【正文】 PLC 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示 圖 PLC 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本設(shè)計選用的海為 PLC 的 特點 Haiwell 系列 PLC 是一款按 IEC61131 國際標準開發(fā)的通用型高性價比的小型編程控制器，它具有以下特點： 1） 內(nèi)置 PLC 仿真器：國內(nèi)第一個帶內(nèi)置仿真器的 PLC 編程軟件，全面實現(xiàn)了 PLC程序的仿真運行 。選用可編程控制器（ PLC）為 6135 柴油機油泵凸輪軸自動生產(chǎn)線送料機械手 的控制系統(tǒng)。 不論自動電氣控制裝置復雜程度如何，對于生產(chǎn)線及各種功能的 機械手來說，一般都要求電氣控制系統(tǒng)按照預先規(guī)定的動作程序進行順序控制。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 29 頁 5 控制系統(tǒng)的設(shè)計 工業(yè)機械手的電器控制系統(tǒng)相當于人的大腦，它指揮機械手的動作，并協(xié)調(diào)機械手與生產(chǎn)系統(tǒng)之間的關(guān)系。 1） 確定油泵的工作壓力 P 泵 P 泵 ≥ P+ ∑ △ p 式中 P——油缸的最大工作油壓 （ MP）； ∑ △ p ——壓力油路（進油路）各部分壓力損失之和，其中包括各種元件的局部損失和管道的沿程損失。 液壓系統(tǒng)的合成和完善 在上述主要液壓回路選好后，再加上其它功用的輔助油路（如卸荷、測壓等油路），就可以進行合并，完善為完整的液壓系統(tǒng)，并編制液壓系統(tǒng)動作循環(huán)及電磁鐵動作順 序表。根據(jù)各種不同的要求，減壓閥可將油路分成不同的減壓回路，以得到各種不同的工作壓力。 本機械手選取 Y63B 型溢流閥。只有負載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時開啟溢流，進行過載保護，使系統(tǒng)壓力不再增加（通常使 溢流閥的調(diào)定壓力比系統(tǒng)最高工作壓力高 10％～ 20％）。（ 2）安全保護作用。當系統(tǒng)壓力增大時，使流量需求減小。此閥結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，但沒有壓力和溫度補償裝置，閥前后的壓力差隨負載和油溫的變化而變化，因此只適用于油溫變化較小的系統(tǒng)。 L 型節(jié)流閥是筒式流量控制閥門。本機械手采用 3 個換向閥： 24E10B 型 2 個， 34E63B 型 1 個。 圖 緩沖回路 控制元件 —— 方向閥、壓力閥 控制元件是標準件，其選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最高工作壓力和通過該閥的最大流量。也可以在油路中設(shè)置單向行程節(jié)流閥進行緩沖，它有可靠性好，定位 精度高的特點，但在自動化程度和通用性方面不如上述方案。如圖 所示采用一個二位二通電磁換向閥和一個節(jié)流閥形成緩沖回路?？紤]到 本設(shè)計的動作簡單，為使系統(tǒng)簡潔，減少成本，故選用單泵供油系統(tǒng)。優(yōu)點是系統(tǒng)較為簡單，所需的元件較少，經(jīng)濟性好。 在一般情況下，機械手的各個部位是分別動作的，手臂橫移油缸所需的流量較小，手臂伸縮缸的流量較大，這兩組缸所需的流量相差較大，這樣可以選擇如圖 所示的單泵供油系統(tǒng)。盡管有的液壓缸是單一速度工 作，但也需要進行節(jié)流調(diào)速，用以保證液壓缸的平穩(wěn)運行。選電磁閥便于自動化控制，選中位為 O 型使定位準確，如圖 。 液壓機械手一般采用單泵或雙泵供油，手臂伸縮、手臂 俯仰、手臂旋轉(zhuǎn)等機構(gòu)采 用并聯(lián)供油，這樣可有效降低系統(tǒng)的供油壓力，此時為了保證多缸運動的系統(tǒng)互不干擾，實現(xiàn)同步或非同步運動，換向閥需采用中位 “O”型換向閥。 為了減少泄漏，減少摩擦，所以必須使零件配合間隙要小，因此零件的加工質(zhì)量要求就較高，成本也就提高了。 各種液壓系統(tǒng)都是由液壓元件構(gòu)成，因此對液壓元件實現(xiàn)標準化、系列化，可大大提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 5）工作介質(zhì)，即各種液壓油或乳化液。 4）輔助元件，它是除上述三項以外的其他裝置，如油箱，濾油器，油管，管接頭等。 3）調(diào)節(jié)控制元件，它是控制液壓系統(tǒng)中 油液的能量，壓力和流動方向的裝置，是流量閥，壓力閥，方向閥等的總稱。 液壓系統(tǒng)的組成 1）能源裝置，它是將電機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能（壓力和流量）輸出的能量轉(zhuǎn)換裝置，一般最常見的是液壓泵。液壓動力機構(gòu)多數(shù)情況下采用直線液壓缸或擺動液壓缸。它的優(yōu)點是：動力大、力（或力矩）慣性比大、快速響應高、易于實現(xiàn)直 接驅(qū)動等。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 4 液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 液壓系統(tǒng)自 60 年代初至今，已在機械手中獲得廣泛應用。 p1——液壓缸的工作壓力（ Pa） 。 N= 294= ② F 封 — 密封處的摩擦力 (N) 這里 F 封 = F 封 1+F 封 2 式中 F 封 F 封 2分別為活塞桿和缸蓋處， 活塞與缸壁處密封裝置的摩擦阻力，其值隨密封結(jié)構(gòu)的不同而異。 缸蓋螺釘?shù)挠嬎悖? 螺釘數(shù)目 1tDz O?? （ 38） 式中 DO ― 螺釘中心所在圓的直徑 t1― 螺釘間距，查表 67 知 間距應小于 100mm；取 40mm ∴ ??? ?z 取 z=5 螺釘強度校核 ? ????? ??? 212144dQdQ jO合 （ 39） 或 ? ??? jQd 41? （ 310） 式中 Q O =Q+QS Q― 工作載荷 Q= NZPDZF 5 622??????? ?? QS― 剩余鎖緊力 QS=K Q ； K=～ Qj― 計算載荷 Qj= 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 ［σ］― 許用拉應力 ［σ］ =nS? ， n=～ ； 設(shè)材料為 45 號鋼，查得 σ S=360MP 經(jīng)計算得 d1≥ 綜合考慮選用 M6 的 內(nèi)六角圓柱頭 螺釘 。 5）油缸端蓋的連接方式及強度計算 油缸體與缸蓋的連接方式和油缸的工作壓力、選用材料以及工作條件有關(guān)。 所以 d＝ 20mm 是滿足要求的。對與桿長大于直徑的 15 倍（即 l15d）的活塞桿還必須具有足夠的穩(wěn)定性。 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 d——活塞桿直徑（ m）； D——液壓缸內(nèi)徑（ m）； η ——液壓缸機械效率，在工程機械中用耐油橡膠可取η =； 由 總體設(shè)計 可知液壓缸口朝下，所以當活塞上升時液壓油進入的是有桿腔。 3）手臂動作應靈活 為減少手臂運動件之間的云工阻力，盡可能用滾動摩擦代替滑動摩擦，其傳動件、導向件和定位件布置應合理，使手臂運動過程盡可 能平衡，以減少對升降支承軸線的偏心力矩，以防卡死 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 手臂 升降油缸 設(shè)計的計算 1） 升降油缸的驅(qū)動力計算 根據(jù)手臂升降油缸驅(qū)動時所需克服負載、摩擦、密封裝置及慣性等幾個方面的阻力，確定 油缸工作受力分析如圖 圖 升降油缸工作受力圖 ∴ 上升時： Pq=F 摩 ＋ F 慣 ＋ F 回 ＋ G 下降時： Pq=F 摩 ＋ F 慣 ＋ F 回 － G 式中 ① G— 臂部運動部件的重量 (N) 升降油缸手臂重量： 工件： 3 ㎏；手部： 4 ㎏；導向桿： 1 ㎏； 活塞桿： 1/4πD2hρ=1/4π202428106 = ㎏ 缸體：壁厚取 δ=8㎜， 2πRhδρ=2π203608106 = ㎏ 油： πD2hρ=π402350106= ㎏ 活塞： 1/4πD2hρ=1/4π40210106= ㎏ 總重量： 3+4+1+++= ㎏ 考慮到安全系數(shù)，取總重量 M 為 20 ㎏，則 G=20=196N 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 ② F 慣 — 起動的慣性力 (N)；可按如下近似計算： F 慣 =tg V??總G （ 33） 式中， ΔV—速度變化量（ m/s） ,又 ΔV最大為 200 ㎜ /s； Δt—啟動過程的時間（ s） ,一般為 ～ ； Δt對于輕載低速部件取小值，對于重載高速部件取大值，由于該機械手臂運動時速度不高，且工作載荷不大，取 Δt=. F 慣 = NN ?? ③ F 回 — 油缸回腔低壓油液所造成的阻力，一般背壓力較小，可按 F 回 = 計算， F 回 = 196= ④ F 摩 — 各支承處的摩擦力 (N)； 當量摩擦系數(shù) μ′=(～ )μ 對于靜摩擦且無潤滑時，鋼對鑄鐵： μ=～ ，取 μ= 則 μ′=(～ )=～ 如圖 圖 活塞桿受力分析 升降導向立柱不自鎖，必須 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 G＞ F1+F2=2 F1=2 FR1f 由平衡條件： FR1 =FR2 ， GR= FR2h 解得： h＞ 取 h=10 ㎜，滿足不自鎖條件，則摩擦力為： F 摩 = NNhG R ffF R 1 ?????? ∴ 上升時： Pq=F 摩 ＋ F 慣 ＋ F 回 ＋ G=+50++196=491N 下降時： Pq=F 摩 ＋ F 慣 ＋ F 回 － G=+50+－ 196=295N 2） 升降 油缸 結(jié)構(gòu)尺寸計算 雙作用液壓缸示意圖如圖 圖 雙作用液壓缸示意圖 當油進入無桿腔時： F＝ F1η= p2D4? η 當油進入有桿腔時： F＝ F2η= pd )D(4 22 ?? η 液壓缸的有效面積： S=1pF 故有： D＝??1p4F＝ ??1pF（無桿腔） （ 34） D＝ 21dp4 ＋??F （有桿腔） （ 35） 式中 F——驅(qū)動力（ N） 。 ③ 注意簡化結(jié)構(gòu)，元件越多，間隙越大，剛性就越低，因此應盡量使結(jié)構(gòu)簡單。 手臂的組成部分如管路、冷卻裝置、行程定位裝置、油缸、反饋裝置等直接影響機械手的工作性能。 3） 懸掛式： 手臂懸掛在橫梁上，這是一種常見的配置形式，其最大的特點是占地面積小，能有效地利用空間，橫梁可以是固定的，也可以是行走的，機器或機械手的臂部可安裝在廠房原有建筑的柱梁上，也可以從 地面上架設(shè)，可安裝在有關(guān)設(shè)備上方，也可以安裝在懸升梁上。其種類和 遼寧科技大學本科 生 畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 優(yōu)點分別為： 1） 機座式： 多為工業(yè)機器人 所采用，機器上可以裝上獨立的驅(qū)動與控制系統(tǒng)，便于搬運和安放，機座底部也可以安裝行走機構(gòu)，以擴大其活動范圍。 手臂的配置形式 機械手的手臂配置形式基本上反映了它的總體布局，運動要求、操作系統(tǒng)、工作對象的不同，手臂的配置形式也不完全相同。范圍內(nèi)取 p－－ 彈簧的節(jié)距 p=（ ～ ） D 令 p=3 則 ? = 取 ? =6186。 幾何參數(shù)的計算 選用彈簧鋼絲的直徑 d 為 2mm 中徑 D=C d 其中 C 為旋繞比，查表 166 取 C=5 內(nèi)徑 D1=D－ d 外徑 D2=D＋ d 計算得 D=10mm D1= 8mm D2=12mm ?? dparctan? （ 32） 式中 ? －－ 彈簧的螺旋升角，對于圓柱壓 縮彈簧一般在 5186。 K2 可近視按下式估算 K2 ＝ 1＋ga 其中 a—— 運載工件時重力方向的最大上升加速度； g —— 重力加速度， g≈ ； a＝響tvmax vmax——運載工件時重力方向的最大上升速度； t 響 ——系統(tǒng)達到最高速度的時間；根據(jù)設(shè)計參數(shù)選取，一般取 K3——方位系數(shù)，根據(jù)手指與 工件位置不同進行選定 G——被抓取工件所受重力（ N） 計算步驟： 取