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摘 要
機(jī)器人不僅是一種自動(dòng)化的機(jī)器。機(jī)器人是一種可重新編程的、多功能的、機(jī)械手，為實(shí)現(xiàn)各種任務(wù)設(shè)計(jì)成通過可改變的程序動(dòng)作來移動(dòng)材料、零部件、工具或是其他專用裝置。本次設(shè)計(jì)的是針對(duì)一種圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手的擺動(dòng)液壓缸，該機(jī)械手夾持的物料重：10～50kg；旋轉(zhuǎn)范圍：0～180°。
本文首先向分析了液壓驅(qū)動(dòng)圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手臂的研究現(xiàn)況提出符合本次設(shè)計(jì)要求的總體結(jié)構(gòu)方案及其擺動(dòng)液壓缸的結(jié)構(gòu)方案，該擺動(dòng)液壓缸由缸體、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、動(dòng)片、靜片及螺栓組成；接著對(duì)擺動(dòng)液壓缸各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)與校核并且對(duì)液壓機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析與設(shè)計(jì)擬定了液壓系統(tǒng)原理圖，最后用CAD軟件繪制了液壓驅(qū)動(dòng)圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手臂的擺動(dòng)液壓缸裝配圖和主要零件圖。
關(guān)鍵字：圓柱坐標(biāo)，機(jī)械手，擺動(dòng)液壓缸
Abstract
Not only is an automated robotic machinery. Robot is a reprogrammable, multifunctional manipulator designed to achieve a variety of tasks that can be changed by the action program to move material, parts, tools, or other special devices. This design is the swing cylinder coordinate manipulator for a cylinder, the robot gripping material weight: 10 ~ 50kg; rotation range: 0 ~ 180 °.
Firstly, the analysis of the hydraulic drive cylinder Coordinate research status of the mechanical arm raised in line with the overall structure of the program and the design requirements of this swing hydraulic cylinder structure of the program, the swing cylinder by cylinder, rotating shaft, moving film, static composed pieces and bolts; then the various parts of the swing cylinder detailed design and verification and hydraulic control system was developed detailed analysis and design of hydraulic system diagram, and finally draw a hydraulically driven mechanical arm with a cylindrical coordinate CAD software the swing cylinder assembly drawings and the main parts diagram.
Keywords: Cylindrical coordinates, The robot, Swinging hydraulic cylinders
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1課題簡介 1
1.2課題研究背景及意義 1
1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 1
第二章 總體設(shè)計(jì) 3
2.1設(shè)計(jì)要求 3
2.1.1任務(wù)及要求 3
2.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)要求 3
2.2方案設(shè)計(jì) 3
2.2.1初步分析 3
2.2.2擬定方案 3
第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 5
3.1回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算 5
3.2回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定 6
3.3液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算 8
3.4動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘 9
第四章 零部件設(shè)計(jì)繪圖 11
4.1缸體 11
4.2缸蓋 11
4.3回轉(zhuǎn)軸 12
4.4動(dòng)片 12
4.5靜片 13
4.6裝配圖 13
第五章 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算 14
5.1繪制液壓系統(tǒng)的工況圖 14
5.2計(jì)算和選擇液壓元件 14
5.3液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 16
5.3.1驗(yàn)算回路中的壓力損失 16
5.3.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算 17
總 結(jié) 20
參考文獻(xiàn) 21
致 謝 22
23
圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)與校核
第一章 緒論
1.1課題簡介
機(jī)械手技術(shù)的發(fā)展，可以說是科學(xué)技術(shù)發(fā)展共同的一個(gè)綜合性的結(jié)果，同時(shí)，也是為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響的一門科學(xué)技術(shù)，它的發(fā)展歸功于在第二次世界大戰(zhàn)中各國加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)的投入，就加強(qiáng)了本國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手多采用液壓驅(qū)動(dòng)，液壓技術(shù)自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，已有300多年的歷史了，20世紀(jì)60年代以來，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了河大的發(fā)展，并滲透到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中去。本課題的主要任務(wù)是完成圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)液壓缸的設(shè)計(jì)與校核。
1.2課題研究背景及意義
機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。我國的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開始起步,在國家的支持下,通過"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)械手關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)械手，其中有130多臺(tái)噴漆機(jī)械手在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，孤焊機(jī)械手已經(jīng)應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的看來，我國的工業(yè)機(jī)械手技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定距離。
世界工業(yè)機(jī)械手的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)械手代替人工。隨著機(jī)械手應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車行業(yè)中還在不斷開辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。
整個(gè)圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，其中手臂的升降和伸縮采用直動(dòng)油缸，手臂的旋轉(zhuǎn)采用擺動(dòng)液壓缸，擺動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較難，成本較高；因此設(shè)計(jì)構(gòu)簡單，緊湊，容易操作，而且安全可靠，安裝維修方便，經(jīng)濟(jì)性好的擺動(dòng)液壓缸成為圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。
1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。商名為Unimate（即萬能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。目前，工業(yè)機(jī)械手大部分還屬于第一代，主要依靠工人進(jìn)行控制；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。第二代機(jī)械手正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息反饋，是機(jī)械手具有感覺機(jī)能。第三代機(jī)械手則能獨(dú)立完成工作中過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的重要一環(huán)。、一般概況國內(nèi)機(jī)械行業(yè)應(yīng)用的機(jī)械手絕大部分為專用機(jī)械手,附屬于某一設(shè)備,其工作程序是固定的。通用機(jī)械手也有發(fā)展,目前應(yīng)用的都是開關(guān)式點(diǎn)位控制型,伺服型已試制出數(shù)臺(tái)在調(diào)試中,連續(xù)軌跡控制型還沒有。 控制方式—有觸點(diǎn)固定程序控制占絕大多數(shù),專用機(jī)械手多采用這種控制。
液壓技術(shù)自18世紀(jì)末英國制成世界上第一臺(tái)水壓機(jī)算起，已有300多年的歷史了，但其真正的發(fā)展只在第二次世界大戰(zhàn)后60多年的時(shí)間內(nèi)，戰(zhàn)后液壓技術(shù)迅速向民用工業(yè)轉(zhuǎn)移，在機(jī)床、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等行業(yè)中逐步推廣。20世紀(jì)60年代以來，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)得到了河大的發(fā)展，并滲透到各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中去。當(dāng)前液壓技術(shù)正向高壓、高速、大功率、高效、低噪音、高可靠性、搞度集成化的法相發(fā)展。同時(shí)，新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助測試、計(jì)算機(jī)直接控制、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性技術(shù)，以及污染控制技術(shù)等方面也是當(dāng)前液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)發(fā)展和研究的方向。
我國液壓工業(yè)的真正發(fā)展是在六十年代開始起步的，迅速提高我國液壓技術(shù)和控制技術(shù)的數(shù)字化，具有極為重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義。近年來，我國液壓氣動(dòng)密封行業(yè)堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步，加快新產(chǎn)品開發(fā)，涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術(shù)產(chǎn)品。如北京機(jī)床所的直動(dòng)式電液伺服閥、杭州精工液壓機(jī)電公司的低噪聲比例溢流閥、寧波華業(yè)公司的電液比例流量閥，均為機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。為應(yīng)對(duì)我國加入WTO后的新形勢，我國液壓行業(yè)各企業(yè)加速科技創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品市場競爭力，一批優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品成功地位國家重點(diǎn)工程和重點(diǎn)主機(jī)配套，取得較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)。
第二章 總體設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)要求
2.1.1任務(wù)及要求
明確圓柱坐標(biāo)式上下料機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)液壓缸的功能，盡可能使之做到結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，容易操作，而且安全可靠，安裝維修方便，經(jīng)濟(jì)性好。
2.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)要求
（1）物料重：10～50kg；
（2）旋轉(zhuǎn)范圍：0～180°。
2.2方案設(shè)計(jì)
2.2.1初步分析
機(jī)械手抓重為10~50kg，按工業(yè)機(jī)械手的分類，屬于中型，按用途分為通用機(jī)械手，其特點(diǎn)是具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活多樣，通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適合于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。圓柱坐標(biāo)式機(jī)械手與直角坐標(biāo)式械手相比，占地面積小而活動(dòng)范圍大，結(jié)構(gòu)較簡單，并能達(dá)到很高的定位精度，因此應(yīng)用廣泛。但由于機(jī)械手的結(jié)構(gòu)關(guān)系，沿Z軸方向移動(dòng)的最低位置受到限制，故不能抓取地面上的對(duì)象。
2.2.2擬定方案
（1）整體結(jié)構(gòu)方案
通用機(jī)械手是3~6個(gè)自由度，而本次設(shè)計(jì)為3由度圓柱坐標(biāo)機(jī)械手，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1：
圖2-1 結(jié)構(gòu)簡圖
由于本設(shè)計(jì)要求完成手臂的升降，旋轉(zhuǎn)以及伸縮三個(gè)動(dòng)作。則可以考慮升降在下或擺動(dòng)液壓缸在下兩種方式。通過綜合考慮，本次試驗(yàn)決定采用升降缸在下的形式。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1和圖2-2所示
圖2-2 構(gòu)示意圖
（2）擺動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)方案
機(jī)械手旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是擺動(dòng)油缸，擺動(dòng)液壓缸通過兩個(gè)油孔，一個(gè)進(jìn)油孔，一個(gè)排油孔，分別通向回轉(zhuǎn)葉片的兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)葉片回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)角度一般靠機(jī)械擋塊來決定，對(duì)于本設(shè)計(jì)就是考慮兩個(gè)葉片之間可以轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，為滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中動(dòng)片和靜片之間可以回轉(zhuǎn)180°。
圖2-3 擺動(dòng)油缸的截面圖
第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
3.1回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算
回轉(zhuǎn)缸驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算公式為：
=++ (N·m)
慣性力矩 =
式中 ——臂部回轉(zhuǎn)部件(包括工件)對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m）；
——回轉(zhuǎn)缸動(dòng)片角速度變化量，在啟動(dòng)過程=(rad/s)；
——啟動(dòng)過程的時(shí)間(s)；
若手臂回轉(zhuǎn)零件的重心與回轉(zhuǎn)軸的距離為(前面計(jì)算得=800mm)，則
式中 ——回轉(zhuǎn)零件的重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
=
回轉(zhuǎn)部件可以等效為一個(gè)長600mm，直徑為1000mm的圓柱體，質(zhì)量為100Kg.設(shè)置起動(dòng)角速度=70°/s，則起動(dòng)角速度=1.22，起動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)為0.5s。
=== 28 kg·m
=28+=93.3kg·m
==93.3=227.6
為了簡便計(jì)算，密封處的摩擦阻力矩，由于回油背差一般非常的小，故在這里忽略不計(jì)，=0
所以 =227.6+0+0.03
=234.6
回轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)力矩需要的力矩。
回轉(zhuǎn)缸回轉(zhuǎn)支撐處的摩擦力矩。
夾取棒料直徑100mm，長度1000mm，重量10~50Kg，當(dāng)手部回轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)算力矩：
手抓、手抓驅(qū)動(dòng)液壓缸及回轉(zhuǎn)液壓缸轉(zhuǎn)動(dòng)件等效為一個(gè)圓柱體，高為220mm，直徑120mm，其重力估算G=3.14
擦力矩。
啟動(dòng)過程所轉(zhuǎn)過的角度=0.314rad，等速轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。
查取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式有：
代入：
3.2回轉(zhuǎn)缸尺寸參數(shù)的確定
回轉(zhuǎn)缸油腔內(nèi)徑D計(jì)算公式為：
式中 P——回轉(zhuǎn)油缸的工作壓力；
d——輸出軸與動(dòng)片連接處的直徑，初步設(shè)計(jì)按D/d=1.5~2.5；
b——?jiǎng)悠瑢挾龋砂?b/(D-d)≥2選取。
選定回轉(zhuǎn)缸的動(dòng)片寬b=50mm，工作壓力為5MPa，d=50mm
=94.9mm
按標(biāo)準(zhǔn)油缸內(nèi)徑選取內(nèi)徑為100mm。
表3-1 液壓缸的內(nèi)徑系列（JB826-66） （mm）
20
25
32
40
50
55
63
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
125
130
140
160
180
200
250
經(jīng)過以上的計(jì)算，最終確定的液壓缸的尺寸，內(nèi)徑為100mm，外徑按中等壁厚設(shè)計(jì)，根據(jù)表3-2（JB1068-67）取外徑選擇168mm，輸出軸徑為50mm。
圖3-1 回轉(zhuǎn)缸的截面圖
表3-2 標(biāo)準(zhǔn)液壓缸外徑（JB1068-67） （mm）
液壓缸內(nèi)徑
40
50
63
80
90
100
110
125
140
150
160
180
200
20鋼P(yáng)
50
60
76
95
108
121
133
168
146
180
194
219
245
45鋼
50
60
76
95
108
121
133
168
146
180
194
219
245
3.3液壓缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算
圖3-2 缸蓋螺釘間距示意
表3-3 螺釘間距t與壓力P之間的關(guān)系
工作壓力P（Mpa）
螺釘?shù)拈g距t(mm)
小于150
小于120
小于100
小于80
缸蓋螺釘?shù)挠?jì)算，如圖3-2所示，t為螺釘?shù)拈g距，間距跟工作壓強(qiáng)有關(guān)，見表3-3，在這種聯(lián)結(jié)中，每個(gè)螺釘在危險(xiǎn)剖面上承受的拉力：
計(jì)算：
液壓缸工作壓強(qiáng)為P=5Mpa,所以螺釘間距t小于80mm,試選擇6個(gè)螺釘
所以選擇螺釘數(shù)目合適Z=6個(gè)
危險(xiǎn)截面
所以，=4906.3+7359.4=12265.7N
螺釘材料選擇Q235，（）
螺釘?shù)闹睆?
螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm.選擇M10的內(nèi)六角圓頭螺釘。
3.4動(dòng)片和輸出軸間的連接螺釘
動(dòng)片和輸出軸之間的聯(lián)接螺釘一般為偶數(shù)，對(duì)稱安裝，并用兩個(gè)定位銷定位。連接螺釘?shù)淖饔檬鞘箘?dòng)片和輸出軸之間的配合面緊密接觸不留間隙。根據(jù)動(dòng)片所受力矩的平衡條件有：
=
即
式中 ——每個(gè)螺釘預(yù)緊力；
D——?jiǎng)悠耐鈴剑?
f——被連接件配合面間的摩擦系數(shù)，鋼對(duì)鋼取f=0.15
螺釘?shù)膹?qiáng)度條件為
或
帶入有關(guān)數(shù)據(jù)，得
===10416.7N
螺釘材料選擇Q235，則（n=1.2~2.5）
螺釘?shù)闹睆絛=9.3mm
螺釘?shù)闹睆竭x擇d=10mm.選擇M10的內(nèi)六角圓頭螺釘。
第四章 零部件設(shè)計(jì)繪圖
4.1缸體
圖4-1 缸體
4.2缸蓋
圖4-2 缸該
4.3回轉(zhuǎn)軸
圖4-3 回轉(zhuǎn)軸
4.4動(dòng)片
圖4-4 動(dòng)片
4.5靜片
圖4-5 靜動(dòng)片
4.6裝配圖
圖4-6 靜動(dòng)片
第五章 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算
5.1繪制液壓系統(tǒng)的工況圖
根據(jù)前面幾部分設(shè)計(jì)好的各液壓執(zhí)行元件的參數(shù)，以及設(shè)計(jì)要求等對(duì)液壓系統(tǒng)作進(jìn)一步的工況分析，確定每個(gè)執(zhí)行元件在工作循環(huán)各階段中的速度、載荷變化規(guī)律，繪制出液壓系統(tǒng)有關(guān)工況圖即液壓缸的P-t圖、Q-t圖、N-t圖。
已知參數(shù)： D=125，d=50mm，b=60mm，M=，1.1 rad/s
計(jì)算工況圖：
圖5-3
5.2計(jì)算和選擇液壓元件
(1) 液壓泵
① 工作壓力：
P=P=5.76MPa，估算=0.5MPa
所以 P5.76+0.5=6.26MPa
② 流量：
=70.24L/min，取K=1.1
所以QK70.24=77.264L/min
③ 規(guī)格：
根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本》P152，表20-5-6，選擇齒輪泵CB100，n=1450r/min，Q=100L/min，P=10MPa
④ 電機(jī)選用：
取泵的總效率=0.85，則N==9.5 kw
選電機(jī)：Y160M-4，N=11 kw，n=1460r/min。
(2) 確定油箱容量
V=300L
(3) 液壓元件的選擇(表7)
表7 液壓元件一覽表
序號(hào)
元件名稱
規(guī)格
數(shù)量
1
線隙式過濾器
2.5MPa，100L/min
1
2
電動(dòng)機(jī)
11kw，1460r/min
1
3
齒輪泵
10MPa，1450r/min
1
4
溢流閥
2.5MPa，12
1
5
電磁換向閥
6.3MPa，12
1
6
單向閥
6.3MPa，12
1
7
壓力表
(0~8)MPa
1
8，14
節(jié)流閥
6.3MPa，12
2
9，15，20，21
25，26，30
節(jié)流閥
6.3MPa，8
7
10，16
電磁換向閥
6.3MPa，12
2
11,17
電磁換向閥
6.3MPa，12
2
12,18
單向順序閥
2.5MPa，12
2
22，27
電磁換向閥
6.3MPa，8
2
23，28
電磁換向閥
6.3MPa，8
2
31
電磁換向閥
6.3MPa，8
1
33
壓力繼電器
(1~6.3)MPa
1
34
減壓閥
6.3MPa，8
1
35
壓力表開關(guān)
6.3MPa，4
1
注：表中元件的序號(hào)與液壓系統(tǒng)原理圖中的序號(hào)相對(duì)應(yīng)。
5.3液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算
5.3.1驗(yàn)算回路中的壓力損失
本系統(tǒng)較為復(fù)雜，有多個(gè)液壓執(zhí)行元件動(dòng)作回路，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大的要算注射缸動(dòng)作回路，故主要驗(yàn)算由泵到注射缸這段管路的損失。
（1）沿程壓力損失
沿程壓力損失，主要是注射缸快速注射時(shí)進(jìn)油管路的壓力損失。此管路長 5m，管內(nèi)徑0.032m，快速時(shí)通過流量2.7L/s；選用20號(hào)機(jī)械系統(tǒng)損耗油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)粘度ν＝27mm2/s，油的密度ρ＝918kg/m3。
油在管路中的實(shí)際流速為
油在管路中呈紊流流動(dòng)狀態(tài)，其沿程阻力系數(shù)為：
求得沿程壓力損失為：
（2）局部壓力損失
局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失Δp2，以及通過控制閥的局部壓力損失Δp3。其中管路局部壓力損失相對(duì)來說小得多，故主要計(jì)算通過控制閥的局部壓力損失。
單向順序伺17的額定流量為50L/min，額定壓力損失為0.4MPa。電液換向閥2的額定流量為190L/min，額定壓力損失0.3 MPa。單向順序閥18的額定流量為150L/min，額定壓力損失0.2 MPa。
通過各閥的局部壓力損失之和為
從大泵出油口到注射缸進(jìn)油口要經(jīng)過單向閥13，電液換向閥2和單向順序閥18。單向閥13的額定流量為250L/min，額定壓力損失為0.2 MPa。
通過各閥的局部壓力損失之和為：
由以上計(jì)算結(jié)果可求得快速注射時(shí)，小泵到注射缸之間總的壓力損失為
∑p1＝(0.03＋0.88)MPa＝0.91MPa
大泵到注射缸之間總的壓力損失為
∑p 2＝(0.03＋0.65)MPa＝0.68MPa
由計(jì)算結(jié)果看，大小泵的實(shí)際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所選泵是適合的。
綜合考慮各工況的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為6.3MPa，也就是溢流閥7的調(diào)定壓力。
5.3.2液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算
（1）計(jì)算發(fā)熱功率
液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量，發(fā)熱功率計(jì)算如下：
Phr＝Pr－Pc
對(duì)本系統(tǒng)來說，Pr是整個(gè)工作循環(huán)中雙泵的平均輸入功率。
系統(tǒng)總輸出功率
求系統(tǒng)的輸出有效功率：
由前面給定參數(shù)及計(jì)算結(jié)果可知：合模缸的外載荷為90kN，行程0.35m；注射缸的外載荷為192kN，行程0.2m；預(yù)塑螺桿有效功率5kW，工作時(shí)間15s；開模時(shí)外載荷近同合模，行程也相同。注射機(jī)輸出有效功率主要是以上這些。
總的發(fā)熱功率為：
Phr＝(15.3－3)kW＝12.3kW
（2）計(jì)算散熱功率
前面初步求得油箱的有效容積為1m3，按V＝0.8abh求得油箱各邊之積：
a·b·h＝1/0.8m3＝1.25m3
取a為1.25m，b、h分別為1m。求得油箱散熱面積為：
At＝1.8h(a＋b)＋1.5ab
＝(1.8×l×(1.25＋1) ＋1.5×1.25)m2 ＝5.9m2
油箱的散熱功率為：
Phc＝K1AtΔT
式中 K1——油箱散熱系數(shù)，查表5—1，K1取16W/(m2·℃)；
ΔT——油溫與環(huán)境溫度之差，取ΔT＝35℃。
Phc＝16×5.9×35kW＝3.3kW＜Phr＝12.3kW
由此可見，油箱的散熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了系統(tǒng)散熱的要求，管路散熱是極小的，需要另設(shè)冷卻器。
（3）冷卻器所需冷卻面積的計(jì)算
冷卻面積為：
式中 K——傳熱系數(shù)，用管式冷卻器時(shí)，取K＝116W／(m2．·℃)；
Δtm—平均溫升(℃)；
取油進(jìn)入冷卻器的溫度T1＝60℃，油流出冷卻器的溫度T2＝50℃，冷卻水入口溫度tl＝25℃，冷卻水出口溫度t2＝30℃。則：
℃
所需冷卻器的散熱面積為：
考慮到冷卻器長期使用時(shí)，設(shè)備腐蝕和油垢、水垢對(duì)傳熱的影響，冷卻面積應(yīng)比計(jì)算值大30％，實(shí)際選用冷卻器散熱面積為：
A＝1.3×2.8m2＝3.6m2
總 結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在這一階段的緊張學(xué)習(xí)中，使我的綜合能力得到了很大的提高。仿人機(jī)器人這一課題，涉及到了很多學(xué)課的知識(shí)，是一個(gè)典型的綜合性課題。在這一段的設(shè)計(jì)中，我?guī)缀跤蒙狭舜髮W(xué)四年所學(xué)的所有專業(yè)知識(shí)，同時(shí)，在閱讀了大量的有關(guān)機(jī)器人方面的書籍之后，對(duì)該課題有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。回顧所做的工作，發(fā)現(xiàn)自己的付出是值得的。在該設(shè)計(jì)中，融入了我的很多新的構(gòu)想，也就是在原有的基礎(chǔ)上有了創(chuàng)新，這是值得欣慰的。當(dāng)然，由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該設(shè)計(jì)還有許多的不足之處，例如步態(tài)分析、驅(qū)動(dòng)程序等，這些工作都有待進(jìn)一步的完善。從課題本身來講，仿人機(jī)器人與輪式、履帶式機(jī)器人相比有許多突出的優(yōu)點(diǎn)和它們無法比擬的優(yōu)越性．但是由于受到機(jī)構(gòu)學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、微電子學(xué)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、數(shù)學(xué)方法、仿生學(xué)等相關(guān)學(xué)科發(fā)展的制約，至今基本上仍處于實(shí)驗(yàn)室研制的階段．尤其是雙足行走的速度、穩(wěn)定性及自適應(yīng)能力仍不是十分理想．只有在走穩(wěn)走好之后再加上臂部執(zhí)行機(jī)構(gòu)和智能結(jié)構(gòu)，才談得上真正的仿人．當(dāng)然，仿人不能僅僅局限于這些，還應(yīng)該模仿人類的視覺、觸覺、語言，甚至情感等功能．由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我深信在不久的將來這些都能夠?qū)崿F(xiàn)。
踏踏實(shí)實(shí)做人，認(rèn)認(rèn)真真做事，在該原則的指導(dǎo)下，使得我的設(shè)計(jì)能夠得以順利地進(jìn)行，在以后的工作與學(xué)習(xí)中，我會(huì)堅(jiān)持這項(xiàng)原則，我深信：只有腳踏實(shí)地，才能步步成功！
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致 謝
在本文即將結(jié)束之際，請(qǐng)?jiān)试S我對(duì)在這四年的大學(xué)生活學(xué)習(xí)中給予我支持和鼓勵(lì)的各位老師和同學(xué)致以深深的感謝。
首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師，感謝他在我的研究和學(xué)習(xí)過程中給予我的指導(dǎo)和幫助。老師深厚的理論素養(yǎng)，淵博的學(xué)識(shí)和誨人不倦的精神使我受益非淺，更重要的是，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范和對(duì)學(xué)術(shù)問題的概括與抽象能力在潛移默化中影響著我，教育著我。在大學(xué)生活中，老師對(duì)我的言傳身教以及給予我許多無私的關(guān)心和幫助，所有這些不僅是我得以順利地完成本文，而且更是使我終身受益。我還要感謝系里的各位老師，他們?yōu)槲业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)提出諸多良好的建議以及努力方向，使我得以較快地完成設(shè)計(jì)。
其次，我還要特別感謝我的母校，為我提供了一個(gè)先進(jìn)的學(xué)習(xí)、工作環(huán)境，能讓我順利完成自學(xué)考試的各個(gè)課程。
最后，請(qǐng)讓我將這篇學(xué)士學(xué)位論文獻(xiàn)給我的父母親，感謝他們的養(yǎng)育之恩，感謝他們使我成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有用的人，他們的關(guān)懷、支持和鼓勵(lì)是我所有信念的力量源泉。