计算和选择液压元件-------------------------------------------------------114.1 执行元件——液压缸、液压马达-------------------------------------------------------------114.2 动力元件——液压泵----------------------------------------------------------------------------144.3 控制元件——方向阀、压力阀、流量阀---------------------------------------------------- 164.4 辅助元件——管道、管接头、滤油器、油箱---------------------------------------------- 174.5 工作介质——液压油----------------------------------------------------------------------------185、液压系统性能的验算-------------------------------------------------------195.1 系统的压力损失验算---------------------------------------------------------------------------195.2 系统的温升验算---------------------------------------------------------------------------------195.3 系统的其它验算---------------------------------------------------------------------------------196、结束语-------------------------------------------------------------------------197、致谢---------------------------------------------------------------------------198、参考文献----------------------------------------------------------------------20工业机械手液压系统设计第 2 页 共 20 页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 →插定位销→手臂前伸→手臂中停→手指松开→手指闭合→手臂95工业机械手液压系统设计第 3 页 共 20 页缩回→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。3、拟定液压系统原理图3.1 液压系统原理图上29上30上2上31上上3Y45Y678Y90Y21234567895K64141207工业机械手液压系统图工业机械手液压系统设计第 4 页 共 20 页3.2 液压系统电磁铁动作顺序表动作顺序 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y 7Y 8Y 9Y 10Y 11Y12Y K26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 + +3.3 液压系统工作原理1、插定位销(1 、12 )Y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(5 、12 )Y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 和泵工业机械手液压系统设计第 5 页 共 20 页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→↑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(1 、9 、12 )Y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(1 、12 )Y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(3 、12 )Y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(6 、12 )Y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(1 、10 、12 )YY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(1 )Y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。9、手臂回转(1 、7 )Y工业机械手液压系统设计第 6 页 共 20 页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(1 、12 )Y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(5 、12 )此时的动作顺序同 7。12、手臂中停(12 )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(1 、9 、12 )Y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(1 、12 )接继电器信号,9Y 断电,手指闭合同 4。15、手臂缩回(6 、12 )Y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(4 、12 )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(1 、11 、12 )YY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(1 )Y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(1 、8 )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 ,机械手复位。95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(1 、2 )Y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。工业机械手液压系统设计第 7 页 共 20 页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。3.5 电气系统原理图各执行机构的动作均由电控系统发信号控制相应的电磁换向阀,按程序依次步进动作。工业机械手液压系统设计第 8 页 共 20 页上上上上 1K12YKHMP2STB09>8SB7T65K4SB3T21KPSB>43上K0987465KY32168790SB213上FUKRQG工业机械手电气系统图3.6 电气系统工作原理1、 插定位销(1 、12 )Y放下闸刀开关 QG,按下起动按钮 SB2,中间继电器 12K 得电,其常开触点闭合,使电磁铁 1Y、2Y 同时得电,两泵同时卸载,机械手处于待料卸载状态。同时继电器 KM 得电,其常开触点闭合,电机 M 运转,运输棒料。当棒料到达待上料位置时,撞上行程开关 12ST, 12ST 闭合,使中间继电器 12K 断电,电磁铁 2Y 断电,小泵停止卸载,大泵仍卸载,同时使中间继电器 11K 得电,其常开触点自锁,使另外的常开触点闭合,电磁铁 12Y 得电,实现插定位销。2、 手臂前伸(5 、12 )Y当定位缸的油压达到一定值时,压力继电器 KP 发讯,使行程开关 6ST 闭合,中间继电器 5K 得电,其常开触点闭合,电磁铁 5Y 得电,实现手臂前伸。3、 手指张开(1 、9 、12 )经一定时间,手臂伸缩缸上的碰块碰到行程开关 4ST,4ST 闭合,中间继电器 4K 得电,其常开触点闭合,电磁铁 9Y 得电,实现手指张开。4、 手指抓料(1 、12 )Y经一定时间,手指夹紧缸上的碰块碰到行程开关 5ST,5ST 闭合,中间继电器 4K 断电,其常开触点断开,电磁铁 9Y 断电,实现手指抓料。5、 手臂上升(3 、12 )工业机械手液压系统设计第 9 页 共 20 页经一定时间,手指夹紧缸上的碰块碰到行程开关 2ST,2ST 闭合,中间继电器 2K 得电,其常开触点闭合,电磁铁 3Y 得电,实现手臂上升。6、 手臂缩回(6 、12 )Y经一定时间,手臂升降缸上的碰块碰到行程开关 7ST,7ST 闭合,中间继电器 6K 得电,其常开触点闭合,电磁铁 6Y 断电,实现手臂缩回。7、 手腕回转(1 、10 、12 )Y经一定时间,手臂伸缩缸上的碰块碰到行程开关 8ST,8ST 闭合,中间继电器 7K 得电,其常开触点闭合,电磁铁 10Y 得电,实现手腕回转。8、 拔定位销(1 )Y经一定时间,手腕回转缸上的碰块碰到行程开关 11ST,11ST 闭合,中间继电器 10K 得电,其常闭触点断开,电磁铁 12Y 断电,同时 8ST 断开后,中间继电器 7K 断电,其常开触点断开,电磁铁 10Y 断电,实现拔定位销。9、 手臂回转(1 、7 )经一定时间,定位缸支路上无油压后,压力继电器 KP 发讯,使行程开关 10ST 闭合,中间继电器 9K 得电,其常开触点闭合,电磁铁 7Y 得电,实现手臂回转。10、 插定位销(1 、12 )Y其过程同 1。11、 手臂前伸(5 、12 )其过程同 7。12、 手臂中停(12 )经一定时间,手臂伸缩缸上的碰块碰到使行程开关 6ST,中间继电器 5K 断电,其常开触点断开,电磁铁 5Y 断电,实现手臂中停。13、 手指张开(1 、9 、12 )Y其过程同 3。14、 手指闭合(1 、12 )其过程同 4。15、 手臂缩回(6 、12 )其过程同 6。16、 手臂下降(4 、12 )Y经一定时间,手臂伸缩缸上的碰块碰到使行程开关 3ST,3ST 闭合,中间继电器 8K 得电,其常开触点闭合,电磁铁 4Y 得电,实现手臂下降。17、 手腕反转(1 、11 、12 )Y经一定时间,手臂升降缸上的碰块碰到行程开关 9ST,9ST 闭合,中间继电器 8K 得电,其常开触点闭合,电磁铁 11Y 得电;同时,中间继电器 3K 断电,其常闭触点闭合,电磁铁 1Y 得电,实现手臂反转。18、 拔定位销(1 )Y其过程同 8。19、 手臂反转(1 、8 )拔定位销销后,压力继电器 KP 发讯,行程开关 11ST 闭合,中间继电器 10K 得电,其常开触点闭合,电磁铁 8Y 得电,实现手臂反转。20、 待料卸载(1 、2 )Y经一定时间,手臂回转缸上的碰块碰断行程开关 11ST,中间继电器 10K 断电,其常开触点断开,常闭触点闭合,电磁铁 8Y 断电,电磁铁 2Y 得电,两泵同时卸荷,实现待料卸工业机械手液压系统设计第 10 页 共 20 页载。3.7 电气系统特点分析:⑴控制方式为点位程序控制。程序设计采用开关预选方式,机械手的自动循环采用步进继电器控制。步进动作是由每一个动作完成后,使行程开关 ST 的触点闭合而发出信号或依据每一步的动作预设停留时间。⑵发信指令完成由相应的中间继电器 K 来实现,受发指令的完成方式为机械手相应动作结束的同时使步进继电器再动作,复位指令完成是给相应的中间继电器通电,使机械手回到工作准备状态。⑶机械手除能实现自动循环外,还设有调整电路,可通过手动按钮 SB 进行单个动作调试。⑷液压泵的供油与卸载和每步动作之间的对应关系由控制电器保证:只有在2K、3K、4K、5K、6K、7K、8K、9K、10K 等九个中间继电器全部不通电(所有液压缸不动作)时,中间继电器 12K 才通电,使电磁铁 1Y、2Y 得电,大、小泵同时卸载;中间继电器中任意一个通电(即任一液压缸动作) ,12K 则断电,小泵停止卸载;中间继电器2K、3K、5K、6K 中任意一个通电(即手臂升降,手臂伸缩) ,大泵则停止卸载。⑸手臂定位与手臂回转由继电器互锁。在插定位销后,定位缸压力上升,压力继电器K 升压发令,一方面由常开触点接通手臂升降、手臂伸缩、手指松夹、手腕回转等部分的自动循环电气线路;另一方面由常闭触点断开手臂回转的电气线路。同时在定位缸用电磁铁 12Y 的线圈两边串联有中间继电器 9K 和 10K(手臂回转)的常闭触头和 11K(定位插销)的常开触头,这些互锁措施保证了任何情况下手臂回转只在拔定位销之后进行。⑹因机械手工作环境存在金属粉尘,在电磁铁 Y 的线圈两边各串联了一个中间继电器的常开触头,用以保证继电器断电之后常开触头可靠脱开,液压缸即时停止工作。4、计算和选择液压元件液压元件包括执行元件、动力元件、控制元件、辅助元件、工作介质。4.1 执行元件——液压缸、液压马达
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