機械手液壓系統(tǒng)課程設計

1、本科生課程設計書學院、系：機電教學部專業(yè)：機械設計制造及自動化學生姓名：歐光宇班級：機設1402學號 1412110211指導教師姓名：吳吉平最終評定成績：2010-11-21 年 7 月 17 日目錄一、引言 （1）二、設計要求 （1）三、設計的基本原理 （2）四、機械手的動作流程 （4）五、機械手液壓系統(tǒng)電器控制的總體設計 （7）六、機械手液壓系統(tǒng)PLC的設計（10）七、機械手電氣元件的選擇 （16）1、電動機的選擇2、三相隔離開關的選擇3、熔斷器的選擇4、熱繼電器的選擇5、接觸器的選擇八、小結（18）九、參考文獻（18）十、 附圖：系統(tǒng)電氣原理圖引言機械手是工業(yè)自動控制領域中經(jīng)常遇到的一

2、種控制對象。機械手通過模擬人 的手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡及其它要求，完成許多工作，如搬物、 裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。而可編程控制器（PLC）由于其具有 的高可靠性、編程方便、易于使用和修改，易于擴展和維護，環(huán)境要求低、體積 小巧，安裝調(diào)試方便，在工業(yè)控制中有著廣泛的應用。所以可以應用PLC控制機械手實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作， 達到簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動生產(chǎn) 率。根據(jù)我們所設計的機械手的驅動部件為步進電機的特點，應用PLC移位寄存SFT指令可以很方便、靈活地對機械手進行控制。圖1是機械手搬運物品示意圖。圖1機械手搬物示意圖、設計要求機械手一般由執(zhí)行機構、驅動系統(tǒng)、控

3、制系統(tǒng)及檢測裝置三大部分組成， 智 能機械手還具有感覺系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。驅動系統(tǒng)多數(shù)采用電液（氣）機聯(lián)合傳動。JS01工業(yè)機械手屬于圓柱坐標式、全液壓驅動機械手，具有手臂升降、伸 縮、回轉和手腕回轉四個自由度。執(zhí)行機構相應由手部、手腕、手臂伸縮機構、 手臂升降機構、手臂回轉機構和回轉定位裝置等組成， 每一部分均由液壓缸驅動 與控制。它完成的動作循環(huán)為：插定位銷一手臂前伸一手指張開一手指夾緊抓料 一手臂上升一手臂縮回一手腕回轉 180-拔定位銷一手臂回轉 95 0 一插定位銷 手臂前伸手臂中停（此時主機的夾頭下降夾料）手指松開（此時主機夾頭 夾著料上升）一手指閉合一手臂縮回一手臂下降一手腕回轉復位

4、一拔定位銷一手 臂回轉復位一待料，泵卸載。三、JS01工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)工作原理及特點JS01工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)圖如圖1所示。各執(zhí)行機構的動作均由電控系統(tǒng)發(fā) 信號控制相應的電磁換各閥，按程序依次步進動作。電磁鐵動作順序見表1。手臂回轉缸手腕回轉缸手臂伸縮缸手指夾緊缸定位缸170inXZ319手臂升降缸p-L ”1H-=41I4 0K 56-53/圖1JS01工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)該液壓系統(tǒng)的特點歸納如下：1）系統(tǒng)采用了雙聯(lián)泵供油，額定壓力為 6.3MPa,手臂升降及伸縮時由兩個 泵同時供油，流量為（35+18） L/min，手臂及手腕回轉，手指松緊及定位缸工作 時，只由小流量泵2供油，大流量泵1自

5、動卸載。由于定位缸和控制油路所需壓 力較低，在定位缸去路上串聯(lián)有減壓閥 8,使之獲得穩(wěn)定的1.51.8MPa壓力。2）手臂的伸縮和升降采用單桿雙作用液壓缸驅動，手臂的伸出和升降速度分別由單向調(diào)整閥15、13和11實現(xiàn)回油節(jié)流調(diào)速；手臂及手腕的回轉由擺動液 壓缸驅動，其正反向運動亦采用單向調(diào)速閥17和18、23和24回油節(jié)流調(diào)速。3）執(zhí)行機構的定位和緩沖是機械手工作平穩(wěn)可靠的關鍵。從提高生產(chǎn)率來說，希望機械手正常工作速度越快越好， 但工作速度越高，啟動和停止時的慣性 力就越大，振動和沖擊就越大，這不僅會影響到機械手的定位精度， 嚴重時還會 損傷機件。因此為達到機械手的定位精度和運動平穩(wěn)性的要求，

6、一般在定位前要 米取緩沖措施。該機械手手臂伸出、手腕回轉由死擋鐵定位保證精度，端點到達前發(fā)信號切斷油路，滑行緩沖；手臂縮回和手臂上升由行程開關適時發(fā)信號，提前切斷油路滑行緩沖并定位。此外，手臂伸縮缸和升降缸采用了電液換向閥換向，調(diào)節(jié)換向 時間，亦增加緩沖效果。由于手臂的回轉部分質量圈套，轉速較高，運動慣性矩 圈套，系統(tǒng)的手臂回轉缸除采用單向調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速外，還在回油路上安裝有行程和節(jié)流閥19進行減速緩沖，最后由定位缸插銷定位，滿足定位精度要求。4）為使手指夾緊缸夾緊工件后不受系統(tǒng)壓力波動的影響，保證牢固地夾緊 工件，采用了液控單向閥21的鎖緊回路。5）手臂升降缸為立式液壓缸，為支承平衡手臂

7、運動部件的自重，采用了單 向順序閥12的平衡回路。表1 JS01工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)電磁鐵、壓力繼電器動作順序表動作順序1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12YK26插銷定位+手臂前伸+手指張開+手指抓料+手臂上升+手臂縮回+手腕回轉+拔定位銷+手臂回轉+插定位銷+手臂前伸+手臂中停+手指張開+手指閉合+手臂縮回+手臂下降+手腕反轉+拔定位銷+手臂反轉+待料卸載+四、機械手的動作流程機械手的任務是將傳送帶 A上的物品搬運到傳送帶B。為使機械手動作準確， 在機械手的極限位置安裝了限位開關SQ , SQ2 SQ , SQ4 SQ5, SQe, SQ7, SQ*, SQ , SQ。, S

8、Qn , SQ2 對機械手分別進行抓緊、左轉、右轉、上升、下降動作的限位，機械手的上、下、左、右、抓緊、 放松等動作由液壓驅動，并分別由六個電磁閥來控制 ，機械手順序動作的要求是：1、插定位銷（1Y 12Y ）按下油泵起動按鈕后，雙聯(lián)葉片泵1、2同時供油，電磁鐵1Y、2Y帶電，油液經(jīng)溢流閥3和4至油箱，機械手處于待料卸荷狀態(tài)。當棒料到達待上料位置，啟動程序動作。電磁鐵1Y帶電，2Y不帶電，使泵1繼續(xù)卸荷，而泵2停止卸荷，同時12Y通電。進油路：泵2t閥6宀減壓閥8宀閥9t閥25 （右定位缸左腔。此時，插定位銷以保證初始位置準確。定位缸沒有回油路，它是依靠彈簧復位的。2、手臂前伸（5Y、12Y

9、）插定位銷后，此支路系統(tǒng)油壓升高，使繼電器K26發(fā)訊，接通電磁鐵 5Y，泵1和泵2經(jīng)相應的單向閥匯流到電液換向閥14左位，進入手臂伸縮缸油腔。進油路：泵1 t單向閥5t閥14 （左）t手臂伸縮缸右腔泵 2t閥6t閥7Tf 回油路：手臂伸縮缸左腔t單向調(diào)速閥15t閥14 （左）t油箱3、手指張開（1Y 9丫 12Y ）手臂前伸至適當位置，行程開關發(fā)訊，電磁鐵 1Y、9Y帶電，泵1卸載，泵2供油，經(jīng) 單向閥6電磁閥20左位，進入手指夾緊缸右腔?；赜吐窂淖笄煌ㄟ^液控單向閥21及閥20左位進入油箱。進油路：泵2t閥電磁閥20 （左）t手指夾緊缸右腔 回油路：手指夾緊缸左腔t閥21t電磁閥20 （左）t

10、油箱4、手指抓料（1Y 12Y ）手指張開后，時間繼電器延時。待棒料由送料機構送到手指區(qū)域時，繼電起器發(fā)訊使 9Y斷電，泵2的壓力油通過閥20的右位進入缸的左腔，使手指夾緊棒料。進油路：泵2t閥6t閥20 （右）t閥21 t手指夾緊缸左腔 回油路：手指夾緊缸右腔T閥20 （右）T油箱5、手臂上升（3Y 12Y ）當手指抓料后，手臂上升。此時，泵1和泵2同時供油到升降缸。主油路為：進油路：泵1 t單向閥5t閥10 （左）t閥11t閥12t手臂升降缸下腔泵2 t閥6t閥7t回油路：手臂升降缸上腔t閥13t閥10 （左）T油箱6、手臂縮回（6Y 12Y ）手臂上升至預定位置，碰行程開關， 3Y斷電，

11、電液換向閥10復位，6Y帶電。泵1和 泵2 一起供油至電液換向閥 14右端，壓力油通過單向調(diào)速閥 15進入伸縮缸左腔，而右腔油 液經(jīng)閥14右端回油箱。進油路：泵1 t閥5t閥14 （右）t閥15t手臂伸縮缸左腔泵2 t閥6t閥7t 回油路：手臂伸縮缸右腔t閥14 （右）T油箱7、手腕回轉（1Y 10Y 12Y ）當手臂上的碰塊碰到行程開關時，6Y斷電，閥14復位，1Y、10Y通電。此時，泵 2單獨供油至閥22左端，通過閥24進入手腕回轉油缸，使手腕回轉180。進油路：泵2t閥6t閥22 （左）t閥24t手腕回轉缸 回油路：手腕回轉缸t閥 23t閥22 （左）t油箱8、拔定位銷（1Y ）當手腕上

12、的碰塊碰到行程開關時，10Y、12Y斷電，閥22、25復位，定位缸油液經(jīng)閥25左端回油箱，彈簧作用拔定位銷?；赜吐罚憾ㄎ桓鬃笄籘閥 25 （左）T油箱 定位缸沒有進油路，它是在彈簧作用下前進的。9、手臂回轉（1Y 7丫 ）定位缸支路無油壓后，壓力繼電器K26發(fā)訊，接通7Y。泵2的壓力油進入閥 6經(jīng)換向閥16左端通過單向調(diào)速閥 18最后進入手臂回轉缸，使手臂回轉95。進油路：泵2t閥6t換向閥16 （左）t單向調(diào)速閥 18t手臂回轉缸 回油路：手臂回轉缸t單向調(diào)速閥17t換向閥16 （左）t行程節(jié)流閥 19t油箱10、插定位銷（1Y 12丫 ）當手臂回轉碰到行程開關時，7Y斷電，12Y重又通電，

13、插定位銷同 1。11、手臂前伸（5 Y 、12Y ）此時的動作順序同 7。12、手臂中停（12Y ）當手臂前伸碰到行程開關后，5Y斷電，伸縮缸停止動作，確保手臂將棒料送到準確位置處，“手臂中停”等主機夾頭夾緊棒料，夾頭夾緊棒料后，時間繼電器發(fā)訊。13、手指張開（1Y 9丫 12Y ）接到繼電器信號后，1Y、9Y通電，手指張開同 3。并啟動時間繼電器延時，主機夾頭 移走棒料后，繼電器發(fā)訊。14、手指閉合（1Y 、12Y ）接繼電器信號，9Y斷電，手指閉合同 4。15、手臂縮回（6丫 12Y ）當手指閉喝后，1Y斷電，使泵1和泵2 一起供油，同時6Y通電，其動作順序同 6。16、手臂下降（4丫 1

14、2Y ）手臂縮回碰到行程開關，6Y斷電，4Y通電。此時，電液換向閥10右端動作，壓力油經(jīng)閥10和單向調(diào)速閥13進入升降缸上腔。進油路：泵1 t單向閥閥10 （右）t閥13手臂升降缸上腔泵2 t閥6t閥7t回油路：手臂升降缸下腔t閥12t閥11t閥10 （右）T油箱17、手腕反轉（1Y 11Y 12Y ）當升降導套上的碰鐵碰到行程開關時，4Y斷電，1Y、11Y通電。泵2供油至閥22右端，壓力油通過單向調(diào)速閥 23進入手腕回轉缸的另一腔，并使手腕反轉 180。進油路：泵2t閥6t閥22 （右）t單向調(diào)速閥 23t手腕回轉缸回油路：手腕回轉缸t單向調(diào)速閥24t閥22 （右）t油箱18、拔定位銷（1Y

15、 ）手腕反轉碰到行程開關后，11Y、12Y斷電。動作順序同 &19、手臂反轉（1Y 8Y ）拔定位銷，壓力繼電器發(fā)信號，8Y接通。換向閥16右端動作，壓力油進入手臂回轉缸的另一腔，手臂反轉 95，機械手復位。進油路：泵2t閥6t換向閥16 （右）t單向調(diào)速閥 17t手臂回轉缸回油路：手臂回轉缸t單向調(diào)速閥18t換向閥16 （右）t行程節(jié)流閥 19t油箱20、待料卸載（1Y 2丫 ）手臂反轉到位后，啟動行程開關，8Y斷電，2Y接通。此時，兩油泵同時卸荷。機械手動作循環(huán)結束，等待下一個循環(huán)。機械手的動作也可由微機程序控制，與相關主機聯(lián)為一體，其動作順序相同。根據(jù)對機械手的順序動作要求，可以畫出機械

16、手工藝流程圖圖2機械手工藝流程圖五、機械手液壓系統(tǒng)電氣控制的總體設計1、電氣控制線路設計1）主電路的設計主電路主要是把行程開關信號變成標準信號， 電路中的應設有過載和短路等 保護功能，如采用熱繼電器和熔斷器，用于工作過程中電動機發(fā)生過載或電路短 路時，及時斷開主電路，保護電動機和各電氣元件。電路中還應設有電流表、電壓表及指示燈，電壓表和電流表用于觀察主電路 電流電壓是否處于正常值，指示燈用來指示電動機處于何種工作狀態(tài)： 停止或是 工作，還可起到報警作用。主電路的電氣原理圖如下：Li L? L圖3主電路的電氣原理圖2）控制電路的設計控制電路的電氣原理圖如下：六、機械手液壓系統(tǒng)PLC的設計PLC狀

17、態(tài)轉移圖MOOSI 乂口 IXO isao -ISB1 1k XI6IME3 1_4-r-XS耳3卜-CVTD-X3i|rst| rst| &-X斗 V-4S耳N -k X5Y5ItPF-t1 WT 3|dsir$t| 3-xe Vll 一 X7see .IwElJ Yd |賦 ST 6彳尺 0丁 vio彳 RgT|rst| yi一 xio_ Y8sa 1I步進梯形圖:ocvshhi-EZ1S3O-4D乞et| R0r| 丫7+ WE1| 節(jié)日 ME 丁 |0*X3H I-q me:t|S3-4HDX-4T HS EZ T SS5M3SfflSET彳R = T|TW3ESirnF2ST VS0

18、3 7-010E1|037 Id-r-V丄口S3HD目匸1| PlSEZ1| 呂3日 |F?S VVj_2RSV| VllS3日HD-w斗ohhF?g 丁 |RTMH圖4 PLC外部端子接線圖X0X2X2X4X5X6X7X1OX111XI13XI4 MX14C0科SQlSQs血SQ4SQsSQ&血SOt2Qid血SGe7PLC程序代碼:LDM8002STLS26SETY9SETS0OUTY6SETY1STLS0RSTY3LDX3SETS20LDX6SETS34STLS20SETS27STLS34LDIY3STLS27RSTY9LDIY4LDIY11LDX4LDIY5OUTY10SETS35LD

19、IY6SETY1STLS35LDIY111RSTY6SETY6LDIY1000LDX7RSTY1OUTY1SETS28LDX6STLS21STLS28SETS36LDIY121RSTY10STLS36LDIY122RSTY12LDIY3OUTY12LDX10OUTY4LDX1SETS29RSTY6SETS22STLS29LDX8STLS22LDIY8SETS37LDIY6OUTY7STLS37OUTY5LDX11LDIY10RSTY1SETS30OUTY11LDX2STLS30SETY1SETS23SETY12LDX9STLS23RSTY7SETS38OUTY9LDX1STLS38SETY1S

20、ETS31RSTY11RSTY5STLS31RSTY12LDX3RSTY1LDX10SETS24SETY5SETS39STLS24LDX2STLS39RSTY9SETS32LDIY7LDX4STLS32OUTY8SETS25LDIKTLDX12STLS25OUTT0SETS40OUTY3RSTY5STLS40RSTY1LDT0OUTY2LDX5SETS33RSTY8SETS26STLS33END七、機械手液壓系統(tǒng)電氣元件選擇主電路元器件：根據(jù)系統(tǒng)工作要求可知， 系統(tǒng)采用了雙聯(lián)泵供油， 額定壓力為6.3MPa，流量為（35+18） L/min，因兩泵的流量相差較大，故應采用兩個電機分別帶動兩個泵

21、。兩泵的輸出功率分別 為：一號泵（大泵）：6.3 106 35 10-3“ 60= 3.675（kw）63二號泵（小泵）：6.3 1018 10- 60=1.89（kw）考慮到一號泵（大泵）工作時載荷較重，故應低速運行，對應的電機也應該選轉速較低的；同理，二號泵（小泵）電機則可選轉速較高一點的。因為各執(zhí)行件的速度、壓力和正反轉情況都全部通過各個液壓閥來調(diào)節(jié)，所以泵可以持續(xù)以恒定的流量將油輸出， 所以帶動泵的電機也可以以恒轉速、 轉矩輸出，無需進行調(diào)速和 正反轉控制；當系統(tǒng)停止工作時， 各執(zhí)行件上沒有使其反向運動的阻力， 液壓油的殘余壓力 也不會對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，故電機也無需進行特別的制動控制

22、。綜合以上分析和計算，可選擇電動機型號如下：一號泵（大泵）電機M1： Y132M1-64KW380V10.53A960r/min二號泵（小泵）電機M2： Y100L1-42.2KW380V5.79A1430r/min1、電源引入開關Q。主要作為電源隔離開關用，并不用它來直接啟停電動機，可按電動機額定電 流來選，電動機電流為10.53A，所以開關選用HZ10-25/3型，額定電流為25A, 為三極組合開關。2、熱繼電器FR1、FR2主電動機M1 M2額定電流為10.53A，兩個繼電器應選用JR0-40型熱繼電 器。熱元件電流為25A。3、熔斷器 FU1 FU2 FU3熔斷器選用：熔斷器的額定電壓

23、不得小于線路的工作電壓；熔斷器的額定電流不得小于所裝熔體的額定電流。1FU是對M1 ,M2兩臺電動機進行保護的熔斷器對于多臺電動機長期共用一 個熔斷器保護的情況，用機床電氣控制技術式4-4來選擇匚丄L.：表示容量最大的電動機的額定電流=4：除容量最大的電動機外，其余電動機額定電流之和以 1 FU 熔體電流為：I R （ 1.52.5 ）X 23+2.89= （37.3960.39 ） A查機床電氣控制技術表（4-8）可選用RL1-100型熔斷器，配60A的熔體。2FU 的熔體電流為：I R（ 1.52.5）X 2.89=（4.3357.225）A查機床電氣控制技術表（4-8）可選用RL1-15

24、型熔斷器，配10A的熔體。3FU 的熔體電流為：I R（ 1.52.5 ）X 23= （34.557.5 ） A查機床電氣控制技術表（4-8）可選用RL1-60型熔斷器，配20A的熔體。 同理：4FU和5FU查機床電氣控制技術表（4-8）可選用RL1-100型熔斷器, 配60A的熔體4、接觸器KM1 KM2選用原則：1 ）根據(jù)所控制的電動機及負載電流類別選用接觸器的類型；2）接觸器的主觸點額定電壓應大于等于負載回路額定電壓；3）接觸器的主觸點額定電流應大于等于負載回路額定電流；4）根據(jù)吸引線圈的額定電壓選用不同種類接觸器。接觸器吸引線圈分交流線圈 （36V, 110V, 127V, 220V,

25、 380V）和直流線圈（24V, 48V, 110V, 220V,440V）兩種。接觸器KM1和KM2，根據(jù)慢速電動機 M1的額定電流Ie=2.89A，控制回 路電路電源為127V，根據(jù)主觸點，動合輔助觸電，動斷輔助觸電等的情況，選 用CJ10-20型接觸器，電磁線圈電壓為127V。由于M1 M2電動機的額定電流很小，1KM 2KM可選用JZ7 44型交流中間斷電器，其線圈電壓為127V,觸點電流為5A,可完全滿足要求，對小容量的電 動機常用中間斷電器充任接觸器。電器元件明細表電氣元件明細表注明各元件的型號，規(guī)格及數(shù)量等，見表3-1符號名稱型號規(guī)格數(shù) 量M1慢速電動機Y90L-61.1KW380V910r/mi n1M2快速電動機160M-4111KW 380V1460r/min1Q組合開 關HZ10-25/3三極 380V 25A1FR熱繼電器JR16B- 20