【導(dǎo)讀】手指夾緊力及液壓缸驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算液壓缸的選用??????手臂Z方向升降運(yùn)動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用?????本文主要針對(duì)生產(chǎn)線。上的自動(dòng)化設(shè)計(jì)了一個(gè)三個(gè)自由度的通用翻轉(zhuǎn)機(jī)械手。為實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的動(dòng)作要求，該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)。實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化的

　　

【正文】 ?VvdR e 查參考文獻(xiàn)［ 1］中表 2— 3 判斷出油管中液流為層流狀態(tài)，其行程阻力系數(shù)為： M p 64/64 ＝?? eR? 回路壓力損失為： 28 221 6 4 L 4 9 1 8 0 . 8 9 60 . 0 7 7 0 . 0 0 4 5 42 0 . 0 2 5 2 ae vP M PRd ? ?? ? ? ? ? ? ? ? (27) 局部壓力損失驗(yàn)算 局部壓力損失包括通過管路和管接頭處的管路局部壓力損失 2P? ，以及通過控制閥的局部壓力損失 3P? ，但由于管路局部壓力損失相對(duì)控制閥的局部壓力損失小得多，所以主要計(jì)算 控制閥的局部壓力損失。 從原理圖可以看出，從齒輪泵出口到升降缸進(jìn)油口要經(jīng)過電磁換向閥，調(diào)速閥。手臂升降電磁換向閥的額定流量為 min/63 ，調(diào)速閥的額定流量為 min/63 ，實(shí)際流量為 min/ ，額定壓力損失 ；手腕回轉(zhuǎn)電磁換向閥的額定流量為 min/10 ，調(diào)速閥的額定流量為 min/6 ，實(shí)際流量為 min/ ，額定壓力損失為 ；手指夾緊電磁換向閥的額定流量為 min/10 ，調(diào)速閥的額定流量為 min/6 ，實(shí)際流量為 min/ ，額定壓力損失為 。代入下式，則局部壓力損失為： 2 2 2 2 2 2 22 2 6 .4 2 6 .4 2 .8 2 .8 4 .8 4 .80 .2 0 .3 0 0 0 4 36 3 6 3 1 0 6 1 0 6nanQP P M PQ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ［ ＋ ＋ ＋ ］ 系統(tǒng)總壓力損失計(jì)算 12 0 . 0 0 4 5 4 0 . 3 0 0 0 4 3 0 . 3 0 4 9 7 aP P P M P? ? ? ? ? ? ? ? 由以上計(jì)算結(jié)果知：系統(tǒng)總壓力損失小于計(jì)算時(shí)的估取損失值，故之前設(shè)計(jì)計(jì)算合理。 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升 這項(xiàng)驗(yàn)算時(shí)用熱平衡原理來對(duì)油液的溫升值進(jìn)行估計(jì)。單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的熱量 ? ?kwHi 是液壓泵輸入功率 iP 和液壓執(zhí)行元件有效功率 0P 之差，假如這些熱量全部由油箱散發(fā)出去，不考慮系統(tǒng)其他部分的散熱效能，則油液溫升的估算公式可以根據(jù)不同的條件分別從有關(guān)的手冊(cè)中找出來。油液溫 升 ? ?CT? 的計(jì)算式可以用單位時(shí)間內(nèi)輸入熱量 ? ?kwHi 和油箱有效容積 ??LV 近似地表示成： 2211 AKAKPT hr??? (28) 液壓系統(tǒng)工作時(shí)，除開執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，使油溫升高。 （ 1）液壓泵的功率損失： ? ? ? ? kwtPPTP iZi irith 11 ???????? ?? ? 29 式中 tT —— 工作循環(huán)周期 riP —— 液壓泵的輸入功率 iP? —— 各臺(tái)液壓泵的總效率 it —— 第 i 臺(tái)泵的工作時(shí)間 Z—— 投入工作的液壓泵的臺(tái)數(shù) （ 2）液壓執(zhí)行元件的功率損失： ? ? ? ? kwtPTP imi irith201111 12 ???????? ?? ? （ 3）溢流閥的功率損失： kwQPPyyh 0 0 4 102 0 33 ?????? （ 4）液壓油液流經(jīng)閥或管路的功率損失： kwPQP h 364 ??????? ? 總的功率損失： kwPPPPP hhhhhr 0 2 5 5 0 4 ????????? 由公式（ ）計(jì)算，油液溫升為： ℃℃ ????????? AKAK PT hr 式中 1A —— 油箱的散熱面積 2A —— 油管的散熱面積 1K 、 2K —— 散熱系數(shù) 經(jīng)計(jì)算，溫升沒有超過所選型號(hào)液壓油的允許使用范圍，因此本設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中不需要冷卻器。 9 可編程控制器 PLC PLC 簡介 自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來， PLC 得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)， PLC 的功能也不斷完善。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控 30 制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， PLC 在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 PLC 是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的 PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入 PLC 的用 戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。 PLC的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加 1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為 END 指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。 PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在 1微秒到幾十微秒之間。 PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算 1K 邏輯程序不到 1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理， 16 位（也有 32 位的）為一個(gè)模擬量。大型 PLC 使用另外一個(gè) CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給 PLC 的控制器。 相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大約能省 40%左右）。PLC 沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比 DCS 要低很多。一個(gè) PLC 的控制器，可以接收幾千個(gè) I/O點(diǎn)（最多可達(dá) 8000 多個(gè) I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用 PLC 較為合適。 PLC 由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近 10 年來，隨著 PLC 價(jià)格的不斷降低和用戶需求的 不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用 PLC 進(jìn)行控制， PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi) PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。 通用 PLC 應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但 PLC 相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用 PLC或定制 PLC 取代嵌入式控制器 。 9. 2 PLC 內(nèi)部原理 PLC 實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一 的。如圖 所示， PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示： 31 圖 PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖 : PLC handware basic stuction of FIG （ 1）中央處理單元（ CPU） 中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯(cuò)誤。 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū) , 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。 （ 2）存儲(chǔ)器 與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的 PLC。PLC 的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 PLC 存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理， 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。 A. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) 編程器 中 央 處 理 單 元 （ CPU） 輸入電路 輸出電路 系 統(tǒng) 程 序 存 儲(chǔ) 區(qū) 用 戶 程 序 存 儲(chǔ) 區(qū) 電源 32 在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC 的各項(xiàng)功能。 B. 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲(chǔ)區(qū)。 （ A） I/O 映象區(qū) 由于 PLC 投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（ RAM）以供存放 I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱作 I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（ bit） , 一個(gè)模擬量 I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（ 16個(gè) bit)。因此，整個(gè) I/O 映 象區(qū)可看作由開關(guān)量的 I/O映象區(qū)和模擬量的 I/O 映象區(qū)兩部分組成。 （ B） 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在 PLC 斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng) PLC 停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。 C．用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的 PLC其存儲(chǔ)容 量各不相同，一般來說，隨著 PLC 機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過對(duì)于新型的 PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。 D． 常用的 I/O 分類 常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 33 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 （ 3） PLC 電源 PLC 電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的 PLC，還是中、大型的 PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對(duì) PLC 內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù) 10%（ 15%）之間，因此可以直接將 PLC 接入到交流電網(wǎng)上去。 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編程序控制 器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關(guān)）提供 24V 直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。 9. 3 PLC 的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來 實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到 STOP 工作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時(shí)完成的。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)