液压机械手设计论文

液压机械手设计论文（共12篇）

液压机械手设计论文 篇1

0 引言

机械手是模仿人手的部分动作, 按给定程序、执行轨迹、实现自动抓举或搬运的自动化机械装置。产品机械手价格昂贵, 一些小型机械企业望而止步。文中所研究的机械手采用液压驱动方式, 主要功能是实现上下料过程的自动化。其造价低廉、控制性好, 可为小型机械行业所用。现将设计过程简单介绍。

1 机械手的技术参数

(1) 自由度 (四个自由度)

臂转动180°

臂上下运动175mm

臂伸长 (收缩) 400mm

手部转动±90°

(2) 手指握力392N

(3) 驱动方式液压驱动

2 主要设计内容

2.1 结构原理设计根据设计要求绘制出其机械手结构原理图, 如图1 所示。

2.2 系统结构分析本次液压机械手的设计主要是由执行机构, 驱动装置, 被抓取工件等部分组成, 各系统之间的相互关系如图2 所示。

2.3 机械手机械系统结构设计机械手的机械结构部分主要是由执行机构构成的, 其中执行机构又包括末端操作器、手腕、手臂和机身。

2.3.1 末端操作器

机械手为了进行作业, 在手腕上装上了操作机构被定义为末端操作器。它的最为基本作用是:直接抓取工件、工具或物体等, 末端操作器的功能与人手相似, 工件的形状和特征直接决定末端操作器的机构形式。本次设计手部的结构选择为滑槽杠杆式夹钳。

2.3.2 手腕

机器手的手腕是连接手部和手臂的桥梁, 其主要用途是调节、改变工件的坐标, 因此具有相对独立的自由度, 从而使机器人的手部能够完成各种复杂的动作。一般, 按照自由度分类, 手腕可以设计为三个自由度。分别为:单自由度、二自由度和三自由度。本次设计中选用的是单自由度手腕。

2.3.3 手臂

手臂是机械手执行机构的尤为重要组成部件。手臂根据它的运动方式可以分成四种类型, 它们分别是“直线运动、回转运动、俯仰运动和复合运动。此次设计选用的是直线运动、回转运动的复合运动。

2.3.4 机身

机械手的最基础的部分是机身, 它的主要作用是连接、支撑。所以机械手主要承受动力装置、液压装置的重量。

通过Pro/E软件完成机械手的三维造型如图3 所示。

2.4 液压驱动系统总体设计机械手液压系统原理图如图4 所示。

3 结束语

四自由度液压机械手系统运转平稳, 能准确完成上下料工作, 机械密封可靠, 说明液压回路的设计及液压元器件的选择满足产品使用的需求。最为重要的是整套设备的制作费用在五千元左右, 与产品工业机器手数万元的价格相比, 很大程度上满足了小型机械企业向自动化、智能化发展的需求, 可为同类产品的设计提供经验。

摘要：液压机械手主要是以液体为介质, 并且利用液体的压力由此来驱动执行机构的运动。其主要特点是:首先, 能够实现循环工作的自动化和自动过载保护;其次, 控制调节简单, 方便省力;最后, 这样能够更好地实现无间隙传动, 还可以让操作更加平稳。

关键词：液压,机械手,控制

参考文献

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液压机械手设计论文 篇2

1、新型液压冲击机械设计理论 液压冲击机械以液体作为工作介质，把压力转换为动能，通过往复运动冲击钎杆传递能量，它的输入参数是系统的流量和工作压力，输出参数是冲击频率和冲击能。新型的液压冲击机械内核仍然是冲击器，并且不同类型的液压冲击机械内核相同，即冲击器的工作原理和机构基本相同。

根据我国液压技术发展水平和机械制造水平，目前，冲击器有两种常见类型：单面回油前腔常压型和双面回油型。两种类型有各自的优缺点，如下：

单面前腔常压型冲击器的优点有：结构简单、制造成本低、工艺性好、回程制动阶段无吸空现象，缺点有：排油时间短、回油管峰值流量大、活塞形状不如双面回油型的好、回油阻力大、压力波动大等。

双面回油型冲击器优点有：活塞形状合理，有较好的破岩效果，还可提高钎具和活塞的寿命；回油管峰值流量少，降低了压力脉动和回油阻力；使用较高的压力油，降低了供油流量；缺点有：缸体结构复杂、要求加工精度高、工艺性差，回程制动阶段前腔回油吸空的现象发生，并且要密封高压油，因此，只有工艺技术和加工设备发展比较成熟的时候，才能采用这种冲击器。

作为液压冲击器的主要部件，冲击活塞的形状对破碎效果有巨大的影响，活塞设计的最终结果直接影响到冲击器的机具寿命和工作性能，因此，活塞的具体设计要遵循以下原则：

（1）正确选材，活塞的材质应有极高的机械性能、芯部韧性好、表面硬度高、有极强的抗冲击性能和耐磨性。

（2）形状应为细长形，要减少断面变化，有助于提高钎具的寿命和能量传递效率。

（3）保证活塞全行程或超行程时不损伤两端的密封结构。

（4）活塞冲击端面积和钎杆端部的面积接近或者相等，并要有一定锥部长度，这样利于传递冲击波。

（5）设计好活塞各段的封油长度和防空打液压垫的尺寸。

（6）在考虑加工精度、过滤精度、泄露损失、提高可靠性以及系统效率的基础上，确定颗粒的活塞和缸体配合间隙。一般情况下，活塞和缸体配合间隙约0。05~0。08，活塞和支承套的配合间隙约为0。03~0。05。

2、新型液压冲击机械控制策略

2。1液压控制系统作为液压冲击机械的动力控制核心，是冲击机械的重要组成部分，由液压冲击机械冲击器的设计理论知，冲击机械工作压力频率高、波动幅度大，作为机械的控制核心，液压控制系统设计时要满足以下几个要求：

（1）合理选用各类控制阀和泵种，运用集成控制回路实现控制。

（2）采用电液数字控制器件，合理地设计控制器，提高对工作对象的适应性和系统的智能控制水平。

（3）实现高效率工作，一方面可以减少系统工作发热，另一方面可以有效地提高设备的技术指标。

（4）选用标准化的液压元器件。

（5）保持油液清洁，实施连锁自动保护，备用应急油路，配备安全防护装置。

浅析煤矿机械常见液压故障 篇3

关键词：液压系统故障分析处理

1液压系统不能供油故障

当液压系统发生不能供油故障时，为尽快找出故障部位，加以维修。根据对液压系统分析及现场调查得知有如下几种原因j①油箱油位过低，查找油箱泄漏处，并将油位加到正常位置。②油液粘度过高，排空油箱，应换低粘度油。③吸油管路堵塞，检查吸油管路及滤油器，排除阻塞物。④泵内有渣尘，拆开泵，清洗排渣。⑤如果使用的是单向泵，可能是泵转向不对，此时应改正接线并马上换向。⑥泵元件严重磨损或损坏，此时应更换泵元件或更换泵。

2系统没压力

当液压系统没有压力，检查内容及处理方法：①参考上述不能供油的分析与处理。②阀漏油，查找失效密封，更换或修理。③安全阀误动作，检查压力调定值并进行调整。④因杂质作用，阀不能打开，拆开并清洗。⑤安全阀弹簧失效，更换弹簧。⑥阀处于开启状态，检查、拆卸清洗，必要时修理或更换。

3系统压力正常而某处无压力

当液压系统出现此故障时，检查内容及处理方法为：管路、小孔或节流阀被脏物堵塞或漏损严重，此时应检查压力和油流情况。

4噪音故障

当液压系统发生噪音故障时，检查内容及处理方法为：①机械系统的振动，检查螺丝和联轴节。②压力和流量脉动较大，加缓冲回路，检查设计是否合理。③空气进入，出现气穴，检查油位和密封装置，排气。④油流发生漩涡，减少流道的弯曲和截面变化。⑤泵体内有空气，排除泵内空气。⑥油面过低，吸油管堵塞或阻力太大等。按规定加足油液疏通进油管，清洗滤油器紧固进油段联接螺丝。⑦泵和电机不同心，重新调整使其同心。⑨油粘度大，使用合适型号的油。

5泄漏

液压系统泄漏是最常见的故障之一，检查内容及处理方法为：①阀的表面几何精度不够，阀的同心度不够，此时应对阀进行研磨或更换。②铸造的零件有砂眼、气孔、裂缝。此时应更换该零件。③密封老化或损坏，应更换密封。④相对运动表面严重磨损，应研磨修复或更换。⑤油管接头松动，应拧紧并检查是否扣坏。

6工件机构运动不稳定

当液压系统工件机构运动不稳定时，表现为逐渐减慢，突然增快及跳动等现象，检查内容及处理方法为：①润滑不良，摩擦阻力增大，此时应改善润滑条件，清除脏物。②油泵吸空，空气进入系统。此时应检查油位，油位不能过低，检查密封的完好性。⑨压力脉动较大或系统压力过低，不足以克服外阻力，检查溢流阀的调定值是否符合要求，不符合要求应进行调整。④油中杂质堆积在节流通道壁上，或节流阀内外泄漏，使之不稳定。此时应检查节流阀，清洗或修理。

7牵引力太小故障

液压系统发生此故障的主要原因是主油路压力低，检查内容及处理方法为：①检查是否漏油，如漏油拧紧接头更换密封件或管件。②主泵或马达泄漏过大，可更换马达或主泵。③冷却不良使油温过高，可调整冷却水量和水压至额定值。④安全阀调定值低，可重新调定。⑤补油量不足，可能是辅助泵泄漏量大，需更换新的。

8系统过热

当液压系统过热检查内容及处理方法为：①安全阀压力调定值不适或有故障，检查调定值并进行调整。②内部漏油(泵磨损)，检查泵的内部漏油情况并进行更换。③油的粘度过高或过低，检查油的粘度是否合适。④泵修理后安装太紧，拆开并重新组装。

9结束语

基于液压控制的农业机械手的设计 篇4

随着农业机械化及自动化的高速发展,农业产品在收割和采摘中越来越多地采用了自动化采摘收割机械来取代人的重复劳动。而机械手是在机械化和自动化生产过程中发展起来的一种新型装置[1]。近年来,机器人的研制和生产已经迅速发展起来,成为高科技领域的一门新兴技术,从而更加促进了机械手的发展。机械手虽然还不如人手那样灵活,但具有在条件比较恶劣的环境下不断重复工作、载重量大、定位精确和工作稳定等特点。因此,机械手在农业生产上已经逐渐得到了广泛的应用。

目前,大棚种植的农作物更容易实行机械化及自动化。在大棚安装类似于自动化生产线的一些轨道,轨道上安装自动采摘机械手,操作人员可在电脑上控制机械手运动的轨迹及手抓动作对农作物进行采摘,从而实现了足不出户就可以完成作物采摘,大大提高了劳动者的工作舒适性[2]。

1 机械手整体结构组成

该机械手主要由底座、躯干部分和手抓部分组成。如图1所示。机械手的底座由步进电机控制,可以沿轨道实现x轴和y轴方向的运动,同时液压缸(4)和(5)可以实现沿z轴方向的运动;液压缸(3)收缩,可以使机械手抬起到水平位置,伸出可以将机械手与地面垂直,抓取农业产品;而回转马达(2)可以实现机械手抓部分高速旋转,从而将农产品扭断,并抓取下来。故该机械手在一定的空间范围内可以精确定位到任意位置,并快速收割农业产品。

1,5,7.液压缸 2.手抓 3.回转马达 4,6.躯干部分 8.底座

2 机械手手部设计及分析

2.1 手部设计

手抓部分安装在手臂的前端,手腕内部装有回转马达,可带动手抓进行旋转。

机械手手部的机构是模仿人的手指,分为无关节、固定关节和自由关节等3种。手指的数量又可以分为2指、3指和4指等。该机械手设计为无关节3指[3]。手部材料采用了合金钢,具有良好的强度,手部结构如图2所示[4]。该手指部分抓紧和张开通过液压缸来控制,液压缸与手指根部的连接机构相连,通过液压缸的伸出与收缩来控制手指的张开与抓紧动作。手部结构是可拆卸的,如手指有磨损,可以单独更换。由于底座部分可以左右和上下移动机械手,所以手部无需再设计伸出液压缸,但在采摘农作物或果实时需要进行旋转,故设计了回转液压马达,抓取农作物时,可以通过液压马达的旋转将农作物根茎扭断,从而将农作物收割下来。

1.手指 2.定位装置 3.手指液压缸 4.回转液压马达 5.支架

该机械手手指表面粘贴有橡胶,从而保证机械手在抓取农作物时不会损害农作物。故手指通过1个液压缸与3个手指根部连接进行控制。由于用到液压装置,比较容易实现控制,通过控制节流阀的开口大小可控制机械手的运动速度,控制溢流阀开口大小可以控制手指抓紧力的大小。通过与PLC结合,当机械手抓取物品时,通过感知重力大小,对溢流阀发出信号进行自动调节其开口大小,从而自动调节抓紧力,达到不至于将农作物抓坏的目的[5]。

2.2 手指的应力分析

2.2.1 手指材料特征

由于机械手伸出的手指不仅要夹紧农产品,而且还需要保证农产品不被夹坏,所以对手指部分需要粘上橡胶。由于橡胶和人手一样弹性,农产品不会被夹坏。同时,该机械手要抓取不同的农产品,有些农产品质量较大,对机械手有较高的强度要求,因此选择了低合金钢。该合金钢有较高的屈服强度和屈强比,还有着较好的冷热加工成型性,良好的焊接性,较低的冷脆倾向,缺口和时效敏感性,以及较好的抗腐蚀能力,可在比较恶劣的环境中作业。

2.2.2 受力情况

由于该手指不仅要承受手指表面的夹紧力,还要承受高速转动时的较大扭矩力。经过分析,手指表面承受1 000N的力,而侧面承受约500N·m的扭矩。通过Solidworks软件中的第3方插件Cosmos,对手指受力进行结构分析。

2.2.3 分析结果

通过第3方插件Cosmos对零件的结构分析得到如下数据,如图3所示。

第3方插件Cosmos对零件的分析采用的是一种被称为对等应力(也称Von mises 应力)的分析方式,Von mises等效应力其实就是一维屈服应力在多轴应力状态下的等效表达。尽管一个点处的对等应力不独特定义此点处的应力状态,它却可为许多延性材料提供评估设计安全性的适当信息。软件程序使用 Von Mises 屈服准则,该标准规定当对等应力达到材料的屈服力时,材料开始屈服[6]。

2.2.4 结论

由图3得出:手指的应力最大值在手指的连接端部,此处对材料的性能的要求就要更高,故此处连接可采用较平滑的圆角,这样大大降低应力的集中[7]。

手指位移分析图如图4所示。由图4可知,手指的最大位移在手指顶部,为1.17×10-1mm;最小位移在手指约束处,为1×10-3mm。而对于整个机构来说,其最大承载能力就由此手指的承载能力决定。分析得到在对手指施加1 000N的均布载荷时,手指仍能保证最低10.2的安全系数, 其结构强度完全满足要求。

3 液压回路的设计

液压机械手的回路设计采用了德国Festo公司液压气动仿真软件FluidSIM-1。在该软件上对液压回路进行了仿真调试。该液压系统由5个回路组成,控制机械手的抬起、升降、抓紧与放松和回转等4个动作,分别由4个直动式液压缸和1个回转液压马达组成。在液压回路设计过程中,通过三位四通的电磁换向阀控制换向;通过压力继电器、电磁换向阀及PLC进行控制其先后动作顺序;通过调节节流阀的节流口大小控制流量大小,从而控制执行元件运动的速度;通过设置溢流阀的开口压力来调节手指夹紧力大小。其液压回路如图5所示[8]。

1.回转液压马达 2.手指液压缸 3.抬起液压缸 4,5.升降液压缸6.单向节流阀 7.三位四通电磁换向阀 8.溢流阀 9.油箱10.压力表 11.液压泵与油箱

4 PLC控制部分的设计

机械手的控制部分是使用s7-200PLC进行控制,选用的型号是224。该型号共有14输入和10个输出,系统的控制稳定性较好,其输入输出口也满足了系统的基本要求,其接线端子图如图6所示。通过Step7软件进行梯形图编程,将调试过的程序下载到PLC中,并通过与液压控制系统的压力继电器、行程开关和电磁换向阀的联合作用,完成对机械手的控制,从而实现对农产品的自动收割[9]。

表1是PLC的I/O分配表。从表1可以看出,PLC共使用了11个输入和5个输出,5个输出的得电和失电分别控制机械手的各种动作。

5 机械手总体图的设计

农业机械手的设计在完成建立模型、结构分析、设计液压回路和编写控制程序之后,通过将实际控制中所需要的所有硬件用电路连接起来,能够驱动模型完成所有规定动作。该机械手总装图如图7所示,基本实现了上述目标。该总装图通过宇龙控制仿真软件完成。

首先,将设计好的模型导入到仿真软件中;然后,将所需的所有硬件模型建立起来, 多数硬件可从软件的模型库中直接调用,通过电路连接西门子S7-200PLC、光控开关、接触器、继电器、电源及按钮等有实际当中所需要的硬件;在验证电路连接正确之后,将编写好的PLC梯形图程序下载到PLC控制器中,通过反复调试,实现了其所有的规定动作。该总装图中共使用接触器2个,通用继电器5个,限位开关5个,光电传感器2个,传送带2个,电源3个,按钮1个和西门子PLC控制器1个。

6 结语

本文对农业机械手的结构和控制进行了设计与分析,从三维造型到应力分析都采用了CAD/CAE软件(如Pro/E和Cosmos),大大提高了设计效率、可行性和科学性。针对当前农作物收割自动化、 精益化的发展趋势,对机械手手指部分采用了液压与PLC相结合的控制[10]。液压技术在机械手中的应用,使设备整体结构紧凑,减少了中间环节。液压回路的设计使用了德国的FESTO软件进行了仿真。PLC在总控制中的应用,使得机械手在工作时更加稳定准确。在最后的总装图设计中,使用了比较流行的宇龙机电仿真软件,通过将模型的导入,实现了实际应用中的所有动作,为下一步生产加工提供了可靠的参考。

摘要：探讨了农业机械手的造型、液压回路及控制部分的设计。该机械手主要采用了CAD/CAE软件来进行设计分析,提高了设计的效率、可行性和科学性。为此,针对当前农业的产品种类逐渐增加的发展趋势,对本机械手进行手部可调整设计,从而可以采摘不同形状的农业产品。S7-200型号的PLC和液压技术在该机械手中的应用,使设备整体结构紧凑,工作更加稳定,通过机电仿真软件建立机械手总装模型并完成仿真,为该机械手的实际生产提供了重要参考。

关键词：农业机械手,CAD/CAE,液压技术,结构分析,PLC

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机械基础液压传动教案 篇5

1.传递动力(力和力矩)和运动(位移、速度和加速度);综合起来就是传递功率和能量;

2.改变速度大小和方向;

3.改变运动形式。

一、功率和效率

功：力和物体沿作用力方向移动距离的乘积。

W=FSCOSα

功率：单位时间所作的功。

P=FvCOSα

当速度和作用力方向相同时， P=Fv

功率的单位是瓦(W)

1W=1Nm/s

1Kw=1Kw=1kNm/s

对于转动的物体，

此公式非常重要, 注意P的单位是千瓦(kW)，转速n的单位是转数/分。

例：电动机的输出转矩 T=30Nm ，转速 n= 1440r/min ，所选的电机功率 P应该不小于多少?

表示电机的功率应大于或等于4.52千瓦，因为电机是系列化产品，看样本或设计手册中，转速要求 n= 1440 r/min ，功率应大于或等于4.52千瓦，或者功率小一点，但在误差范围内也可以。

效率：输出功率与输入功率之比。

机械效率恒小于1 ，即100%。

常见机构和轴承的机械效率大致数值范围见教材第51页。

一对齿轮传动 0.94 ～ 0.99

平型胶带传动 0.92 ～ 0.98 (包括轴承摩擦损失)

三角带传动 0.90 ～ 0.94 (包括轴承摩擦损失)

一对滑动轴承 0.94 ～ 0.98

一对滚动轴承 0.99

滑动丝杠 0.30 ～ 0.60

二、常用传动机构及其传动关系

(一)螺旋传动：依靠牙齿之间的啮合，将回转运动变为轴线方向的直线运动。

螺纹由螺旋线缠在圆柱体上得到。

螺纹按照牙型剖面形状可以分为三角形、矩形、梯形和锯齿形。

导程：同一条螺旋线相邻牙齿在中径线上对应两点的距离，用S表示

上图表示了导程与螺旋线的关系。

螺距：相邻牙齿在中径线上对应两点的距离，用P表示。

S=kp。其中，k 为螺旋线的头数。

左旋与右旋：

最简单的判断办法，把他它竖直放在面前，同一条螺旋线上，那边高就是那边旋。

轴线运动的线速度 V与回转运动的转速n 之间的关系是：v=ns

轴线位移L与回转运动的转速n 以及时间t之间的关系是：L=nst

例：已知，某螺旋机构中，双线螺纹螺距 p=4mm，螺杆转速为 n= 50r/min ，试计算30秒钟内螺母的轴向位移量。

L=nst

=nkpt

=50×2×4×30/60

=200mm

螺旋传动的特点：

1.机构简单;

2.降速比大，可以实现减速和微调，可以增力;

3.在一定条件下实现逆行自锁;

螺旋传动能够将回转运动变为轴线方向的直线运动，而不能相反，即无论轴线方向的力多大，都不能产生回转运动。这个现象就叫做自锁。

4.工作平稳、无噪声。

这种靠相对滑动传递运动和动力效率低，为提高效率把滑动变为滚动

滚珠螺旋传动机构主要由丝杠、螺母、滚珠和反向器组成。

滚珠螺旋传动的特点是：

1.机械效率高;

2.启动转矩接近于运动转矩，动摩擦和静摩擦基本一样，传动灵敏;

3.磨损小;

4.通过预紧，消除滚珠、螺母、丝杆之间的间隙，提高传动精度和轴向刚度;

5.不能逆向自锁;

6.制造工艺复杂，成本较高。

(二)带传动机构

带传动与螺旋传动本质的区别在于前者依靠摩擦，后者依靠啮合。

根据带截面的形状，可以分为平型带、三角带、圆形带和齿形带四种

注意在螺旋传动中，根据牙截面分成的四种类型与此类的区别。

平带传动有开口式、交叉式、半交叉式。

开口式适应于两轴平行，从动轮与主动轮旋转方向相同。

交叉式适应于两轴平行，从动轮与主动轮旋转方向相反，中间磨损厉害。

半交叉式适应于两轴平行，从动轮与主动轮旋转方向相反。

传动比：从动轮转速与主动轮转速之比，等于主动轮直径与从动轮直径之比，乘以滑动系数。

ε≈0.98称为滑动系数。

(三)齿轮传动

带传动具有吸收震振动和过载保护能力，使用转动比不恒定。

传动比等于主动轮齿数与从动轮齿数之比，转速之反比。

强调以下两点:

1.在任意瞬时都能保证准确传动比;

2.它等于齿数的反比而不等于直径的反比。

齿轮传动的特点主要是：

1.瞬时传动比恒定;

2.适用载荷和速度范围大;

3.机械效率高;

4.结构紧凑;

5.寿命长，可在空间任意配置的两轴之间传动;

6.加工复杂，成本高。

轮系：一系列齿轮所组成的传动系统。

根据轮系中各齿轮轴线在空间的位置是否固定，将轮系分为定轴轮系和周转轮系两类

1.定轴轮系：轮系运转时，所有齿轮的轴线的位置都是固定不变的;

2.周转轮系：轮系运转时，至少有一个齿轮的轴线是绕另一个齿轮的轴线旋转。

下面看各种轮系的演示

具有运动轴线的齿轮称为行星轮。支承行星轮能够围绕其他齿轮转动的就叫为转臂或系杆。在轮系运转中，轴线位置不变的齿轮称为中心轮或太阳轮。

周转轮系由行星轮、太阳轮和转臂和机架组成。

周转轮系分为行星轮系和差动轮系两类。前者只有一个主动件，后者有两个主动件。

混合轮系：定轴轮系和周转轮系组合而成的轮系称为混合轮系。

轮系的功用如下：

(1)可以得到很大的传动比

(2)可以变速

(3)可以连接相距较远的两轴

(4)能够实现运动的合成和分解

(四)链传动

链传动的传动比等于齿数的反比，它的组成有链轮、链条和机架。

特点：

1.与带传动比较，传递功率大，能保证准确的平均传动比

2.与齿轮传动比较，中心距较大

3.瞬时传动比不恒定,在高速运动带来很大的振动。

4.振动和噪声较大、不适用于高速

(五)蜗杆传动

看演示图：

传动比等于蜗杆线数与蜗轮齿数之比

图2-15 涡轮传动示意图

其中，K为蜗杆的线数，而Z为蜗轮的齿数。

特点：

1.传动比大;

2.蜗轮蜗杆轴在空间可以垂直;

3.可逆行自锁(即蜗杆主动可以带动蜗轮，反之，蜗轮主动不能带动蜗杆);

4.但效率不高。

(六)平面连杆机构

平面连杆机构就是使用铰链和滑道将构件相互连接，而且各构件间的相对运动在同一平面或相互平行的平面内。

1.铰链四杆机构：四根杆件由四个铰链连接而成。

在上述四杆机构中，构件AD固定不动，称为静件或机架;杆件AB可绕A作整周转动，称为曲杆;杆件CD可绕轴D 作往复摆动，称为摇杆;曲柄和摇杆统称为连架杆，连接两连架杆的杆件BC称为连杆。

在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄整周连续转动变为摇杆的往复摆动：

如图2-18所示牛头刨床的进给运动，即曲柄AB转动时，连杆BC带动带有棘爪的摇杆CD绕D点往复摆动。与此同时，棘爪推动棘轮，使与棘轮连接在一起的丝杠作有规律的间歇运动。

机架：相对静止的构件。

连架杆：与机架直接相连的两根杆件。

连杆：与机架相对、由两根连杆连接的杆件。

曲柄：能够相对于机架作整周回转的连架杆。

摇杆：不能作整周回转的连架杆。

曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化得来的。

曲柄滑块机构可以将曲柄的连续旋转变为滑块的往复直线运动，或反之。

曲柄滑块机构的应用见下图：

图2-20 曲柄滑块机构

对于图2-20所示的曲柄滑块机构，其滑块行程长度S等于曲柄长度r的两倍，即S=2r。

(七)凸轮机构

凸轮机构分盘形机构、移动机构、圆柱机构。

凸轮机构由凸轮、从动杆及机架组成。

凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件。

作用：是将主动件凸轮的连续转动转变为从动杆的往复移动或往复摆动。

按照从动杆的形状可以分为：尖顶、滚子和平底。

特点：正确选择它的轮廓就可以实现预期的复杂规律而机构却比较简单、紧凑，

所以凸轮机构广泛地应用于各种自动机械中。但由于凸轮与从动件是点或线接触，容易磨损，因此多用于传递动力不大的控制机构和调节机构中。

(八)间歇运动机构

主动件连续运转，从动件能够实现动作-停止-动作的运动,我们把这种机构称为间歇运动机构。

1.棘轮机构：由棘爪、棘轮和机架组成。其作用是将棘爪的往复摆动转变为棘轮的单向间歇运动。为了防止棘轮自动反转，采用止退棘爪。

2.槽轮机构：由拨盘、槽轮与机架组成。用于将拨盘的连续转动转变为从动件槽轮的间歇转动。

(九)传动链的传动比及效率

传动链:由多个运动副(如皮带、齿轮、蜗杆、螺杆等)连接而成的传递运动和动力的系统。

重要内容：传动链的传动比、功率、效率、力和力距的计算。

图2-29为一传动链示例。运动自轴I输入，转速为n1，经带轮d

1、d2传至轴Ⅱ，经圆柱齿轮

1、2传到轴Ⅲ，经圆锥齿轮

3、4传至轴Ⅳ，经圆柱齿轮

5、6传至轴Ⅴ，再经蜗杆K及蜗轮7传至轴Ⅵ，并把运动输出。

注意：Z

7、Z8应该是K，Z7

由各种传动副，例如齿轮、带、链、螺旋等连接而成的传递运动和动力的系统，称为传动链。

由机构串联而得到的传动链的传动比，即传动链末端转速与首端转速之比，等于链中各个运动副传动比的连乘积。

对于齿轮组成的传动链，其传动比等于主动轮齿数连乘积与从动轮齿数连乘积之比。

例：图2-30为一简易车床传动系统，数据如图中所示(齿轮的数字表示齿数)，ε=0.98，试计算：

(1)主轴转速是多少?

(2)主轴转一转，螺母移动距离是多少?

解：Ⅱ轴上的齿轮为两年双向滑动齿轮，如I轴传到Ⅱ轴可按图示正在啮合的齿轮进行传动;也可将双向滑动齿轮左移，使齿数25的齿轮与齿数为75的齿轮啮合，这时轴Ⅱ得到的是另一种转速。同样由轴Ⅱ传至主轴，可通过另一双向滑动齿轮滑动，使主轴得到不同的转速，因此，主轴共有四种转速。

传动链的总效率等于组成传动链各个传动副效率的乘积。

以上图为例，设P出为该转动系统的输入功率，为输出功率，为总效率，为一对齿轮的效率，为一对轴承的效率，则

传动系统中常用符号,见表2-1

重点：

(1)各种传动机构的组成、特点、运动参数之间的计算;

(2)传动链传动比、功率、效率、力和力距的计算。

第二节 液压传动

一、液压传动工作原理

图2-33 油压千斤顶工作原理

1.杠杆 2.小活塞 3.小油缸 4.钢球 5.钢球 6.大油缸

7.大活塞 8.重物 9.放油阀 10.油池

例: 当手动杠杆1向上提时,小活塞2就会向上运动,于是小缸3形成负压，油池10中的油就在大气压力下顶开钢球4沿吸油管道进入小缸3，完成一次吸油动作，接着，压下杠杆1，小活塞下移，小缸3的工作容积减小，便把其中的油液挤出，推开钢球5，油液便经两缸之间的连通管道进入大缸6。根据密闭容器中液体的压强相等，在大油缸处由于面积大而产生较大的力，就把上面的重物提起，通过转动放油阀9就把油放回油池。

通过分析油压千斤顶的工作过程，可知液压传动：

1.是以液体作为工作介质;

2.根据密封容积的变化完成吸油和排油;

3.机械能和液体压力能的互相转换;

4.系统内部的的压力取决于负载的大小。

注意：以液体作为工作介质，依靠密封容积的变化传递运动，依靠由外界负载引起的液体内部压力来传递动力，系统压力取决于负载，实现机械能和液体压力能的互相转换。

上面有砂轮，就把工件磨平了。

图2-34为一台机床工作台往复运动原理图，上面是磨床的工作台，工件放在台上，随着工作台的移动，

油泵3把油从油池中吸上来然后压出去，滤油器2过滤掉油中的杂质，节流阀8调整送出去的油量，换向阀7外面一个阀体，中间是空堂，阀体里有阀芯，阀芯是直径不同的几段圆柱体组成粗的地方起密封的作用，细的地方就和阀体内表面构成油的通道。

二、液压传动系统的组成

图2-35 用职能符号表示的液压系统原理图

1.油箱 2.滤油器 3.油泵 4.压力表 5.工作台 6.油缸

7.换向台 8节流阀 9.溢流阀

液压传动系统主要由四个部分组成：

1.动力部分。

油泵，作用是把机械能转换成油液压力能。

2.执行部分。

把液体的压力能转换成机械能输出的装置，如在压力油推动下作直线运动的液压缸或作回转运动的液压马达。

3.控制部分。

对系统中流体压力、流量和流动方向进行控制或调节的装置。如上例中的溢流阀、节流阀、换向阀等。

4.辅助部分。

如油箱、过滤器、压力表等。

三、液压传动特点

1.在输出功率相同的条件下，体积小、重量轻;

2.运动平稳，吸振能力强;

3.易于实现快速启动、制动、频繁换向以及无级调速;

4.布局安装比较灵活;液压元件易于实现系列化、标准化、通用化;

5.对温度敏感;泄漏不可避免，因此不能实现严格的传动比，发生故障不易诊断。

四、液压传动基本参数

(一)压力：单位面积上的液体力。

压力的单位是帕和兆帕。

1pa=1N/m

2 1Mpa=106pa

(二)流量：单位时间内流过某一截面的液体体积。

3

3单位是单位是m/s,1m/s=60000L/min

推力等于面积乘以压力。

由于液体不可压缩，所以，同一时间里左面油缸压出的油必然等于右面油缸流进的油，即推力和面积成正比，运动速度和横截面积成反比。

Advd=ADvD

(三)功和功率

W=FS

在液压传动中，功率等于压力P与流量Q的乘积。

五、泵：将电动机输入的机械能转变为液体的压力能。

泵必须具有由运动部件和固定部件所构成的密闭容积。

柱塞和泵体组成密闭容积，当柱塞向下时，密闭容积增大，于是吸油把阀2顶开。当柱塞向上时，密闭容积减小，要排油，此时阀2中小钢球落下封住吸油管，油腔a中的压力油只能顶开阀3中的钢球，沿油管4流到工作系统中，此过程为排油。

密闭容积增大形成负压完成吸油，密闭容积减小则排油，所以称之为容积式泵。

液压泵的图形符号如图2-39所示。

所谓定量泵是指油泵转速不变时，流量不能调节;而变量泵则在转速不变时，通过调节可使泵输出不同的流量。

液压泵的主要性能参数有：

额定压力：连续运转时允许使用的最大工作压力。不能说成正常运转时允许使用的最大工作压力，强调是连续。

排量：泵轴旋转一周排出油液的体积。

流量：单位时间内理论上可以排出的液体体积。

流量=排量×转速

效率：

(1)液压泵在运转时，还会有各种机械和液体摩擦引起的能量机械损失。

(2)泵在使用过程中难免会有泄漏，包括内部泄漏和外部泄漏，这部分叫容积效率

容积效率等于实际流量与理论流量之比。

泵的总效率等于容积效率与机械效率的乘积。

(P93 公式2-20)

(公式2-21)η=ηvηm

(P93 例6)某液压泵输出口的压力为10.2Mpa，流量为98.2L/min，总效率η为0.8，求输入液压泵的功率。

解：已知压力P=10.2Mpa，流量Q=98.2L/min，总效率η=0.8.

根据公式，并代入数据

故输入液压泵的功率为20.87kW。

如果已经知道泄露量 、排量、实际流量、机械效率的情况下，应分三步，先求理论流量=排量×转速，然后求容积效率，最后求总效率。

(一)齿轮泵：是由装在壳体内的一对齿轮所组成。密封空间由齿轮、壳体和端盖共同形成。当它们转动时，一部分容积不断增大，完成吸油，另一部分容积逐步减小，完成压油。

当齿轮按图2-40所示的方向旋转时，右侧吸油腔的牙齿逐渐分离，工作空间的容积逐渐增大，形成部分真空，因此油箱中油液在外界大气压力的作用下，经吸油管进入吸油腔，吸入到齿间的油液在密封的工作空间中随齿轮旋转带到左侧压油腔，因左侧的牙齿逐渐啮合，工作空间的容积逐渐减小，所以齿间的油液被除挤出，从压油腔输送到压力管路中去。

特点：结构简单、重量轻、成本低、工作可靠，但压力不高，属于低压泵。

(二)叶片泵：密封空间由转子、叶片、壳体和端盖共同形成。

1.单作用叶片泵

转子每转一周，完成一次吸油和排油，故称之为单作用叶片泵。

改变转子和定子的偏心距，可以改变泵的流量，是变量泵。

2.双作用叶片泵

转子每转一周，完成两次吸油和排油，故称之为双作用叶片泵。

泵的流量固定，是定量泵。

叶片泵的特点：结构紧凑、体积小、重量轻、流量均匀、运转平稳、噪声低;

结构比较复杂、对油液污染比较敏感。

(三)柱塞泵：有径向柱塞泵和轴向柱塞泵。

径向柱塞泵由定子、转子(缸体)配油轴、衬套和柱塞组成 。

转子每转一周，每个柱塞底部容积完成一次吸油、压油。转子连续运转，即完成泵的吸油、压油工作。

柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量能调节等优点。

六、液压马达与液压缸

功能是将液体压力能转变为机械能。

(一)液压马达：将液体的压力能转变为旋转机械能。

液压马达和液压泵都是依靠工作腔密封容积的变化来工作的，他们的原理是相同的;但是结构上存在差别，所以不能通用。

高速液压马达有：齿轮液压马达、叶片液压马达、轴向柱塞马达。

低速液压马达有：单作用连杆型径向柱塞马达、多作用内曲线径向柱塞马达。

(二)液压缸：将液体的压力能转变为直线运动或往复摆动的机械能

活塞或柱塞的速度取决于流量和油缸容积，而推力则取决于液体压力和受压面积。

1.双杆活塞缸

(a)为活塞杆固定式：油缸来回运动，活塞杆不动。

(b)为油缸固定式：活塞杆固定，油缸运动。

重要特点：当进油压力相同时，活塞所受的推力相等(左右形成推力相等)。如果左右进油流量相等，那么活塞正反形成的速度相等。

2.单杆活塞缸

液体进入无杆腔时，速度低但推力大;液体进入有杆腔时，速度高但推力小。

3.柱塞缸：只能单向运动，回程需要借助于外力，如重力、弹簧力，或成对使用。柱塞缸主要是避免了活塞缸缸孔难于加工的问题，这是它的一大优点。

对于液压缸特别强调：国家规定的标准符号(图2-47)

七、液压控制阀

(一)方向控制阀

方向控制阀，用来控制改变液压系统中液流方向的阀类，如单项阀、液控单向阀、换向阀等。

1.单向阀：单向可靠、油液不能反向流动;正向流动压力损失小;反向截止密封性好。

图例说明：当压力油从进油口P1流入时，克服弹簧的作用力顶开阀芯，经阀芯上的四个径向孔及内孔从出油口P2流出。当油流反向时，在弹簧和压力油的作用下，阀芯锥面紧压在阀体1的阀座上，使油不能通过。

2.液控单向阀：闭锁方向可以用压力油予以控制。

图例说明：当控油口K不通压力油时，油液只可以从P1进入顶开单向阀，从P2流出。若油从P2进入时，单向阀3闭，油不能通到P1。当控制口K接通压力油时，则活塞1左部受油压作用，所以活塞向右运动，通过顶杆2将单向阀向右顶开，这时P1和P2两腔相通，油可以在两个方向自由流通

3.换向阀：通过手动、机动、电动、液动等方式，使阀芯在阀体孔中运动，使油路接通或切断，从而改变液流的方向。

图例说明：图中P为来自油泵的高压油，A与油缸左腔相通，B与油缸右腔相通，O与油箱相通，于是高压油从P与A或B口相通，而使油缸中活塞带动活塞杆左右移动。图示位置是P与A相通，B与O相通。

位：阀芯在阀体孔中可能的位置数目;滑阀符号中方格的个数。

通：与阀体连通的主油路数;每一方格上，和外界油路连通的“孔”数，即通路数。

(二)压力控制阀：根据液体压力与弹簧力平衡的原理来控制和调节液体的压力。

常见的压力控制阀有：溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。

1.溢流阀：溢出系统中多余的液压油，使系统油液保持一定压力，防止过载，起安全保护作用。

2.减压阀：减低系统中某一部分的压力，使之低于油泵供油压力。

注意：

溢流阀和减压阀的不同之处：

(1)溢流阀保证系统中的压

力不超压;减压阀保证系统中某一部分的压力低于系统

压力也不超压。

(2)溢流阀在正常的时候进口和出口不连通;

减压阀在正常的时候出口和进口连通，但超压断开。

3.压力继电器

图2-53 压力继电器职能符号

以上都是液体压力与弹簧力平衡的原理进行控制。

(三)流量控制阀

依靠改变工作开口的大小来调节通过阀口的流量

常见的流量控制阀有：节流阀、调速阀等。

节流口：起节流作用的阀口。

图例说明：L型节流阀的节流口是轴向三角形。油从进油口P1流入，经孔道b和阀芯1左端的节流槽进入孔a，再从出油口P2流出。调节流量时可以转动捏手3，利用推动2使阀芯1作轴向移动。弹簧4的作用是使阀芯1始终向右压紧在推杆2上。

注意：

1.熟悉主要的各种阀的符号，特别是单向阀、滑阀、溢流阀、

减压阀和节流阀。

2.调速阀是流量控制阀，而不是流速控制阀。

八、液压辅件(要注意符号)

(一)油箱：储存油液、散热、分离气体和沉淀。

(二)过滤器：表面型、深度型、磁性。

(三)蓄能器：做辅助动力源、保压补充泄漏、吸收冲击和油泵的压力脉动

此外，还有热交换器、密封装置、压力装置等

九、基本回路

(一)速度控制回路

要求：

1.能在规定的调速范围内调节执行元件的速度

2.在负荷变化时，速度变化尽可能小，系统具有足够的刚性

3.具有驱动执行元件所需要的力或力矩

4.功率损失小、效率高，发热小

方法：

1.节流调速：

采用定量泵供油、依靠流量控制阀调节流量从而改变速度。

包括进油节流调速、回油节流调速和旁路节流调速回路三种。

回油节流调速节流阀放在回油路上，可以产生较大的背压，比放在进油路上运动更加平稳。

旁路节流调速油泵的工作压力随负载的减小而减小，所以，在能量利用上较为合理。

下面的图可以更好地体会节流阀安置在回油路上的作用。

2.容积调速

使用变量泵或变量液压马达来实现调速。

容积调速效率高、发热少，但结构复杂、成本高。

3.容积节流调速

依靠变量泵和节流阀联合调速，适用于系统要求效率高，同时具有良好低速稳定性的场合。

图2-60 限压式变量叶片泵-调速阀调速回路

1.叶片泵 2.调速阀 3.压力继电器 4.液压缸 5.背压阀

(二)压力控制回路：利用溢流阀和减压阀等压力控制阀来控制整个系统或某一部分压力，达到调压、卸载、减压、增压、平衡、保压的目的。

要控制液压系统的压力，应使用溢流阀;要减低系统中某一部分的压力，应使用减压阀。

增压回路：使用串联在一起的两个工作面积不等的油缸，增压的倍数等于大小油缸面积之比 。

图2-61 采用增压缸的增压回路

1.油泵 2.溢流泵 3.换向阀 4.增压油缸 5.油箱 6.单向阀

7.工作油缸

卸荷回路：即系统中工作部分停止工作时，不停泵，但泵出的油液经过电磁换向阀直接回油缸，形成低压循环，从而节省动力消耗，减少发热

(三)方向控制回路：通过控制执行元件液流的通断或变向，实现液压系统执行元件的启动、停止或改变运动方向的回路。

常用的有：换向回路、锁紧回路、制动回路。

理解基本回路的工作原理，要掌握常见液压元件的符号和作用。

图中：1-油箱;2-滤油器;3-单相定量液压泵;4-压力表;5-工作台;6-双出杆刚固定液压缸;7-三位四通换向滑阀;8-节流阀;9-溢流阀。

6的作用是把液体压力能转变为机械能，带动工作台做往复直线运动

9的保持系统中压力不超过规定的数值。

下面的锁紧回路具有两个功能：三位四通换向滑阀交替在左右两个位置时，使单杆活塞液压缸往复运动;而三位四通换向滑阀在中间位置时，使液压缸锁紧不动。

液压机械手设计论文 篇6

摘要：在冶金机械设备的使用中，液压油与液压液的选择与使用是一个关键环节，正确合理地选用液压油与液压液能够有效地提高设备运行的可靠性，延长设备的使用寿命，同时对联动设备的安全使用提供了重要的保证。文章就冶金机械设备中液压油与液压液的选择使用进行了探讨，目的是为正确使用液压油与液压液提供指导和借鉴。

关键词：冶金机械设备；液压液；液压油；液压件

中图分类号：TE626 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）05-0073-02

作为冶金设备的重要组成部分，液压系统在钢铁生产中发挥了重要的作用，其中液压油与液压液对材料和设备的损耗以及工作效率的高低起着决定性的影响。因此在冶金机械设备中使用液压油与液压液必须依据一定的原则，正确选择与使用，最大限度地提高冶金行业的经济效益。

1 冶金机械设备中选用液压油与液压液要考虑的因素

1.1 液压件

液压油与液压液要依据液压件的不同来选择，液压件的种类以及使用的材质等必须做到与液压油和液压液相容，进而保证冶金机械设备在运行时满足润滑的要求，提高部件的使用寿命。在液压件中，对液压油与液压液的影响最大的元件是液压泵，其次还有阀件、管件、密封件等。因此，对液压油与液压液的选用要充分考虑液压件的材质、性能、品牌等情况，要结合液压油与液压液的黏度和温度性能进行综合的考虑，达到最佳的匹配。

1.2 系统的工况

设备机械的运作速度、整个系统的压力以及系统工作的精确度对液压油与液压液的承载能力以及耐磨性有着重要的影响，两者之间是成正比例关系的。因此，在对液压油与液压液进行选择时，必须充分考虑到液压油与液压液的高温性、热稳定性以及黏度，进而避免或减少油泥和沉积的出现，提高设备机械的使用效率和使用寿命。

1.3 油箱的容量

在冶金设备机械的运行中，选择液压液与液压油还受到油箱大小的影响，油箱的容量越小，对液压油与液压液的氧化安定性、极压抗磨性、空气释放性和过滤性要求就越高，反之亦然。因此在选用时要根据油箱的大小确定使用何种性质的液压液与液压油。

1.4 环境温度

冶金设备机械所处的运行环境也对液压油与液压液的选择有着至关重要的影响，温度在60℃左右并且承载较轻时，可以选用普通的液压油，但是在温度较低或者是温度变化较大的环境中，需要选用低凝液压油。

2 冶金设备机械中常用的液压油与液压液的选择

由于液压油与液压液在冶金设备机械使用中起着非常重要的作用，需要根据一定的原则，对液压油与液压液的综合性质进行研究，选择合适的液压油与液压液，进而提高设备的使用寿命，保证设备的稳定性能。因此，在对液压油和液压液进行选用时，要结合一定的选择方案。液压油和液压液的作用，是为了增加设备部件之间的润滑，避免过度摩擦引起设备的损坏，并且防止设备生锈或者是腐蚀，这就对液压油和液压液的粘度和防氧化性提出了很高的要求。

2.1 进口与国产液压油与液压液的选择

一般情况下，只要设备和环境条件允许，多是采用国产的液压液与液压油，便于设备的稳定运行和降低成本，但是对于进口的设备要采用相应的进口液压液与液压油，做到与设备相匹配。此外，当液压油的压力超过25MPa或者是液压温度达到80℃以上、设备的换油比较麻烦或者是设备使用时间较长时，可以采用进口的液压油与液压液。根据设备的不同，选用合适的液压油与液压液，可以对设备起到保护作用，进而使设备发挥到最大的使用效果和获得最佳的经济效益。

2.2 无灰抗磨液压油与普通液压油的选择

随着冶金行业的发展，对设备的精密度和操控性提出了更高的要求，设备也向着更加精密的方向发展，这就致使普通液压油中的添加剂会在长期的高速运转中与铜等发生化学反应，造成设备的锈蚀。为了避免此类情况的发生，近年来，无灰抗磨液压油应运而生，并在冶金行业获得了广泛的应用，这主要是因为其具有较高的耐磨性和热稳定性、使用寿命长、抗氧化性能好的优点。同时无灰抗磨液压油的可过滤性强，能够有效地实现油和水的分离，大大地提高了使用的可靠性，进而减少了设备机械的维修成本。

2.3 液压油与液压液使用注意事项

对于初装的液压系统而言，在选用液压油和液压液时，要用同一品牌的液压油或者是液压液来冲洗，做好系统和管道的清洁工作，进而确保进入系统的油的清洁度。在使用结束后要进行室内库存，避免加油设备的混合使用。

此外，在冶金行业的设备机械中，使用液压油与液压液，还要及时地对其进行保养和维护。液压油和液压液要做好防尘防污染工作，并定期对油品进行抽测，保证其符合设备运行的需要。一般来说，对液压油与液压液的抽测是为了及时准确地了解设备的使用和磨损情况，进而采取相应的措施，保证设备的性能，延长设备的使用寿命。同时还需要对油液进行检查和维护，通过颜色和气味的比较，确定油液的质量是否符合设备规定的要求，在不符合规定的情况下，及时地更换，以保证油液质量。

总之，随着冶金行业的不断发展，设备的精密度和可操作性不断增加，这就对液压系统提出了更高的要求，因此，在冶金设备机械中使用液压油与液压液时，要按照一定的要求和操作规范，选择合适的液压油与液压液，并定期对其进行检查和维护，确保其真正地发挥维护设备使用性能和延长设备使用寿命的作用。

参考文献

[1] 王贵义.统一润滑油工程机械科学养护系列讲座：液压油的选择与使用[J].工程机械与维修，2007，（6）.

[2] 陈强.液压油的粘度、粘度指数及其选择[J].建设机械技术与管理，2008，（5）.

[3] 郑智，许翔，靳尚杰.高原地区对液压工程机械的影响及应对策略[J].工程机械与维修，2010，（2）.

作者简介：刘钢前，陕西略阳钢铁有限责任公司工程师；白云龙，陕西略阳钢铁有限责任公司助理工程师。

车载液压机械臂结构分析及设计 篇7

机械臂系统一般由执行系统、驱动系统和控制系统三大部分组成。

执行系统是可以将工作对象取放到目标位置处或对其进行操作的机械装置,由末端执行器、腕部、臂部和机座组成。其中,末端执行器是与工作对象接触以完成操作任务的装置。腕部主要用来确定末端执行器的位姿(方位和姿势)和扩展机械臂的臂展,某些机械臂可以没有腕部而将末端执行器直接安装在臂部的末端。臂部一般由关节和连杆组成,是用以携带腕部与末端执行器,使末端执行器到达目标位置的部件。机座主要将整个机械臂机构与其他机构或地面连接在一起,是执行系统中相对固定并能承受相应的力的部件。

驱动系统是机械臂系统的动力装置,用以向各个运动部件供给动力,动力源一般为液压、气压或电气。液压驱动具有在一定的作业空间内提供大驱动力和驱动力矩的能力,调速简单平稳,能够实现无级调速,在安全阀的作用下还可简单有效地实现过载保护,已经被大多数车载机械臂所采用。气压驱动具有快速、气源方便、缓冲作用好、无污染等特点,但其工作压力偏低,功率重量比小,速度不易控制,噪音大,冲击大,一般用于驱动力较小、精度要求不高的场合。电气驱动的特点是电源方便,利用电动机产生力和力矩,功率重量比较大,信号传递迅速精准,响应快,效率高。

控制系统是机械臂的操控中心,控制驱动系统驱使执行系统按预定动作完成任务。

2 机械臂的分类

机械臂可以根据其坐标方式、驱动方式、关节连接方式以及用途进行分类。

坐标方式是指机械臂在运动时所取的参考坐标系的形式,主要有直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型和关节型。

(1)直角坐标型机械臂通过在直角坐标轴上的移动来使末端执行器到达预定位置,这种动作使其形成一种“伸缩—伸缩—伸缩”的运动形式。其特点是结构相对简单,定位精度较高,运动轨迹由立方体首尾相连的直角边组成,直观性强,但所占空间较大而工作范围较小,且惯性大,灵活性差。

(2)圆柱坐标型机械臂是由直角坐标型机械臂机座位置的移动副改变成回转副而得来。圆柱坐标型机械臂的运动形式为“回转—伸缩—伸缩”。与直角坐标型相比,在相同的条件下所占空间较小,其他特点基本相同。

(3)极坐标型机械臂在运动中存在回转、仰俯、伸缩动作,工作空间可以形成一个球体,又称为球坐标型机械臂。该型机械臂的主要特点是结构紧凑,刚度好,具有较大的抓持能力,末端执行器活动灵敏、运动范围大,但结构较为复杂,运动精度较低,且运动控制困难。

(4)关节型机械臂的运动主要由旋转与回转两种形式组成,其特点是动作灵敏、通用性强,在相同的工作条件下运行范围最大,能够抓取靠近机座的工作对象,同时可拟合操作空间内的任意曲线。

根据驱动方式可将机械臂分为液压驱动、气压驱动、电力驱动、机械传动等类型。根据关节连接方式可分为串联结构、并联结构、混联结构型机器臂。串联型机械臂因其具有动作灵敏、通用性强等与关节型机械臂相似的结构特点,在工业领域中受到广泛应用。根据用途可将机械臂分为专用机械臂、通用机械臂两类。

3 车载液压机械臂的设计依据和性能要求

本课题所研究的对象———车载液压机械臂的设计参数如表1所示,它的主要任务是使用专用夹持器夹持大小为准560×H900的工件进行转载作业。经调研发现,市场上没有能够完全满足公司转载工作要求的车载机械臂,要么最大臂展不够,要么最大转载能力满足不了需求。因此,需要专门设计一台这样的车载液压机械臂。

车载液压机械臂所要完成的是重物转载工作,在其设计过程中不仅有设计参数的限制,还有特殊的工作性能要求:(1)在质量条件满足的情况下,要有足够的刚度、强度,避免转载过程发生塑性变形,反复工作失去转载能力。(2)由于其安装在车辆上,空间有限,设计时要尽可能实现结构紧凑、体积小。(3)液压驱动不可避免地存在液压脉动频率,结构设计要避免发生共振现象,同时转载工作过程中不能出现明显的振动。

4 设计方案分析

本课题所研究的车载机械臂基本动作为:启动机械臂后,首先,机械臂整体旋转一定角度,使末端执行器转出车厢底板;然后,臂架伸展,同时使末端执行器下降,当末端执行器下降到一定高度后,末端执行器夹手张开,臂架前伸,夹手到达合适位置后夹紧工件,臂架携带末端执行器及工件上升,高度超出车厢底板后停止上升,臂架回转,使得工件处于车厢底板上方;最后,臂架前伸或后缩选择最优位置放置工件。

基于连杆机构为面接触的低副机构,具有接触面所受的压强小、能够承受较大的载荷、抵抗冲击能力强、组成连杆机构的各构件多为平面和圆柱面、便于加工制造、适应环境能力强、便于实现各种复杂的运行轨迹等特点。为实现上述基本动作,本课题选用连杆机构完成整体臂架系统的设计。比较各类机械臂的优缺点,考虑液压驱动的优点,本文所研究的对象将选用液压驱动方式的关节型机械臂。

在研究过程中发现:若使用摇臂钢索吊取工件进行转载,仍需要人工调整工件姿态及放置位置;若使用两个连杆组成臂架完成转载作业,虽然能完成转载工作,但臂杆要承受较大的应力,无形中增加了臂杆的壁厚,或者需要使用较贵的材料制作臂杆,并且两连杆的机械臂不能充分利用靠近机座的空间,造成了空间的浪费;四连杆机械臂也能完成公司的转载工作,但增加了控制难度,3 700 mm的最大臂展使用四连杆来实现,由于液压缸基本尺寸的限制,需要专门定制液压缸。因此,在研究过程中提出了两种三连杆结构的可行性方案,总体方案示意图如图1所示。

1—机座2—回转驱动装置3—连杆1 4—连杆1驱动液压缸5—连杆2 6—连杆2驱动液压缸7—连杆3驱动液压缸8—夹持器姿态控制液压缸9—连杆3 10—夹持液压缸11—夹持器12—转动关节

5 方案确定

以上两种方案均可满足公司的设计要求,但从车载液压机械臂设计的特殊工作性能要求考虑,方案二显然要比方案一更加合理,从方案示意图中便可看出,方案二在空间利用方面要优于方案一。方案一中由于连杆3驱动液压缸的限制,运动过程中连杆3和夹持器不能充分地接近机械臂机座,从而在转载结束时将工件放置在靠近机械臂机座的位置处,而方案二就不存在这样的问题。此外,在后续的研究中发现,依据方案一所设计出来的液压型机械臂低阶固有频率较低,极易受外界激励作用发生共振现象。因此,在后续的研究过程中将依据方案二完成各项研究工作。

参考文献

[1]李娜.考虑关节非线性的机械臂抓取动力学建模与分析[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010.

液压机械手设计论文 篇8

1.1 系统的基本原理分析

液压机械传动的基本原理是保持液体在平衡的系统中能够静止。液压系统中的液体在各处的压强是一致的, 在一个相对平衡的系统中, 不同大小的活塞根据其本身承受压力的能力施加不同的压力就可以使得液体保持相对静止, 小的活塞上面应该施加较小的压力, 大活塞上面应该施加较大的压力。通过液体的传递可以达到变换的目的。液压在传动的过程中需要较多的元件, 其中主要的元件有执行元件、动力元件、辅助性的元件和控制元件等, 通过动力元件可以让系统产生运行的动力, 主要代表元件有液压泵。液压泵在工作的过程中主要是依靠容量的变化进行工作, 通常将这种动力部件称为容积液压泵。最常见的容积液压泵是齿轮泵, 它通过齿轮的变动使液体进行运动。在对液压泵进行选择时需要注意能量的消耗问题, 还需要解决一些液压效率问题。液压的执行元件可以将液压泵中提供的液压转换为机械能的装置, 与液压泵相反的工作装置是液压马达, 这种装置可以将液压能量转换为机械能, 从而使液压对外做功。液压元件可以对液体流动的方向和压力的高低进行控制, 能够确保其满足特定工作的要求。液压控制系统除了动力元件还有一些辅助性的元件, 通过辅助性的元件可以建设液压回路。

1.2 液压机械传动的优缺点分析

1.2.1 液压机械传动的优势

液压机械传动的应用范围相对广泛, 在各个领域都有基本的使用, 无论是一般工业施工的塑料加工机械还是钢铁工业用的冶金机械都具有其自身的实用性。使用液压机械传动装置在各方面都能够取得较大的进展, 这些装置具有高压、高速和高效率的特点, 液压机械传动的功率较大, 其本身也是高度集成化的系统, 具有一体化、小型化和轻量化的特点, 由于该系统和微电子技术可以紧密的配合, 可以在小空间内实现对功率的准确控制, 在各种行业的使用中发挥着较大的作用。

随着科学技术的发展, 各个部门对液压机械传动的要求也逐渐提高。较多的液压机械传动控制系统和电子技术的配合在海洋开发领域甚至是宇宙航行等各个领域发挥着重要的作用。各种电液伺服系统的使用将液压机械传动的应用逐渐提高。总之, 对于液压机械传动的元件应该根据需要灵活、方便的布置;液压机械传动具有体积小、重量轻、反应速度快和运动惯性小等特点, 方便在使用的过程中进行操纵和控制, 此外, 这种系统在较大的范围内可以实现调速。传动控制系统还可以对载荷进行适当的调整。液压机械传动控制系统主要的工作介质是矿物油, 可以自动润滑, 具有较长的使用寿命。该系统比较容易实现直线运动和机械的自动化, 如果使用电液联合控制, 可以确保高程度的自动控制。

1.2.2 液压机械传动存在的缺点

影响液压机械传动控制系统运行的平稳性和正确性关键在于液压系统存在漏油的因素, 从而导致液压机械传动的传动比例不能得到严格的保存。温度的变化对液压机械传动的影响相对较大, 不同的温度会导致液压机械传动控制系统中的液体粘性发生变化, 从而使得传动控制系统的运动特性发生改变, 影响其工作的稳定性, 为了保持液压机械传动控制系统工作较为稳定, 应该避免在温度较高的环境条件下作业。此外, 液压系统发生故障的情况下不能很好的对故障进行检查和排除。液压机械传动控制系统在运行的过程中容易造成污染, 一些液压元件在机械加工的过程中容易产生金属粉末, 这些粉末粘贴到金属管螺纹地区的胶带碎片上容易造成密封胶的脱落。液压机械传动控制系统在运转时其外部环境中的污染物也会吸附到液压油箱上面, 导致系统运行不稳定。此外, 系统在运行前没有对杂质清除彻底就会使得外部的杂质和系统本身附着的杂质复合, 在元件的运行过程中产生一系列摩擦, 不利于系统的正常运转。

2 液压机械传动控制系统在机械设计制造中的应用

2.1 机械设计制造中对液压机械传动控制系统的应用和发展

无论是现代建设还是国防建设, 都需要将一些大型的工程装备融入到里面, 液压机械传动控制系统作为一种新型的机械化系统能够满足当代设备的多种要求, 由于一些机器设备的功率相对强大, 具有较高的生产使用效率, 精度也相对高, 液压系统在这些行业中的使用能够满足高集成化的要求, 可以很好地适应施工环境和不同的工作条件。我国一些高水平的技术设备具有较好的自主研发能力, 主要原因在于极端化的工作环境和精度化的施工技术。液压技术的发展使得我国一些技术在研究方面也取得了较好的成就, 系统的集成化说明只有抓住系统研究发展的方向, 才可以研发出社会所需要的技术产品。

2.2 我国液压机械传动技术应用中的不足

我国液压技术在应用的过程中虽然在一些产品的使用上面具有较大的进步, 同时凸显出液压技术发展的潜力和发展动力, 但是在使用和发展的过程中还存在较多的不足之处。我国的液压技术在一些重要的元件使用上任然依靠外国的液压产品进行辅助, 我国使用的一些产品在国际范围内和其他国家使用的产品之间存在着明显的差别。需要将我国发展成为液压强国, 就必须弥补液压研究方面存在的不足和缺陷, 要对液压技术进行研究, 从而形成我国的自主产品和液压技术制定详细的发展目标, 使我国的液压产品和液压技术超过国际上其他国家的产品和技术。只有这样, 才能够使得我国的液压技术水平逐渐提高, 减少在装备制造过程中的缺陷和不足, 从而实现最终的液压发展目标。

2.3 液压机械传动技术在更多场合中的应用

随着计算机技术的深入和发展, 液压技术作为一种被广泛使用的技术在各个领域不断得到拓展。液压控制技术和计算机控制技术的连接可以在更多的场合发挥较好的作用, 对于预期的控制任务和控制目标可以巧妙灵活的完成。与机械传动技术进行比较, 液压机械传动技术更容易实现动力参数和运动参数的控制。一般情况下, 液压工业具有较高的销售额, 占据机械工业产值的3%左右, 说明液压在工业领域中的使用较为重要。液压具有较高的传递效率, 可以实施恒功率的输出控制, 整个液压系统的结构相对简单, 可以充分的利用功率。液压系统具有较大的系统钢芯, 可以正反方向进行运转, 在机械的操作过程中对于各个操作动作都能够容易的实现, 在所有的工程机械装备中几乎都能看见液压技术的踪迹, 利用液压技术可以对很多机械实施控制。液压机械传动技术的在工程机械运行中具有广阔的前景, 主要是因为恒功率组合可以对变量系统进行调节和开发。

3 结束语

随着工程机械技术的发展, 一些新的技术和工艺逐渐出现, 使得工程机械逐渐向智能化的方向发展, 对工程机械装置的要求也逐渐提高。液压机械传动技术的发展和其在工程机械中的使用也具有较大的优势, 尤其是液压技术和微电子技术的结合使得液压机械传动技术在工程机械中的作用越来越突出, 极大地促进了机械技术的发展。我国的液压机械传动控制系统还存在一些缺陷和不足, 需要加强对该技术的研究, 促进我国液压技术快速的发展。

摘要：科学技术的发展使得技术水平不断得到提升, 出现了一些大功率大容量的技术设备, 促进了机械设计制造的发展, 液压机械传动作为一种新型的技术在机械设计制造中不断得到应用, 对机械设计制造起着关键性的作用。液压机械传动主要是以液体为介质进行能量传动和控制的方式, 该系统以其较灵活的控制方式和便捷的控制属性在工业控制中的使用最为广泛。系统本身是以压流体为能源介质对各种机械进行控制, 由一个元件回路的控制对若干个组合进行控制来完成能量的传递。文章就液压机械传动控制系统在机械设计制造中的应用进行分析。

关键词：机械设计制造,液压,传动控制系统,应用

参考文献

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[9]刘鹤南.谈塔式起重机安拆作业中的事故防范[J].职业教育研究, 2010, S1.

液压机械手设计论文 篇9

目前, 随着中国经济的不断发展, 城镇化建设和西部大开发等国家项目的拉动, 工程机械产品有广阔的市场发展前景。作为工程机械的核心, 液压元件的质量直接决定着工程机械产品的性能。工程机械液压元件的重要性日益凸显[1,2]。

2 项目概况

项目占地面积:112606m2。

项目总建筑面积:72508m2。

生产纲领:年产油缸35.5万件、液压阀23.8万套。

3 工作制度与年时基数

新建装配车间采用单班工作制, 全年工作日300d, 设备年时基数2350h, 工人年时基数1830h。

4 装配车间工艺

4.1 车间土建参数

新建长189m, 宽168m (由7个24m跨组成) 的钢结构厂房作为液压油缸生产车间, 其中车间中部南端长45m, 宽96m的4跨厂房作为液压油缸装配车间。新建长162m, 宽120m (由24m×24m柱网组成) 的钢结构厂房作为液压阀生产车间, 其中车间中部长36m, 宽120m的5跨厂房作为液压阀装配车间。

4.2 车间主要工艺流程 (见图1)

4.3 车间工艺设计原则

1) 按一个流的原则组织生产布局与车间物流, 部件装配与总成装配对应布置, 尽量做到生产路线不迂回, 物流路线最短。

2) 注重提高产品的装配及检测水平, 把确保产品装配质量放在首位, 在确保产品质量的前提下, 做到合理利用投资。

3) 设备选用立足国内, 同时充分考虑技术的先进、高效和可靠性。

5 装配车间设备

为了达到本项目高要求及大规模的产能建设目标, 设计采用了各种液压元件清洗机、液压油缸装配线、定扭矩拧紧机、气动平衡吊等先进设备, 显著缩短生产流程, 提升生产率。

5.1 液压元件清洗工序设计合理

1) 活塞杆清洗机:活塞杆清洗机采用全封闭式防护结构, 步进通过式清洗机。工件放置于输送链的“V”型架上, 输送链带着工件作步进输送。本设备工序为:人工上料→空位→外表清洗→螺纹清洗→空位→压吹→下料。本设备采用PLC控制, 除人工上料外, 其余均自动完成。清洗、吹嘴均由气缸带动, 吹嘴对工件进行扫描式清洗和压缩空气吹干。本设备采用雾气冷凝装置对清洗所产生的雾气进行处理, 由冷凝器上的风机经多级处理后变成冷凝水后直接回入机内。

2) 缸筒清洗机:缸筒清洗机采用步进通过式清洗机, 人工将工件放置在设备的托架上, 为使清洗、漂洗液顺畅流出缸筒, 缸筒与水平倾斜2°, 通孔部位向下靠在挡块上。外表清洗采用缸筒上下布置的喷管, 由气缸带动对工件外表面进行往复扫描式清洗。内腔刷洗和内腔漂洗及压吹分别由刷洗头和喷头旋转伸入缸筒内腔往复扫描后完成, 深度通过PLC数控设置, 以适应不同长度缸筒的清洗, 对于不同缸径的零件有专门的升降机构来调节探杆的中心高度。整个设备动作由PLC作中心控制, 除人工上下料外, 其余均自动完成。

3) 小件 (超声波) 清洗机:小件 (超声波) 清洗机主要用于清洗液压件中的活塞、导向套、缸底、限位油缸等配套附件的外表、内孔的铁屑、油污、油脂及颗粒。本机为单独进出, 人工上下料, 机械升降浸泡超声喷淋型清洗机, 用于批量零件的清洗。其动作过程为:人工将工件放置在上料台上的料筐内, 手推动料框至升降架上, 双手按动循环启动按钮, 气缸带动升降架下降, 料框浸入清洗液中, 自动启动超声波发生器开始超声清洗, 超声清洗3~4min后由气缸带动升降架上的零件上下运动, 使零件在水中涮洗。涮洗结束, 自动启动水泵进行喷淋清洗。外表移动喷管对零件外表进行往复式扫描清洗。节拍到升降架提升到位后, 清洗泵卸荷, 压缩空气电磁阀打开, 对零件进行压缩空气吹干。

4) 阀杆超声波清洗机:阀杆超声波清洗机主要用于液压件阀杆装配前清洗, 清除表面、两端内孔矿物油、金属铁屑以及手工清理沟槽毛刺后产生的附着物。清洗工艺流程:自动进料→喷洗→超声波清洗→超声波漂洗 (防锈) →超声波漂洗 (防锈) →漂洗 (防锈) →压缩空气除水→烘干→自动出料。设备采用电加热, 各水箱装不锈钢加热器。可实现30min内从20℃加热至60℃。除喷洗槽及压缩空气槽外, 料框在槽内作上下摆动。内置标准型过滤芯, 其中喷洗槽和超声波清洗槽的过滤精度为25μm, 超声波漂洗 (防锈) 槽和漂洗 (防锈) 槽的过滤精度为5μm。

5) 阀体清洗机 (见图2) :阀体清洗机用于阀体装配前清洗, 去除阀体内外表面附着物, 如铁屑、油污等污染物, 保证阀体清洁度。清洗工艺流程:人工上料→喷淋清洗→大流量冲洗→紊流清洗→浸没漂洗→干燥→人工下料。电加热方式, 可实现2h从20℃加热到75℃。设备关机8h后清洗液温度下降<10℃。清洗槽内组合自动的油分离器, 持续、自动地收集、分离、排出油脂, 排出的油回收至油桶内, 设置油回收最大液位监控装置。

5.2 液压缸装配自动化程度高

液压缸装配采用自动程度很高的成套设备 (见图3) , 实现清洗后的液压缸部件至总装试验后的液压件成品的“一个流”生产。此种生产方式的实施极大地提高了生产效率, 显著降低了工人的劳动强度。

本装配线主要生产过程:活塞与导向套首先装配到清洗后的活塞杆上, 之后清洗后的缸筒与装配完成的活塞杆装配。活塞与导向套的各种密封圈由操作者手工装配, 活塞杆装配完成后通过活塞杆移送机自动将活塞杆移动安放到油缸装配机后再与油缸装配机上固定好的缸筒装配。该装配线的主要先进性和特点体现在以下方面。

1) 采用气动平衡吊辅助工人完成工件的转运工作, 降低劳动强度。

2) 采用单轴及多轴定扭矩拧紧机及螺栓拧紧工装完成活塞杆部装及总装的装配工作, 提高装配效率, 保证装配质量。旋紧扭扭矩:1000~4000N·m, 旋紧速度:0~17r/min伺服控制 (见图4) 。

3) 采用悬臂式的活塞杆移送机, 将活塞杆装配机装配完成的活塞杆抓起后移送到油缸装配机。运送速度:横向12m/min, 纵向9m/min, 最大承载速度:250kg (见图5) 。

4) 采用油缸装配机完成缸筒与活塞杆装配后插入导向套及导向套旋紧的动作。该过程分为3个阶段装配, 各个装配位置移送是依靠液压缸连续移送到各装配位置并装配。设备的构成大体分为床身、活塞杆装配装置、螺栓预装配台、螺栓旋紧装置。

5) 活塞、缸体及油缸的装配线体采用带V型卡插的板链线, 根据产品特点, 线体载重为1~3t。

6) 油缸试验机主要进行无负荷动作测试 (测验机供给压力设定为液压缸极限使用压力, 在不给试验用液压缸加负荷的状态下从头到尾使液压缸动作, 动作3次以上) 、起动压力特性试验 (操作液压供给泵给油缸加压, 从低压开始渐渐升高, 测验油缸开始动作的压力。供给油压的压力操作者通过手动阀门使其上升) 、耐压性测验 (以伸长方向及压缩方向额定压力的150%或最高允许压力的105%, 以较高压力加压2min以上) 、内外部漏油测验 (液压缸活塞杆侧连接部位开启, 给头侧额定压力加压150%加压) 。

6 结论

本项目装配试验工艺先进, 设备选型合理, 具有国内领先水平。本项目的设计对提高国内液压件行业的油缸和阀体装配试验工艺水平有一定推动作用。

摘要：针对国内某工程机械液压元件装配车间的工程设计任务, 通过合理选用诸如:液压元件清洗机、液压元件专用装配线等先进工艺设备, 显著缩短生产流程, 提升生产率, 实现了液压元件装配过程的自动化, 对提高液压元件行业的装配工艺水平起到一定推动作用。

关键词：工程机械,液压元件,装配车间,设备

参考文献

[1]王庆丰, 魏建华, 吴根茂, 张彦廷.工程机械液压控制技术的研究进展与展望[J].机械工程学报, 2003 (12) :51~56.

液压机械手设计论文 篇10

关键词：煤矿机械,液压支架涂装工艺,优化改进

我国在煤炭开采工作中, 煤矿机械设备在综采工作中用的是综采液压支架, 它已经成为我国煤炭开采生产的主要设备。它适合在环境恶劣的情况下进行高效率的工作, 随着煤炭开采需求增加, 液压支架涂装正处于高负荷运转, 有时在环境非常恶劣的情况下质量很大程度上得不到保证。科技在进步, 涂装工艺相对变得落后, 液压支架涂装需要进行优化和改进。随着煤矿机械在中国的迅速发展, 设计者对设备的外观和质量的要求也比较高, 所以原来的液压支架涂装已经满足不了现在的需要, 改进势在必行。支架涂装是工作中一个非常重要的环节, 面临的市场形势和思想观念在一定程度上要彻底的改变, 在技术设计上也要进行优化改进。支架涂装应该根据煤矿机械不同的发展, 进行适时的改变。

1 液压支架涂装的特点

液压支架工件它的结构件分为两个部分, 分别是:立柱和千斤顶。立柱、千斤顶虽然是机械加工件, 但是在喷绘工艺上需要采用二次喷涂工艺, 也就是说, 底涂后开始对其加工和组装, 装配完了以后要对整个设备面上进行喷涂面漆。在此过程中, 工件运输需要采用积放式输送机, 工艺相对不复杂。下面主要对结构件的涂装工艺设计进行一个详细的探讨。液压支架的结构分为两个部分, 它主要是由两个大小不同的结构件装配而成的, 结构件的品种比较多, 在规格上也比较复杂, 质量也不一样, 相差很远。在现在的市场上存在着对此种装配不确定性的因素, 所以, 导致在生产的过程中不能以稳定的生产速度进行, 生产的稳定性比较难以控制。液压支架的这些特性决定了涂装工艺的一些特殊性。

2 液压支架涂装存在的问题

我们经过对液压支架涂装的实际考察和理论分析等, 发现液压支架涂装在技术和使用上存在以下几个很重要的问题, 这些问题对以后液压支架涂装在技术的发展方面有很多的阻碍:顺序为顶梁、底座、掩护梁。组装工艺:在这些所有的组装工艺中, 出现了以下问题:1) 在组装过程中掩护梁对孔连接底座时, 这方面不是很到位, 如果是单一用导链没有办法让掩护测量定位, 如果是用单体柱对掩护梁进行推顶时, 掩护梁受到过大的力, 就会出现大幅度的晃动, 这导致它的精确度降低, 在对孔的时候变的异常的困难。在顶梁和掩护梁对孔连接的时候, 起吊的高度往往变得比标准的高度高很多, 由于高度过高, 安装人员在操作时就变的非常困难, 无法完成这么高的作业, 直接造成了安装人员在操作时的安全度, 安全系数直接降低;2) 检验程序复杂。在对工件进行检验的时候, 检验程序比较复杂, 会占用很多的时间。在支架开始组装的这一过程, 需要很多次检验销子的对接问题, 检验的次数过多, 这就浪费了很多的时间;3) 销子孔对正时, 人员闲置现象。对正销子是单独作业, 不许要太多的人员, 在组装过程中就会出现人员不能协调的问题, 有的人员闲置;4) 当销子对正, 准备安装的时候, 销子一开始很顺利, 一般安装到三分之一的时候, 阻力变到最大, 这时候需要用锤子不断的敲打销子, 知道它完全装进为止, 在这段安装的过程中用的时间较长, 也浪费了人力;5) 在多人操作把顶梁和掩护梁起到预定位置的时候, 人员之间技术的熟练程度不同和之前的默契程度也不够, 使顶梁和掩护梁不能一次完成任务, 需要几次才能把它们起吊到预定位置, 这样很大程度上浪费了时间, 影响了销子对正时间。

3 涂装中固定式涂装工艺的优化改进

3.1 敞开式涂装设计改进方案

敞开式涂装方案是很大一部分煤矿机械都采用的方案, 它是近期人们通过以前的涂装方法改进过来的。这种改进后又进行了进一步的设计, 它最大的功能就是可以在车间内把工件一次性吊装到位, 然后依次完成清理、晾干等程序后运出车间。这种方案有很大的优点, 就是车间内部没有建立独立的清理室、烘干室, 降低了成本。

3.2 运用固定式涂装改进设计

主要是对敞开式涂装方案缺点的优化和改进。厂方在节约成本和节省资源的情况下, 建立了一个抛丸清理室和一个喷漆室。这种涂装的优点是对涂装的生产环境是一个大大的改善, 比如, 在此之前的漆雾、粉尘等一些污染环境的物资在经过改进以后环境有了很大的改善, 一些废气也得到了有效的治理, 实现了柔性化的生产。

3.3 移动式涂装改进设计

现在移动涂装方案采用的是6工位漆雾捕集装置, 然后在6工位的基础上配合4套组合式整体移动功能喷漆室工作。通过改进后, 该方案有效的结合了敞开式涂装和固定式涂装的功能, 在吊运的过程中, 实现了在多功能室内对结构件的清理、喷漆等一些流程的工作。这样的好处是提高了面积利用率, 有效的减少了对结构件吊运的次数和结构件在吊运过程中的时间。这种方案的改进设计也有它适用的范围, 它主要用在液压支架厂, 原因是液压支架厂的年产量在7500台以下, 完全可以保证这种涂装方案对产量的供应。

3.4 自动化式涂装改进设计方案

如果是在7500台以上的液压支架生产厂, 就属于是大批量生产的范围, 大批量生产的要求非常的高, 移动式和固定式都不能满足市场的需要, 需要在他们的基础上设计出一种自动化输送程序较高的涂装方案, 国内实验证明可行的是自行葫芦输送机输送涂装。设计这种方案的优点是不用人的控制, 直接用计算机进行对输送、储存等一些程序的有效控制, 这种方案的柔性化生产程度比较高。

4 涂装工艺设计

在对涂装工艺车间进行设计的时候, 把涂装车间分成了两个跨, 两跨中间有一些辅助性的设备。涂装车间北面与焊装车间连接, 南侧和总装间接的进行连接。两跨之间的设备主要是循环水池间和空调间。在涂装车间两跨西面布置了抛丸设备, 南跨区域北边是喷漆室, 南边是底漆烘干, 两跨有安全走道。这样的设计, 把各个不同的功能区域很清晰的划分开来, 让人们一目了然。

5 结论

随着煤炭的需求量增大, 煤矿机械涂装技术也随着开采工作量增大而不断进步, 在很大的煤炭开采工作中, 需要生产出大批量的煤矿机械设备, 完全可以按照它的特性大批量的生产使用。涂装技术给煤炭开采事业带来了很快的发展, 提高了煤矿机械产品在国内市场的影响力, 对煤炭开采事业与可持续发展提供了动力, 也推动了煤矿机械的较快发展。在各个地区的煤炭生产过程中, 在采煤的过程中主要是采用大型液压支架、带式输送机等一些能在高负荷环境下运转的采煤设备。在采煤用的煤矿机械, 他们在生产的过程中, 需要对机械严密的加工, 这也是煤矿机械在制造过程中的重要的一个环节, 在此制造中一定要把握好设备的质量, 设备的质量和安全性是否能够得到保证, 这完全取决于制造加工中的技术水平。

参考文献

[1]刘进, 赵玉兰.高端液压支架制造工艺方案的探讨[J].科技传播, 2010 (23) :126.

液压机械手设计论文 篇11

关键词： 采掘机械液压传动 技工学校 教学改进 岗位仿真

1.引言

煤炭技工学校承担着为煤矿企业提供技术工人的任务，其专业课程教学质量对于学生能否快速熟悉生产现场工作有重要的作用。采掘机械是我校相关专业的核心课程，而采掘机械液压传动则是对应的专业基础课程，对于学生理解和掌握液压传动原理及其在采掘机械设备的应用中有不可替代的作用。

然而，目前技工类学校普遍存在学生文化程度不高、理解分析能力一般的情况，加上专业课程教材内容滞后于采掘机械的发展，以及传统课堂板书及挂图教学方式，难以让学生调动学习本课程的积极性，理论知识与现场实践结合效果不佳，从而影响后续专业课程教学质量。

因此，笔者根据多年教学实践，结合煤矿现代化采掘机械对于操作工人的能力要求，从教学内容和教学方式等方面对《采掘机械液压传动》教学进行改进探索。

2.教学内容改进

本着职业教育遵循的“以应用为目的，以够用为度”的原则，笔者首先对于采用的教材内容进行了适当删减和调整。围绕“液压系统的基本组成及功能”的教学目的，在课程开始阶段就增加了煤矿现场采用的支撑掩护式液压支架作为具体讨论对象，根据该支架的液压系统结构，逐一介绍动力元件（乳化液泵站）、工作介质（乳化液）、执行元件（液压缸）、控制元件（方向阀、溢流阀）及辅助元件（油箱、过滤器等）的主要功能，并在此基础上讲授采掘机械上使用的其他液压元件（液压马达、典型液压泵、压力控制阀等）的作用，使学生结合实例更好地掌握液压系统的基本知识点。同时，对于教材中较为抽象的内容，如液体力学基础、液压冲击、排量及流量计算，则以简要介绍为主，使学生有所认知即可。

其次，在教材内容基础上，笔者通过现场调研和查阅科技文献，有针对性地对课堂教学内容进行更新，尽可能与煤矿现场典型的采掘机械相对应。例如，通过对采掘机械发展历史介绍，阐述液压控制系统在采掘机械中的核心作用，从而使学生认识到本课程的重要性；以当前采煤工作中存在的煤岩识别难题为引子，介绍采煤机的智能调高控制，最后强调由液压机构实现采煤机摇臂调高；介绍在掘进工作面使用的交错迈步式临时支架及其动作顺序，分析其液压系统回路及其操作。以上来自现场案例的分析，极大地开阔了学生的视野，提高了学生对液压系统的兴趣。

3.教学方式改进

“兴趣是最好的老师”，如何激发并保持学生对本课程的兴趣，是决定教学效果的重要因素。通过近二十年的教学实践，作者发现传统课堂板书教学及采用大幅挂图讲解的方式，已不再受到学生欢迎。一旦学生认为课程枯燥无趣，其学习积极性可想而知。因此，笔者针对当前学生活泼好动、易于接受新事物的特点，对本课程教学方式进行了改进，以活跃课堂教学气氛，使学生的学习态度变被动为主动。

首先采取多媒体教学作为主要教学方式。在课程第一节课，结合学生未来可能从事的煤矿岗位，介绍近年来煤矿井下工作面与采掘机械相关的安全事故案例并播放相关视频或动画，如支架操作工由于控制阀操作不当而导致的人身安全事故。通过这些案例简介，学生深刻认识到掌握液压系统知识对采掘机械操作岗位的重要性，树立重视学习本课程的态度。

其次，采用较多的动画演示介绍液压系统各个部件的动作及工作介质的流动，使学生直观认识到液压系统工作原理，对课程知识点的接受更容易。同时，在演示液压系统动画同时，将其与人体血液循环系统进行类比，通过液压泵与心脏、工作介质与血液、油路和血管、控制阀与瓣膜等的对比，进一步加深学生对液压系统的理解。

最后，为维持学生对课程学习的兴趣，在讲授完液压系统基本结构以后，重点学习采煤机、掘进机和液压支架的典型液压回路时，采取岗位仿真教学方法。即按照煤矿井下工作面的岗位设置，将学生分成采煤机操作、掘进机操作及支架操作三个组，在课堂上进行典型采掘机械的液压系统仿真操作学习。由于学习目的在于对液压回路的控制操作，因此采用三维造型软件SolidWorks建立的采煤机、掘进机和液压支架装配模型，其外观及结构尺寸不必与实物完全一致，重点在于建立由液压缸驱动的机构之运动副关系，并通过鼠标点击相应的运动副触发按钮，仿真对采掘机械液压方向阀的动作控制。课堂教学时，采取师生互动形式，根据设定的操作目标（如采煤机摇臂调高、液压支架升降及移架等），可由教师发出指令，由学生利用鼠标进行仿真操作，或者由学生发出指令，由教师完成仿真操作。学生通过多次仿真操作，可以更深刻体会到液压系统在采掘机械中的重要作用。采用仿真教学，既活跃了课堂教学气氛，又大大提高了学生的学习积极性。

4.结语

通过对《采掘机械液压传动》课程在教学内容和教学方式方面的改进探索，激发学生对本课程的学习兴趣，提高学生对液压系统基本知识的理解，教学效果明显，为后续学习采掘机械专业课程打下较好的基础。

参考文献：

[1]林添良，任好玲，刘晓梅，等.液压传动课程教学改革的思考与探讨[J].教育教学论坛，2015，07：85-86.

[2]王小红.高职“液压传动”课程的教学改革[J].机械制造与自动化，2015，04：74-76.

[3]赵亮.《液压传动与采掘机械》课程教学心得与探索[J].现代企业教育，2014，18：314.

[4]史惠珍.对《液压传动》课程项目化教学的思考[J].产业与科技论坛，2013，24：201-202.

[5]杨秀萍，陈炜，郭津津，杨旴昊.Fluent软件在液压传动教学中的应用[J].中国现代教育装备，2013，15：4-5.

[6]黄丽梅.谈液压传动基本回路分析的教学[J].装备制造技术，2013，09：217-219.

液压机械手设计论文 篇12

关键词：拖拉机,液压机械,无级变速器,试验台

拖拉机液压机械无级变速器是一种并联机械功率流与液压功率流的新型传动装置, 利用机械传统联合和液压传动达到无极变速, 并利用机械传动达到传动高效率。该变速器具有无级调速的良好特性, 不仅可以极大地提升车辆的燃油动力性和经济性, 还可以实现大功率的传递, 因此在大功率车辆中有着非常广阔的应用前景。自1970 年后, 液压机械无级变速器开始进入商品化应用阶段。1990 年后, 液压机械无级变速器开始被应用于拖拉机中。而我国对液压机械无级变速器的研发起步较晚, 因此在1970 年后才开发出样机。

1 无级变速器的结构和工作原理

拖拉机液压机械无级变速器是由定量马达和变量泵构成, 具体由多挡有级变速箱、液压传动系统、单行星排机构等构成。发动机的输出功率通过分流机构可以分为机械功率流和液压功率流, 机械功率流通过换挡离合器传递到行星排的行星架或齿圈, 液压功率流通过变量泵定量马达组成的传动系统传递到太阳轮。机械功率流和液压功率流在行星排机构合流, 经过齿圈或行星架后通过换挡离合器将功率传递到多挡有级变速箱, 之后通过离合器将功率传送到变速器输出动力的轴部。定量马达排量比、传动系统变量泵的反复变化及换挡离合器接合状态的差异使液压机械无级变速器的前行方向有6 个连续变速段, 倒行方向有3 个连续变速段, 无级变速器速比在相应的范围内逐段无级变化, 实现无级变速功能。

2 无级变速器的试验台设计

液压机械无级变速器试验台主要用于液压机械无级变速器性能的试验, 试验内容包括传动效率特性试验、空载损耗特性试验、无极调速特性试验、自动调速特性试验。传动效率特性试验用于检查液压机械无级变速器速比不同情况下的传动效率, 查验变速器传动的高效率特性;空载损耗试验用于检查液压机械无级变速器输出轴不加载状态下变速器功率消耗随变速器速比变化的情况;无极调速特性试验用于检查发动机工作在最佳工作点下液压机械无级变速器的无级调速范围;自动调速特性试验用于检查负载连续变化时液压机械无级变速器速比对发动机最佳工作点的跟随情况。

液压机械无级变速器试验台主要由动力装置、参与试验的液压机械无级变速器、加载装置、数据采集和控制系统、分动箱、联轴器、软件系统及辅助系统、多挡升速箱等组成。动力装置为参与试验的液压机械无级变速器供给动力传输, 实现被试传动装置对输入转速转矩的要求。动力装置中有发动机、液压马达、交流电动机和直流电动机。加载装置用于模拟车辆的实际使用工况, 对参与试验的液压机械无级变速器进行增加装载量。将交流电机发动机的机械能转化为电能的是交流电力测功机, 通过变频逆变单元将电能返馈至电网中, 达到电力能源的二次利用。加载装置具有高速恒功率和加载低俗恒扭矩加载特性, 可以双向加载。发动机输出动力经过转矩转速传感器和主离合器后输送到分动箱, 并且将动力分成两路, 一路用于驱动液压机械无级变速器的液压系统, 另一路用于驱动液压机械无级变速器的机械系统。系统经液压机械无级变速器输出轴输出, 输出动力通过多挡升速箱和转矩转速传感器后输送到交流电力测功机。多挡升速箱应用于不同的试验工况下液压机械无级变速器输出轴转矩和转速的查验中, 让被试液压机械无级变速器输出端的转矩转速与交流电力测功机的转矩转速特性互相配合。

液压机械无级变速器试验台控制系统主要由转矩转速传感器、工控机、压力传感器、流量传感器、各控制器与执行器、信号调理模块、数据采集卡等构成。工控机的作用是依据试验任务实施程序, 并且向各控制器发出相关控制指令, 对系统实施实时的数据采集、数据记录、数据分析和系统安全监控、保护、故障诊断等多种功能。工控机主要通过以下两种方法执行数据的采集工作: (1) 将信号传送给控制器, 经过控制器运算处理后转化为数字信号, 之后发送到工控机, 工控机对试验数据进行分析和处理, 并最终输出; (2) 将传感器采集的信号经过调整模块处理后传输给数据采集卡执行运算处理, 之后通过各通信端口获取数据。液压机械无级变速器试验台控制系统对发动机、被试液压机械无级变速器、交流电力测功机和多挡升速箱进行控制。控制系统控制发动机是通过油门控制器来接收工控机的油门控制指令, 发动机油门大小的调节由控制油门执行器完成。

3 结束语

本文首先提出了拖拉机液压机械无级变速器试验台的具体设计方案, 设计了变速器试验台的加载装置、动力装置、控制系统、软件系统和数据采集系统;其次对拖拉机液压机械无级变速器自动调速特性进行了试验。液压机械无级变速器具有连续无级的变速功能, 试验台自动化程度较高, 能够实现能源的二次利用。

参考文献

[1]王光明, 朱思洪, 王胜红, 等.拖拉机液压机械无级变速器的速比控制[J].农业工程学报, 2013, 05 (07) :17-23.

[2]倪向东, 朱思洪, 欧阳大业, 等.拖拉机液压机械无级变速器速比匹配设计与实验[J].农业机械学报, 2013, 44 (04) :15-20.