冲床机械手确定液压系统的主要参数有哪些？

导读：冲床机械手确定液压系统的主要参数有哪些？针对本设计是一个机械手的特点考虑，机械手系统的刚度及其稳定性是很重要的。因此，先从刚度角度进行液压缸缸径的选择，以尽量优先保证机械手的结构和运动的稳定性、安全性。至于液压缸的工作压力和缸的工作速度，放在液压系统设计阶段，通过外部的液压回路、采用合适的调速回路和元件来实现。

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伽达机械手配件讯：冲床机械手确定液压系统的主要参数有哪些？

液压系统的主要参数是压力和流量，他们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据。压力决定于外载荷，流量取决于液压执行元件的运动速度和结构尺寸。 
1.计算液压缸的总机械载荷 
根据机构的工作情况液压缸所受的总机械载荷为 
bfsfmwFFFFFF++++=                                     （3-1） 
式中， wF-----为外加的载荷，因为水平方无外载荷，故为0； 
mF------为活塞上所受的惯性力； 
sfF------为密封阻力； 
fF------为导向装置的摩擦阻力； bF------为回油被压形成的阻力； 
（1）mF的计算 
                      t
vgGFmDD×=
                      （3-2） 式中，  G------为液压缸所要移动的总重量，取为100KG； 
g------为重力加速度， 2/81.9sm； vD------为速度变化量； 
tD------启动或制动时间，一般为0.01~0.5s，取0.2s 
将各值带入上式，得：mF=1.02N （2）sfF的计算 
                  1ApFfsf×D=                         （3-3）
式中，fpD-----克服液压缸密封件摩擦阻力所需空载压力，如该液压缸工作压力<16 aMP，查相关手册取=0.2 aMP； 
1A------为进油工作腔有效面积；  
启动时：               =sfF565N 运动时：               =sfF=283N （3）fF的计算 
机械手水平方向上有两个导杆，内导杆和外导套之间的摩擦力为 
fGFf×=                      （3-4） 
式中，G------为机械手和所操作工件的总重量，取为100KG； 
f------为摩擦系数，取f=0.1； 
带入数据计算得：       fF=98N
（4）bF的计算 
回油背压形成的阻力按下式计算 
2ApFbb×=                       （3-5） 
式中，bp-----为回油背压，一般为0.3aMP~0.5 aMP，取=0.3 aMP 
2A-----为有杆腔活塞面积，考虑两边差动比为2； 
将各值带入上式有，NFb424= 
分析液压缸各工作阶段受力情况，作用在活塞上的总机械载荷为 
NF1088=。 
2.手爪执行液压缸工作压力计算 手爪要能抓起工件必须满足：  
GkkkN321³
式中，N-----为所需夹持力； 
1k-----安全系数，通常取1.2~2； 
2k-----为动载系数，主要考虑惯性力的影响可按g
a
k+
=12估算，a为机械手在搬运工件过程的加速度2/sm，2/8.9sma=，g为重力加速度； 
3k-----方位系数，查表选取3»k； 
G-----被抓持工件的重量   30kg； 
带入数据，计算得：      NN120=； 
理论驱动力的计算：   ×=
h
1
2NRbp                    （3-7） 式中，p----为柱塞缸所需理论驱动力； 
b----为夹紧力至回转支点的垂直距离； 
R-----为扇形齿轮分度圆半径；
N-----为手指夹紧力； 
h---齿轮传动机构的效率，此处选为0.92； 
其他同上。带入数据，计算得    
NP377= 
计算驱动力计算公式为：      
           h
F
kkFc41=
                          （3-8） 
式中，cF-----为计算驱动力； 
1k---安全系数，此处选1.2； 
4k---工作条件系数，此处选1.1； 
其他同上。带入数据，计算得：
Fc920= 
  而液压缸的工作驱动力是由缸内油压提供的，故有 
APFc×=                      （3-9） 
式中，P---为柱塞缸工作油压； 
A----为柱塞截面积； 
经计算，所需的油压约为：  MPa3 3.液压缸主要参数的确定 
针对本设计是一个机械手的特点考虑，机械手系统的刚度及其稳定性是很重要的。因此，先从刚度角度进行液压缸缸径的选择，以尽量优先保证机械手的结构和运动的稳定性、安全性。至于液压缸的工作压力和缸的工作速度，放在液压系统设计阶段，通过外部的液压回路、采用合适的调速回路和元件来实现。经过仔细分析，综合考虑各方面的因素，初步确定各液压缸的基本参数如下； 
表3-2  手爪执行柱塞缸参数 
缸内径mm 
壁厚
mm 
直径mm 行程mm 工作压力MPa 
20 
5 
20 
80 
3~6 
注：手爪柱塞缸工作压力由系统压力阀调定。  
表3-3 水平伸缩液压缸参数 
缸内径mm 
壁厚mm 杆直径mm 行程mm 工作压力MPa 
60 
10 
25 
400 
1 
 
因为伸缩缸的作用主要是实现伸缩直线运动这个运动形式，在其轴向上并不承受显性的工作载荷（因为手爪夹持工件，受力方向为垂直方向），轴向主要是克服摩擦力矩，其所受的载荷主要是径向载荷，载荷性质为弯矩，使其产生弯曲变形。而且因为机械手要求具有一定的柔性，水平液压缸活塞杆要求具有比较大的工作行程。同时具有比较大的弯矩和比较长的行程，这对液压缸的稳定性和刚度问题有较高的要求。 
因此，在水平伸缩缸的设计上，一是增大其抗弯能力，二是通过合理的结构布局设计，使其具有尽量大的刚度。为了达到这个目的，设计中采用了两个导向杆，以满足长行程活塞杆的稳定性和导向问题。另一方面，为增大结构的刚度和稳定性，将两个导向杆与活塞杆布局成等边三角形的截面形式，以增大抗弯截面模量，也大大增加了液压缸的工作刚度。 
 
表3-4  垂直液压缸参数 
缸内径mm 
壁厚mm 杆直径mm 行程mm 工作压力MPa 
60 
10 
25 
100 
1 
 
因为垂直液压缸所承受的载荷方式既有一定的轴向载荷，又存在着比较大的倾覆力矩（由加工工件的重力引起的）。作为液压执行元件，满足此处的驱动力要求是轻而易举的，要解决的关键问题仍然是它的结构设计能否有足够的刚度来抗倾覆。这里同样采用了导向杆机构，围绕垂直升降缸设置四根导杆，较好的解决了这一问题。
 
4. 液压缸强度的较核 （1）缸筒壁厚的较核 
    当 D/10£d时，液压缸壁厚的较核公式如下： 
                 )13.1][4.0][(
2--+³y
y
PPDssd                 （3-10） 
 
    沈阳大学毕业设计（论文）                               No 46 
式中，D----为缸筒内径； 
yP----为缸筒试验压力，当缸的额定压力MPapn16£时，取为nypP5.1=；
[s----为缸筒材料的许用应力，nb/][ss=，bs为材料抗拉强度，经查相
关资料取为650MPa，n为安全系数，此处取5=n；  带入数据计算，上式成立。因此液压缸壁厚强度满足要求。 （2）活塞杆直径的较核 活塞杆直径的较核公式为 
]
[4spF
d³
                        （3-11） 式中， F-----为活塞杆上作用力； 
][s-----为活塞杆材料的许用应力，此处4.1/][bss=； 
带入数据，进行计算较核得上式成立，因此活塞杆的强度能满足工作
要求。
 
 
3.1.6 计算和选择液压元件 
1.液压泵的计算 
（1）确定液压泵的实际工作压力pp 
åD+=11pppp                     （3-12） 
式中，1p-------计算工作压力，前以定为MPa4； 
åD1
p------对于进油路采用调速阀的系统，可估为（0.5~1.5）MPa，这
里取为1MPa。 
因此，可以确定液压泵的实际工作压力为 
MPapp514=+=                    （3-13）
（2）确定液压泵的流量 
maxqKqp×=                        （3-14） 
式中，K------为泄露因数，取1.1； 
maxq-----为机械手工作时最大流量。 
vAq×å=max                       （3-15） 
经计算得      maxq=3.140min/L 
带入上式得       min/454.3140.31.1Lqp=´= （3）确定液压泵电机的功率 
=602maxqpPp工                  （3-16） 
式中，maxq------为最大运动速度下所需的流量，同前，取为3.140min/L； 
pp-------液压泵实际工作压力，5MPa；
h------为液压泵总效率，取为0.8； 
带入数据计算得：     工P=0.654kw。 2.控制元件的选择 
根据系统最高工作压力和通过该阀的最大流量，在标准元件的产品样本中选取各控制元件。这部分在考虑具体的作业时根据详细的要求再结合具体情况进行详细，这里暂从略。 
3.油管及其他辅助装置的选择 
（1）查阅设计手册，选择油管公称通径、外径、壁厚参数 
液压泵出口流量以3.140L/MIN计，选取6f；液压泵吸油管稍微粗些，选择8f；其余都选为5f；（2）确定油箱的容量 
一般取泵流量的3~5倍，这里取为5倍，有效容积为 
LqVp162.355=´=´=                      （3-17）
3.1.7 液压系统性能的验算 
绘制液压系统图后，进行压力损失验算。因为该液压系统比较简单，该项验算从略。本系统采用液压回路简单，效率比较高，功率小，发热少，油箱容量取得较大，因此，不再进行温升验算。
 
3.2.1 有关参数的计算 
1.若传动负载作直线运动（通过滚珠丝杠）则有 负载额定功率：  h
m×´××=
40106L
VWP                          （3-18） 
负载加速功率：  a
L
LatNGDP×´×=3
22103577                       （3-19） 负载力矩（折算到电机轴）： 
h××=
ML
LNVWT2                          （3-20） 
负载2GD（折算到电机轴）：   
2
2
）
（M
LLNVWGD××
起动时间：      
)
(375)(2
2LPM
LMaTTN
制动时间：      
)
(375)(2
2LPM
LMdTTNGDGDt+×+=
                  （3-23） 2.若传动负载作回转运动 负载额定功率：       h
××=
955010L
NTP                         （3-24） 负载加速功率：       a
L
LatNGDP×´×=322103577                     （3-25） 
负载力矩（折算到电机轴）：      
lML
LTNNT××=
h
                       （3-26） 负载GD（折算到电机轴）：     
22
2
)(
lM
LLGDNNGD=                    （3-27）起动时间：       
                    )
(375)(2
2LPM
LMaTTNGDGDt-×+=                 （3-28） 
制动时间：         
)
(375)(2
2LPM
LMdTTNGDGDt-×+=               （3-29） 
式中，0P-----为额定功率，KW； 
aP-----为加速功率，KW； lN-----为负载轴回转速度，r/min； MN-----为电机轴回转速度，r/min； 
lV-----为负载的速度，m/min；                          
    沈阳大学毕业设计（论文）                               No 50 
h-----为减速机效率； m-----为摩擦系数； 
lT-----为负载转矩（负载轴）
，mN×； pT-----为电机启动最大转矩，mN×； 
LT-----为负载转矩（折算到电机轴上）
，mN×； 2lGD-----为负载的2GD，2mN×； 
2
LGD-----为负载2GD（折算到电机轴上），2mN×； 2
M
GD-----为电机的2GD，2mN×； 具体到本设计，因为步进电机是驱动腰部的回转，传递运动形式属于第二种。下面进行具体的计算。 
    因为腰部回转运动只存在摩擦力矩，在回转圆周方向上不存在其他的转矩，则在回转轴上有； 
RfGRFTfl××=×=                  （3-30） 
式中，f-----为滚动轴承摩擦系数，取0.005； 
G-----为机械手本身与负载的重量之和，取100KG； 
R-----为回转轴上传动大齿轮分度圆半径，R=240mm； 
带入数据，计算得      lT=0.12mN×； 
  同时，腰部回转速度定为lN=5r/min；传动比定为1/120； 且，2mgDGDl=  带入数据得：   lGD=10.456672mN×。 将其带入上（3-24）~（3-30）式，得： 
；WP3227.10=  ；WPa0068.0= 
启动时间         mssta3002962.0»=；

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