机械毕业设计1258热处理机械手 - 液压系统设计

热处理上下料机械手的液压系统设计

摘要

作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高﹑配置灵活方便﹑调速范围大﹑工作平稳且快速性好﹑易于控制并过载保护﹑易于实现自动化和机电液一体化整合﹑系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。

液压机械手主要用于将沉重的零件或者是重复简单的劳动的设备，适用于热处理炉的上下料和一般工件工序的自动化生产。本文根据热处理上下料机械手的用途﹑特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。热处理上下料机械手的设计是轨道小车移动，液压支撑架的上下移动，结构简单，方便快捷，并应用自动电气控制，达到机电液一体化的生产，自动化程度高。

关键词 液压系统；过载保护；机电液一体化

I

Heat Treatment Unloading Manipulator

Hydraulic System

Abstract

As one of the modern machinery equipment transmission and control important technical means, hydraulic technology in the field of national economy has been widely used. Compared with other transmission control technology, hydraulic technology has high energy density, flexible and convenient configuration, large speed range, rapid and smooth work ability, easy to be controlled and overload protection, easily realized automation and electromechanical integration ,system integration design ,easy maintenance in manufacturing operation and other significant advantages in technology , which make it become the basic technology of modern mechanical engineering and the basic technology of modern control engineering.

The hydraulic press and pressure machine is the main equipment for molding plastic injection and repressing material formation, such as stamping, bending, flanging, metal sheet drawing, etc. Also it can be engaged in the adjustment, the mounting indentation, the grinding wheel formation, the swaging metal parts formation, the plastic products and the powder products suppressed formation. This article according to the usage, characteristics and requirements of the purposes of the YB32-150 type hydraulic pressure press machine uses the basic principle of hydraulic transmission, draws up a reasonable hydraulic system and undergoes the necessary calculation to determine the parameters of hydraulic system which determine to choose hydraulic components and system structure of the specification. The hydraulic system of YB32-150 hydraulic pressure press Machine is rectangular

II

arrangement .its' external appearance is new and original beautiful, the driving force system adopts hydraulic pressure system that makes the structure simple and compact, the action quick and reliable. This machine is equipped with the foot switch which can realize the semiautomatic craft movement circulation.

Keywordshydraulic system;overload protection;electromechanical integration

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目录

摘要 ...................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... II 第1章 绪论 ........................................................................................................ 6 1.1 液压传动的发展概况 ............................................................................... 6 1.2 液压传动在机械行业中的应用 ............................................................... 6 1.3 液压机械手的发展及工艺特点 ............................................................... 7 1.4 液压系统的基本组成 ............................................................................... 8 1.5 本章小结 ................................................................................................... 8 第2章 液压系统的计算和元件选型 ................................................................ 9 2.1 确定液确定液压缸主要参数 ................................................................... 9 2.1.1 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定 ........................................... 9 2.1.2 液压缸实际所需流量计算 .............................................................. 10 2.2 液压元件的选择 ..................................................................................... 10 2.2.1 确定液压泵规格和驱动电机功率 .................................................. 10 2.2.2 阀类元件及辅助元件的选择 .......................................................... 12 2.2.3 管道尺寸的确定 .............................................................................. 12 2.3 液压系统的验算 ..................................................................................... 16 2.3.1 系统温升的验算 .............................................................................. 17 2.4 本章小结 ................................................................................................. 17 第3章 机械手的液压系统原理设计 .............................................................. 19 3.1 热处理上下料机械手的基本结构 ......................................................... 19 3.2 确定液压系统原理 ................................................................................. 19 3.2.1 液压油的选择 .................................................................................. 19 3.2.2 确定供油方式 .................................................................................. 19 3.2.3 同步回路的设计 .............................................................................. 20 3.2.4 保压回路的设计 .............................................................................. 20 3.3 液压系统图的总体设计 ......................................................................... 21 3.3.1 升降缸运动工作循环 ...................................................................... 21 3.3.2 伸缩缸运动工作循环 ...................................................................... 22 3.3.3 夹紧缸工作循环 .............................................................................. 22 3.4 本章小结 ................................................................................................. 23 第4章 液压站结构设计 .................................................................................. 24 4.1 液压站的结构型式 ................................................................................. 24 4.2 液压泵的安装方式 ................................................................................. 24 4.3 液压油箱的设计 ..................................................................................... 24

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4.3.1 液压油箱有效容积的确定 .............................................................. 24 4.3.2 液压油箱的外形尺寸设计 .............................................................. 25 4.3.3 液压油箱的结构设计 ...................................................................... 25 4.4 液压站的结构设计 ................................................................................. 27 4.4.1 电动机与液压泵的联接方式 .......................................................... 27 4.4.2 液压泵结构设计的注意事项 .......................................................... 28 4.4.3 电动机的选择 .................................................................................. 28 4.5 本章小结 ................................................................................................. 29 结论 .................................................................................................................... 30 致谢 .................................................................................................................... 31 参考文献 ............................................................................................................ 32 附录 .................................................................................... 错误！未定义书签。

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第1章 绪论

1.1 液压传动的发展概况

液压传动和气压传动称为流体传动，是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术，是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。

第一个使用液压原理的是1795年英国约瑟夫·布拉曼(Joseph Braman,1749-1814)，在伦敦用税作为工作介质,以水压机的形式将其应用于工业上,诞生了世界上第一台水压机。1905年他又将工作介质水改为油,进一步得到改善。

我国的液压工业开始于20世纪50年代，液压元件最初应用于机床和锻压设备。60年代获得较大发展，已渗透到各个工业部门，在机床、工程机械、冶金、农业机械、汽车、船舶、航空、石油以及军工等工业中都得到了普遍的应用。当前液压技术正向高压、高速、大功率、高效率、低噪声、低能耗、长寿命、高度集成化等方向发展。同时，新元件的应用、系统计算机辅助设计、计算机仿真和优化、微机控制等工作，也取得了显著成果。

目前，我国的液压件已从低压到高压形成系列，并生产出许多新型元件，如插装式锥阀、电液比例阀、电液伺服阀、电业数字控制阀等。我国机械工业在认真消化、推广国外引进的先进液压技术的同时，大力研制、开发国产液压件新产品，加强产品质量可靠性和新技术应用的研究，积极采用国际标准，合理调整产品结构，对一些性能差而且不符合国家标准的液压件产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。

1.2 液压传动在机械行业中的应用

机床工业——磨床、铣床、刨床、拉床、压力机、自动机床、组合机床、数控机床、加工中心等

工程机械——挖掘机、装载机、推土机等

汽车工业——自卸式汽车、平板车、高空作业车等

农业机械——联合收割机的控制系统、拖拉机的悬挂装置等 轻工机械——打包机、注塑机、校直机、橡胶硫化机、造纸机等 冶金机械——电炉控制系统、轧钢机控制系统等

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起重运输机械——起重机、叉车、装卸机械、液压千斤顶等 矿山机械——开采机、提升机、液压支架等 建筑机械——打桩机、平地机等

船舶港口机械——起货机、锚机、舵机等 铸造机械——砂型压实机、加料机、压铸机等

本文所设计的机械手适用于工业批量生产，可以有很多动作，如抓取、伸缩、升降、旋转平移等。本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可实现调整、手动及半自动三种操作方式。本机器的工作压力、移动速度、空载快速回程和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整。 本机器主体为轨道小车，外形简约，小车的动力系统采用电机驱动系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。机械手的动力系统采用电液控制系统，控制精度高，成本较低，和相同功能的机械手比较体积小，承载大，结构简单等特点。

1.3 液压机械手的发展及工艺特点

液压机械手是工业生产中辅助生产最广的设备之一，自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于液压机的液压系统和整机结构方面，已经比较成熟，目前国内外液压机的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。

作为液压机械手两大组成部分的主机和液压系统，由于技术发展趋于成熟，国内外机型无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使机器在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压机都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及系统在液压系统中得到较广泛的应用。特别是集成块可以进行专业化的生产，其质量好、性能可靠而且设计的周期也比较短。

近年来在集成块基础上发展起来的新型液压元件组成的回路也有其独特的优点，它不需要另外的连接件其结构更为紧凑，体积也相对更小，重量也更轻无需管件连接，从而消除了因油管、接头引起的泄漏、振动和噪声。逻辑插装阀具有体积小、重量轻、密封性能好、功率损失小、动作速度快、易于集成的特点，从70年代初期开始出现，至今已得到了很快的发展。我国从1970年开始对这种阀进行研究和生产，并已将其广泛的应用于冶金、锻压等设备上，显示了很大的优越性。

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液压机械手用途广泛，都有手部的夹紧，手腕的翻转，手臂的伸出和收回，机械手的整体升降等动作，通过这些动作来完成热处理炉的上下料过程，完成零件的加工和制造，对于简单工序的零件的生产可以保证半自动化生产和自动化生产。

1.4 液压系统的基本组成

1．能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。

2．执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。

3．控制装置——液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

4．辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等。通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。

5．工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。

1.5 本章小结

本章主要是毕业设计初期查找相关资料，通过以前的学习，了解到了液压系统的具体的组成构成，但没有深入的学习液压件之间的关系，没有掌握各个回路之间的联系，通过这次毕业设计的学习，了解到了机械手的发展史，明白了各个回路以及很多部件的结构，功能和特点。

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第2章 液压系统的计算和元件选型

2.1 确定液确定液压缸主要参数

按液压机床类型初选液压缸的工作压力为7MPa,根据工作要求，采用单杆活塞液压缸。这种情况下液压缸无杆腔工作面积A1应为有杆腔工作面积A2的2倍，即活塞杆直径d与缸筒直径D满足d?1D的关系。 2升降时，液压缸回油路上具有背压p2,防止液压油进入时候的液压冲击和保证运动平稳性，根据《液压系统设计简明手册》表2-2中，可取P=1MPa，由于油管中有压降Δp存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估计时可取ΔP≈1MPa,回油时，回油腔是有背压的，这时P2亦按2MPa来估算。

2.1.1 液压缸内径D和活塞杆直径d的确定

以单活塞杆液压缸为例来说明其计算过程,如图3-1所示。 图3-1：单活塞杆液压缸计算示意图

F?m?A1P1?A2P2?A1P1??A12?P2

P1一液压缸进油腔的压力 Pa P2一液压缸回油腔的压力 Pa

?F??P2??p?故：A1???? 1???6??m?? 9

D?4?A1?

d?4?A111 D??22?所以，经过查《机械设计手册》成大先，伸缩缸元整为标准缸内径为：D?80mm

d?40mm

2.1.2 液压缸实际所需流量计算

1. 夹紧缸工作时所需最大流量

A1V1 ηcv?cv?液压缸的容积效率，取?cv?0.96

q1?13.8Lmin

2. 伸缩缸工作时时所需最大流量

q2?52.8Lmin

3. 升降缸工作时所需最大流量

q3?45.2Lmin

q1?2.2 液压元件的选择

2.2.1 确定液压泵规格和驱动电机功率

由前面工况分析，由最大压制力和液压主机类型，初定上液压泵的工作压力取为5MPa，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为1MPa（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为

pp?pi???p?5?0.5?5.5MPa

上述计算所得的pp是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此选泵的额定压力pn应满足：

pn?pp?0.8?6.8?7MPa

液压泵的最大流量应为：

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pp?K(?q)max

式中qp?液压泵的最大流量

??q?max?同时动作的各执行所需流量之和的最大值，如果这时的溢

流阀正进行工作，尚须加溢流阀的最小溢流量2~3L/min。

K系统泄漏系数，一般取K=1.1~1.3，现取K=1.2。

qp?K(?q)max???q?42.8Lmin

1．选择液压泵的规格

由于液压系统的工作压力不高，负载压力中等，功率小。中等流量。所以选双联叶片定量泵。叶片泵具有噪声低，寿命长的优点，但抗污染能力差，加工工艺复杂，精度要求高，价格也较高。若系统的过滤条件较好，油箱的密封性也好，则可以选择寿命较长的叶片泵，正常使用的叶片泵工作寿命可达10000h以上，从节能的角度考虑可选用变量泵，采用 或三联泵。叶片泵的使用要点如下：

(1) 为提高泵的性能，延长使用寿命，推荐使用抗磨液压油，黏度范围17~38mm2/s，推荐使用25mm2/s。

(2) 油液应保持清洁，系统过滤精度不低于25μm。为防止吸入污物和杂质，在吸油口外应安置过滤精度为70~150μm的过滤器。

(3) 安装泵时，泵轴线与原动机轴线同轴度应保证在0.1mm以内，切泵轴与原动机轴之间应采用挠性连接。泵轴不承受径向力

(4) 泵吸油口距离油面高度不得大于500mm。吸油管道必须严格密封，防止漏气。

(5) 注意泵轴转向。

根据以上算得的pp和qp在查阅相关手册《机械设计手册》成大先P21-154得：现选用YB-B48B型号双联叶片泵，排量48.3ml/r，额定压力7MPa，额定转速1000r/min，驱动功率6.9kW，容积效率≥92%，重量25kg，容积效率达92%。

2．与液压泵匹配的电动机的选定

由前面得知，本液压系统最大功率出现在伸缩缸工作阶段，这时液压泵的供油压力值为2.94MPa，流量为已选定泵的流量值。?p液压泵的总效率。叶片泵为0.80~0.85，?p液压泵的总效率，从规格表中查出取0.7。 在泵的规格表中，一般同时给出额定工况（额定压力、转速、排量或流量）下的泵的驱动功率，可按此直接选择电动机。也可按液压泵的实际使用情况计算其驱动功率。

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p??pNqN(kW) 310ηp

式中 pN—液压泵的额定压力，Pa； qN—液压泵的额定流量，m； s ?p—液压泵的总效率，从规格表中查出；

?—转换系数；

pma—液压泵实际使用的最大工作压力，Pa xP=5.94kW留出阀和管路损失的压力余量所以P=6.9kW

查得电机手册选择Y2-132M-4三相异步电动机，P=7.5kW，转速1440r/min，效率η=87%，功率因数cos??0.84。

32.2.2 阀类元件及辅助元件的选择

1. 对液压阀的基本要求：

(1) 动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。

(2) 密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大

2. 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格

主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格：

液压油过滤器：ZU-H140×20S 液压泵：YB-B48B 单向阀：CRG-06-50-50 溢流阀（溢流作用）：DG-02-C-22 减压阀：RCG-03-B-22 节流阀：SRCG-03-50 背压阀：DG-02-B-22

夹紧缸进油路三位四通电磁换向阀：DSG-03-3C60-AC-50 升降缸，伸缩缸，三位四通电磁换向阀：DSG-03-3C2-AC-50

2.2.3 管道尺寸的确定

油管系统中使用的油管种类很多，有钢管、铜管、尼龙管、塑料管、橡胶管等，必须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。本设计中油管采用钢管和橡胶管，因为本设计中所须的压力是高压，p=7MPa (p>6.3MPa)， 钢管能承受高压，价格低廉，耐油，抗腐蚀，刚性好，但

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装配是不能任意弯曲，因为本设计的机械手在平台上工作，有移动和夹紧，所以油管需要软管。常在装拆方便处用作压力管道一中、高压用无缝管，低压用焊接管。本设计在弯曲的地方可以用管接头来实现弯曲。

尼龙管用在低压系统；塑料管一般用在回油管用。

胶管用做联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高、低压两种。高压胶管是钢丝编织体为骨架或钢丝缠绕体为骨架的胶管，可用于压力较高的油路中。低压胶管是麻丝或棉丝编织体为骨架的胶管，多用于压力较低的油路中。由于胶管制造比较困难，成本很高，因此非必要时一般不用。

1. 管接头的选用：

管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式联接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小、工艺性好等各种条件。

管接头的种类很多，液压系统中油管与管接头的常见联接方式有： 焊接式管接头、卡套式管接头、扩口式管接头、扣压式管接头、固定铰接管接头。管路旋入端用的连接螺纹采用国际标准米制锥螺纹（ZM）和普通细牙螺纹（M）。锥螺纹依靠自身的锥体旋紧和采用聚四氟乙烯等进行密封，广泛用于中、低压液压系统；细牙螺纹密封性好，常用于高压系统，但要求采用组合垫圈或O形圈进行端面密封，有时也采用紫铜垫圈。

2. 钢管管道内径计算：

4qm（） ?v式中 q—通过管道内的流量 m3s v—管内允许流速 ms

软管的管道内径计算：

1qA?? （cm2）

6v式中 A——软管的通流截面积cm2;

q——管内流量，Lmin;

v—管内流速，ms；通常软管的允许流速v?6ms

d? 13

道 表3.1：液压系统各管道流速推荐值 油液流经的管推荐流速 m/s 液压泵吸油管 0.5～1.5 液压系统压油3～6，压力高，管道短粘度小取大值 管道 液压系统回油1.5～2.6 管道 (1) 升降缸的进出油路油管直径： 取v?4ms v回?3ms

d?4q （m） ?v4q45.2?10?3d???16.75?10?3m?16.75mm

?v15?4??qd回?4.61

v回满足条件，所以回油路管和进油路一样

根据《机械设计手册》成大先P21-579查得：取d?20mm,钢管的外径D?28mm;

管接头联接螺纹M27?2。 (2) 夹紧缸进出油管道的内径： 取v?4ms v回?3ms

1qA??

6v1q113.8A?????0.575cm2

6v64d?8.5mm

qd回?4.61?9.88mm

v回满足设计要求，进油路和回油路用同样内径的管道，夹紧缸用的是橡胶软管，来适合机械手的移动。

根据《机械设计手册》成大先P21-580查得：取d=10mm,橡胶管的外径D=15mm；（GB/T3683-2006）

管接头用扩口式端直通管接头体（GB/T 5625.2-1985）

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(3) 伸缩缸的进出油管内径： 取v?4ms v回?3ms

A?1q? 6v

152.8A???2.2cm2 d?16mm

64

d回?4.61qq d回?4.61?19.34mm v回v回满足设计要求，进油路和回油路用同样内径的管道，伸缩缸用的是橡

胶软管，来适合机械手的移动。

根据《机械设计手册》 成大先p21-580 查得：取d=22mm，外径D=28mm；（GB/T 3683-2006）

管接头用扩都式端直通管接头体（GB/T 5625.2-1985） 3. 管道壁厚?的计算

pd?? ?mm?

2???式中： p—管道内最高工作压力 Pa

d—管道内径 mm

?????b

n[?]—管道材料的许用应力 Pa，

?b—管道材料的抗拉强度 Pa

n—安全系数，对钢管来说，p＜7MPa时，取n=8；p＜

17.5MPa时，

取n=6； p＞17.5MPa时，取n=4。 根据上述的参数可以得到：

我们选钢管的材料为45#钢，由此可得材料的抗拉强度?b=600MPa; ????600MPa?100MPa

6(1) 升降缸油管壁厚的验算：

pd5?20????0.5mm

6002?p2?6所用的升降缸的壁厚为8mm,符合设计要求，所以壁厚尺寸可以。

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(2) 夹紧缸和伸缩缸的油管为橡胶管，橡胶管的设计压力为28MPa，本系统橡胶管的压力远低于此压力，所以橡胶管的壁厚符合要求。

2.3 液压系统的验算

上面已经计算出该液压系统中进，回油管的内径分别为10mm,20mm。液压系统初步设计是在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及联接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性能分析。对一般液压传动系统来说，主要是进一步确切地计算液压回路各段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热温升等。根据分析计算发现问题，对某些不合理的设计要进行重新调整，或采取其他必要的措施。

液压系统压力损失的计算如下

溢流阀，Mpa 单向节流阀，Mpa 表5-1各种液压阀的压力损失 0.2 0.3 正向 0.2 反向 单向阀，Mpa 减压阀，Mpa 2位2通电磁换向阀，Mpa 3位4通电磁换向阀，Mpa 0.2 0.2 0.1-0.2 0.1-0.2 压力损失包括管路的沿程损失?p1，阀类元件的局部损失?p2，总的压力损失为 ?p??p1??P2 64?lv2lv?P?????

dvd2d2式中 l——管道的长度（m）； d——管道内径（m）； ?——液流平均速度（ms）； ?——液压油密度（kgm3）； ?——沿程阻力系数； ?——局部阻力系数。 夹紧缸在工作时，其管路沿程压力损失为 q13.8v???0.639ms 22?d??1044vd0.639?0.025Re???1200?2300

?10mm2s

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根据液压手册规定液体的流态油临界雷诺数Recr决定。当Re＜Recr时位层流；当Re＞Recr时位紊流。 根据计算公式 7575????0.0625 Re120064?lv2lv2?p??????2523.56Pa dvd2d2根据夹紧缸的液压系统图其工作时候要经过减压阀和电磁换向阀等其液压阀的压力损失为 ??p?0.2?0.2?0.4MPa 所以其工作时总的压力损失为 ?p?0.4MPa 由以上的步骤得出，伸缩缸和升降缸的总压力损失为?p?0.9MPa，所以说系统的总的压力损失为1.3MPa，符合系统的设定。

2.3.1 系统温升的验算

按照整个工作循环考虑，系统的总功率减去系统正行运行时所做的功，剩余的功率为在油路上的消耗和在各个阀之间的消耗，这些消耗都转化为热并由液压油带到油箱进行散热，所以计算总的发热功率，然后验算温升是否合理。

?p?PkW?0.676kW 输入-P输出 ?6.9kW?6.224假定系统的散热状况一般，取K?20?10?3kWcm2??C， 油箱的散热面积A为

??A?6.663V2 ?m2? A?6.66?0.5226?3.48?m2? 系统的温升为

0.676?t??9.7?C ?320?10?3.48根据《机械设计手册》成大先P21-37：油箱中温度一般推荐30-55℃ 所以验算表明系统的温升在许可范围内

2.4 本章小结

本章内容主要包括液压系统的计算和零件的选型。本章的学习和设计主要是根据《机械设计手册》成大先，这本书涵盖了液压传动设计的基本步骤和计算方法等等，而且里面还有很多标准件的尺寸方便使用，在本章

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的学习中，主要是学习这本书里面的知识，包括液压系统设计的步骤，设计方法，而且通过这本书了解到了液压设计的很多知识，本次设计的液压机械手为液压设计中最为简单的油路，并且使用元件和回路较少，在计算上尽可能的贴近实际，但是为了应对突发情况和未知的情况，所以在很多的计算中都留有余地，所以还有很多可以完善的地方。

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第3章 机械手的液压系统原理设计

3.1 热处理上下料机械手的基本结构

上下料机械手的基本结构底座为轨道小车的设计，可以实现多个热处理炉大的上下料动作。整个机械手的结构下部为轨道小车，中部是液压叉状平台，上部为机械手的臂部和手部这三部分组成。机械手的移动靠小车的移动，机械手的升降靠的是液压叉状平台的支撑，叉状平台的支撑不仅简单，而且结构简单承载的重量大。当平台支撑起之后，手臂伸出到炉膛内抓取热处理料小筐，手臂收回使之拖拽到液压支撑平台之上，平台下降，热处理件随之下来，然后随校车移动到别处。

工作缸采用活塞式单作用缸，分别是手部，臂部，升降用缸，当液压油进入无杆腔时对于手臂是伸出动作，对于升降缸是伸出动作，对于手部是松开动作，当液压油进入有杆腔时，对于手臂是收回动作，对于升降缸是收回动作，对于手部是夹紧动作，手部夹紧缸的动作很快，臂部的伸缩缸满足空程速度快的特点，支撑缸满足升起和降落慢速平稳。

液压机的动力部分是高压泵，将机械能转变为液压能，向液压机的工作缸和顶出缸提供高压液体。

3.2 确定液压系统原理

3.2.1 液压油的选择

液压油的选择要根据系统而定，一般对于液压油的主要要求是，黏度合适，随温度的变化小，润滑性能要好，抗氧化，剪切安定性好，防锈并且不腐蚀金属，同密封材料相容，消泡和抗泡沫性好，抗乳化性好，清洁度符合要求等等。

根据本工作系统的特性，系统压力在7MPa以上，属于是中高压的工作系统，而且系统中的油液流速不快，所以查表《机械设计手册》成大先，P21-102，表21-4-4得出，选择L-HL-32型号液压油。

此液压油具有良好的防锈及抗氧化安定性，使用寿命较机械油长一倍，以上，并由较好的空气释放性，抗泡性，分水性及橡胶密封相容性。使用环境温度为0℃以上，最高使用温度为80℃。

3.2.2 确定供油方式

考虑到该机床在工作进给时不需要承受大的工作压力，系统功率也不大，现采用双联叶片泵YB-B48B型号，具有将7MPa压力的纯净液压油

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输入到各种液压缸液压系统中，以生产较大的工作动力，该叶片泵结构紧凑，效率高，工作压力高。

3.2.3 同步回路的设计

首先我们应该注意到液压支撑平台的两个升降缸应该同时顶出和同时收回，所以油路中需要一个同步回路设计来连接这两个缸体，控制这两个缸体的运动，考虑到设计要求，查得机械手册上的同步回路设计，选用双泵供油，双缸同油路来达到两个缸的同步调节，根据工况，当液压支撑平台到达顶点时应该停止，所以有保压的要求，所以选用三位四通的电磁换向阀，带有中位保压机能。在进油路上用节流阀来调节缸体的伸出速度既是液压平台的升降速度，油路对称设计达到同步要求。

液压同步回路的工作原理：双泵供油，进油路设置节流阀，电磁阀3YA通电，电磁阀的左位进入油路，液压油进入液压缸的左腔，回油路有背压，液压油通过回油路的背压阀流回油箱，进油路节流阀可以通过手动调节流量来达到同步调节。当上升到预定高度时，3YA断电，电磁阀中位保压机能使得平台可以保持高度和稳定性。当需要下降平台时4YA通电，液压缸的有腔接入油路中，通过节流阀的调节达到同步，回油路背压使得平台稳定下降。

3.2.4 保压回路的设计

保压回路的功用在于不仅液压升降平台需要在预定位置停留并且夹持手部也需要夹持不动，所以要设计保压回路，对于手部来说，抓取工件时不能松开，所以应用电磁阀的中位机能在液压泵不停止供油的情况下，手部依然可以保持压力。对于液压支撑平台来说，在液压泵不停止供油的情况下，保持在预定位置不动为其要求，所以设计保压回路。

根据实际的生产需要和设计要求，保压回路很简单，只要利用电磁阀的中位机能即可完成。对于手部来说，当2YA断电时，电磁阀回到中位，中位与油箱连通，液压油回到油箱，而保压机能使得其手部不动。

机器在工作的时候，如果出现机器被以外的杂物或工件卡死，这是泵工作的时候，输出的压力油随着工作的时间而增大，而无法使液压油到达液压缸中，为了保护液压泵及液压元件的安全，在泵出油处加一个直动式溢流阀9，起安全阀的作用，当泵的压力达到溢流阀的导通压力时，溢流阀打开，液压油流回油箱，起到安全保护作用。在液压系统中，一般都用溢流阀接在液压泵附近，同时也可以增加液压系统的平稳性，提高加工零件的精度。

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