【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 14 圖 8 手臂橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu) 計(jì)算臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力（包括力矩 ） 時(shí)，要把臂部所受的全部載荷考慮進(jìn)去。機(jī)械手工作時(shí)，臂部所受的負(fù)荷主要有慣性力、摩擦力和重力等。 手臂做水平伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先要克服摩擦阻力，包 括油缸與活塞之間的摩擦阻力即導(dǎo)向桿與支撐花套之間的摩擦阻力等，還要 克服啟動(dòng)過(guò)程中的慣性力。其驅(qū)動(dòng)力 Pq可按下式計(jì)算： Pq=Fm+Fg（ N） 式中 Fm—— 各支撐處的摩擦阻力； Fg—— 啟動(dòng)過(guò)程中的慣性力，其大小可按下式估算 。 Fg=W*a/g（ N） g—— 重力加速度（ ） 15 a—— 啟動(dòng)過(guò)程中的平均速度（ m/s平方） 而 a=△ v/△ t（ m/s平方） △ v—— 速度變化量。如果手臂靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作上的 v時(shí)，則這個(gè)過(guò)程的速度變化量就等于手臂的工作手臂的工作速度； △ t—— 啟動(dòng)過(guò)程中所用的時(shí)間，一般為 ～ 當(dāng) Fm=80N， 1098N，△ v=500mm/s時(shí)， Pq=80+1098/*+112=192N 手臂做垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，除克服摩擦阻力 Fm和慣性力 Fg之外，還要克服臂部 運(yùn)動(dòng)部件的重力，故其驅(qū)動(dòng)力Pq可按下式計(jì)算： Pq=Fm+Fg177。 （ N） 式中 Fm—— 個(gè)支撐處的摩擦力 （ N） Fg—— 啟動(dòng)時(shí)慣性力（ N） 可按臂伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)的情況計(jì)算； W—— 臂部運(yùn)動(dòng)部件的總質(zhì)量（ N）； 177。 —— 上升時(shí)為正，下降時(shí)為負(fù)。 當(dāng) Fm=40N， Fg=100N， W=1098N時(shí) Pq=40+100+1098=1238（ N） 部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 臂部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩應(yīng)根據(jù)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)部件支撐處的摩擦力矩來(lái)計(jì)算。由于啟動(dòng)過(guò)程中一般不是等加速度運(yùn)動(dòng)，故做大驅(qū)動(dòng)力矩要比理論平均值大一些，一般取平均值的 。故驅(qū)動(dòng)力矩Mq按下式計(jì)算： Mq=（ Mm+Mg） （ ） 式中 Mm—— 各支撐處的總摩擦力矩； Mg—— 啟動(dòng)時(shí)慣性力矩，一般按下式計(jì)算： Mg=Jω /△ t() 式中 J—— 手臂部件 對(duì)其回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ( ) ω —— 回轉(zhuǎn)手臂的工作角速度（ rad/s） 16 △ t—— 回轉(zhuǎn)臂啟動(dòng)時(shí)間（ s） 當(dāng) Mm= ， Mg=8*（ ） Mq=*116=（ ） 對(duì)于活塞、導(dǎo)向套筒和油缸等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都要做詳細(xì)計(jì)算，因?yàn)檫@些零件的重量較大或回轉(zhuǎn)半徑較大，對(duì)總的計(jì)算結(jié)果影響也較大，對(duì)于小零件則可作為質(zhì)點(diǎn)計(jì)算器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)其質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)。對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，可劃分成幾個(gè)簡(jiǎn)單的零件分別進(jìn) 行計(jì)算，其中有的部分可當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)計(jì)算?？梢詤⒖肌豆I(yè)機(jī)器人》表 41. 5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： ①油泵 它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動(dòng)整個(gè)液壓系統(tǒng)工作。 ②液動(dòng)機(jī) 壓力油驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)外工作部分。手臂做直線運(yùn)動(dòng)，液動(dòng)機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液動(dòng)機(jī)一般叫做油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于 360176。的液動(dòng)機(jī)，一般叫做回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動(dòng)油缸）。 ③控制調(diào)節(jié)裝置 各種閥類(lèi)，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥、調(diào)速閥、減 壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動(dòng)。 機(jī)械手的液壓系統(tǒng)根據(jù)機(jī)械手自由度的多少液壓系統(tǒng)可繁可簡(jiǎn)，但是總不外乎由一些基本控制回路組成。這些基本控制回路具有各種功能，如工作壓力的調(diào)整、油泵的卸荷、運(yùn)動(dòng)的換向、工作速度個(gè)調(diào)節(jié)以及同步運(yùn)動(dòng)等。 ①調(diào)壓回路 在采用定量泵的液壓系統(tǒng)中，為控制系統(tǒng)的最大工作壓力，一般都在油泵的出口附近設(shè)置溢流閥，用它來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，并將多余的油液溢流回油箱。 ②卸荷回路 在機(jī)械手各油缸不工作時(shí)，油泵電機(jī)又不停止工作的情況下，為減少泵的功率損耗，節(jié)省動(dòng)力，降低系統(tǒng)的發(fā)熱，使油泵在低負(fù)荷下工作，所以采用卸荷回路。此機(jī)械手采用二位二通電磁閥控制溢流閥遙控口卸荷回路。 ③減壓回路 為了是機(jī)械手的液壓系統(tǒng)局部壓力降低或穩(wěn)定，在要求減壓的支路前串聯(lián)一個(gè)減壓閥，以獲得比系統(tǒng)壓力更低的壓力。 ④平衡與鎖緊回路 在機(jī)械液壓系統(tǒng)中，為防止垂直機(jī)構(gòu)因自重而人以下將，可采用平衡回路將垂直機(jī)構(gòu)的自重給以平衡。 為了使機(jī)械手臂在移動(dòng)過(guò)程中停止在任意位置上，并防 止因外力作用而發(fā)生位移，可采用鎖緊 17 回路，即將油缸的會(huì)有了關(guān)閉，使活塞停止運(yùn)動(dòng)并鎖緊。本機(jī)械手采用單行順序閥做平衡閥實(shí)現(xiàn)任意位置鎖緊的回路。 ⑤油泵出口接單向閥 在油泵出口處接單向閥。其作用有二：第一是保護(hù)油泵。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，油泵像系統(tǒng)供應(yīng)高壓油液，以驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)而做功。當(dāng)一旦電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵不再向外供油，系統(tǒng)中原有的高壓油液具有一定能量，將迫使油泵反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果產(chǎn)生噪音，加速油泵的磨損。在油泵出油口處加設(shè)單向閥后，割斷系統(tǒng)中高壓油液和油泵時(shí)間是聯(lián)系，從而起到保護(hù)油缸的作用。第二是防止空氣混入，以保證啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。 液壓機(jī)械手各種運(yùn)動(dòng)控制的控制，主要是改變進(jìn)入油泵的流量 Q。其控制方法有兩類(lèi)：一類(lèi)是采用定量泵，即利用調(diào)節(jié)節(jié)流閥的同流截面來(lái)改變進(jìn)入油缸或油馬達(dá)的流量；另一類(lèi)是采用變量泵，改變油泵的供油量。本機(jī)械手采用定量油泵節(jié)流調(diào)速回路。 根據(jù)各油泵的運(yùn)動(dòng)速度要求，可分別采用 LI型單向節(jié)流閥、 LCI型單項(xiàng)節(jié)流閥或 QI型單項(xiàng)調(diào)速閥等進(jìn)行調(diào)節(jié)。 節(jié)流調(diào)速閥的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單可靠、調(diào)速范圍大、價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：有壓力和流量損耗，在低速負(fù)荷傳動(dòng)時(shí)效率低，發(fā)熱大。 采用節(jié)流閥進(jìn)行截流調(diào)速時(shí)，負(fù)荷的變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起油缸速度的變化，使速度穩(wěn)定性差。其原因是負(fù)荷變化會(huì)引起節(jié)流閥進(jìn)出 油口的壓差變化，因而使通過(guò)節(jié)流閥的流量以至油缸的速度變化。 調(diào)速閥能夠隨負(fù)荷的變化而自動(dòng)調(diào)整和穩(wěn)定所通過(guò)的流量，使油缸的運(yùn)動(dòng)速度不受負(fù)荷變化的影響，對(duì)速度的平穩(wěn)性要求高的場(chǎng)合，宜用調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)截流調(diào)速。 在機(jī)械手液壓系統(tǒng)中，為控制各油缸、馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向和接通或關(guān)閉油路，通常采用二位二通、二位三通、二位四通電磁閥和電液動(dòng)滑閥，由電控系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)，控制電磁鐵操縱閥芯換向，使油缸及油馬達(dá)的油路換向，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和正反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 目前在在液壓系統(tǒng)中使用的電磁閥，按其電源的不同，可分為交流電 磁閥（ D型）和直流電磁閥（ E型）兩種。交流電磁閥的使用電壓一般為 220V（也有 380V或 36V），直流電磁閥的使用電壓一般為 24V（或 110V） 。這里采用交流電磁閥。交流電磁閥啟動(dòng)性能好，幻想時(shí)間段，接線簡(jiǎn)單，廉價(jià)，但是如吸不上時(shí)容易燒壞，可靠性差，換向時(shí)有沖擊，允許換向頻率低，壽命較短。 液壓系統(tǒng)圖的繪制是涉及液壓機(jī)械手的主要內(nèi)容之一。液壓系統(tǒng)圖是各種液壓元件為滿足機(jī)械手動(dòng)作要求的有機(jī)聯(lián)絡(luò)圖。它通常由一些典型的壓力控制、流量控制、方向控制回路加上一些專用回路所組成。 繪制液壓系 統(tǒng)圖的一半順序是：先確定油缸和油泵，再布置中間的控制調(diào)節(jié)回路和相應(yīng)元件，以及其他輔助裝置，從而組成整個(gè)液壓系統(tǒng)，并用液壓系統(tǒng)圖形符號(hào)，畫(huà)出液壓原理圖。 18 本液壓傳動(dòng)上料機(jī)械手主要是從一個(gè)地方拿到工件后，橫移一定的距離后把洞見(jiàn)給立式精鍛機(jī)進(jìn)行加工。它的動(dòng)作順序是：待料（即其實(shí)位置。手指閉合，待加料立放）→插定位銷(xiāo)→手臂前伸→手指張開(kāi)→手指夾料→手臂上升→手臂縮回→立柱橫移→手腕回轉(zhuǎn) 115176?！味ㄎ讳N(xiāo)→手臂回轉(zhuǎn) 115176。→插定位銷(xiāo)→手臂前伸→手臂中停（此時(shí)立式精鍛機(jī)的卡頭下降→卡頭夾 料，大泵卸荷）→手指松開(kāi)（此時(shí)精鍛機(jī)的卡頭夾著料上升）→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕翻轉(zhuǎn)（手腕復(fù)位）→拔定位銷(xiāo)→手臂反轉(zhuǎn)（上料機(jī)械手復(fù)位）→立柱回移（回到起始位置）→待料（一個(gè)循環(huán)結(jié)束）卸荷。 上述動(dòng)作均由電控系統(tǒng)發(fā)信控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進(jìn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)的，該電控系統(tǒng)的步進(jìn)控制環(huán)節(jié)采用步進(jìn)選線器，其步進(jìn)動(dòng)作是在每一步進(jìn)行完成后，使星辰開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)閉合或依據(jù)每一步動(dòng)作的預(yù)設(shè)停留時(shí)間，使時(shí)間繼電器動(dòng)作而發(fā)信，使步進(jìn)器順序?跳步?控制電磁閥的電磁鐵線圈通斷電，使電磁鐵按程序動(dòng)作（見(jiàn)電磁鐵動(dòng)作程序表） 實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 液壓系統(tǒng)原理如圖 8 所示。該系統(tǒng)選用功率 N=，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵 YB35/18，其公稱壓力為 60*10的五次方帕，流量為 35升 /分 +18升 /分 =53升 /分，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)為 30*10五次方帕，油箱容量選為 250升。手臂的升降油缸及伸縮油缸工作時(shí)兩個(gè)油泵同時(shí)供油；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)和手指加緊用的拉緊油缸以及手臂回轉(zhuǎn)的定位油缸工作時(shí)只有下油泵供油，大泵自動(dòng)卸荷。 手臂伸縮、手臂升降、手臂回轉(zhuǎn)、手臂橫向移動(dòng)和手腕回轉(zhuǎn)油路采用單項(xiàng)調(diào)速 閥（ QI63B、 QI25B、 QI10B） 19 回程節(jié)流，因而速度可調(diào)，工作平穩(wěn)。 手臂升降油缸支路設(shè)置有單項(xiàng)順序閥（ XI63B），可以調(diào)整順序閥的彈簧力使之在活塞、活塞桿及其支撐的手臂等自重所引起的油液壓力作用下仍保持?jǐn)嗦?。工作時(shí)油泵輸出的壓力油進(jìn)入升降油缸上腔，作用在順序閥的壓力增加使之接通，活塞便向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞要上升時(shí)，壓力油液經(jīng)單向閥進(jìn)入生將油缸下腔而不會(huì)被順序閥所阻，這樣采用單項(xiàng)順序閥克服手臂等自重，以防下滑，性能穩(wěn)定可靠。 手指加緊油缸支路裝有液腔單向閥（ IY25B） ，使手指加緊工件時(shí)不受系 統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響，保證手指加持工件牢靠。當(dāng)反向進(jìn)油時(shí)，又想通過(guò)控制油路將單向閥芯頂開(kāi)，使會(huì)有路接通，油液流回油箱。 在手臂回轉(zhuǎn)后的定位所用的定位油缸支路要比系統(tǒng)壓力低，為此在定位油缸支路前串聯(lián)有減壓閥（ J10） ,使定位油缸獲得適當(dāng)壓力為 15— 18*10的五次方帕，同時(shí)還給電液動(dòng)滑閥（或稱電業(yè)換向閥， 34DY63B） 來(lái)實(shí)現(xiàn)，空載卸荷不致使油溫升高。系統(tǒng)的壓力油溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)。 此系統(tǒng)四個(gè)主壓力油路的壓力測(cè)量，是通過(guò)轉(zhuǎn)換壓力表開(kāi)關(guān)（ K B）的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，被測(cè)量的四個(gè)主油路的壓力值，分別從壓力表（ Y60） 上表示出來(lái)。 下面以上料機(jī)械手的一個(gè)典型動(dòng)作程序?yàn)槔?，結(jié)合圖 8來(lái)說(shuō)明其動(dòng)作循環(huán)。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)雙聯(lián)葉片泵和 8回轉(zhuǎn)，油液從郵箱 1中通過(guò)網(wǎng)式濾油器和 2和 7，經(jīng)過(guò)葉片泵被送到工作油路中去，如果機(jī)械手還未啟動(dòng)，則油液通過(guò)二位二通電磁閥 5和 10（電磁鐵 11DY和 12DT通電）進(jìn)行卸荷。 當(dāng)熱棒料到達(dá)上料的位置后，由于 1150℃的熱料使廣電繼電器發(fā)出電信號(hào)（或經(jīng)過(guò)人工啟動(dòng)），經(jīng)過(guò)步進(jìn)選線器跳步，使機(jī)械手開(kāi)始按程序動(dòng)作。此時(shí)卸荷停止（二位二通電磁閥 5和 10的電磁鐵斷電），電磁鐵8DY通電，壓力油進(jìn)到定位油缸的無(wú)桿 腔進(jìn)行定位動(dòng)作。定位后此油路系統(tǒng)壓力升高，壓力繼電器 40發(fā)出電信號(hào)，經(jīng)過(guò)步進(jìn)選線器跳步使電磁鐵 1DY通電，電液換向閥 25從? O?型滑閥技能狀態(tài)變成路通路 油泵從 3和 8 經(jīng)單向閥 14 和 13，經(jīng)過(guò)電液換向閥 25右邊通道進(jìn)入手臂伸縮油缸的右腔，使活塞桿帶動(dòng)導(dǎo)向桿做前伸運(yùn)動(dòng)（因活塞缸固定），手臂前伸