液压淬火机机械手液压系统设计.docx

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液压淬火机机械手液压系统设计

1绪论

1.1机械手在生产中的作用

机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。

因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。

现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。

然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。

单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。

同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。

显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。

机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。

在机械工业中，机械手的应用具有以下意义：

1.可以提高生产过程的自动化程度

应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。

2.可以改善劳动条件、避免人身事故

在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。

而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。

同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

3.可以减少人力，便于有节奏的生产

应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。

因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。

1.2机械手国内现状和发展趋势

目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。

所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。

同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。

此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。

国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。

目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。

国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。

使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。

如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。

目前已经取得一定成绩。

目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。

定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。

更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。

同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。

目前我国机械手的研发和应用还处在一个发展的阶段，跟美国日本等发达国家相比还有很大的差距，很多产品还需进口，特别是高灵活、高精度的机械手。

要使我国机械工业更进一步在发展壮大，就必须提高其自动化程度和生产效率，将人手操作变为机械手操作。

同时，国家应加大对机械手及机器人的研发投入，积极开发出拥有自主知识产权的产品，从根本上解决对国外产品的进口需求。

1.3手的基本组成

机械手主要由手部和运动机构组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。

自由度是机械手设计的关键参数。

自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。

一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。

有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手

2手臂伸缩运动的设计

2.1手臂的作用

机械手的伸出和缩回，上升和下降是直线运动。

机械手臂的圆周挥舞和手腕的转动是旋转运动。

这两种运动都可由液压传动技术来实现。

在液压传动中，直线运动是由直线油缸来完成的。

圆筒形油缸的两端各有一油口，中间有能移动的活塞。

当左油口进压力油，右油口出油时，活塞即向右运动，通过活塞杆带动机械手运动。

进油和出油方向变换时，活塞运动方向也随着变化。

这样，就能使机械手作各种直线运动。

机械手的各种旋转动作大都由摆动油缸来实现的。

它的外形如圆盘，盘的中心有一转动轴，轴上有摆动叶片。

叶片将圆盘形内部分隔成两个腔室。

这两个腔室分别与两个油口相通。

因而，与直线油缸一样，当一个油口进压力油，另一个油口回油时，叶片就带着转轴作旋转运动，转轴就带动机械手臂作出挥舞动作。

2.2臂部设计的基本要求

2.21臂部应承载能力大、刚度好、自重轻

（1）根据受力情况，公道选择截面外形和轮廓尺寸。

（2）进步支撑刚度和公道选择支撑点的间隔。

（3）公道布置作用力的位置和方向。

（4）留意简化结构。

（5）进步配合精度。

2.22臂部运动速度要高，惯性要小

（1）减少手臂运动件的重量，采用铝合金材料。

（2）减少臂部运动件的轮廓尺寸。

（3）减少回转半径ρ，再安排机械手动作顺序时，先缩后回转（或先回转后伸缩），尽可能在较小的前伸位置下进行回转动作。

（4）驱动系统中设有缓冲装置。

2.23手臂动作应该灵活

为减少手臂运动之间的摩擦阻力，尽可能用转动摩擦代替滑动摩擦。

对于悬臂式的机械手，其传动件、导向件和定位件布置公道，使手臂运动尽可能平衡，以减少对升降支撑轴线的偏心力矩，特别要防止发生机构卡死（自锁现象）。

为此，必须计算使之满足不自锁的条件。

3机械手的设计

3.1手腕旋转液压图及分析

6—转腕液压缸16—三位四通电磁转向阀12—二位二通电磁换向阀24—调速阀25—调速阀

安装在机械手两侧的直线液压缸6推动齿条，带动转腕轴上的齿条使机械手的手腕仰俯转动，两个液压缸靠回转轴实现刚性同步，缸6的运动方向有三位四通电磁换向阀16控制，缸6的运动速度控制与快慢速切换有调速阀24，25和二位二通电磁换向阀12控制

3.2手指夹紧液压图及分析

2—夹紧液压缸17—二位四通电磁换向阀26—调速阀28—减压阀

液压缸2推动滑块在钳柄斜槽内滑动，使钳手夹紧，为防止温度很高的工件被夹伤，夹紧缸2的油路上设有减压阀28以降低压力，夹紧缸2的运动方向和速度由二位四通电磁换向阀17和调速阀28控制

3.3手的伸缩液压图及分析

1—伸缩液压缸18—三位四通电磁换向阀27调速阀

液压缸1带动夹紧液压缸2和钳手水平移动，实现机械手的伸出或收回，缸1的运动方向和速度由三位四通电磁换向阀18和调速阀27控制

3.4手臂回转液压图及分析

15—二位四通电磁换向阀23—调速阀33---单向行程节流阀34--单向行程节流阀

机械手的水平回转有双活塞齿条液压缸带动回转轴做水平180度回转，缸的运动方向由二位四通电磁换向阀15控制，单向行程节流阀33，34和调速阀用于控制缸的速度

4机械手工作平台的设计

4.1工作平台行走液压图及分析

5—行走车液压马达4—转台行走液压缸29-32—单向行程节流阀

13，14，—三位四通电磁换向阀7—定量液压泵8—单向阀9—溢流阀

10，11—二位二通电磁换向阀19，20，21，22—调速阀

机械手沿燕尾导轨的前后移动由液压缸4驱动，缸4的运动方向由三位四通电磁换向阀13控制，单向行程节流阀29，30和调速阀20用于控制缸4的移动速度。

行走车液压马达运动方向由三位四通电磁换向阀14控制，单向行程节流阀32，31和调速阀21,22和二位二通电磁换向阀用于控制行走车液压马达5的移动速度，

5机械手系统的设计

5.1液压系统总图及分析

整个机械手沿燕尾导轨的前后移动由液压缸4驱动，缸4的运动方向由三位四通电磁换向阀13控制，单向行程节流阀29，30和调速阀20用于控制缸4的移动速度。

行走车液压马达运动方向由三位四通电磁换向阀14控制，单向行程节流阀32，31和调速阀21,22和二位二通电磁换向阀用于控制行走车液压马达5的移动速度。

机械手的水平回转有双活塞齿条液压缸带动回转轴做水平180度回转，缸的运动方向由二位四通电磁换向阀15控制，单向行程节流阀33，34和调速阀用于控制缸的速度。

安装在机械手两侧的直线液压缸6推动齿条，带动转腕轴上的齿条使机械手的手腕仰俯转动，两个液压缸靠回转轴实现刚性同步，缸6的运动方向有三位四通电磁换向阀16控制，缸6的运动速度控制与快慢速切换有调速阀24，25和二位二通电磁换向阀12控制。

液压缸2推动滑块在钳柄斜槽内滑动，使钳手夹紧，为防止温度很高的工件被夹伤，夹紧缸2的油路上设有减压阀28以降低压力，夹紧缸2的运动方向和速度由二位四通电磁换向阀17和调速阀28控制。

液压缸1带动夹紧液压缸2和钳手水平移动，实现机械手的伸出或收回，缸1的运动方向和速度由三位四通电磁换向阀18和调速阀27控制。

6液压缸设计

6.1油缸泄漏与密封问题

泄漏原因

（１）密封件的结构形式与材质密封件的结构与材质的差异将直接导致液压缸的泄漏，如果密封材质太软，那么液压缸工作时，密封件极易挤人密封间隙而损伤；太硬则难以进行有效密封。

（２）密封槽与密封接触表面质量密封件安装达不到工作要求的尺寸精度、表面粗糙度及形位公差度的密封副内,将导致密封件的损伤,产生泄漏。

（３）密封件的磨损与安装一般来说液压缸的密封件要求具有较高的尺寸精度和形状位置精度。

密封件的磨损和在装配过程中造成的损伤，是液压缸泄漏的主要原因。

（４）密封件工作环境如密封件在高温环境下，将加速老化，导致密封件的失效而泄漏。

（５）活塞杆在装配或正常工作状态下，有时会受到冲击或表面拉伤,使其不能正常工作。

（６）液压系统的污染在矿山环境下，污染是不可忽视的因素，含有颗粒物的液压油作用在密封件运动表面上，产生研磨作用，导致密封件失效产生泄漏。

液压油缸检查

1在回油滤芯中查找故障信息源

当液压缸出现动作缓慢或没有动用时，可先检查外观，再检查回油滤芯。

因为液压缸磨损等原因产生的微粒随着液压缸活塞的频繁工作，其中有相当一部分微粒随着工作介质在流回油箱的路上被回油滤芯拦截住。

如在回油滤芯中发现有较大的黑色橡胶块，大小不同的铜粒、灰色或淡黄色半透明的尼龙物质，则说明液压缸活塞密封件已损坏;黑色的橡胶块来源于活塞密封圈，铜粒来源于铜质支撑环，而灰色或淡黄色尼龙物质则来源于耐磨环。

例职，我局一台日立UH171反铲挖掘机，在工作中铲斗速度有所下降，当时尚能满足工作南非要，便不久后铲斗动作变得非常缓慢，竟无法正常工作。

停机检查发现给铲斗提供动力的主泵所控制的其他装置的动作均正常。

说明主泵及主溢流阀都完好;检查回油滤芯，发现在大量的黑色橡胶块、小铜粒及棕色的尼龙物。

分析认为，如此多的颗粒不可能来自控制阀，只能来自铲斗液压缸。

拆检液压缸后，发现液压缸活塞密封环、耐磨环完全损坏，支撑环断成几节，并且缸壁被严重拉伤。

分析主要原因是，由于疲劳等因素造成的铜质支撑环断裂，在液压缸活塞杆的频繁伸缩中，断裂茬口不断刮磨液压缸内壁，将缸壁拉毛、拉伤而导致内泄，使液压缸速度下降;随着工作时间的推移，缸壁拉伤和密封环、耐磨环的损伤都不断加重，内泄量加大，最后造成液压缸速度严重下降。

2利用回油路测压法检测液压缸

当液压缸动作缓慢，而在回油滤芯中又未发现故障信息源时，可采用此法。

即将液压缸有杆腔设定为回油路，操作控制阀，使发动机油门为最大时间向液压缸无杆腔供油，此时测试有杆腔的回油压力。

如果测得的回油压力值大于0.05MPa时，属于轻度磨损;大于0.10MPa时，属于中度磨损，应监控;大于0.15MPa时，属于重度磨损，应监控;大于0.30MPa时，说明油封已完全损坏。

液压系统回油压力不般是由液阻、管路及回油滤芯等造成的，其压力值通常为0.02-0.04MPa。

测试时应注意回油滤芯是否堵塞，以防误导。

3利用沉降量检测液压缸

使装载机、挖掘机产生动臂举升和收斗速度慢的故障，除主泵、主安全阀、控制阀及液压缸平衡阀的原因外，最主要的原因就是液压缸的内泄漏。

此时，利用沉降量来检测液压缸尤为合适。

以挖掘机动臂为例，在铲头号满负荷、动臂完全伸出和挖掘阀置于中位时，使发动机熄火并停机5min后测液压缸活塞杆伸出长度的变化量，此变化量即为液压缸沉降量，如果此值大于标准值，则说吸液压缸内泄严重。

各种工程机械液压缸沉降量的标准值可如，日立UH171、WH051轮式挖掘机的动臂缸、斗杆缸的沉降量标准值均为40mm;当UH083挖掘机的动臂缸沉降量>30mm、斗杆的沉降量>25mm和铁道铲斗缸的沉降量>15mm时，均表明液压缸内泄严重。

亦可采用经验法来检验，即将动臂操纵杆置于一升位置，如果此时的动臂下降速度明显加快，动臂缸沉降量大，说明动臂缸有内泄;如果下降速度不明显。

说明内泄出自动臂缸的控制阀及锁死平衡阀。

如图1所示，当BB?

、AA?

相接（阀芯左移）时，使发动机熄火、不供油，将动臂操纵杆置于上升位置，如果动臂缸有内泄，在重力作用下，则动臂缸下腔油液将经活塞与缸臂间运动到上腔，造成活塞杆下行;如果下沉速度不明显、较缓慢，则表明内泄发生的动臂缸的锁死平衡阀及控制阀中。

4利用泄漏量检测液压缸

使活塞运行到液压缸有杆腔（或无杆腔）的顶端，拆开液压缸的回油管，并堵住此回油管，并堵住此回油管的另一端，以防总回油管油液倒流。

此时起动发动机，使动臂操纵杆一直置于液压缸活塞杆上升位置，如果油液连续不断地从回油管拆开端流出且量大，说明液压缸内泄严重。

5利用断路法检测液压缸

如以上几种主法都不适用，可采用断路法。

就用断路法检测转向缸尤为合适。

若机器转向失灵，采用断咱法检测时，断开管路A、B处，用4个堵头将管子与阀体上的油口堵住;锁死转向固定杆，使发动机以最大油门运行，操作转向控制阀进行左转向或右转向，测量转向泵系统的压力P转。

如果P转与转向压力标准值相同，说明转向缸有问题;如果P转大大小于转向压力标准值，则说明故障出在转向压力标准值，则说明故障出在转向泵或转向控制阀上

课程设计的体会

通过本次液压系统课程设计，我们学到了许多书本上永远都学不到的知识，这次设计使我们真正的明白了书本中的知识的内涵。

在设计开始时，我们到图书馆借书，大家都有很大的热情，每个人都借好几本书，然后我们聚集到一起开始设计。

在设计中，我按照任务书一步一步地分析、查资料，根据具体要求选择元件、设计回路。

我们将理论和实际联系在一起，这样我们的对课本知识的记忆就更加深刻了，而且也对课本有了更详细的阅读，并且在以后的学习和生活中我们可以灵活运用这些知识，

这次液压系统课程设计锻炼了我们动手的能力，教会了我们如何查阅资料，并且培养了我们科学严谨的学习态度。

这次设计使我们不仅弥补了平时理论知识的不足，还使我们领悟到许多做人处事的道理，比如团结就是力量，关键时间见真情，设计要求我们和谐一致的配合.。

总的来说，这次课程设计非常成功。

在老师下达了任务书之后，由我们积极主动的研究系统的工作原理，绘制液压系统工作原理图；我们通过查阅大量的资料，设计液压系统方案来选择相应的液压元件。

这是一项非常繁琐的任务，它考验了我们的耐性和细心程度，这次设计对我们以后参加工作有着极其重要的意义。

参考文献

1．张利平《现代液压技术应用220例》北京：

化学工业出版社，2004.8

2．陈奎生《液压与气压传动》武汉：

武汉理工大学出版社，2001.8

3.蔡文彦《液压传动系统》上海：

上海交通大学出版社，1990.4

4.官忠范《液压传动系统》北京：

机械工业出版社,1997.7

5.张利平《液压气动系统设计手册》北京：

机械工业出版社,1997.9

6.左健民主编，《液压与气压传动》，北京：

机械工业出版社,2000.06

7.张利平《液压控制系统及设计》北京：

化学工业出版社，2006.6

8.朱梅朱光力编著，《液压与气动技术》，西安电子科技大学出版社，2004.6

9.张利平《液压传动系统设计与使用》北京：

化学工业出版社，2010.4

10.雷天觉主编《液压工程手册》北京：

机械工业出版社，1990

11．李壮云，葛宜远主编《液压元件与系统》北京：

机械工业出版社，1999

12．许福玲，陈尧明主编《液压与气压传动》北京：

机械工业出版社,2004.07