液壓傳動型工業(yè)機器人設(shè)計機器人畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 例控制、伺服控制、數(shù)字控制和機電一體化方向也取得了許多重大成果。新材料和新介質(zhì)方向的研究也為液壓技術(shù)的發(fā)展和完善提供了新的動力。 液壓傳動1) 液壓傳動概述傳動的含義是能量(動力)形式的轉(zhuǎn)換、傳遞和控制。液壓傳動是以密閉在管路中的受壓液體(主要形式為液壓油)為土作介質(zhì)，進行能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、分配和控制的技術(shù)，稱之液壓傳動或液壓技術(shù)。在這種傳動方式中，由于能量形式的轉(zhuǎn)換和動力傳遞是依靠密閉管中受壓液體容積變化完成的，又稱之容積式液壓傳動或靜壓傳動。2) 液壓系統(tǒng)的組成部分及作用由若干液壓元件和管路組成以完成一定動作的整體稱液壓系統(tǒng)。如果液壓系統(tǒng)中含有伺服控制元件(如伺服閥和伺服變量泵)則稱液壓伺服(控制)系統(tǒng)。如果不使用或明確說明使用了伺服控制元件，則稱液壓傳動系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能不一、形式各異，無論是簡單的液壓千斤項，還是其他的復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，都包括如下部分(見圖21)。(1) 動力元件動力元件又稱液壓泵，其作用是利用密封的容積變化，將原動機(如內(nèi)燃機，電動機)的輸入機械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饕后w的壓力能(即液壓能)，是液壓系統(tǒng)的能源(動力)裝置。PQPQ輸出機械能輸入機械能動力元件工作介質(zhì)執(zhí)行機構(gòu)儲存文件控制元件圖11 液壓系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換及構(gòu)成元件示意圖(2) 執(zhí)行元件將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置稱為執(zhí)行元件。它是與液壓泵作用相反的能量轉(zhuǎn)換裝置，是液壓缸和液壓馬達的總稱。前者是將液壓能轉(zhuǎn)成往復(fù)直線運動的執(zhí)行元件，它輸出力和速度；后者是將液壓能轉(zhuǎn)換成連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，它輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。擺動液壓馬達(習(xí)慣稱擺動液壓缸)不可連續(xù)回轉(zhuǎn)，只能往復(fù)擺動(擺動角小于)。(3) 控制元件液壓系統(tǒng)中控制液體壓力、流量和流動方向的元件，總稱為控制元件，通常稱為液壓控制閥，簡稱液壓閥，控制閥或閥。(4) 輔助元件 輔助元件包括油箱、管道、管接頭、濾油器、蓄能器、加熱器、冷卻器等。它們雖然稱為輔助元件，但在液壓系統(tǒng)中是必不可少的。它們的功能是多方而的，各不相同。(5) 工作介質(zhì)液壓系統(tǒng)中工作介質(zhì)為液體，通常是液壓油，它是能量的載體，也是液壓傳動系統(tǒng)最本質(zhì)的組成部分。液壓系統(tǒng)沒有工作介質(zhì)也就不能構(gòu)成液壓傳動系統(tǒng)，其重要性不言而喻。 液壓傳動型工業(yè)機器人液壓系統(tǒng)概述 液壓缸概述液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的、做直線往復(fù)運動(或擺動運動)的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。用它來實現(xiàn)往復(fù)運動時，可免去減速裝置，并且沒有傳動間隙，運動平穩(wěn)，因此在各種機械的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比液。1―支撐板，2―后缸蓋，3―螺母，4―彈簧墊片，5―排氣閥，6―O型圈，7―活塞，8―O型圈擋圈，9―缸筒，10―活塞桿，11―套筒圖12 雙作用液壓缸液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置與排氣裝置組成。緩沖裝置與排氣裝置視具體應(yīng)用場合而定，其他裝置則必不可少。液壓傳動型工業(yè)機器人是依靠發(fā)動機動力驅(qū)動液壓舉升機構(gòu)，將貨箱從某一位置運送到指定位置從而達到自動運輸?shù)哪康模⒁揽侩p作用液壓缸使其復(fù)位的一種重要專用運輸設(shè)備。根據(jù)液壓傳動型工業(yè)機器人的這一特點，液壓傳動型工業(yè)機器人的液壓缸可以設(shè)計成單活塞桿單雙作用式的。前端蓋為法蘭的雙作用型液壓缸如圖11所示，這也是機械工程上常用的液壓缸，可以作為液壓傳動型工業(yè)機器人液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計的參考圖。圖11的液壓缸額定土作較高,可達25MPa。 液壓系統(tǒng)原理圖1) 液壓缸控制回路發(fā)動機液壓泵液壓控制及調(diào)節(jié)裝置執(zhí)行組件液壓缸被驅(qū)動件圖13 液壓缸控制回路2) 液壓回路能量轉(zhuǎn)換圖電能機械能液壓能機械能圖14 液壓回路能量轉(zhuǎn)換圖2) 液壓系統(tǒng)的確定按照液體流動的循環(huán)方式不同，液壓系統(tǒng)可以分為開式循環(huán)系統(tǒng)和閉式循環(huán)系統(tǒng)兩種。一般有較大空間可以存放油箱的系統(tǒng)，都采用開式回路；相反，可采用閉式回路。通常節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用開式回路，容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉式回路。閉式循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，油路封閉，運動平穩(wěn)。但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，散熱條件差，為補償油液泄露和進行油液更新及冷卻必須設(shè)置完整的補油系統(tǒng)，油液過濾精度要求也較高。開式循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，又可以很好的再油缸中進行冷卻和沉淀雜質(zhì)，散熱條件好。適用于多個液動機進行并聯(lián)的情況，也適用與定量油泵、節(jié)流調(diào)速的液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是壓力和流量，它們是設(shè)計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)。壓力決定于外載荷。流量取決于液壓執(zhí)行元件的運動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。因此，經(jīng)系統(tǒng)分析本文采用開式回路。基本回路，就是由一些液壓元件組成，用來完成特定功能的油路結(jié)構(gòu)。根據(jù)工作特點和性能要求確定液壓基本回路如下：調(diào)速回路：系統(tǒng)分析采用節(jié)流調(diào)速，循環(huán)形式為開式。方向控制回路：本設(shè)計采用手控三位四通換向閥對油路進行方向控制。節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)中，通常由定量泵供油，用溢流閥調(diào)節(jié)所需的壓力，并保持恒定。油泵輸出的油液在換向閥內(nèi)部卸荷，本設(shè)計用三位四通換向閥的中位進行卸荷。(1) 保壓回路在液壓系統(tǒng)中，常要求液壓執(zhí)行機構(gòu)在一定的行程位置上停止運動或在有微小的位移下穩(wěn)定地維持住一定的壓力，這就要采用保壓回路。最簡單的保壓回路是密封性能較好的液控單向閥的回路，但是，閥類元件處的泄漏使得這種回路的保壓時間不能維持太久。如圖13 所示的回路，為采用液控單向閥和電接觸式壓力表的自動補油式保壓回路，其工作原理為：當(dāng)1YA得電，換向閥右位接入回路，液壓缸上腔的壓力上升至電接觸式壓力表的上限值時，上觸點接電，使電磁鐵1YA失電，換向閥處于中位，液壓泵卸荷，液壓缸由液控單向閥保壓。當(dāng)液壓缸上腔的壓力下降到預(yù)定下限值時，電接觸式壓力表又發(fā)出信號，使1YA得電，液壓泵再次向系統(tǒng)供油，使壓力上升。當(dāng)壓力達到上限值時，上觸點又發(fā)出信號，使1YA失電。因此，這一回路能自動地使液壓缸的補充壓力油，使其壓力能長期保持在一定范圍內(nèi)。圖15 自動補油保壓回路(2) 啟停回路 執(zhí)行元件需頻繁啟動或停止的液壓系統(tǒng)中，一般不采用啟動和停止電機的方法。采用中位為O，Y，M型的三位四通換向閥來實現(xiàn)。圖16 三位四通(O型) (3) 壓力繼電器控制順序動作回路在壓力控制的順序動作回路中，壓力繼電器的調(diào)定壓力必須大于前一動作液壓缸的最高工作壓力，~1MPa；否則，在管路中的壓力沖擊或被動下會造成誤動作，導(dǎo)致設(shè)備故障和人身事故。這種回路只適合于系統(tǒng)中執(zhí)行元件數(shù)目不多、負載變化不定的場合。動作順序：先將工件夾緊,然后動力滑臺進行切削加工，加工完畢，退刀、松開。動作1：按啟動按鈕，1YA得電，閥1左位工作，液壓缸7的活塞向右移動，實現(xiàn)動作順序1；動作2：到右端后，缸7左腔壓力上升，達到壓力繼電器3的調(diào)定壓力時發(fā)訊，1YA 斷電，3YA得電，閥2左位工作，壓力油進入缸8的左腔，其活塞右移，實現(xiàn)動作順序2；動作3：到行程端點后，缸8左腔壓力上升，達到壓力繼電器5的調(diào)定壓力時發(fā)訊，3YA斷電，4YA得電，閥2右位工作，壓力油進入缸8的右腔，其活塞左移，實現(xiàn)動作順序3；動作4：到行程端點后，缸8右腔壓力上升，達到壓力繼電器6的調(diào)定壓力時發(fā)訊，4YA斷電，2YA得電,閥1右位工作，缸7的活塞向左退回，實現(xiàn)動作順序4。圖17 壓力繼電器控制順序動作回路為防止壓力繼電器誤動作，~1MPa，~1MPa。為了提高順序動作的可靠性，可以采用壓力與行程控制相結(jié)合的方式。即在活塞的終點安裝一個行程開關(guān)，只有在壓力繼電器和行程開關(guān)都發(fā)出信號時，才能是換向閥動作。(3) 互不干擾回路功能：在多缸系統(tǒng)中，防止其壓力、速度互相干擾。工作原理：(1) 圖示，各缸原位停止。(2) 3YA、4YA+，兩缸差動快進，大泵供油小泵保壓。(3) A缸先完成快進，行程開關(guān)使1YA+、2YA，A缸工進，B缸快進，互不干擾，若兩缸均工進，全由小泵供油。(4) 1YA+、2YA+ YA+、4YA+，兩缸皆大泵供油，快退1YA、2YA、3YA、4YA，各缸停止運動鎖于所在位置。圖18互不干擾回路在擬定液壓系統(tǒng)原理圖確定回路的類型時，應(yīng)根據(jù)各類主機的工作特點和性能要求，首先確定對主機主要性能起決定性影響的主要回路。例如機床液壓系統(tǒng)的調(diào)速和速度換接回路、液壓壓力機系統(tǒng)的調(diào)壓回路。然后再考慮其它輔助回路，例如有垂直運動部件的系統(tǒng)要考慮平衡回路，有多個執(zhí)行元件的系統(tǒng)要考慮順序動作、同步或互不干擾回路，有空載運行要求的系統(tǒng)要考慮卸荷回路等。 液壓傳動型工業(yè)機器人液壓系統(tǒng)設(shè)計 液壓傳動型工業(yè)機器人的液壓系統(tǒng)原理圖液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整機設(shè)計的一部分。設(shè)計過程中，除了要滿足主機在動作和性能等方面的要求外，還必須滿足體積小、重量輕、成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用和維修方便等要求。將選擇的回路綜合起來，構(gòu)成一個完整的液壓系統(tǒng)。在綜合基本回路時，在滿足工作機構(gòu)運動要求及生產(chǎn)率的前提下，應(yīng)力求系統(tǒng)簡單，工作安全可靠，動作平穩(wěn)、效率高，調(diào)整和維護保養(yǎng)方便。液壓傳動型工業(yè)機器人的液壓系統(tǒng)原理圖如下：圖19液壓傳動型工業(yè)機器人的液壓系統(tǒng)原理圖 為防止壓力繼電器誤動作，~1MPa，~1MPa。為了提高順序動作的可靠性，可以采用壓力與行程控制相結(jié)合的方式。即在活塞的終點安裝一個行程開關(guān)，只有在壓力繼電器和行程開關(guān)都發(fā)出信號時，才能是換向閥動作。 系統(tǒng)工作循環(huán)分析根據(jù)液壓傳動型工業(yè)機器人的作業(yè)要求，液壓系統(tǒng)應(yīng)完成左右方向前進，上下方向前進，以及前后方向前進和返回工作循環(huán)。上述工作循環(huán)由系統(tǒng)中的一般工作回路實現(xiàn)。前進：按下啟動按鈕，電磁鐵1YA通電，液壓缸1活塞前進到前端后，回路壓力升高，壓力繼電器1K動作，使電磁鐵3YA通電，液壓缸2活塞前進到前端點后，回路壓力升高，壓力繼電器2動作，使4YA通電，液壓缸3活塞前進到前端。返回：返回時按下返回按鈕。1YA、3YA、4YA斷電，5YA通電，液壓缸3活塞先返回到后端點，回路壓力升高，壓力繼電器4K動作，使4YA通電，液壓缸2活塞返回到左端點，回路中壓力升高，壓力繼電器3K動作，使2YA通電，液壓缸1活塞返回到復(fù)位處。至此完成圖示的 的順序動作。表11 系統(tǒng)工作循環(huán)狀態(tài)電磁鐵電磁鐵狀態(tài) 液壓缸狀態(tài)1YA+液壓缸1前進2YA+液壓缸2前進3YA+液壓缸3前進4YA+液壓缸3后退5YA+液壓缸2后退6YA+液壓缸1后退 液壓系統(tǒng)中幾種低壓回路的作用(1) 背壓油路：由系統(tǒng)回路上的背閥所產(chǎn)生的低壓油(~1MPa)在制動或出現(xiàn)超速吸空時通過雙向補油閥26向液壓馬達的低油腔補油，以保證滾輪始終貼緊一浮軌表面，使馬達上作平穩(wěn)井有可靠的制動性能。(2) 泄露油路(無背壓)：將多路閥的內(nèi)部漏油用油管集中起來，經(jīng)過濾油器引回油箱，以減少外泄露。圖110 系統(tǒng)工作循環(huán)圖第2章 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計、原則和步驟 設(shè)計的依據(jù)液壓缸與機器及機器上的機構(gòu)直接相聯(lián)系，對于不同的機構(gòu)，液壓缸的具體用途和土作性能也不同，因此設(shè)計之前，要進行全而地分析和研究，收集必要的原始資料并加以整理作為設(shè)計的依據(jù)。1) 了解和掌握液壓缸在機器上的用途和工作要求滿足機構(gòu)的動作要求和用途是設(shè)計液壓缸的主要目的。比如，液壓翻斗自卸汽車的液壓缸的作用是將翻斗(車廂)舉升成傾斜狀態(tài)，使所載的物料自動卸掉，其回程可在翻斗(車廂)的重力作用卜而完成。這種情況下的液壓缸可設(shè)計成單(活塞)桿單作用液壓缸，也可設(shè)計成柱塞缸。再如汽車起重機的吊臂液壓缸，為適應(yīng)不同的起吊高度要求和工作場地的轉(zhuǎn)換，其吊臂液壓缸必須采用伸縮式多級液壓缸，其體結(jié)構(gòu)形式可以是單作用的柱塞式多級液壓缸，或活塞式多縮液壓缸，或末級活塞式的多級液壓缸。2) 了解液壓缸工作環(huán)境條件工作環(huán)境條件不同，液壓缸的結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)也不盡相同。比如用于采煤工作而液壓支架上的立(支)柱缸，工作條件惡劣，粉塵大，支護(工作)壓力變化大(負載變化大)，要求立(支)柱液壓缸絕對安全可靠，不允許有泄漏。針對這種工作條件，設(shè)計時要考慮防塵措施：缸體和柱塞的強度和穩(wěn)定性要絕對可靠，安全系數(shù)就要取大些，密封性能要好。像精密外(內(nèi))圓磨床用的液壓缸，工作環(huán)境比較清潔，負載穩(wěn)定并且較小，結(jié)構(gòu)和設(shè)計參數(shù)就應(yīng)當(dāng)適應(yīng)它的工作條件。3) 了解外部負載情況主要指外部負載的質(zhì)量、幾何形狀、空間體積大小、運動軌跡、摩擦阻力及連接部位的連接形式等。例如液壓翻斗自卸汽車，液壓缸的外負載是翻斗(車廂)和所裝的貨物，翻斗(車廂)上升傾斜時，液壓缸的軸線發(fā)生擺動，這就要求活塞桿頭部與翻斗(車廂)的連接采用耳環(huán)式或銷軸式，液壓缸底座與車身的安裝形式也要采用耳環(huán)式或耳軸式。4) 了解液壓缸運動形態(tài)及安裝約束條件包括了解液壓缸的最大行程、運動速度或時間、安裝空間所允許的外形尺寸及液壓缸的運動形式，例如液壓缸軸線固定或擺動，作往復(fù)直線運動或往復(fù)擺動，連續(xù)運動還是間歇周期運動，缸體運動或活塞桿運動。以作用力為主要要求的液壓缸與以運動速度或時間為主要要求的液壓缸，設(shè)計考慮的出發(fā)點也是不同的。5) 了解液壓系統(tǒng)的情況液壓缸的設(shè)計是液壓系統(tǒng)設(shè)計的一部分。設(shè)計已知液壓系統(tǒng)的液壓缸，應(yīng)了解液壓泵的工作壓力和流量大小，管路的通徑和布置情況，各種液壓閥的安裝和控制情況等。6) 了解有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)定和其它參考資料。借鑒已有的液壓缸的設(shè)計是十分必要的。 設(shè)計的一般原則液壓缸設(shè)計時應(yīng)注意如下問題。1)保證液壓缸的輸出力推力、拉力(或轉(zhuǎn)矩)、行程和往返運動速度滿足要求。液壓缸的工作壓力(輸出力的折算值)以液壓泵的額定工作壓力的70%為宜。2)保證液壓缸的每個零件有足夠的強度、剛度和耐用性(壽命)