基于cad的汽車半軸模鍛生產(chǎn)線液壓系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的重要的現(xiàn)代制造業(yè)自動化裝備。在國外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到工業(yè)界廣泛應(yīng)運(yùn)，從而也形成了一批在國際上具有影響力的、知名工業(yè)機(jī)器人公司。<

2、;/p><p>　　在發(fā)達(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線成套裝備已經(jīng)成為自動化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電氣行業(yè)、工程機(jī)械等行業(yè)已大量使用工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)高效率。機(jī)器人自動化成套裝備的使用，大大推動了其行業(yè)的快速發(fā)展，提升了其他行業(yè)的制造技術(shù)水平[1]。</p><p>　　與此同時，隨著工業(yè)機(jī)器人向更廣更深的方向發(fā)展以及智能化水平的提高，工業(yè)機(jī)

3、器人的應(yīng)用已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、災(zāi)難救援等各種非制造行業(yè)[2]。機(jī)器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著越來越重要的作用，已經(jīng)成為世界各國搶占的高科技至高點。</p><p>　　從我國工業(yè)機(jī)器人保有量來看（如圖1.1），截至2007年底我國共有工業(yè)機(jī)器人2.39萬臺，是日本的1/15、北美的1/7、德國的1/6、韓國的1/3，隨著我國產(chǎn)業(yè)的升級的不斷推進(jìn)，我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展

4、空間巨大。</p><p>　　圖1.1 2007年主要國家機(jī)器人保有量比較</p><p>　　國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人主要用于汽車及零部件、電子電器等行業(yè)，其中汽車及零部件是主要領(lǐng)域，占比超過50%。我國汽車行業(yè)快速發(fā)展，2009年3-8月連續(xù)實現(xiàn)產(chǎn)量超過110萬輛，創(chuàng)歷史新紀(jì)錄。</p><p>　　圖1.2 我國汽車月度產(chǎn)量（萬輛）</p><p&

5、gt;　　從全球來看，汽車制造行業(yè)正在向我國轉(zhuǎn)移，我國汽車行業(yè)在未來數(shù)年將保持高速增長（圖1.2）。汽車行業(yè)在不斷發(fā)展的同時，也經(jīng)歷著產(chǎn)業(yè)的升級，表現(xiàn)為汽車生產(chǎn)自動化程度不斷提高。汽車行業(yè)的發(fā)展以及汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)的升入，將為工業(yè)機(jī)器人帶來廣闊的市場空間。</p><p>　　1.2 機(jī)械手的簡述</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手(簡稱機(jī)械手)是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，作為多學(xué)科融

6、合的邊沿學(xué)科，它是當(dāng)今高技術(shù)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，并已成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。所謂工業(yè)機(jī)械手就是一種能按給定的程序或要求自動完成物件(如材料、工件、零件或工具等)傳送或操作作業(yè)的機(jī)械裝置，它能部分地代替人的手工勞動。較高級型式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動作，完成較復(fù)雜的作業(yè)。</p><p>　　由于機(jī)械手科學(xué)的發(fā)展十分迅速，世界上對機(jī)械手還沒有一個明晰，統(tǒng)一的定義。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)對

7、機(jī)械手做了如下定義:機(jī)械手是一種可以反復(fù)編程和多功能的用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)或是為了執(zhí)行不同任務(wù)而具有可改變和可編程的動作的專門系統(tǒng)(A reprogrammable and multifunctional manipulator，devised for the transports of masteries，Parts，tools or specialized systems，with varied and programm

8、ed movements，with the aim of carrying out varied tasks)。</p><p>　　隨著我國工業(yè)機(jī)械手技術(shù)的不斷發(fā)展，很多專家也建議建立自己的機(jī)械手定義，我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643-90也將工業(yè)機(jī)械手定義為“一種能自動定位控制，可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的操作機(jī)。它能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用于完成各種任務(wù)作業(yè)”。</p><p&g

9、t;　　1.3 液壓技術(shù)發(fā)展前景</p><p>　　液壓技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)代化傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。世界液壓元件的總銷售額為350億美元。據(jù)統(tǒng)計，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的2%-3.5%，而我國只占1%左右，這充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。液壓氣動技術(shù)具有獨特的優(yōu)點，如:液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，

10、壓力、流量可控性好，可柔性傳送動力，易實現(xiàn)直線運(yùn)動等優(yōu)點；氣動傳動具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動控制系統(tǒng)。因此，液壓氣動技術(shù)廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門。但是近年來，液壓氣動技術(shù)面臨與機(jī)械傳動和電氣傳動的競爭，如：數(shù)控機(jī)床、中小型塑機(jī)已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動。其主要原因是液壓技術(shù)存在滲漏、維護(hù)性差等缺點。為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動技術(shù)的優(yōu)點，克服缺點，注意和電子技術(shù)相

11、結(jié)合，不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，同時降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓氣動技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓氣動產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵[3-4]。 </p><p>　　由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高科技成果，如：自控技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、可靠性及新工藝新材料等，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使產(chǎn)品的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡管如此，走向21世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有

12、技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。</p><p>　　1.4 液壓技術(shù)的特點</p><p>　　液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)的一種傳動方式。電動機(jī)帶動油泵輸出壓力油，是將電動機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能.壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動活塞桿運(yùn)動，從而使機(jī)械手做升降、旋轉(zhuǎn)、開合等運(yùn)動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。機(jī)械手的運(yùn)動

13、所需的力的大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂做各種運(yùn)動的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。液壓系統(tǒng)由動力裝置、執(zhí)行裝置、控制調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置等組成。</p><p>　　液壓傳動的優(yōu)點有很多，具體表現(xiàn)以下幾個方面：1）在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更大的動力；2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)；3）液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無極調(diào)速，它還可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速；4）液壓傳動易于對液體壓

14、力、流量或流動方向進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制；5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)；6）由于液壓元件已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、制造和使用都比較方便；7）用液壓傳動實現(xiàn)直線運(yùn)動遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動簡單。</p><p>　　作為系統(tǒng)的驅(qū)動源，液壓傳動具有其自身的特點:1.能得到較大的輸出力或力矩，可以得到02-7Okg/cm2擴(kuò)的壓力，目前液壓機(jī)械手搬運(yùn)重量(即抓重)已達(dá)80Okg。2.液壓傳動滯后現(xiàn)象小，反應(yīng)較靈敏，

15、傳動平穩(wěn)。3.輸 出力和運(yùn)動速度控制較容易。4.可達(dá)到較高的定位精度。但是，另一方面，液壓技術(shù)也存在一些缺點：　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(dāng)，泄露不僅污染場地，而且還可能引起火災(zāi)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(zhì)的泄露及可壓縮性影響，不能得到嚴(yán)格的傳動比。5、液壓傳動出故障時不易找出原因；使

16、用和維修要求有較高的技術(shù)水平[5-6]。</p><p>　　2 系統(tǒng)的需求分析</p><p>　　2.1 生產(chǎn)線設(shè)計背景</p><p>　　目前汽車半軸模鍛生產(chǎn)線存在的問題是:工人的勞動強(qiáng)度比較大；生產(chǎn)線過程不連續(xù)，生產(chǎn)流程無序；工件的環(huán)境存在著相當(dāng)大的隱患；生產(chǎn)量不能穩(wěn)定；所以需要對汽車半軸模鍛生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計和改造。</p><p&g

17、t;　　廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和質(zhì)量，而且對保障人身安全，改造勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。在面臨全球性競爭的形勢下，制造商正在利用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)來幫助生產(chǎn)價格合理的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。一個公司想要獲得一個或者多個競爭優(yōu)勢，實現(xiàn)機(jī)器人自動化生產(chǎn)將是推動業(yè)務(wù)發(fā)展的有效手段。</p>

18、;<p>　　然而，實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的自動化生產(chǎn)線理所當(dāng)然離不開液壓技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前，液壓技術(shù)在實現(xiàn)高壓、高速、大功率、高效率、低噪聲、經(jīng)久耐用、高度集成化等各項要求方面都取得了重大的發(fā)展。液壓技術(shù)在某些領(lǐng)域內(nèi)甚至已經(jīng)占有壓倒性的優(yōu)勢。</p><p>　　2.2 生產(chǎn)線的設(shè)計要求</p><p>　　本課題是汽車半軸模鍛生產(chǎn)線液壓系統(tǒng)及搬運(yùn)機(jī)器人液壓系統(tǒng)的設(shè)計。汽車半軸模鍛

19、生產(chǎn)線采用三臺機(jī)器人搬運(yùn)胚料和上下料，自動傳送鏈傳送胚料，并采用液壓驅(qū)動和可編程控制器控制系統(tǒng)。</p><p>　　在本汽車半軸模自動化生產(chǎn)線中，其胚料為重量小于30KG，Φ48~55mm，長1350~1590mm的圓鋼棒料。其中開始由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳送給搬運(yùn)機(jī)器人1，搬運(yùn)機(jī)器人1將胚料一端加熱后，由水平轉(zhuǎn)為垂直方向，并保持垂直平推入鍛壓機(jī)；鍛壓后，保持垂直平拉出鍛壓機(jī)，再由垂直轉(zhuǎn)為水平方向，放到傳送鏈。由此傳送給搬

20、運(yùn)機(jī)器人2，搬運(yùn)機(jī)器人2將胚料一端加熱后，胚料保持水平，以30度角方向推進(jìn)入擺輾機(jī)；擺輾后，保持水平拉出擺輾機(jī)，再放到傳送鏈。設(shè)計要求機(jī)器人1、機(jī)器人2以及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都是由液壓驅(qū)動來實現(xiàn)。</p><p>　　2.3 液壓系統(tǒng)功能的實現(xiàn)</p><p>　　機(jī)器人1的主要動作順序：手爪抓緊工件—手臂轉(zhuǎn)動90度—手臂伸長將工件送進(jìn)鍛壓機(jī)—手爪松開等待鍛壓—手爪抓緊工件—手臂縮回—手臂反向轉(zhuǎn)回

21、90度—手爪松開—機(jī)器人恢復(fù)原位。</p><p>　　機(jī)器人2的主要動作順序：手爪抓緊工件—擺動缸轉(zhuǎn)動180度—液壓滑臺伸出—手爪松開等待鍛壓—手爪轉(zhuǎn)進(jìn)工件—液壓滑臺縮回—擺動缸反向轉(zhuǎn)動180度—手爪松開—機(jī)器人恢復(fù)原位。</p><p>　　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的簡單動作順序：液壓缸伸出—帶動翻轉(zhuǎn)90度—液壓缸縮回—反向轉(zhuǎn)動90度[7-10]。</p><p>　　3 液

22、壓系統(tǒng)工況分析</p><p>　　3.1 機(jī)器人1的工況分析</p><p>　　機(jī)器人1的主要動作順序：手爪抓緊工件—手臂轉(zhuǎn)動90度—手臂伸長將工件送進(jìn)鍛壓機(jī)—手爪松開等待鍛壓—手爪抓緊工件—手臂縮回—手臂反向轉(zhuǎn)回90度—手爪松開—機(jī)器人恢復(fù)原位。</p><p>　　手爪部分由手爪液壓缸13來實現(xiàn)，手臂伸縮部分由液壓缸9來實現(xiàn)，手臂擺動由擺動缸5來實現(xiàn)。&l

23、t;/p><p>　　圖3.1 機(jī)器人1液壓工作原理</p><p>　　圖（3.1）工作原理： </p><p>　　1.手臂回轉(zhuǎn)：1YA（+）→ 4（左）-------------回轉(zhuǎn)缸正向轉(zhuǎn)動</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 3 → 4（左）→ 5（左）</p><p>　　回油路：5（右）→ 4（左）→

24、 6 → 油箱</p><p>　　手臂反轉(zhuǎn)：2YA（+）→ 4（右）-------------回轉(zhuǎn)缸反向轉(zhuǎn)動</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 3 → 4（右）→ 5（右）</p><p>　　回油路：5（左）→ 4（右）→ 油箱</p><p>　　2.手臂伸出：3YA（+）→ 8（左） ------------------活塞

25、右移</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 7 → 8（左）→ 9(左)</p><p>　　回油路：9（右）→ 8（左）→ 油箱</p><p>　　手臂縮回：4YA（+）→ 8（右） ------------------活塞左移</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 7 → 8（右）→ 9（右）</p><

26、p>　　回油路：9（左）→ 8（右）→ 10 → 油箱</p><p>　　3.手爪夾緊：5YA（—）→ 11（左） ----------------活塞上移</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 11（左）→ 12 → 13（下）</p><p>　　回油路：13（上）→ 11（左）→ 油箱</p><p>　　手爪松開：5YA

27、（+）→ 11（右） ----------------活塞下移</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 11（右）→ 13（上）</p><p>　　回油路：13（下）→ 12 → 11（右）→ 油箱</p><p>　　機(jī)器人1的動作順序以及閥的控制，如表3.1所示：</p><p>　　表3.1 機(jī)器人1動作順序</p>

28、<p><b>　　機(jī)器人2的工況分析</b></p><p>　　機(jī)器人2的主要動作順序：手爪抓緊工件—擺動缸轉(zhuǎn)動180度—液壓滑臺伸出—手爪松開等待鍛壓—手爪轉(zhuǎn)進(jìn)工件—液壓滑臺縮回—擺動缸反向轉(zhuǎn)動180度—手爪松開—機(jī)器人恢復(fù)原位。</p><p>　　手爪部分由手爪液壓缸10來實現(xiàn)，滑臺伸縮部分由液壓缸14來實現(xiàn)，手臂擺動由擺動缸5來實現(xiàn)。<

29、/p><p>　　圖3.2 機(jī)器人2液壓工作原理</p><p>　　圖（3.2）工作原理：</p><p>　　1.手臂回轉(zhuǎn)：1YA → 4（左） ---------------回轉(zhuǎn)缸正向轉(zhuǎn)動</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 3 → 4（左）→ 5（左）</p><p>　　回油路：5（右）→ 4（左）→

30、6 → 油箱</p><p>　　手臂反轉(zhuǎn)：2YA → 4（右） ---------------回轉(zhuǎn)缸反向轉(zhuǎn)動</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 3 → 4（右）→ 5（右）</p><p>　　回油路：5（左）→ 4（右）→ 6 → 油箱</p><p>　　2.手爪夾緊：3YA（—）→ 7（左） ----------活塞上移&

31、lt;/p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 7（左）→ 8 → 10（下）</p><p>　　回油路：10（上）→ 7（左）→ 油箱</p><p>　　手爪松開：3YA（+）→ 7（右） ----------活塞下移</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 7（右）→ 10（上）</p><p>　　回油路：

32、10（下）→ 8 → 7（右）→ 油箱</p><p>　　3.滑臺前進(jìn)：4YA → 12（左） ------------活塞右移</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 11 → 12（左）→ 13 → 14（左）</p><p>　　回油路：14（右）→ 12（左）→ 15 → 油箱</p><p>　　滑臺縮回：5YA → 12

33、（右） ------------活塞左移</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 11 → 12（右）→ 14（右）</p><p>　　回油路：14（左）→ 13 → 12（右）→ 15 →油箱</p><p>　　機(jī)器人2動作順序以及閥的控制，如表3.2所示：</p><p>　　表3.2 機(jī)器人2動作順序</p>

34、<p>　　3.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工況分析</p><p>　　圖3.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓工作原理</p><p>　　圖（3.3）工作原理：</p><p>　　1.翻轉(zhuǎn)工件：1YA → 4（左） ---------------------活塞右移</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 3 → 4（左）→ 5（左）</p&g

35、t;<p>　　回油路：5（右）→ 4（左）→ 油箱</p><p>　　2.恢復(fù)原位：2YA → 4（右） ---------------------活塞左移</p><p>　　進(jìn)油路：1 → 2 → 3 → 4（右）→ 5（右）</p><p>　　回油路：5（左）→ 4（右）→ 油箱</p><p>　　4 液壓系統(tǒng)

36、的設(shè)計</p><p><b>　　4.1 初始方案</b></p><p>　　初始方案2臺機(jī)器人1、1臺機(jī)器人2以及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)只是用了1個液壓泵提供壓力，這樣帶來了很多的不足之處，機(jī)器人的每個控制構(gòu)件之間可能回產(chǎn)生干涉。所以初始方案一定要進(jìn)行改進(jìn)[11-17]。</p><p><b>　　如圖4.1所示：</b>&l

37、t;/p><p>　　圖4.1 初始方案原理圖</p><p>　　4.2機(jī)器人1的方案設(shè)計</p><p>　　根據(jù)原理圖改進(jìn)了機(jī)器人1的方案。</p><p><b>　　如圖4.2所示：</b></p><p>　　圖4.2 機(jī)器人1的方案</p><p>　　4.2.1

38、 機(jī)器人1手爪缸選型及其計算</p><p>　　根據(jù)其選型，選取YHG1CD40/d22×115F1J1L1型液壓缸，推力為20.11KN，缸徑D=40mm，活塞桿直徑d=22mm，最大行程為115mm，設(shè)定的動作時間為4s。所以可以計算其流量：</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p><b>　

39、?。?—2）</b></p><p>　　4.2.2 機(jī)器人1手臂液壓選型及其計算</p><p>　　根據(jù)其選型，選取THG1CD50/d36×390Jj1L1型液壓缸，推力為31.42KN，缸徑D=50mm，活塞桿直徑為d=36mm，最大行程為450mm，設(shè)定的動作時間為10s。所以可以計算其流量：</p><p><b>　　

40、（4—3）</b></p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　4.2.3 機(jī)器人1擺動缸選型及其計算</p><p>　　根據(jù)其選型，選取UBJ2S50型擺動缸，缸徑D=50mm，每度轉(zhuǎn)角用油量為0.00343L，根據(jù)其動作，轉(zhuǎn)角為90度，并且動作時間為2s，則其流量為：</p><p

41、><b>　?。?—5）</b></p><p>　　4.2.3 機(jī)器人1負(fù)載圖和速度圖</p><p>　　表4.2.3 F-t與V-t圖</p><p>　　圖4.2.3 F—t與v—t圖</p><p>　　4.3 機(jī)器人2的方案設(shè)計</p><p>　　根據(jù)其原理圖，同樣改進(jìn)了

42、機(jī)器人2 的方案。</p><p><b>　　如圖4.3所示：</b></p><p>　　圖4.3 機(jī)器人2方案</p><p>　　4.3.1 機(jī)器人2手爪缸選型及其計算</p><p>　　根據(jù)其選型，選取UG16Q402025QR型液壓缸，壓力為6.3MPa，行程為25mm，缸徑D=40mm，桿徑d=20mm

43、，設(shè)定的動作工作時間為2s，則：</p><p><b>　?。?—6）</b></p><p><b>　?。?—7）</b></p><p>　　4.3.2 機(jī)器人2滑臺選型及其計算</p><p>　　根據(jù)其選型，選取HY50型液壓滑臺，行程為630mm，缸徑D=50mm，所以計算其流量：&

44、lt;/p><p><b>　?。?—8）</b></p><p><b>　　（4—9）</b></p><p>　　4.3.3 機(jī)器人2擺動缸選型及其計算</p><p>　　根據(jù)其選型，選取TUBF2D40型擺動缸，缸徑D=40mm，每度轉(zhuǎn)角用油量為0.00097L，根據(jù)其動作，需要轉(zhuǎn)動180度

45、，并且設(shè)定動作時間為4s，則其流量為：</p><p><b>　?。?—10）</b></p><p>　　機(jī)器人2的負(fù)載和速度圖</p><p>　　表4.3.4 F—t與v—t圖</p><p>　　圖4.3.4 F—t與v—t圖</p><p>　　4.4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計</p

46、><p>　　為了防止產(chǎn)生干涉，所以翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由單獨的液壓泵來驅(qū)動。</p><p><b>　　如圖4.4所示：</b></p><p>　　圖4.4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案</p><p>　　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓缸的選取及其計算：</p><p>　　根據(jù)其選型，選取Y-HG1-50/28型液壓缸，缸徑D=50mm

47、，桿徑d=28mm，行程為450mm，設(shè)定的動作時間為4s，則計算其流量為：</p><p><b>　?。?—11）</b></p><p><b>　?。?—12）</b></p><p>　　5 液壓元件的選用</p><p>　　5.1 液壓泵的選擇</p><p&g

48、t;　　液壓泵的基本參數(shù)是壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率，一般根據(jù)系統(tǒng)的實際工況選擇。為了提高系統(tǒng)的可靠性，延長泵的使用壽命，一般在固定設(shè)備中液壓系統(tǒng)的正常工作壓力可選擇為泵額定壓力的70%-80%。選擇泵的第二個重要的因素是泵的流量或排量，泵的流量與工況有關(guān)，選擇泵的流量須大于液壓系統(tǒng)工作時的最大流量。另外，泵的最高壓力與最高轉(zhuǎn)速不宜同時使用，以延長泵的使用壽命。</p><p>　　根據(jù)上面的計算，可以計算出機(jī)器人1

49、的最大流量為：</p><p><b>　　（5—1）</b></p><p>　　同樣，機(jī)器人2最大流量為：</p><p><b>　　（5—2）</b></p><p><b>　　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的流量為：</b></p><p><b>　　

50、（5—3）</b></p><p>　　液壓缸在工作中的最大工作壓力為6.3MPa，取進(jìn)油路上壓力損失為0.8MPa，則液壓泵的最大工作壓力為：</p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　機(jī)器人1的最大流量為16.73L/min，取泄漏系數(shù)為KL=1.05，則實際流量為： </p>&l

51、t;p><b>　?。?—5）</b></p><p>　　所以，機(jī)器人1的液壓泵選定型號為：YB-A26B,其理論排量為26.1r/ml，轉(zhuǎn)速為800r/min。</p><p>　　機(jī)器人2的實際流量為：</p><p><b>　?。?—6）</b></p><p>　　所以，機(jī)器人2的

52、液壓泵選定型號為：YB-A26B，其理論排量為16.3r/ml，轉(zhuǎn)速為1000r/min。</p><p>　　翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的實際流量為：</p><p><b>　　（5—7）</b></p><p>　　所以，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓泵選定型號為：YB-A16B，其理論排量為16.3r/ml，轉(zhuǎn)速為1000r/min。</p><p&

53、gt;　　5.2 油管的選型</p><p>　　液壓系統(tǒng)中使用的油管分硬管和軟管，選擇的油管應(yīng)有足夠的通流截面和承壓能力，同時，應(yīng)盡量縮短管路，避免急轉(zhuǎn)彎和截面突變。鋼管：中高壓系統(tǒng)選用無縫鋼管，低壓系統(tǒng)選用焊接鋼管，鋼管價格低，性能好，使用廣泛。</p><p>　　各元件間連接管道的規(guī)定按液壓元件接口處的尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、排出的最大流量計算。</p>

54、<p><b>　?。?—8）</b></p><p>　　所以，油管按GB/T2351-2005選用內(nèi)經(jīng)為15mm，外徑為18mm的冷拔無縫鋼管。</p><p>　　5.3 油箱的設(shè)計</p><p>　　油箱在液壓系統(tǒng)中除了儲油外，還起著散熱、分離油液中的氣泡、沉淀雜質(zhì)等作用。油箱中安裝有很多輔件，如冷卻器、加熱器、空氣過濾

55、器及液位計等。</p><p>　　油箱的設(shè)計要點：油箱應(yīng)有足夠的容積以滿足散熱，同時其容積應(yīng)保證系統(tǒng)中油液全部流回油箱時不滲出，油液液面不應(yīng)超過油箱高度的80%；吸箱管和回油管的間距應(yīng)盡量大；油箱底部應(yīng)有適當(dāng)斜度，泄油口置于最低處，以便排油；注油器上應(yīng)裝濾網(wǎng)；油箱的箱壁應(yīng)涂耐油防銹涂料。</p><p>　　油箱必須有足夠大的容積。一方面盡可能地滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作

56、時應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)；而工作時又能保持適當(dāng)?shù)囊何弧Ｎ凸芗盎赜凸軕?yīng)插入最低液面以下，以防止吸空和回油飛濺產(chǎn)生氣泡。管口與箱底、箱壁距離一般不小于管徑的3倍。吸油管可安裝100μm左右的網(wǎng)式或線隙式過濾器，安裝位置要便于裝卸和清洗過濾器?；赜凸芸谝鼻?5°角并面向箱壁，以防止回油沖擊油箱底部的沉積物，同時也有利于散熱。吸油管和回油管之間的距離要盡可能地遠(yuǎn)些，之間應(yīng)設(shè)置隔板，以加大液流循環(huán)的途徑，這樣能提高散熱、分離空

57、氣及沉淀雜質(zhì)的效果。隔板高度為液面高度的2/3～3/4。為了保持油液清潔，油箱應(yīng)有周邊密封的蓋板，蓋板上裝有空氣過濾器，注油及通氣一般都由一個空氣過濾器來完成。為便于放油和清理，箱底要有一定的斜度，并在最低處設(shè)置放油閥。對于不易開蓋的油箱，要設(shè)置清洗孔，以便于油箱內(nèi)部的清理。油箱底部應(yīng)距地面150mm以上，以便于搬運(yùn)、放油和散熱。在油箱的適當(dāng)位置要設(shè)吊耳，以便吊運(yùn)，還要設(shè)置液位計，以監(jiān)視液位。最后還要對油箱內(nèi)表面的防腐處理[18]。&l

58、t;/p><p><b>　　如圖5.1所示：</b></p><p><b>　　圖5.1油箱的設(shè)計</b></p><p><b>　　油箱容量的計算：</b></p><p><b>　?。?—9）</b></p><p>　　按

59、JB/T7938-1999規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=400L。</p><p><b>　　閥類元件明細(xì)表</b></p><p><b>　　如表5.1所示：</b></p><p>　　表5.1 所選液壓元件的型號、規(guī)格</p><p><b>　　6 集成塊設(shè)計</b>

60、</p><p>　　6.1 集成快的特點</p><p>　　液壓集成塊是由實心金屬加工而成的長方體塊，其表面承裝板式閥的安裝面和管接頭的安裝，并利用其內(nèi)部孔道溝通閥的連接口以構(gòu)成局部系統(tǒng)液壓回路。在液壓系統(tǒng)設(shè)計中，由于用集成塊的安裝方式代替管路，實現(xiàn)元件間的連接，可以大幅度地減少系統(tǒng)裝配工作量，減少泄漏機(jī)會及系統(tǒng)所占空間，并提高系統(tǒng)效率，所以液壓集成塊在液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但是液

61、壓集成塊需要針對具體應(yīng)用場合專門設(shè)計和試驗，而在三維空間設(shè)計中根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求合理緊地安排液壓元件的位置及大量具有關(guān)聯(lián)要求的孔道，構(gòu)成了集成塊設(shè)計的難點。計算機(jī)輔助液壓集成塊設(shè)計，尤其是基于三維實體的集成塊設(shè)計系坑具有直觀、可靠、信息表達(dá)傳遞方便的優(yōu)點，將成為克服這一難點，提高設(shè)計效率和質(zhì)量的有效途徑。本文介紹了基于三維實體的集成塊CAD／CAPP集成系統(tǒng)的總體框架及相關(guān)技術(shù)。</p><p>　　液壓集成塊由

62、集成式液壓元件（如疊加閥）構(gòu)成。用集成式液壓元件組成液壓系統(tǒng)時，不需另外的連接塊，它以自身的閥體作為連接體直接疊合而成。</p><p><b>　　特點：</b></p><p>　　（1）液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，裝配周期短。</p><p>　　（2）若液壓系統(tǒng)有變化，改變工況需要增減元件時，組裝方便迅速。</p><

63、;p>　?。?）元件之間實現(xiàn)無管連接，消除了因油管、管接頭等引起的泄漏、振動和噪聲。</p><p>　?。?）整個系統(tǒng)配置靈活，外觀整齊，維護(hù)保養(yǎng)容易。</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和集成化程度高。</p><p>　　6.2 集成塊單元回路圖</p><p>　　根據(jù)機(jī)器人1液壓原理圖，繪制出機(jī)器人1的單元回路圖。&l

64、t;/p><p><b>　　如圖6.1：</b></p><p>　　圖6.1 機(jī)器人1的單元回路圖</p><p>　　6.3 集成塊元件的布置</p><p>　　考慮到整個集成塊的安裝問題，如果是很小的集成塊而且又有充足的地方，就可以直接鉆通孔然后用螺釘固定在機(jī)械需要的地方，但一般普遍采用在集成塊底面(abed面)

65、上作螺孔的方式，再另外設(shè)計一個集成塊過渡底板。把過渡底板和集成塊通過螺釘連接成一個整體后，再把該整體通過過渡底板上的另一組孔和整個機(jī)械相連接。</p><p>　　據(jù)以上的步驟，集成塊的設(shè)計也就基本完成，4個主要面上的油路位置分別見圖6.2：</p><p>　　圖6.2 集成塊布置</p><p>　　6.4 集成塊的繪制</p><p>

66、;　　繪制草圖，然后通過拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作生成特征。經(jīng)過一系列的特征構(gòu)建，利用尺寸關(guān)系、幾何關(guān)系、方程式等在特征之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，最終形成產(chǎn)品的零件造型。在產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境中，所有相關(guān)的零件全部造型設(shè)計一完成后，便可進(jìn)行裝配，生成裝配體。具體流程如下: (1)根據(jù)系統(tǒng)液壓原理圖和所選閥的情況，確定集成塊的尺寸。</p><p>　　(2)根據(jù)各閥在集成塊上的位置安排，首先確定進(jìn)出油口位置，利用異型孔向?qū)蛇M(jìn)出

67、油孔，按設(shè)計要求確定孔徑和長度。再從離進(jìn)油口最近的閥開始，將該閥對應(yīng)的連接板安裝尺寸以草圖形式畫在事先確定的安裝面上，利用異型孔向?qū)砂惭b螺紋孔和油孔。檢查該閥的油孔與進(jìn)出油道的連通情況，如果不滿足要求，則適當(dāng)改變進(jìn)出油口位置、該閥位置或?qū)?yīng)油孔的長度。然后，再設(shè)計下一個閥的位置和油孔的長度，直到把所有的閥都布置好。根據(jù)液壓原理圖，使應(yīng)相連的孔連通，不應(yīng)相連的孔保持一定的距離，這個距離通常視閥體材料而定，一般孔間距不應(yīng)小于5mm。&l

68、t;/p><p>　　(3)將各閥、接頭等各種元件安放到相應(yīng)的位置。檢查裝配體中各元件是否產(chǎn)生干涉，布局是否合理。如有問題，再進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，直到合適為止。</p><p>　　(4)根據(jù)所完成的零件圖，生成和輸出包含所有加工信息的工程圖。即利用SolidWorks軟件生成各種視圖，如三視圖和各種剖面視圖，完整反映油孔和各閥的安裝位置[19-22]。如圖6.3所示：</p>&l

69、t;p>　　圖6.3 集成塊的繪制</p><p>　　7 液壓系統(tǒng)性能的驗算</p><p>　　為了判斷液壓系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量，需要對系統(tǒng)的壓力損失、發(fā)熱溫升、效率和系統(tǒng)的動態(tài)特性等進(jìn)行驗算。由于液壓系統(tǒng)的驗算較復(fù)雜，只能采用一些簡化公式近似地驗算某些性能指標(biāo)，如果設(shè)計中有經(jīng)過生產(chǎn)實踐考驗的同類型系統(tǒng)供參考或有較可靠的實驗結(jié)果可以采用時，可以不進(jìn)行驗算。</p>&l

70、t;p>　　7.1 系統(tǒng)壓力損失的驗算</p><p>　　當(dāng)液壓元件規(guī)格型號和管道尺寸確定之后，就可以較準(zhǔn)確的計算系統(tǒng)的壓力損失，壓力損失包括：油液流經(jīng)管道的沿程壓力損失ΔpL、局部壓力損失Δpc，即：</p><p><b>　　（7—1）</b></p><p>　　7.1.1 沿程壓力損失</p><p&g

71、t;　　主要是壓油管的壓力損失，管長1m，內(nèi)徑0.015m，流量18L/min 選用L-HL 礦物油型液壓油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的運(yùn)動粘度V=35.2，油液的密度。</p><p>　　油在管中實際的流速為</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p><b>　?。?—3）</b></p><

72、;p>　　油在管路中呈亂流流動狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為：</p><p><b>　?。?—4）</b></p><p><b>　?。?—5）</b></p><p>　　7.1.2 局部壓力損失</p><p>　　局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失，以及通過控制

73、閥的局部壓力損失，其中管路局部壓力損失相對來說小得多，故主要計算通過控制閥的局部壓力損失。</p><p>　　參看系統(tǒng)原理圖可知從泵口到執(zhí)行元件要經(jīng)過減壓閥，節(jié)流閥，換向閥各閥的性能如下表7.1所示：</p><p>　　表7.1 各閥額定壓力損失</p><p>　　所以通過各閥的局部壓力損失之和為：</p><p><b>　

74、?。?—6）</b></p><p>　　由以上計算結(jié)果可求得此系統(tǒng)總的壓力損失為：</p><p><b>　　（7—7）</b></p><p>　　泵的出口壓力距泵的額定壓力有一定的壓力裕度，所以泵的選取是合適的。</p><p>　　7.2 驗算油液溫升</p><p>　　

75、7.2.1 計算發(fā)熱功率</p><p>　　系統(tǒng)發(fā)熱來源于系統(tǒng)內(nèi)部的能量損失，如液壓泵和執(zhí)行元件的功率損失、溢流閥的溢流損失、液壓閥及管道的壓力損失等。這些能量損失轉(zhuǎn)換為熱能，使油液溫度升高。油液的溫升使粘度下降，泄漏增加，同時，使油分子裂化或聚合，產(chǎn)生樹脂狀物質(zhì)，堵塞液壓元件小孔，影響系統(tǒng)正常工作，因此必須使系統(tǒng)中油溫保持在允許范圍內(nèi)。因為液壓閥等液壓元件能量損失較少，故本文主要計算液壓泵的發(fā)熱功率。<

76、;/p><p><b>　?。?—8）</b></p><p>　　式中：PS為液壓泵的輸入功率(W)；</p><p>　　η為液壓泵的總效率。</p><p><b>　?。?—9）</b></p><p>　　7.2.2計算散熱功率</p><p>

77、　　液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，由系統(tǒng)中各個散熱面散發(fā)至空氣中，其中油箱是主要散熱面。因為管道的散熱面積較小，且與其自身的壓力損失產(chǎn)生的熱量基本平衡，故一般略去不計，只考慮油箱散熱。前面求得有效容積為0.4，按求各邊之積：</p><p><b>　?。?—10）</b></p><p>　　圖7.1 油箱各邊示意圖</p><p><b>

78、;　　選各邊均為1m。</b></p><p><b>　?。?—11）</b></p><p><b>　　式中－有效散熱面積</b></p><p><b>　?。?—12）</b></p><p><b>　　（7—13）</b><

79、/p><p><b>　　式中 散熱功率；</b></p><p><b>　　－散熱系數(shù)；取；</b></p><p><b>　?。瓬夭钊。?lt;/b></p><p><b>　?。?—14）</b></p><p>　　所以，油箱

80、散熱功率滿足系統(tǒng)發(fā)熱功率的需要。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本液壓站是汽車半軸模鍛生產(chǎn)線液壓系統(tǒng)及搬運(yùn)機(jī)器人液壓系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng),它通過對液壓油的壓力及流量控制來完成對機(jī)器人1，機(jī)器人2以及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)各個動作的加緊與松開，力的大小，伸縮，速度的大小等相關(guān)控制。</p><p>　　1) 系統(tǒng)采用了液壓缸、擺動

81、缸來完成對工件原料的夾緊、旋轉(zhuǎn)等動作，保證了各個方面的性能要求，并使得系統(tǒng)占地空間小。</p><p>　　2) 系統(tǒng)采用了電磁換向閥來實現(xiàn)換向動作，結(jié)構(gòu)緊湊，操縱方便，換向精度和換向平穩(wěn)性都較高。</p><p>　　3) 系統(tǒng)設(shè)置了液控單向閥和單向閥，閥阻力小，并且動作迅速靈敏，工作時無沖擊及噪音，而且使機(jī)器人回路中存在一定的背壓，使之運(yùn)行中更加穩(wěn)定及安全。</p>&l

82、t;p>　　本系統(tǒng)的壓力及流量都比較小，所以對系統(tǒng)的控制較靈敏，不容易出現(xiàn)大的泄露。并且它的散熱是通過油箱來完成不但節(jié)省空間而且節(jié)省資金。它相對于以前的液壓控制系統(tǒng)來說更具有空間小、能耗低、無污染、無噪音等特點。與電器相配合使得操縱、控制簡單、方便、省力。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1 徐方. 工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與

83、發(fā)展[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)運(yùn)，2007，（5）：2-4.</p><p>　　2 張揚(yáng)林. 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場及其發(fā)展趨勢[J]. 大眾科技, 2006，6：191-192.</p><p>　　3 王積偉，章宏甲，黃誼. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　4 吳躍斌, 謝英俊, 徐立. 液壓仿真技術(shù)的現(xiàn)在和未來[

84、J]. 液壓與氣動，2002，11：1-4.</p><p>　　5 李靜峰，劉書婷. 機(jī)械自動化發(fā)展的探索[J]. 大眾科技，2008，6：139-140.</p><p>　　6 胡旭蘭. 生產(chǎn)線組合機(jī)床自動上下料機(jī)械手[J]. 機(jī)械制造，2005，43：33-34.</p><p>　　7 鄧克，汪世益. 基于插裝閥的鍛造自動線機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計[J].

85、 機(jī)械設(shè)計與制造，2007，4（4）：132-133.</p><p>　　8 李世蓉. 物流自動化機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計[J]. 配套技術(shù)與產(chǎn)品，2005，5：57-58.</p><p>　　9 王志明，何建瑞. 壓力機(jī)取件機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 機(jī)械制造，2007，45（520）：57-58.</p><p>　　10 李德仲，師占群，岳宏. 自行走式

86、上料機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計[J]. 河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，28（6）：87-88.</p><p>　　11 陳全勝. 裝夾機(jī)械手液壓系統(tǒng)設(shè)計[J]. 機(jī)械與電子，2008，13：85-92.</p><p>　　12 胡心平, 趙國群. 壓鑄機(jī)連桿型噴涂機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及其優(yōu)化[J]. 特種鑄造及有色合金，2007，7(2)：120-122.</p><p>

87、　　13 張雅琴. 機(jī)電液一體化機(jī)械手設(shè)計[J]. 機(jī)械工程與自動化，2006，6(3)：80-82.</p><p>　　14 侯沂, 劉濤. 裝卸機(jī)械手設(shè)計研究[J]. 機(jī)械制造，2004，31(6)：53-58.</p><p>　　15 陳俊，劉劍雄，陳雪菊. 鋼卷翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2009，1：21-22.</p><

88、p>　　16 張雅琴. 機(jī)電液一體化機(jī)械手設(shè)計[J]. 機(jī)械工程與自動化，2006，6(3)：80-82.</p><p>　　17 宮淑貞，徐世許. 可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 北京：人民郵電出版社，2009.</p><p>　　18 游善蘭. 開式油箱設(shè)計方法[J]. 液壓技術(shù)，2002，02:28-29.</p><p>　　19 王得勝.

89、 液壓系統(tǒng)集成塊計算機(jī)輔助設(shè)計[J]. 液壓與氣動，2006，（1）：22-24.</p><p>　　20 周恩濤，徐學(xué)新. 液壓系統(tǒng)設(shè)計元件選型手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　21 田樹軍，李利，馮毅. 基于計算智能的液壓集成塊優(yōu)化設(shè)計[J]. 機(jī)械工程，2003，14(17):94-95.</p><p>　　22 董