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1、精选优质文档-倾情为你奉上 本 科 毕 业 论 文（设 计）机车轴承座自动上下料专用机构设计Locomotive bearing automatic up and down material special mechanism design学 生 姓 名： 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 审 阅 教 师： 完 成 日 期： 独创性说明作者郑重声明：本毕业论文（设计）是我个人在指导教师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得辽东学院或其他单位的学位或证书所使用
2、过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：_ 日期：_ _ 专心-专注-专业摘 要本次所设计的课题是:机车轴承座自动上下料专用机构.此零件的主要作用是用来承载轴承。本次毕业设计主要研究上下料机构的设计，所要完成的任务包括：绘制零件图自动上下料机械手结构图及相关零件图，液压原理图和控制部分（电气原理图，流程图和梯形图）。设计自动上下料机械手时，采用液压缸来控制机械手的各个运动，分别由夹紧缸，升降缸，回转缸和移动缸组成。并采用PLC控制其电气部分。该机械手不但可以在自动生产线上完成抓取工件，提升一定高度、旋转、移位、松开工件等几项基本功能，而且
3、还可保证抓取可靠、灵活，送放平稳，定位可靠。根据需要，我们采用4个自由度数的圆柱坐标式机械手，并采用液压系统驱动和PLC控制相结合的方式。本文对该机械手从机、电、液三方面作了详细介绍，着重阐述了该机械手机构部分的设计过程，主要确定了夹紧液压缸、升降液压缸、回转液压缸和平移液压缸的结构和尺寸，并根据实际需要，设计了相应的液压系统原理图、电气系统原理图、程序流程图和梯形图。关键词：机械手；液压驱动；PLC控制Locomotive bearing automatic up and down material special mechanism designAbstract This design t
4、opic is: the locomotive bearing automatic up and down material special institutions. This part mainly is used for bearing bearing.This graduation project main research on feeding mechanism design, to complete the tasks include: drawing , manipulator for automatic loading and unloading structure diag
5、ram and related parts diagram, hydraulic schematic diagram and a control section ( electrical schematic diagram, diagram and ladder diagram ).Design of automatic loading and unloading mechanical hand, uses the hydraulic cylinder to control of the manipulator motion, respectively by the clamping cyli
6、nder, a lifting cylinder, rotary cylinder and a moving cylinder. And the use of Programmable Logic Controller control the electrical part.The mechanical hand can not only in the automatic production line to complete workpiece gripping, lifted to certain height, rotate, shift, release a workpiece and
7、 other basic functions, but also can ensure the grab reliable, flexible, smooth feeding, positioning is reliable. According to the need, we used a 4degrees of freedom of the cylindrical coordinate manipulator, and driven by a hydraulic system and a control method combined with Programmable Logic Con
8、troller.In this paper, the mechanical hand from the machine, electricity, liquid three aspects in detail, and emphatically expounds the mechanical hand mechanism are part of the design process, the main identified clamp hydraulic cylinder, hydraulic cylinder, hydraulic cylinder and the translation h
9、ydraulic cylinder structure and size, and according to the actual needs, design the corresponding hydraulic system principle diagram, electrical system principle diagram, program flow diagram and ladder diagram.Keywords: manipulator; the hydraulic pressure systems driving; Programmable Logic Control
10、ler controlling目 录一、自动上下料机构的设计该装置是一个自动上下料机构，用于机车轴承座生产线上，主要完成夹紧工件后将工件提升一定高度再旋转、移位。其主要技术指标如下：1. 工件重量约为75Kg；2. 工件最大尺寸（长，宽，高）：44092290（具体见零件图）；3. 最大操作范围：提升高度为70mm，转动角度为90，水平移动为400mm；4. 机械手的自由度数为4（夹紧/松开，升降，移动，回转）5装料高度：1100mm；6性能要求：夹紧可靠、灵活，松放平稳，定位可靠。在满足上述各项功能的前提下，根据机械手所要实现的基本功能，我们采用圆柱坐标式机械手。其运动过程为手指的夹紧/松开
11、，手臂的升降、纵向移动和回转。根据实际需要我们选用液压传动机械手：以油液的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是：能得到较大的输出力、液压传动滞后现象小，反应较灵敏，输出力和运动速度控制较容易，可达到较高的定位精度。分别采用夹紧缸、升降缸、移动缸和回转缸来控制机械手的夹/松、升/降、前/后移动和回转。并且用PLC来控制各液压缸动作的先后顺序。二、机械手的具体设计（一）臂部的设计1.1夹紧缸的设计1.类型：由液压缸工作条件及设备用途方面考虑，选用双作用单活塞杆液压缸。2.本参数的确定(1)液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 （2.10）根据参考资料2表37.5-3，37.5-5查得，P1=5MPa，
12、P2=0.3MPa。所以D=78mm。根据参考资料2，表37.5-8，取标准值D=80mm。根据参考资料2，37.5-6取d/D=0.45，因此d=0.45D=36mm。(2)壁厚及外径计算 液压缸的壁厚是指缸筒结构中最薄处厚度。由于本次设计中系统的工作压力较低，属于中低压系统，液压缸的壁厚无法用公式进行计算，只能按经验选取=20mm。缸体的外径D1=D=+2=80+220=120mm。(3)缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖, 夹紧缸缸盖无孔，可按下式计算： (2.11)式中 t缸盖有效厚度(mm)； D2 缸盖止口内径(mm)；D2=80mm； 缸盖材料的许用应力,其材料为HT200,
13、=25。mm取t=20mm(4)最小导向长度的确定对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求: （2.12） 式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。则 H41.5mm取H=70mm活塞的宽度B一般取B=(0.61.0)D, 则夹紧缸的活塞宽度B=4880mm,取B=50mm即可。(5)夹紧缸工作行程的确定液压缸工作行程长度,可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。夹紧缸的工作行程等于夹紧工件到松开工件,活塞移动的距离,它的工作行程较 小,确定为35mm即可。(6)缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和.缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不
14、应大于内径的2030倍。则夹紧缸缸体长度L=30+50+20+20+15=135mm。1.2 升降缸的设计1.类型：由液压缸工作条件及设备用途方面考虑，选用双作用活塞杆液压缸。2.本参数的确定(1)液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 （2.13）根据参考资料2表37.5-3，37.5-5查得，P1=2MPa，P2=0.3MPa。所以D=126mm。根据参考资料2，表37.5-8，取标准值D=130mm。根据参考资料2，37.5-6取d/D=0.45，因此d=0.45D=110mm。(2)壁厚及外径计算 液压缸的壁厚是指缸筒结构中最薄处厚度。由于本次设计中系统的工作压力较低，属于中低压系统，液压缸
15、的壁厚无法用公式进行计算，只能按经验选取=20mm。缸体的外径 D1=D=+2=130+220=170mm。此外由于在进出油口上有凸台,其内径D=130 mm,外径 D2=200 mm,具体见零件图。(3)升降缸工作行程的确定升降缸的工作行程等于机械手夹紧工件后所提升的最大高度为70mm。(4)缸盖厚度的确定升降缸缸盖上有连接缸体的孔,其有效厚度t按有孔进行近似计算。由公式(2.11) 式中 t缸盖有效厚度(mm)； D2缸盖止口内径(mm)；D2=110mm； d0缸盖孔的直径(mm)； d0=16mm； 缸盖材料的许用应力,其材料为HT200, =25。则 mm取t=18mm(5)最小导向
16、长度的确定对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求:由公式(2.12) 式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。则H=68.5mm取H=136mm活塞的宽度B一般取B=(0.61.0)D, 则升降缸的活塞宽度B=78130mm,取B=90mm即可。(6)缸体长度的确定则升降缸缸体长度L=20+70+90+30+136=346mm。1.3 回转缸的设计1.液压缸主要尺寸的确定(1)液压缸工作压力的确定回转缸的工作压力初步确定为P=4。(2)液压缸内径D的确定 （2.14）式中 作用在动片上的外负载力矩；=650； 驱动力矩； 回转缸的机械效率；取=0.90；则驱动力矩 液压缸内径 （2.
17、15）式中 P回转缸的工作压力； P=4； b动片宽度； b=25mm； d输出轴与动片联接处的直径； d=120mm。则170mm 则回转缸内径D=170mm(3)液压缸壁厚和外径的计算因回转缸缸体与升降缸缸体连接在一起,根据设计的需要,二者的外径相等。则 D1=220mm，其壁厚mm。(4)定片尺寸的确定定片是大圆半径为85、小圆半径为60的四分之一圆环,其两侧均开有径向槽,并和外圆端面的三角槽相通,便于启动时通压力油,当动片摆至终点时还能起到一定的缓冲作用。定片固定在回转缸的缸体上，由一个内六角圆柱头螺钉和一个圆柱销将定片与缸体固定在一起。(5)动片尺寸的确定由于回转缸的作用是带动机械手
18、手臂转动90,因此动片的形状是一个180的半圆环形弧,其外径为85,内径为60,宽度为25,与定片尺寸相同。动片固定在带动轴一起转动的花键套上。为了使通油顺畅，在动片的两侧也分别开有一个径向槽和一个三角槽。回转缸缸体长度没有特别要求,但也不要过长或过短,只要满足要求即可。 回转缸缸体长度定为140mm。(6)动片和定片的长度的确定动片和定片的长度等于缸体长度减去缸体与升降缸连接部分的长度和缸盖伸进缸体内部的长度。因此，L=140-20-20=100mm。(7)缸盖厚度的确定厚度初步确定为20 mm，再验算其挤压强度。先估算重量:N其挤压强度0.04缸盖材料为HT200,其许用应力=25显然,则
19、缸盖的挤压强度满足要求。即缸盖厚度尺寸为：mm。 （二）机身各部分的设计2.1 移动缸的设计1液压缸主要尺寸的确定(1)液压缸工作压力的确定移动缸的工作压力初步确定为=3。(2)液压缸内径D和活塞杆直径d的确定得: P=15080N (2.16)式中 F作用在活塞上的总机械载荷,F=14330N； P作用在活塞上的实际工作载荷； 液压缸的机械效率，一般=0.90.97,取=0.95 得: P= (2.17) 则液压缸内径mm 按液压缸工作压力=3,选取=0.5则活塞杆直径d=0.5D=0.580=40mm (3) 液压缸壁厚和外径的计算对于液压缸的内径D与其壁厚的比值D/10的厚壁圆筒,其壁厚
20、按公式进行计算: (2.18)式中 Py试验压力，一般取最大工作压力的(1.251.5)倍,取Py=1.3P=1.33=3.9； 缸筒材料的许用应力, 材料为45钢,其许用应力=115。则 15.2mm取壁厚=16mm则缸筒外径80+162=112mm(4)移动缸工作行程的确定移动缸主要用于带动滑板和滑板上手臂的各部分做平行移动，因此它的工作行程等于L=400mm。但由于此处采用了齿轮齿条传动的增倍机构，所以对于活塞杆或移动缸来说其工作行程实际为200mm。(5)缸盖厚度的确定移动缸缸盖上有连接缸体的孔,其有效厚度t按有孔进行近似计算。由公式(2.11) 则 19.3mm取t=20mm(6)最
21、小导向长度的确定对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求:由公式 (2.19) 则 H=50mm取H=60mm活塞的宽度B一般取B=(0.61.0)D, 则移动缸的活塞宽度B=4880mm,取B=50mm即可。(7)缸体长度的确定则移动缸缸体长度L=200+50+20+20=290mm。2.2 齿轮轴的设计在手臂伸缩运动中，为了使手臂移动的距离和速度有定值的增加，可以采用齿轮齿条传动的增倍机构。移动缸中滑板的移动就是通过齿轮齿条增倍机构来实现的。如图2.1示为其运动原理图，活塞杆1驱动齿轮2运动时带动运动齿条3移动，它相当于以固定齿条4和运动齿轮2的啮合点P为支点，象杠杆一样推动运动齿条3
22、作增倍的移动，如图中的相似三角形所示。运动齿条3的运动与齿轮的直径无关，而与活塞杆1的移动距离(或速度)成两倍的关系。 图2.1 增倍机构原理图1齿轮轴的材料选择该齿轮齿条传动过程中无特别要求，为了便于制造，采用软齿面齿轮。齿轮轴材料选用45钢，进行调质处理，硬度为220250HBS，计算时取240HBS。2. 齿轮轴的主要尺寸的确定分度圆直径: d=mz=425=100mm 齿根圆直径: df=(z-2.5)m=4(25-2.5)=90mm齿顶圆直径: da=(z+2)m=4(25+2)=108mm压力角: =20基圆直径： db=dcos=100cos20=94mm齿距： p=m=4=12
23、.56mm齿轮宽度: mm3齿轮轴的结构设计齿轮轴主要分为两大部分：一部分用于传动齿条，另一部分联接活塞杆。其中传动齿轮的部分做成齿轮的形状，具体尺寸见上面的计算部分。联接活塞杆的部分做成轴的形状，与移动缸的活塞杆上的孔形成间隙配合。其下端用三个小圆螺母进行紧固。它与齿条的高度可由挡圈来调整。4齿条的设计齿条是与齿轮啮合，传递运动的。它与齿轮正确啮合的条件是它的基圆齿距与齿轮的基圆齿距相等，即它与齿轮的模数和压力角相等。根据齿条的运动状态分为运动齿条和固定齿条两种。运动齿条固定在滑板上，随滑板一起运动。在一根导轨上加工出齿条作为固定齿条，齿轮在其上面滚动，从而带动运动齿条和滑板一起运动。这两种
24、齿条都与同一个齿轮相啮合，因此它们的基本参数都相同。齿条的材料与齿轮一样也选45钢，并采用正火处理，硬度为162217HBS， 计算时取200HBS。齿条的主要尺寸如下所示：模数： =4压力角： =20齿顶高： ha=4mm齿根高： hf=1.25=5mm齿距： P= =12.56mm齿厚： s=mm齿槽宽： e=mm整个齿条的长度L根据机械手水平移动的距离S和齿轮的齿顶圆直径da及一定的储备量y来确定。即L=mm,取齿条的长度L=400mm。则齿数：，取Z=31其宽度b没有特别要求，但为了提高齿条的强度，并保证运动的平稳性，将齿条的宽度取得比齿轮的宽度稍大，b=35mm。并根据需要取其厚度h
25、=20mm。2.3 滑板的设计滑板的主要功能是支撑夹紧缸、升降缸和回转缸的重量,并带动手臂和工件在导轨上水平移动。对于滑板没有严格的机械性能要求，材料选用HT200，采用铸造毛坯。1.滑板的主要结构设计 因为滑板要通过导轨来实现平移，所以要做两端带孔，用来和导轨配合。滑板上支撑着回转缸，升降缸和夹紧缸。2.滑板的主要尺寸的确定 (1)滑板的长、宽、高的确定根据使用的需要,滑板的外形尺寸初步确定为380600120mm,在下面将对其进行强度校核。(2)板上的孔的尺寸的确定由于滑板在导轨上滑动,因此滑板上的孔的尺寸根据导轨的直径来确定。导轨的材料为45钢,其尺寸初步确定为60mmH9,与其形成间隙
26、配合的滑板上的孔的尺寸初步确定为60mmh9.在滑板与回转缸缸盖相连的部分,铣出一个半径为128m,深度为20 mm的圆孔便于安装。(3)板的弯曲强度在滑板的中点处,产生最大弯矩.如图2.2示:最大弯矩 （2.20）式中 G滑板的重量； G=1877N b滑板的宽度。 b=600mm则图2.2 滑板弯矩图而矩形截面的抗弯截面系数为： （2.21）式中 l滑板的长度； l=380mm h滑板的高度。 h=120mm则 0.31滑板材料为HT200,其许用应力=25。显然,则滑板的强度满足要求。2.4导轨的设计导轨的作用是承受滑板和滑板上机械手的重量,并对滑板的平移运动导向。为了使滑板带动机械手平
27、移时运动平稳，选用两根导轨对称布置。把其中一根导轨上面加工出齿条，作为固定齿条；而另一根做成普通的光杆导轨即可。1.选择导轨的材料对导轨无特殊要求，选用45钢，并作正火处理，硬度为162217HBS。2.导轨的结构设计(1)拟定导轨上零件的装配方案导轨上零件包括滑板、移动套筒、圆螺母、隔套和支架依次由左端装配，而移动套筒、圆螺母、隔套、支架由右端依次装配。(2)根据导轨上零件的长度和机械手水平移动的距离确定导轨的长度导轨各部分长度(从左到右)依次为:装支架段: L1=160mm装隔套段: L2=50mm装螺母段: L3=10mm装移动套筒段: L4=300mm滑板的移动空间段: L5=400m
28、m装滑板段: L6=360mm装移动套筒段: L7=290mm装圆螺母段: L8=10mm装隔套段: L9=50mm装支架段: L10=150mm因此,导轨的总长度:L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7+L8+L9+L10 =160+50+10+300+400+360+290+10+50+150 =1780mm两根导轨的长度和直径都相等,即光杆导轨的长度L=1780mm,直径d=60mm。(3)校核导轨的弯曲强度在导轨的中点处,产生最大弯矩.由图2.3可得: 图2.3 导轨弯矩图由公式 最大弯矩 (2.22) 式中 G滑板和机械手及工件的重量； G=G1+G2+G3=1877+(70+
29、50)9.8=3053N L导轨的长度。 L=1700mm则而导轨圆形截面的抗弯截面系数为： （2.23）式中 d导轨圆形截面的直径； d=60mm则 61.2导轨材料为45钢,其许用应力=270。显然,则导轨的强度满足要求。（三）手部的设计3.1 类型选择根据工件形状、尺寸、重量、材料和表面等状况，选用回转型两指式手部。3.2 手指夹紧力的计算对于手指垂直位置夹水平位置放置的工件的夹紧力可按下式计算： N= （2.24）式中N夹紧力（N）； G工件的重量（N）； f摩擦系数，钢对钢f=0.1。则 N=3430 N3.3 手部驱动力的计算由于采用夹紧缸来驱动手指夹紧与松开，因此选用连杆传动的手
30、部比较合理。1.理论驱动力的计算：= （2.25）式中 理论驱动力（N）； b夹紧力到回转支点的垂直距离b=116mm； c连杆铰销到回转支点的垂直距离c=78mm； 连杆的倾斜角=43； 杠杆的倾斜角=85.5。则=2. 实际驱动力的计算: （2.26）式中 K1安全系数,一般取1.22,取K1=1.5； K2工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，K2=1+a/g，相当于匀速运动,取K2=1； 手部的机械效率，取=0.9。则10290N取=17150N3.4 校核手部结构的强度1. 校核夹爪的剪切强度和挤压强度夹爪的材料为45钢,其伸长率5%,属于塑性材料。则许用应力= （2.27）式中 s材
31、料的屈服点,45钢的屈服点s=360； n安全系数，对于塑性材料n1.323.5,取n=1.5。则45钢的许用应力为=360/1.5=240其许用剪切应力为=(0.60.8)=144192,取=180。许用挤压应力为=(1.72.0)=408480,取=450。夹爪的剪切应力条件为= （2.28）式中 FQ剪切面上的剪力(N)； A剪切面面积。则=21.5=180,故夹爪的抗剪强度满足要求。夹爪的挤压应力条件为jy= （2.29）式中 Fjy挤压面上的挤压力(N)； Ajy挤压面的计算面积(mm)。则=450,故夹爪的挤压强度满足要求。2. 校核绞链的剪切强度绞链材料为45钢,其许用应力 =1
32、80绞链的剪切应力条件为= 则=180,故绞链的抗剪强度满足要求。3. 校核夹爪外套的剪切强度和挤压强度夹爪外套材料为45钢,其许用切应力 =180,许用挤压应力=450夹爪外套的剪切应力条件为= 则=180,故夹爪外套的抗剪强度满足要求。夹爪外套的挤压应力条件为= 则=450,故夹爪外套的挤压强度满足要求。4. 选用销轴销轴材料为35钢,其许用应力=式中 s材料的屈服点,35钢的屈服点s=315；则35钢的许用应力为=210其许用剪切应力为=(0.60.8)=126168,取=150。许用挤压应力为=(1.72.0)=357420,取=400。对于连接夹爪外套与夹爪处销轴的剪切应力条件为=则
33、= =150 即d16mm为了提高强度取d=20mm,以下校核其挤压强度。其挤压应力条件为= =400故该销轴的挤压强度满足要求。按照同样方法可求得连接夹爪与铰链处销轴的直径d=20mm和连接连杆与铰链处销轴的直径d=20mm。机械手手部的具体形状和尺寸见零件图。总结分析所设计的专用机械手,不但可以实现工作要求,而且结构简单可靠,各零部件也便于制造,且操作简单方便,非常适合应用于生产实际中。三、机械手的液压传动系统设计液压系统的设计大致按以下几个步骤：1.提出设计参数；2.草拟液压系统图；3.拟定液压系统图；4.设计或选择液压元件和辅助液压装置；5.从安全、可靠，使用、维护，经济效果等方面检查
34、整个设计。（一）液压系统的组成本液压系统由从纵向进给液压缸及摆动马达两大部分组成。液压油从油缸流出后进入滤油器从而进入液压泵，由液压泵打出的油经溢流阀调节压力，其压力的调节结果可由压力表查出。为防止油压不足，用蓄能器进行加压。经过单向阀后，油路一分为三，分别进入抬起液压缸部分和预定位压缸部分以及液压马达。（二）液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后,就进行各部分的结构设计。主要包括:缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置、缓冲装置、排气装置及液压缸的安装连接结构等。由于工作条件不同,结构形式也各不相同。设计时根据具体情况进行选择。2.1缸体与缸盖的连接形式缸
35、体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关.本次设计采用法兰式连接。在缸体上加工出均布的法兰孔，用螺钉与端盖固紧。这种连接结构简单，加工和装拆都很方便。2.2活塞与活塞杆的联接活塞与活塞杆的联接主要有螺纹联接和卡键联接两种。本设计采用螺纹联接。这种联接的方法可以使活塞在活塞杆上固定，使活塞在缸体内上下运动，这种方法机构简单，零件加工装卸比较方便。 2.3活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构,包括活塞杆与端盖导向套的结构,以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向,也可以做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换,所以应用较普遍。导向套的位置
36、可安装在密封圈的内侧,也可以装在外侧。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构,有利于导向套的润滑；而油压即常采用装在外侧的结构,在高压下工作时,使密封圈有足够的油压将唇边张开,以提高密封性能。活塞杆处的密封形式有O形、V形、Y形和Yz形密封圈.为了清除活塞杆处外露部分沾附的灰尘,保证油液清洁及减少磨损,在端盖外侧增加防尘圈。常用的有无骨架防尘圈和J形橡胶密封圈,也可用毛毡圈防尘。为了结构简单,本设计采用O形密封圈。2.4活塞及活塞杆处密封圈的选用活塞及活塞杆处的密封圈的选用,应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈。活塞及活塞杆与密封腔体处的密封采用O形密封
37、圈用进行密封。2.5液压缸的缓冲装置当液压缸带动工作部件作快速往复运动时,由于运动件的质量较大,运动速度较高,则在到达行程终点时,会产生液压冲击,甚至使活塞与缸筒端盖之间产生机械碰撞。为了防止这种现象的发生，保证安全，应采取缓冲措施，在行程末端设置缓冲装置。2.6液压缸的排气装置液压传动系统往往会混入空气，使系统工作不稳定，产生振动、爬行或前冲等现象，严重时会使系统不能正常工作。因此，设计液压缸时，必须考虑空气的排除。液压缸若无专用的排气装置，进、出油口应设在液压缸的最高处，以便空气能首先从液压缸排出。（三）设计参数的提出3.1 机械手的动作顺序的确定动作顺序：机械手停在工件上方待料(即起始位
38、置)手臂下降手指夹紧工件手臂上升手臂纵向前伸手臂回转90手臂下降手指松开工件手臂上升手臂反转90手臂纵向退回待料卸荷(一个动作循环结束)。上述动作均由PLC控制系统发出信号来控制相应的电磁换向阀，按程序依次动作而实现的。3.2 主要设计参数的确定根据机械手的最大工作范围,确定手臂做各种运动时的速度和输出力,并从而确定相应液压缸所需流量和工作压力。根据要求,机械手提升高度70mm；转动角度90；水平移动400mm,但由于采用了增倍机构,实际移动缸活塞杆移动200mm。为了使机械手运动比较平稳，手臂在做各种运动时的速度应该不能太大。现初步确定各项速度如下：(1)手臂上升和下降的速度均为17.5mm
39、/s,即1.05m/分,完成上升或下降整个过程各需要4s；(2)手臂回转的速度为30/s,完成转动整个过程需要3s；(3)手臂水平移动的速度为50mm/s，即3m/分，由于采用了增倍机构，相应的移动缸活塞杆移动速度为25mm/s,完成水平移动的整个过程需要8s；(4)手指夹紧和松开工件各约需要2s和1.5s。3.3 拟定液压系统工作原理图绘制液压原理图的一般顺序是：先确定液压缸和油泵，再布置中间的控制调节回路和相应元件，以及其它辅助装置，从而组成整个液压系统，并用液压系统图图形符号，画出液压原理图。如图3.1所示为该机械手的液压系统工作原理图。图3.1 液压系统工作原理图手臂伸缩、手臂升降、手
40、臂回转油路采用单向调速阀回程节流，因而速度可调，工作平稳。手臂升降油缸支路设置有单向顺序阀，可以调整顺序阀的弹簧力使之在活塞、活塞杆及其所支承的手臂等自重所引起的油液压力作用下仍保持断路。工作时，油泵输出的压力油进入升降油缸上腔，作用在顺序阀的压力增加使之接通，活塞便向下运动。当活塞要上行时，压力油液经单向阀进入升降缸下腔而不会被顺序阀所阻，这样采用单向顺序阀克服手臂等自重，以防下滑，性能稳定可靠。手指夹紧油缸支路装有液控单向阀，使手指夹紧工件时不受系统压力波动的影响，保证手指夹持工件牢靠。当反向进油时，油液通过控制油路将单向阀芯顶开，使回油路接通，油液流回油箱。在手臂回转后的定位所用的定位油缸支路要比系统压力低，为此在定位油缸支路前串有减压阀，使定位所油缸获得适应压力，同时还给电液动滑阀的控制油路供油。该系统双联叶片泵的卸荷均采用二位二通电磁换向阀打开溢流阀来实现，空载卸荷不致使油温升的太高。系统的压力由溢流阀来调节。由于该机械手的各液压缸的工作只需要两个极端位置，所以都用三位四通电磁换向阀控制各液压缸的动作方向。机械手动作顺序，可由电磁铁的通、断电顺序来控制，参见下图。 图3.2 电磁铁控制顺序表下面结合图3.2来说明起动作循环。