液压机械手液压系统设计

第4章机械手液压系统设计

4.1机械手的工作原理分析

液压自动上下料机械手是自动化流水生产线中广泛应用的工件搬运机械设备，它是流水线作业中不可或缺的运输单元。按其工作介质是油还是水（乳化液），液压机可分为油压机和水压机两种，以油为介质的液压机械手。液压机械手要求液压系统完成的主要动作是（工件平放）：大臂下降300mm—夹紧工件—手腕上翻90°—大臂上升300mm—大臂回转90°—手臂延伸500mm—放松工件—手臂收缩500mm—手腕下翻90°—大臂回转90°—大臂下降300mm。整个周期要完成所有动作必须由五个液压缸协调动作才能做到，其中两个回转液压缸和3各活塞式液压缸。

4.2液压系统控制原理图设计

液压机械手液压系统原理原理如图4.1所示

图4.1 机械手液压系统原理图

1-液压系统油箱2-过滤器3、4-双联齿轮液压泵5-单向阀6、21-两位二通电磁阀7-先导型溢流阀8-三位四通电磁阀9-二位四通电磁阀10-节流阀11-调速阀（带阻尼孔）其余元件已在上图说明。

4.2.1 各缸运动过程分析

1、机械手大臂下降按下启动按钮。PLC指令控制电磁铁5DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经图4.1所示从左到右第二个三位四通电磁阀左位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向大臂升降液压缸的上腔，从而推动机械手做下降运动。

2、夹紧工件在整机启动的情况下，泵4供油流经单向阀，然后PLC控制程序指令控制电磁铁3DT通电吸合，此时此二位四通电磁阀处于右位，液压油直接流进机械手手指夹紧液压缸的右腔，从而拉动滑槽杠杆式手部结构夹紧工件。此时电磁换向阀通电不变，直到接到放松工件指令才断电，此时因液压缸保持不动，回路压力升高，到达先导型溢流阀的设定压力时，溢流阀开启，然回路压力保持不变，仍然能够保持夹紧需要。

3、手腕上翻 PLC指令控制电磁铁8DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经图4.1所示从左到右第四个三位四通电磁阀左位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向手腕翻转液压缸，从而推动机械手手腕做上下摆动运动。

4、大臂上升 PLC指令控制电磁铁4DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经图4.1所示从左到右第二个三位四通电磁阀左位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，接着流向减压阀和单向阀构成的复合阀，然后直接流向大臂升降液压缸的下腔，从而推动机械手做上升运动。

5、大臂回转 PLC指令控制电磁铁6DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经图4.1所示从左到右第一个三位四通电磁阀左位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向大臂回转液压缸，从而推动机械手大臂做左右摆动运动。

6、手臂延伸 PLC指令控制电磁铁1DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经图4.1所示从左到右第三个三位四通电磁阀右位，然后流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向手臂伸缩液压缸，从而推动机械手手臂做伸缩运动。

7、放松工件在整机启动的情况下，泵4供油流经单向阀，然后PLC控制程序指令控制电磁铁3DT断电跳开，此时此二位四通电磁阀处于左位，液压油直接流进机械手手指夹紧液压缸的左腔，从而拉动滑槽杠杆式手部结构放松工件。此时PLC指令不变，直到接到夹紧工件指令时3DT才通电，当工件放到A 传送带上时，因液压缸保持不动，回路压力升高，到达先导型溢流阀的设定压力时，溢流阀开启，然回路压力保持不变，仍然保持夹手指张开。

8、手臂收缩 PLC指令控制电磁铁2DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经图4.1所示从左到右第三个三位四通电磁阀左位，然后直接流向手臂伸缩液压缸，从而推动机械手手臂做收缩运动。

9、手腕下翻 PLC指令控制电磁铁9DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经图4.1所示从左到右第四个三位四通电磁阀右位，接着液压油流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向手腕翻转液压缸，从而推动机械手手腕做下翻动运动。

10、大臂回转 PLC指令控制电磁铁7DT通电吸合。泵3供油经单向阀5，流经图4.1所示从左到右第一个三位四通电磁阀左位，接着液压油流经节流阀和单向阀构成的调速阀，然后直接流向大臂回转液压缸，从而推动机械手大臂做左右摆动运动。

至此就完成整个机械手的循环运动，如果此时接到停止的指令，则10DT和11DT同时通电，电磁铁将电磁换向阀到上位，此时液压系统卸压，同时上面的各个电磁铁同时断电回到默认位置，完成卸荷。电磁铁动作顺序表如下：

4.3 各液压缸的载荷力的分析

1 大臂升降液压缸的载荷力升降缸在机械手下降过程中受活塞杆自身的重力和在他的上面的一系列机械手组件的重力，以及启动惯性力。

液压缸做上升运动时，除上述各组件的重力外，还克服运动部件的摩擦阻力，而且是重载运动。

液压缸在上升或者下降动作完成时，液压缸停止动作，但依然要克服各组件重力的影响。

2 夹紧液压缸的载荷力在夹紧工件时，液压缸处于竖直向下状态，此状态是重载运动，他所受的外载荷有机械手手部组件的重力和液压缸活塞杆自身的重力，以及在下降过程中的启动惯性力。

液压缸做放松工件时，此时液压缸及手部组件处于水平位置，，其外载荷主要是其连动部件的启动惯性力和手部滑槽杆的摩擦力。

机械手手部在手腕上下翻转时，夹紧液压缸此时处于动作的保持状态，其所受外载荷主要是由于摆动所产生的离心力。

3 手臂伸缩液压缸的载荷力在手臂延伸动作时，其所受的外载荷主要是启动惯性力。

在手臂收缩时，其所受的外载荷主要也是启动惯性力。在上述两个动作完成的情况之外，都是保持动作阶段，外载荷基本没有。

在机械手的工作过程中，立柱升降频繁，为了节省能量，减少系统发热，故选用双联齿轮泵，其中一个为小流量泵，另一个为大流量泵。选择CBZ 型液压泵：大泵的额定流量为125L/min;，额定工作压力)2.5MPa；小泵的额定流量为18L/min;额定工作压力2.5MPa，其消耗功率6.8Kw，转速为1450r/min；电机型号J02-51-4，功率7.5KW，电压380V。液压原理如图4.1所示。

4.4 本章小结

主要对机械手液压系统的原理进行设计，并对机械手液压系统的电磁阀电磁铁电的通断控制顺序进行详细的分析，以及各个活塞液压缸的主要受力进行分析。另外由于设计液压机械手的工作载荷只有5N，非常的小，所以液压系统的工作压力也不大，在系统工作中所产生的发热量也不会太大，所以在液压系统设计中按照惯常思维就省略液压系统性能的一系列验算。

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