四自由度搬运机械手液压系统设计

４２６良压与气动２０１２年第２期四自由度搬运机械手液压系统设计耿跃峰，夏政伟Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｆｏｕｒ・－ｆｒｅｅ・－ｄｅｇｒｅｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒＧＥＮＧＹｕｅ—ｆｅｎｇ，ＸＩＡＺｈｅｎｇ—ｗｅｉ（许昌学院电气信息工程学院，河南许昌４６１０００）摘要：简述了四自由度搬运机械手及其夹持部分结构特点及工作原理，设计了机械手液压系统，并对系统其它主要元件（如油缸、油泵、阅、马达等）进行了设计选型。关键词：机械手；四自由度；夹持手爪；液压系统中图分类号：ＴＨｌ３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１２）０２－００４２－０３前言１液压系统设计工业机械手是一种模仿人手动作，并按照设定的液压系统作为搬运机械手的重要驱动方式，主要程序、轨迹和要求代替人手去搬运工件或进行操作的用来使机械手完成工作夹／松、手部摆动、手臂水平位自动化装置。它移动方便、操作灵活，对于实现生产过移和垂直升降等动作，主要由油缸、油泵、油压马达和程自动化，提高劳动生产率，减轻劳动强度起着十分重各种阀组成，本文主要对其进行分析设计。系统主要要的作用。本文所研究到的搬运机械手具有四个自由技术参数如下：度，分别为手腕的旋转运动，手臂的伸缩运动、旋转运抓重：２０ｋｇ动和升降运动，坐标形式为圆柱坐标，采用液压驱动控最大工作半径：１７００ｍｉｌｌ制方式，其结构示意图如图１所示。手臂最大中心高度：１０００ｌｌｌｍ手臂运动参数：伸缩行程：７００ｍｉｌｌ伸缩速度：０．３０ｍ／ｓ升降行程：３５０ｍｉｌｌ升降速度：０．０５ｍ／ｓ圈１四自由度搬运机械手结构示意图回转范围：００～２２００夹持部分是机械手的重要部件之一，主要由手指、回转速度：７００／ｓ杠杆、杠杆支座、楔块、拉簧、夹紧缸体等组成，如图２手腕运动参数：所示。工作时，油缸在压力油作用下推动活塞运动，活回转范围：００一１８００塞带动楔块移动，从而带动手指绕销轴转动，使手指握回转速度：９５。／ｓ紧或在弹簧作用下松开工件。手指夹持范围：邶～４，９０ｍｉｌｌ手指握力：５００Ｎ手／龟根据系统的工作要求和特点，拟定的四自由度搬运机械手液压系统原理图如图３所示。油缸乡董收稿Ｅｌ期：２０１１－０５－３０图２机械手夹持部分结构图一菸一作者简介：耿跃峰（１９ｒ７８一），男，河南汝州人，讲师，主要从事机械电子及其控制方面的教学与研究工作。万方数据２０１２年第２期液压与气动４３１．泵２．吸油过滤器３、１３．溢流阀４．回油过滤器５．油箱６、１４、２８．单向阀７．压力表８、１６、２０、２４、２７．调速阀９、１７、２１、２５．电磁换向阀１０、１５、１９、２３．电液方向阀ｌｌ、１２、２６．液压缸１８、２２．液压马达图３液压系统原理图２液压系统部分重要元件选型２．１液压缸的设计计算１）液压缸内径Ｄ及活塞杆直径设计计算油缸的内径Ｄ由油缸所需输出的最大拉力或推力来确定，油缸内径。＝后蔬＝Ｌ１３／乏薏式中：Ｐ——活塞承受的最大推力（Ｎ），Ｐ＝Ｐ。＋Ｔ。＋疋＋Ｐ２＋Ｐ３，其中，Ｐ，、Ｔｔ、疋、Ｒ、Ｐ３分别为作用在活塞上的总推力、活塞密封与油缸内孔的摩擦力、活塞杆与缸盖或导套处的摩擦力、回油腔中的背压力和运动部件的惯性力；田。为油缸的机械效率；△：ｐ为油缸进出油口的压力差。根据公式，活塞杆直径ｄ＝Ａ。Ｄ，其中，Ａ，——液压缸活塞杆直径与缸内径比值。当活塞杆受拉时，Ａ，一般取Ｏ．３—０．５，当活塞杆受压时，一般取０．５～０．７。２）油缸长度￡和壁厚艿３０）Ｄ和占＝格来确定。油缸长度￡和壁厚６分别根据公式：￡≤（２０—二Ｌ盯Ｊ将相关参数代入以上公式，通过设计计算，最后得出：手臂的水平移动缸参数：内径Ｄ＝５０ｍｍ，长度￡＝１０７０ｍｍ，壁厚６＝１０ｍｍ，活塞杆直径ｄ＝３０ｍｍ。手臂的升降缸参数：内径Ｄ＝１６０ｍｍ，长度Ｌ＝７００ｍｍ。壁厚６＝１７ｍｍ，活塞杆直径ｄ＝９０ｍｍ。夹紧缸的参数：内径Ｄ＝６５ｍｍ，长度Ｌ＝６０ｒｎｍ。壁厚６＝９ｍｍ，活塞杆直径ｄ＝３５ｍｍ。２．２油泵的设计计算油泵的工作压力Ｐ。≥ｐＩ＋Ａｐｌ＝１６＋０．５＝１６．５ＭＰａ，万方数据式中：Ｐ。指油缸工作压力，其值为１６ＭＰａ，△ｐ．为进、回油路总压力损失，由于本系统流速不大，且管路简单，故取△ｐ１＝０．５ＭＰａ。油泵流量Ｑ。≥Ｋ（２Ｑ）≥１．１ｘ２６．６７×１０一＝２９．３３７×１０—４ｍ３／ｓ。‘根据以上设计计算，选用ＣＢ－Ｅ１００型油泵，其主要技术指标为：公称排量１００ｍＬ／ｒ，额定压力１６ＭＰａ，最高压力２０ＭＰａ，额定转速２０００ｒ／ｍｉｎ，最高转速２５００ｒ／ｍｉｎ，额定驱动功率６１．０ｋＷ。２．３阀的设计计算溢流阀按最大工作压力ｐ。＝１６ＭＰａ和泵的最大流量选取。伸缩缸的流量：Ｑ，：Ａ＾：孚。：丛竽×０．２５＝４．９０６×１０ｑｍ３／ｓ升降缸的流量：Ｑ：：Ａ：铲孚：＝丛竽×ｏ．０６＝１２．０６ＸｌＯ＂ｍ３／ｓ大臂旋转马达的流量：Ｑ３２ｇｏ∞２＝４×４０＝１６０Ｌ／ｍｉｎ＝２６．６７×ｌＯｑｍ３／ｓ手腕旋转马达的流量：Ｑ４２ｇｏ∞３＝２．８４×５０＝１４２Ｌ／ｒａｉｎ＝２３．６７×ｌＯｑｍ３／ｓ夹紧缸的流量：¨Ａ３ｖ３：孚，：芈×ｏ．０６＝２．００×１０—４ｍ３／ｓ根据压力、流量选择阀的型号如表１所示。裹１主要液压阀型号衰规格最大使用件号名称型号压力流量流量（Ｌ・（ＭＰａ）（Ｌ・ＩＩｌｉｎ。１）ｒａｉｎ‘１）３溢流阀ＹＦ—Ｂ３２Ｈ２ｌ２５０２８０．７５６单向阀ＤＦ．Ｂ３２Ｋｌ３５２５０２７５８调速阀Ｑ－Ｈ１０３２４０４４．９２９电磁换向阀２４ＤＯ．ＢＩＯＨ．Ｔ２ｌ３０３３１０电液换向阀３４ＤＹＯ．Ｂ２０Ｈ．Ｔ２１７５５５．４１３溢流阀ＹＦ．Ｂ２０Ｈ２ｌ１００１１２．３液压与气动２０１２年第２期柱塞倾角对柱塞受力的影响杨逢瑜．杨军，王鹏雁，刘欣玉ＴｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｐｉｓｔｏｎａｎｇｌｅｏｎｐｉｓｔｏｎｌｏａｄＹＡＮＧＦｅｎｇ—ｙｕ，ＹＡＮＧＪｕｎ，ＷＡＮＧＰｅｎｇ—ｙａｎ，ＬＩＵＸｉｎ—ｙｕ（兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州７３００５０）摘要：为提高柱塞泵的工作效率，通过研究柱塞倾角对柱塞受力的影响，得出径向力力的方向不断摆动，使柱塞与缸体产生滚动摩擦，改善了柱塞的润滑条件，减小柱塞体的磨损，延长柱塞泵的使用寿命。关键词：柱塞泵；柱塞倾角；径向力中图分类号：ＴＨｌ３７．５１文献标识码：Ｂ文章编号：１０００４８５８（２０１２）０２－００４４旬３随着轴向柱塞泵向高压、高速、大流量方向的发往复运动会使柱塞腔内流体发生变化，影响压力特性展，轴向柱塞泵中的摩擦副粘着磨损和烧伤现象日渐方程，因此建立柱塞运动的理论模型，分析柱形缸体和严重，轴向柱塞马达的柱塞表面与缸孔内表面之间构锥形缸体对柱塞泵运动方程以及柱塞受力的影响‘１‘”。成一对摩擦副，称为柱塞副。柱塞副首先要起到密封的作用，保证缸孔中的压力油液不会产生过大的泄漏；收稿日期：２０ｌｌ舶－２３同时又要能承受一定的径向分力，并保证柱塞能在缸作者简介：杨逢瑜（１９４８一），男，甘肃临夏人，教授，博导，学孔中自由往复运动。柱塞沿缸体轴线的相对于缸体的士，主要从事液压技术方面以及磁性物理与磁技术方面科研和■｝—Ｈ—｛卜—督＊＊ｏ｝—＊—稍—｛卜—｛｛一＊＊＊一＊＿｛．＿—Ｈ——舴诲一＊苷钟—量ｆ＊书Ｈ扑船—｛｝・＊一＊教学ｔ作。续表表２马达型号及性能规格最大使用压力（ＭＰａ）最高转速转矩（Ｎ・ｍ）件号名称型号压力流量流量（Ｌ・型号排量（Ｌ・ｒ’’）额定最大（ｒ・ｒａｉｎ。）最大（ＭＰａ）（Ｌ・ＩＩＩｉｎ一）ｍｉｎ一）ＮＪＭ．Ｇ４４２５３２４０１８３１６１４单向阀ＤＦ．Ｂ３２Ｋｌ３５２５０２７５ＮＪＭ．Ｇ２．８４２．８４２５３２５０１３００５１５电液换向阀３４ＤＹＯ—Ｂ３２Ｈ．Ｔ２１１９０１４０．４３结束语１６调速阀Ｑ一１１２０３２１００１１２．３本文主要对四自由度工业搬运机械手进行了简要１７电磁换向阀ＤＳＧ旬３－２Ｃ２５１１０１２０介绍，然后根据工作要求，设计了液压系统，并对系统１９电液换向阀３４ＤＹＯ．Ｆ５０Ｈ．Ｔ２ｌ３７０２７３．４主要元件如油缸、泵、阀、马达进行了设计计算和选型。２０调速阀Ｑ－Ｈ３２３２２００２２４．６该系统后在某企业生产线上经过一段时间的运行，系２３电液换向阀３４ＤＹＯ．Ｆ５０Ｈ．Ｔ２１３７０２７３．４统稳定可靠，完全满足实际生产需要。２４调速阀Ｑ—Ｈ３２３２２００２２４．６参考文献：２７电磁换向阀２４Ｄ０一ＢｌＯＨ－１’２１３０３３［１］成大先．机械设计手册．单行本．液压传动［Ｍ］．北京：化学１＝业出版社。２００４．２８单向阀ＤＦ—ＢｌＯＫｌ３５３０３３［２］袁子荣．液气压传动与控制［Ｍ］．重庆：重庆大学出版２．４液压马达设计选型社，２００２．由于系统转速要求不高，因此大臂选用马达型号［３］张铁异，何国金，黄振锋．基于ＰＬＣ控制的混合型气动机为ＮＪＭ—Ｇ４，腕部选用马达型号为ＮＪＭ—Ｇ２．８４，具体性械手的设计［Ｊ】．液压与气动，２００８，（９）：６—８．能指标见表２。【４］王红梅，方贵盛．基于ＰＬＣ与步进电机的气动搬运机械控制［Ｊ］．液压与气动．２００９．（１１）：２５—２７．万方数据四自由度搬运机械手液压系统设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

耿跃峰， 夏政伟， GENG Yue-feng， XIA Zheng-wei许昌学院电气信息工程学院,河南许昌,461000液压与气动

Chinese Hydraulics & Pneumatics2012(2)

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