搬运用液压机械手控制系统设计范本.docx

本科毕业设计（论文）题 目搬运用液压机械手控制系统设计学生姓名 学 号 院（系）机电工程学院专 业 指导教师 时 间 摘要在工业生产过程中人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。本文以三自由度搬运用液压机械手为研究对象，该机械手能在空间抓、放、搬运物体，动作灵活，适用于生产线中、小型批量自动化生产。机械手的全部动作由液压缸和液压马达驱动，液压缸和液压马达由电磁阀控制，电磁阀由PLC程序控制。论文的主要工作如下：设计了机械手的液压系统图，选取了相应的液压元器件，给出了PLC的控制方案，设计了PLC接线图、控制面板。并以此设计了PLC控制程序，此程序可实现机械手的上升/下降、伸出/缩回、抓取/放松和左转/右转等功能。关键词：三自由度、机械手、液压、PLCAbstractIn the process of industrial production, people are often subjected to high temperature, corrosion and toxic gases and other factors, increasing the labor intensity of workers, and even endanger life. Since the advent of manipulator, smoothly done or easily solved the corresponding problems.In this paper, three degrees of freedom to move the use of hydraulic manipulator as the research object, the robot hand in space to grasp, put, moving objects, action flexible, applicable to the production line, small batch automated production. The whole movement of the manipulator is driven by the hydraulic cylinder and the hydraulic motor, the hydraulic cylinder and the hydraulic motor are controlled by the electromagnetic valve, and the electromagnetic valve is controlled by the PLC program.The main work of this paper are as follows: design the manipulator of the hydraulic system diagram, select the corresponding hydraulic components, the PLC control scheme is proposed, and thus the design of the PLC control program, this program can realize the rise of manipulator / down, stretched out / retracted, crawl / relax and turn left / right etc. function.Key Words: Three degrees of freedom，manipulator，hydraulic，PLC目录 1 绪论 （6）1.1 课题研究背景及意义（6）1.2 研究现状及发展趋势（6）1.2.1 机械手的研究现状及发展趋势（6）1.2.2 液压技术的研究现状及发展趋势（7）1.2.3 PLC的研究现状及发展趋势（9） 1.3 本设计的研究内容（10） 2 机械手液压系统方案的拟定 （11） 2.1 机械手的工作原理（11）2.2 液压系统设计参数（11）2.3 系统局部关键回路的分析（11）2.3.1 调速回路分析（12） 2.3.2 卸荷回路的分析和选用（12）2.3.3 平衡回路（13）2.3.4 减速缓冲回路（13）2.3.5 夹紧缸回路（14）2.4 液压系统原理图（14） 2.5 本章小结（16）3 液压系统的设计计算（17） 3.1 液压执行元件载荷的组成和计算（17）3.1.1 手臂升降缸驱动力的计算（17）3.1.2 手臂伸缩缸驱动力的计算（19）3.1.3 夹紧缸夹紧力及驱动力的计算（21）3.1.4 手臂摆动缸载荷转矩的计算（22） 3.2 液压系统主要参数的确定（24）3.2.1 初选液压系统工作压力（24） 3.2.2 液压缸的主要尺寸的确定（25） 3.2.3 液压马达的排量的计算（27） 3.3 液压缸和液压马达所需流量的确定（27） 3.4 各液压缸执行元件实际工作压力的确定（28）3.4.1 液压缸的实际工作压力（28）3.4.2 液压马达的实际工作压力确定（29）3.5 液压元件选择（29） 3.5.1 液压泵的选用（29） 3.5.2 电动机的选用（30） 3.5.3 液压元件的选择（30） 3.6 液压系统的性能计算（30） 3.6.1 液压系统压力损失计算（31） 3.6.2 液压系统发热温升计算（34） 3.7 本章小结（36）4 搬运用机械手PLC控制方案 （37）4.1 可编程控制器（PLC）概述（37） 4.1.1 可编程控制器的概述（37）4.1.2 可编程控制器系统组成（38） 4.2 PLC选型 （39） 4.3 机械手的动作要求及控制过程（40）4.4 PLC的I/O分配表 （41） 4.5 设计电气控制原理图（42） 4.5.1 主电路设计（42） 4.5.2 控制电路设计（42） 4.5.3 辅助电路设计（43） 4.6 机械手的控制梯形图（44） 4.6.1 手动操作方式（44） 4.6.2 单周期操作方式和连续操作方式（45） 4.6.3 回原点操作方式（49） 4.7 本章小结（50） 5总结（51）参考文献（52）致谢（53）1 绪论 1.1课题研究背景及意义工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，已经成为现代（自动）制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手的迅速发展是由于它具有的积极作用正日益为人们所认识：首先，它能部分地代替人工操作；其次，它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和卸载；最后，它能操作必要的机具进行焊接和装配。因此，机械手受到各先进工业国家的重视，并投入大量的人力物力加以研究和应用，尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染性的场所，应用更为广泛。本课题采用可编程控制器PLC实现搬运用液压机械手控制系统运行过程的手动和自动控制，解决了传统继电器控制方案的接线复杂、稳定性差、故障率高的缺点。PLC控制方案使控制过程可靠性高、故障率低、并且维修方便，减少了手动工作量，操作过程更加清晰明确。1.2研究现状及发展趋势1.2.1机械手的研究现状及发展趋势 机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 伴随着人类社会的不断发展，科学和技术的不断进步，人类对资源的依赖也越来越大，最终将不可避免的要向陆地以外甚至是地球以外的地方扩展，而在这些对人类来说恶劣的环境里，搬运用机械手的发展就显得尤为重要了。作为新生产力代表的劳动工具，搬运用机械手能代替人类在恶劣的环境中完成人类无法完成又不得不做的工作。由于搬运用机械手的应用不得不向更广的范围延伸，这就要求搬运用机械手有更好的通用性，更高的适应能力，更加专业化，当然在这个基础上还有考虑到搬运用机械手的经济性要求。所以发展在能满足基本功能要求的基础上，实现结构模块化、方便修改设计、通用性强并且可靠性高的的搬运用机械手是市场所需，社会发展的必然。1.2.2液压技术的研究现状及发展趋势液压技术渗透到很多领域，不断在民用工业、在机床、工程机械、冶金机械、塑料机械、农林机械、汽车、船舶等行业得到大幅度的应用和发展，而且发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。现今，采用液压传动程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动技术。 近年来，我国液压元件制造行业坚持技术进步，涌现出一批各具特色的高新技术产品。如：北京机床所的直动式电液伺服阀、杭州精工液压机电公司的低噪声比例溢流阀（拥有专利）、宁波华液公司的电液比例压力流量阀（已申请专利），均为机电一体化的高新技术产品，并已投入批量生产，取得了较好的经济效益。北京华德液压集团公司的恒功率变量柱塞泵，填补了国内大排量柱塞泵的空白，适用于冶金、锻压、矿山等大型成套设备的配套。天津特精液压股份有限公司的三种齿轮泵，具有结构新颖、体积小、耐高压、噪声低、性能指标先进等特点。榆次液压件有限公司的高性能组合齿轮泵，可广泛用于工程、冶金、矿山机械等领域。广东广液公司的高压高性能叶片泵、宁波永华公司的超高压软管总成、无锡气动技术研究所有限公司为各种自控设备配套的WPI新型气缸系列都是很有特色的新产品；另外，一批优质产品成功地为国家重点工程和重点主机配套。如：天津市精研工程机械传动有限公司的天然气输送管道生产线液压设备是国家西气东输工程的配套设备；慈溪博格曼密封材料公司的高温高压W型缠绕垫片，现已成功地用于加氢裂化装置上；大连液压件厂和山西长治液压件厂的转向叶片泵，是中、重型汽车转向系统中的关键部件，目前两个厂的年产量已达10台以上；青岛基珀密封公司的新型组合双向密封和大型防泥水油封是分别为一汽解放牌9吨车和一拖拖拉机配套的密封件；此外天津特精液压股份有限公司的静液压传动装置和多路阀、湖州生力液压件公司的多功能滑阀、威海气动元件公司的组合调压阀的空气减压阀、贵州枫阳液压公司的液压泵站和液压换挡阀等，都深受用户的好评。 由此可见液压传动产品等在国民经济和国防建设中的地位和作用十分重要。它不仅能最大限度满足机电产品实现功能多样化的必要条件，也是完成重大工程项目、重大技术装备的基本保证，更是机电产品和重大工程项目和装备可靠性的保证。液压传动产品的发展是实现生产过程自动化、尤其是工业自动化不可缺少的重要手段。1.2.3 PLC的研究现状及发展趋势 可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController，简称PLC)是专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，应用情况大致可归纳为如下几类： （1）开关量的逻辑控制 这是可编程序控制器最基本和最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 （2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D及D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 （3）运动控制 可编程序控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 （4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，可编程序控制器能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。1.3 本设计的研究内容 搬运机械手是生产线上常用的自动化设备之一。本课题以液压机械手为平台，选择相应的液压元件，设计一套完整的液压控制系统。该系统可实现下动作要求：从原位置出发坐标为（0，0），把待搬动物体放置于坐标（400mm，400mm）处。延时20秒后返回出发点。其中，运动负载质量为10kg，移动速度为5m/min，工作行程500-600mm。另外，该系统可分别实现自动控制与手动控制，自动控制即上述动作的循环重复，手动控制即可分别控制各液压缸的工作。具体工作如下：（1）熟悉该系统的机械传动机构、驱动机构、执行机构，分析设计任务和控制要求，设计控制原理图；（2）根据负载及控制要求，进行液压缸、液压泵及液压阀等关键元器件的选型工作，并根据控制动作设计出液压控制的基本回路，得出液压系统图；（3）根据任务的控制关系设计控制系统的硬件接线图，编写PLC控制程序并调试，设计控制面板，选定所需的电气元件，列出清单； （4）撰写设计计算说明书，字数不少于0.5万字。（非设计类论文字数再核查一下是否为0.5万字）2 搬运用机械手液压系统方案拟定以三自由度液压机械手为平台，选择相应的液压元件设计一套完整的液压系统。2.1机械手的工作原理三自由度搬运用机械手动作过程如图2.1所示，其中1为立柱作90的回转运动；2位沿立柱作300mm的上下移动；3为沿水平方向作400mm的伸缩运动；4为手指的夹紧、放松运动。 图2.1机构示意图2.2 液压系统设计技术参数（1） 抓重：抓取工件为铸铁，最大的重量为10kg；（2） 自由度数：3个自由度；（3） 坐标形式：直角坐标；（4） 大臂运动参数： 升降行程：300mm；旋转范围：0-90；旋转速度：5m/min；（5） 小臂运动参数： 伸缩行程：400mm。2.3系统局部关键回路的分析2.3.1调速回路分析调速回路按其调速方式不同，有节流调速回路、容积调速回路、容积节流调速回路三类。由于机械手的速度比较低，且节流调速回路费用低廉，故选用节流调速回路来调速。按回路中节流阀的位置不同，节流调速有进口节流调速回路、出口节流调速回路、旁路节流调速回路三种形式。当负载方向与液压缸运动方向一致时，液压缸回油腔的油液是有一定压力的，因此液压缸的进油腔的压力在出现负载荷的情况下，也不应迅速下降。所以，采用图2.2所示变载荷回路来进行调速，液压缸因节流阀的调节作用而平稳的运动，保证了液压系统的平稳性和可靠性。 图2.2变载荷液压回路2.3.2卸荷回路的分析和选用 图2.3所示为采用二位二通阀的卸荷回路。卸荷时通过二位二通阀的流量应等于液压泵的输出流量，不能小于液压泵的输出流量，如果二位二通阀不能将液压泵的输出流量全部流回油箱，势必使二位二通阀起节流作用，不能完全卸荷，引起系统发热。所以这样的卸荷回路只能适用于小流量的液压系统，故不常使用。图2.4所示为采用二位二通阀控制溢流阀的卸荷回路。当二位二通阀通电时，溢流阀的远程控制口通向油箱，泵输出的压力油以很低的压力打开溢流阀全部流回油箱，实现卸荷。二位二通阀只需通过溢流阀控制油路中流出的油，从而可以选择较小的阀，而且可以进行远距离控制。当电磁阀断电时，这种卸荷回路也远比图2.3所示回路缓和。因此综上所述，选用图2.4所示回路来用作卸荷回路。 图2.3 采用两位两通阀卸荷回路 图2.4 采用两位两通阀控制溢流阀 的卸荷回路2.3.3平衡回路 平衡回路的功用是防止垂直放置的液压缸和与之相连的工件部件因自重而自行下落。图2.5所示为一使用单向顺序阀的平衡回路，溢流阀在此作背压阀，在回路中保持运行平稳。由图可见，当换向阀右位接入回路使活塞下行时，回油路上存着一定的背压；只要调节单向顺序阀改变液压缸内的背压压力使活塞平稳下降；当换向阀处于中位时，活塞就停止运动，不再继续下移。 图2.5 平衡回路 图2.6 减速缓冲回路2.3.4减速缓冲回路 伸缩缸的行程为400mm，因此在伸缩回路中需要有缓冲。图2.6就是一个减速缓冲回路。它是由二位二通电磁换向阀和可调节流阀并联组成的。通过控制二位二通电磁换向阀来调节伸缩缸的运动速度。2.3.5夹紧缸回路 如图2.7所示回路。为防止手指夹紧缸在夹紧工件的情况下意外断电，应加锁紧保压回路。压力继电器是对手指夹紧缸进行过载保护的，当其作业过程中发生过载时即可发出电信号使泵卸载。同时为防止夹紧缸受系统压力波动的影响或压力过高，导致夹紧力过大损坏工件或压力过低无法夹紧工件，造成意外事故，故需要在油路上增加减压阀保证夹紧缸的压力恒定不变。 图2.7 夹紧缸回路为便于机械手的自动控制如采用可编程序控制器或微机进行控制，同时系统的压力和流量都不高,故选用电磁换向阀回路，以获得较好的自动化程度和经济效益。液压机械手一般采用单泵或双泵供油，手臂伸缩、手臂升降和手臂旋转等机构采用并联供油，这样可有效降低系统的供油压力，此时为了保证多缸运动的系统互不干扰，实现同步或非同步运动，换向阀需釆用中位“O”型换向阀。从技术参数中可知，系统的功率较小，故选用单栗供油和简单节流阀进行调速，以获得较好的经济效益。2.4液压系统原理图在上述主要油路选好之后，参照一些其他机械手的液压系统，机械手液压系统原理图设计如图2.8所示，其作业程序与电磁阀动作顺序见表2.1。图2.8 液压系统原理图1-油箱；2-过滤器；3-液压泵；4-压力表；5-溢流阀；6、21-两位两通换向阀；7-单向阀；8、14、18-二位四通O型换向阀；9、10、15、16-单向节流阀；11-单向顺序阀；13、22-双作用液压缸；17-摆动马达；19、20-可调节流阀；23-减压阀；24-普通型调速阀；25-两位三通换向阀；26-液控单向阀；27-压力继电器；28-单作用液压缸表2.1 作业程序与电磁阀动作顺序1DT2DT3DT4DT5DT6DT7DT8DT9DT液压泵启动+上升+正转+伸出+伸出缓冲+夹紧+缩进+缩进缓冲+反转+下降+卸荷+2.5本章小结 本小节通过对搬运用液压机械手国内外研究的分析，对其整体结构进行了设计。根据工作要求，对搬运用液压机械手进行自由度和运动学研究，确定3个自由度的搬运用液压机械手为本文研究对象。重点介绍了搬运用液压机械手在工作中用于将原工作台上的物块般到其它库位上要实现的上升/下降、左转/右转、伸出/缩回、夹紧/放松等动作的控制要求及液压传动回路的原理。3 液压系统设计计算3.1液压执行元件载荷的组成和计算3.1.1手臂升降缸驱动力的计算 升降缸只需计算无杆腔进油时(即上升)的工况，当有杆腔进油时，整个手臂会产生负载荷,所以在此不予讨论。 （1）工作载荷Fg 升降缸的工作载荷包括升降台自身所受的重力和所夹工件的重力。这些力的方向如与活塞运动方向相同为负,相反为正。 上升：Fg=G 下降:Fg=-G G-零件及工件所受的总重, m工件=10Kg现在对机械手手臂做粗略估算:m爪=5Kg，m大臂=10Kg，m小臂=7Kg，伸缩缸m伸=5Kg，摆动缸m摆=5Kg，升降缸活塞杆m杆=2Kg m=m爪+m大臂+m小臂+m伸+m工件+m摆+m杆=44Kg (3.1)上升时:Fg=mg=449.8N=431.2N（2）惯性载荷Fa (3.2)式中，g重力加速度，g=9.8m/s2； 速度变化量(m/s)； 启动或制动时间(s)。一般机械t=0.1-0.5s，对于轻载低速运动部件取小值,对重载高速部件取大值。本设计要求手臂升降是V60mm/s，在计算惯性力的时候,起动或制动的时间差=0.2s，启动速度=V=0.06m/s， G近似估算为59Kg；将数据带入公式(3.2)有： （3）摩擦阻力Ff的计算:(受力分析见图3.1) 现在对机械手手臂的重心做粗略估算:P=0.37m，h=0.3m （3.3） 取=0.16,将数据代人公式(3.3)得: 图3.1升降缸的受力分析图 （4）液压缸在这里选择0型密封，所以密封摩擦力可以通过近似估算 F密=0.03F （5）外载荷受力分析: 升降缸所受负载: (3.4)式中，液压缸的机械效率, 取=0.95（）。 上升时： 起动加速时： 稳态时： 减速制动时：3.1.2手臂伸缩缸驱动力的计算 伸缩缸伸出未夹工件时，受力相比夹取工件时较小，故不予讨论，只计算伸缩缸夹取工件后的工况。 （1）导轨摩擦载荷Ff 图3.2机械手臂部受力示意上图3.2是机械手的手臂示意图，本设计是双导向杆，导向奸对称配置在伸缩缸两侧。计算如下: m=m爪+m工件+m伸+m小臂=27Kg由于导向杆对称配置,两导向杆受力均衡,可按一个导向杆计算。 得： 得： (3.5) (3.6) 式中G总参与运动的零部件所受的总重力(含工件)(N)； L手臂与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑的前端的距离(m)； a导向支撑的长度(m)； u当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面有关。对于圆形导轨： u摩擦系数，参考机械设计手册起动时：u=0.15-0.20；低速时：u=0.1-0.12；高速时：u=0.05-0.08；导向杆的材料选择钢，导向支撑选择铸铁u=0.21.5=0.3，G总=279.8N=264.6N，L=200mm=0.2m，导向支撑a设计为0.05m，将以上数据代人公式(3.6)得： （2）惯性载荷Fa 本设计要求手臂平动是V200mm/s，在计算惯性力的时候，起动或制动的时间差t=0.2s，启动速度V=V=0.2m/s，将数据带入公式(3.2)有： （3）液压缸密封处的摩擦阻力，由Fm于各种缸的密封材质和密封形成不同， 密封阻力难以精确计算，一般估算为：式中液压缸的机械效率，取=0.9（） （4）工况分析 起动加速时： 稳态时： 减速制动时：3.1.3夹紧缸夹紧力及驱动力的计算手指加在工件上的夹紧力，需要克服工件重力所产生的静载荷以及工件运动状态变化的惯性力产生的载荷，以便工件保持可靠的夹紧状态。手指对工件的夹紧力可按公式计算： (3.7) 式中K1安全系数，通常1.2-2.0；K2工作情况系数，主要考虑惯性力的影响。可近似按下式估计， 式中a为重力方向的最大上升加速度，g为重力加速度，g=9.8m/s2 。 ， 为运载时工件最大上升速度；为系统达到最高速度的时间，一般选取0.030.5s；K3 方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择；G 被抓取工件所受重力(N)。计算： 假设a=2b，；机械手达到的最高响应时间为0.5s，求夹紧力FN和驱动力F。 取K1=1.5； K3=0.5根据公式（3.7），将已知数据条件代入得：夹紧力： 根据图3.3受力分析，驱动力计算式为：取=0.85；设夹紧时弹簧的回复力为50N，因此夹紧缸夹紧工件时，夹紧缸的负载为：F=255.686N。图3.3手爪受力分析3.1.4手臂摆动缸载荷转矩的计算 手臂回转的回转驱动力矩Tw, 应该与手臂运动时所产生的惯性力矩Ta及各密封装置处的摩擦阻力矩Tf相平衡。 （1）工作载荷力矩Tg=0 （2）惯性力矩Ta （3.8）式中角加速度(rads2)；J手臂回转部件(包括工件)对回转轴线的转动惯量(kgm2)；角速度变化量(rads)；起动或制动时间(s)； (3.9）式中P手臂回转零件的重心与回转轴的距离(P=O.37m)；J0回转部件的重心的转动惯量。 （3.10）回转部件可以等效为一个长为400mm,直径为100mm，质量为44Kg的圆柱体。由于最大搬运速度为5m/min，最大工作距离600mm，转速n=0.265r/s,则启动角速度=513rad/s，启动时间设计为0.2s。将数据分别代入公式（3.8-3.10）有： （3）轴径摩擦阻力力矩Tf 密封处的摩擦阻力矩可以粗略估算下Tf=0.03T，由于回油背差一般很小，故在这里忽略不计。 马达载荷转矩： (3.11)取 （4）外载荷受力分析 启动加速时： 稳态运动时： 减速制动时： 3.2液压系统主要参数的确定3.2.1初选液压系统工作压力机械手的液压系统属于低压系统，且本机械手设计为单步工作，载荷最大时为机械手夹取工件后大臂伸缩缸上升的工况。由于F大臂max=926.775N，因此选择液压缸压力油工作压力P1=1.0MPa。表3.1 液压缸工作压力作用在活塞上的外力（N）液压缸工作压力（MPa）作用在活塞上的外力（N）液压缸工作压力（MPa）50000.8120000300002.04.05000100001.5230000500004.05.010000200002.53500005.07.03.2.2液压缸的主要尺寸的确定 （1）确定升降液压缸的内径D和活塞杆直径d: 受力分析如图3.3所示。 (3.12) P2为回油路中的背压力根据机械设计手册4表23.4.4，在轻载节流调速系统中背压力P2=0.2-0.5 Mpa；根据机械设计手册4表23.4.5，选取活塞杆直径d=0.5D。 图3.4 升降缸 将数据代入公式(3.12)有： 根据机械设计手册4表23.6-33，选取液压缸内径为：D=32 mm。则活塞杆内径为：d=320.5=16mm，根据机械设计手册4表23.6-34，选取d=16mm。（2）确定小臂伸缩液压缸的内径D和活塞杆直径d：液压缸内径D和活塞杆直径d的计算(如图3.5所示) 图3.5 双作用液压缸示意图 当油进入无杆腔:F=P1A1-P2A2，回油路中的压力P2可忽略不记。