树木移栽机设计及液压系统设计（全套含CAD图纸）
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目录1.前言41.1课题研究的目的41.1 课题研究的意义41.2 机械化移栽目前存在的主要问题51.2.1 移栽前应考虑的因素51.2.2 移栽过程中的注意事项61.2.3 移栽后的养护管理71.3 国内外前景92.树木移栽机的工艺参数102.2主要部件结构分析与设计102.2.1 铲斗组件的设计102.2.2铲刀组件的设计113.基本方案及其选型143.1制定基本方案143.2 绘制液压系统图173.1执行元件类型、数量和安装位置193.2速度和载荷计算203.2.1 速度计算及速度变化规律203.2.2执行元件的载荷计算及变化规律203.3手部设计计算223.4臂部设计计算263.5夹取机构设计284.液压系统主要参数的确定304.1 系统压力的初步确定304.2 液压执行元件的主要参数314.2.1液压缸的作用力314.2.2 缸筒内径的确定324.2.3 活塞杆直径的确定334.2.4 液压缸参数的确定355.液压系统方案的选择和论证385.1 液路循环方式的分析和选择415.2 开式系统液路组合方式的分析选择415.3 调速方案的选择426.液压元件的选择计算及其连接426.1 液压泵的选择426.2 液压阀的选择456.3 蓄能器的选择466.4 管道尺寸的确定476.5 油箱容量的确定487.电瓶及附件497.1 电瓶的容积498.液压泵站的选择529.液压缸的结构设计529.1 缸筒529.1.1 缸筒与缸盖的连接形式529.1.2 强度计算539.1.3 缸筒底部强度计算539.2液压缸的计算539.2.1 负载分析549.2.2提升液压缸主要参数的确定559.2.3 拟订液压系统图579.2.4 液压元件的选择5810.液压系统性能验算6010.1 系统压力损失验算6010.2系统的总效率验算62总结64致谢65参考文献- 1 -1.前言1.1课题研究的目的树木移栽机是一种起货性能好，适用范围广的货移植树种。可用于设备交货，在线生产线材料的高低差异，脱机，提升部件的协同组装，主机库进料，进料，储存处理等场所，使用与叉车配套，以及快速装载和卸货。采用全液压控制系统和液压系统，具有以下特点：（1）在相同的体积中，液压装置可以产生比任何其他装置更多的功率。液压装置功率相同，体积小，重量轻，功率密度高，结构紧凑，仅为液压马达功率的12。相等的大小和重量。（2）液压装置工作顺利。由于重量轻，惯性小，响应速度快，液压装置易于实现快速启动，制动和频繁换向。（3）液压装置可实现宽范围的无级调速（调速范围可达2000），并可实现运行中的速度控制。（4）液压驱动器易于自动化。他可以轻松调整或控制液体的压力，流量和流动方向。（5）液压装置易于实现过载保护。（6）液压元件标准化，系列化，通用化，液压系统的设计，制造和使用更加方便。当然，液压技术有很多缺点。例如，液压传动中损失更多的能量，液压传动容易泄漏。它不仅污染工作场所，限制其应用范围，可能引发火灾事故，还会影响机芯性能的稳定性和局部正确性。 。液体温度的变化更加敏感，液压元件的制造精度高，成本高，故障不易找到原因，但在实际应用中，采取了有效措施来减少液压元件的影响不好的因素。1.1 课题研究的意义城市绿化是城市生态环境建设的核心内容。生态效应取决于绿色的数量，绿色的数量取决于构成城市造林主导材料的各种树木覆盖的树叶大小和树冠面积。因此，短期内种植树木将加速城市生态环境建设。提高城市生态环境质量的主要手段和途径。已经确定该树吸引二氧化碳并产生五倍于草坪的氧气。 1hm2树木每年可吸收CO216t，释放0212t。吸收量是草坪的3倍，年粉尘可达0.9t。它可以吸收S02300kg和牲畜水1500t。空气湿度可以增加54。可以看出，树木的生态效应非常明显。在目前城市热岛效应日益明朗，人们对城市居住环境质量要求越来越高的情况下，尤其要促进城市中一定数量的树木和相当数量的树木的种植。在目前的城市绿化过程中，一般都进行大规模的树木移植，由于城市生境的特殊缺陷和差异，移植后的成活率和生长表现有时并不乐观。这不仅在一定程度上浪费了社会生态资源，而且也影响了城市绿地建设的效果。因此，树木移栽机的研究和设计及其成功应用对城市造林和环境美化具有重要意义。1.2 机械化移栽目前存在的主要问题通过在树木移植过程中的长期实践，列树木的成活机里和移植技术要领等进行了研究与总结。1.2.1 移栽前应考虑的因素基本原理：近似生境。实践证明，若移植后的生境近似于原生生境，则移植的成活率较高，移植在近似生境中的树木期生长情况往往能恢复到原生生境状态。树木的生长环境主要包括温度、光照、水分等小气候条件和土壤条件等，如果把处于不同生境中的树木进行移植，光度、温度、湿度、及土壤等任一条件发生变化，其树木的植株生长就会受到影响或发生差异，有的甚至枯萎死亡，所以定植地的土壤条件进行判定或测试，根据检测结果改善定植地的土壤生境条件，以提高树木移植的成活率。树木移植近似生境的原理一定程度上也是树木移植宜近不宜远、适地适树实践经验。树势平衡。树木移植时，树木的地上部分和地下部分须保持平衡，树木移植如对根系造成伤害，就必须根据其根系分布情况，对地上部分进行修剪，使地上部分和地下部分的生长情况基本保持平衡。闪为供给根系发育的营养物质主要来副阻上部分，对枝叶修剪过多不但会影响树木的景观，也会影响根系的生长发育，所以在移植树木时必须慎重考虑枝叶和根系的去留权衡问题，尽量使地上部分和地下部分保持平衡。如地上部分所留比铡超过地下部允昕留比例，则须通过人工养护弥补这种不平衡。基本条件：季节适时。移植树木的成功率高低在很大程度上取决于移植树木季节的选择，而考虑适时选择主要是因为此时树木的生理代谢较易得到平衡。一般情况下，常绿树移植选择在春季，即3月下旬至5月上旬。这段时期气温回升，雨量充足，光照适中，常绿树在此期问枝叶、根系处于生理生长发育期，移植受损的伤口能及时产生愈合组织，即新芽新根能在短期内得到恢复或修复。落叶树般则选择在秋冬季，即树木落叶后到发芽前。因此时树木处于休眠期，而落叶树大多数季相明显，移植时都以保持全冠为宜，所以相对春季选择秋冬季更为妥当，但具体时间的选择还需根据树木的习性和物候特点来确定。适时选择树木的移植时间是建立在树势平衡这个基本原理之上的。 断根缩坨。从树木薪防；代谢括动的生理危度来看，树木移植经过掘起、搬运、再种植，其根系大量受损，树木的水分和有机物质大量消耗，这就打破了地上部分和地下部分的平衡，因为维持树木地上部分枝叶平衡主要依靠地下部分的根系来供给养分，而根系则主要通过大量的毛根和须根来完成，所以毛须根的数量和生理质量起着至关重要的作用。锵决树木移植中确保毛须根完整的有效办法就是采用科学的传统技法断根缩坨，也称同根法，盘根法，般在树木移植前13年通过挖沟断根、对根径lcm以上的粗根进行环状剥皮、覆士等步骤来完成对树木的断根缩坨处理，断根是提高移植树木成活率的关键因素之一。1.2.2 移栽过程中的注意事项 挖掘：在树木移植前，应根土壤的干湿情况进行浇水，以防挖掘后因土壤过于而使土球松散或树木脱水，以树干为中心，沿外缘挖掘土球，土球的大小应为移植树木胸径的7-8倍，土球的厚度不小于土球直径的2/3，特别有要求的树木，其土球规格可适当放大，挖掘时首先应铲除表层土，沿土球外沿开挖60-80cm宽的操作沟，遇到直径超过2cm的根系应剪断或锯断，但不可用铁锹斩断，以防震裂土球，挖到一定深度后，将士球四周的土进行修削，上大下心，肩部圆滑，形状规整，同时挖掘过程中应对树木进行适当疏枝与修剪。土壤的选择和处理：要选择通气、透水性好，有保水保肥能力，土内水、肥、气、热状况协调的土壤。经多年实践，用泥沙拌黄土(3:1为佳)作为移栽后的定植用土比较好，它有三大好处，是与树根有“亲和力”。在栽培大树时，根部与土往往有无法压实的空隙，经雨水的侵蚀，泥沙拌黄土易与树根贴实；二是通气性好。能增高地温，促进根系的萌芽，三是排水性能好。雨季能迅速排掉多余的积水。遭水沤，造成根部死亡，旱季浇水能迅速吸收、扩散。1.2.3 移栽后的养护管理旱季的管理：6-9月，大部分时间气温在280C以上，且湿度小，是最难管理的时期。如果管理不当造成根干缺水、树皮龟裂，会导致树木死亡。这时的管理要特别注意：是遮阳防晒，可以树冠外围东西方向“几字型，盖遮阳网，这样能较好的挡住太阳的直射光，使树叶免遭灼伤；二是根部灌水，预埋的塑料管或竹筒内灌水，此方法可避免浇“半截水”能一次浇透，平常能使土壤见干见湿，也可往树冠外的洞穴灌水，增加钳木周围土壤的湿度；三是甜南面架设三角支架，安装个高了树l米的喷灌装置，尽量调成雾状水，因为夏、秋季大多吹南风，密装在南面可经常给树冠喷水，使树干树叶保持湿润，也增加了树周围的湿度，并降低了温度，减少了树木体内有限水分、养分的消耗。没条件对可采“滴灌法”，即在树旁搭个三角架，上面吊一只储水梗，在桶下部打若干孔，用硅胶将塑料管粘在孔上，另一端用火烧后封死，将管螺旋状绕在树干和树枝上，按需要从没方向在管上打孔至滴水，同样可起到湿润树干树枝、减少水分养分消耗的作用。雨季的管理：南方春季雨水多，空气温度大，这时主要应抗涝。由于树木初生芽叶，根部伤口未愈合，往往会赞附木死亡。雨季用潜水泵逐个抽干穴内水，避免树木被水浸泡。寒冷季节的管理：要加强抗寒、保暖措施。一是要用草绳绕干，包裹保暖，这样能有效地低御低温和寒风的侵害，二是搭建简易的塑料薄膜温室，提高树木的温、湿度，三是选择一天中温度相对较高的中午浇水或叶面喷水。移栽后的施肥：由于树木损伤大，第一年不能施肥，第二年根据树的生长情况施农家肥或叶面喷肥。移栽后病虫害的防治：移植树木的病虫害一般由原生境附带而来的居多，所以在移植前须对树木进行病虫害的治理和健康植株树木的挑选，在移植地应特别注意对土壤和移植树木损伤截U的处理，尽量减少病菌的滋生和感染。穆植后的树木一旦发现虫害可采用捕杀、诱杀、化学施药法等进行处理，发现病害一般采用人工清除、化学施药进行防治。可用多菌灵或托布津、敌杀死等农药混合喷施。分4月、7月、9月三个阶段，每个阶段连续喷本次药，每星期一次，正常情况下可达到防治的目的。 大树移栽后，一定要加强养护管理。俗话说得好，“三分钟，七分管”，由此可见，养护管理环节在绿化建设中的重要性。当然，要切实提高大树移栽后的成活率，还要在绿地规划设计、树种选择等方面动动脑筋，下点功夫。1.3 国内外前景在中国液压技术正是在新中国成立的未来发展。自1952中国第一液压元件试验齿轮泵，大致经历了外国产品的模仿，自行设计开发和引进消化和改善的几个阶段。近年来，通过技术引进和科学研究，产品质量有所提高，一批产品先进水平的开发和生产。随着现代化城市的高速发展、人们环境意识的不断增强，城乡生态环境矛盾日益突出，建设生态园林，进行城乡绿化，营造青山、碧水、蓝天和谐的人居生态环境不仅是现代城乡发展要求，更是人们对美好生活的渴望。城市环境的建设，不但促使了各地城市不断增加环境和景观的建设投入，同时也使我国园林事业呈现了飞速发展之势。我国目前林木的移栽大都采用人工作业，劳动强度大，作业效率低、成本高、成活率低。采用机械化作业可提高工效几十倍甚至上百倍，减轻了劳动强度，加快了城市园林化的步伐，同也降低了生产成本，提高了经济效益。因此研制开发适合常规配套动力的林木移栽机械具有十分重要的现实意义，其产品具有广阔的市场前景。目前，在中国的液压技术已能冶金，工程机械，机床，化工机械，纺织机械及其他部门提供了一个比较完整的产品品种。然而，我国液压技术在数量和技术水平，产品品种，与国际标准和主要行业的要求还有不少差距，大量进口液压元件的年需求。在未来，液压技术的发展将是方向的：（1）改善器件性能，创建新的组件的大小，收缩。（2）结合，高度集成化，模块化。（3）结合和微电子技术，向智能。总之，在国民经济中的比重液压行业是伟大的，他与气动技术是用来衡量一个国家的工业化程度。2.树木移栽机的工艺参数小型林木移栽机由主框架，提升架，铲刀组件，铲斗组件和液压系统等组成，如图2.1 所示。提升架可沿主框架上下运动，铲斗可沿提升架上下运动。型林木移栽机可挂接在多种配套动力（如各种轮式拖拉机）上，各工作部件由液压油缸驱动。工作时，通过操纵液压系统的分配器，首先打开铲刀、铲斗，通过调整移栽机的位置，将被挖林木置于铲斗中心处，然后将提升架下移，使铲刀、铲斗置于地面上，操纵铲刀油缸将两铲刀入土后再操纵铲斗油缸将铲斗下挖至要求的深度后，通过提升架将铲刀、铲斗和林木同时提出地面，最后松开铲刀、铲斗，将根部带有圆台型土块的林木放入塑料盆中，以提高林木成活率，方便运输。本设计树木移栽机为全液压系统，相关工艺参数为：额定载荷：2000kg（夹持式手部）升降高度：1-3米主要为电力驱动机械手做上下运动。2.2主要部件结构分析与设计2.2.1 铲斗组件的设计铲斗组件主要包括铲斗导轨、铲斗油缸、铲斗滑块和铲斗，如图2.1 所示。铲斗的运动轨迹由铲斗导轨控制。为实现一定直径林木的移栽要求，铲斗小端直径不能太小。铲斗设计为半圆台面形，导轨角度和圆台的角度相同，以便使铲斗滑快能自如的上下移动。铲斗的大端直径为600mm，小端直径为450mm，高为500mm，当铲斗架处于闭合状态时铲斗导轨与铅垂方向的夹角为8.5。图2.1 林木移栽机铲斗组件结构示意图1.铲斗导轨2.铲斗油缸3.铲斗滑块4.铲斗油缸两端均是铰接形式，当铲斗油缸伸出时，活塞杆与连接的滑块在铲斗的滑轨上移动，铲斗慢慢张开。反之，当油缸缩回回时，铲斗慢慢闭合。2.2.2铲刀组件的设计铲刀组件主要包括铲斗油缸、连接件、铲刀臂和铲刀，如图2.3 所示。工作时铲刀绕铲刀臂旋转，依靠锋利的刀刃切断林木的底根，同时铲入泥土的铲刀可以平衡一部分铲斗的入土阻力，起到了地锚的作用，以防移栽机被抬起。图2.3 林木移栽机铲刀组件结构示意图1.铲刀油缸2.连接件3.铲刀臂4.铲刀2.2.3 主框架和提升架的设计提升架通过滑块安装在主框架的导轨中，铲刀、铲斗等安装在提升架上。在提升油缸的作用下，提升架、铲刀及铲斗沿主框架轨道上下运动，用来提升完成挖掘工作的铲刀、铲斗及所要移栽的林木，其结构如图2.4 所示。图2.4 林木移栽机主框架和提升架结构示意图1.主框架2.提升油缸3.提升架3.基本方案及其选型3.1制定基本方案（1）制定调速方案液压执行元件确定之后，其运动方向和运动速度的控制是拟定液压回路的核心问题。方向控制用换向阀或逻辑控制单元来实现。对于一般中小流量的液压系统，大多通过换向阀的有机组合实现所要求的动作。对高压大流量的液压系统，现多采用插装阀与先导控制阀的逻辑组合来实现。速度控制通过改变液压执行元件输入或输出的流量或者利用密封空间的容积变化来实现。相应的调整方式有节流调速、容积调速以及二者的结合容积节流调速。节流调速一般采用定量泵供油，用流量控制阀改变输入或输出液压执行元件的流量来调节速度。此种调速方式结构简单，由于这种系统必须用闪流阀，故效率低，发热量大，多用于功率不大的场合。容积调速是靠改变液压泵或液压马达的排量来达到调速的目的。其优点是没有溢流损失和节流损失，效率较高。但为了散热和补充泄漏，需要有辅助泵。此种调速方式适用于功率大、运动速度高的液压系统。容积节流调速一般是用变量泵供油，用流量控制阀调节输入或输出液压执行元件的流量，并使其供油量与需油量相适应。此种调速回路效率也较高，速度稳定性较好，但其结构比较复杂。节流调速又分别有进油节流、回油节流和旁路节流三种形式。进油节流起动冲击较小，回油节流常用于有负载荷的场合，旁路节流多用于高速。调速回路一经确定，回路的循环形式也就随之确定了。节流调速一般采用开式循环形式。在开式系统中，液压泵从油箱吸油，压力油流经系统释放能量后，再排回油箱。开式回路结构简单，散热性好，但油箱体积大，容易混入空气。容积调速大多采用闭式循环形式。闭式系统中，液压泵的吸油口直接与执行元件的排油口相通，形成一个封闭的循环回路。其结构紧凑，但散热条件差。（2）制定压力控制方案液压执行元件工作时，要求系统保持一定的工作压力或在一定压力范围内工作，也有的需要多级或无级连续地调节压力，一般在节流调速系统中，通常由定量泵供油，用溢流阀调节所需压力，并保持恒定。在容积调速系统中，用变量泵供油，用安全阀起安全保护作用。在有些液压系统中，有时需要流量不大的高压油，这时可考虑用增压回路得到高压，而不用单设高压泵。液压执行元件在工作循环中，某段时间不需要供油，而又不便停泵的情况下，需考虑选择卸荷回路。在系统的某个局部，工作压力需低于主油源压力时，要考虑采用减压回路来获得所需的工作压力。（3）制定顺序动作方案主机各执行机构的顺序动作，根据设备类型不同，有的按固定程序运行，有的则是随机的或人为的。工程机械的操纵机构多为手动，一般用手动的多路换向阀控制。加工机械的各执行机构的顺序动作多采用行程控制，当工作部件移动到一定位置时，通过电气行程开关发出电信号给电磁铁推动电磁阀或直接压下行程阀来控制接续的动作。行程开关安装比较方便，而用行程阀需连接相应的油路，因此只适用于管路联接比较方便的场合。另外还有时间控制、压力控制等。例如液压泵无载启动，经过一段时间，当泵正常运转后，延时继电器发出电信号使卸荷阀关闭，建立起正常的工作压力。压力控制多用在带有液压夹具的机床、挤压机压力机等场合。当某一执行元件完成预定动作时，回路中的压力达到一定的数值，通过压力继电器发出电信号或打开顺序阀使压力油通过，来启动下一个动作。（4）选择液压动力源液压系统的工作介质完全由液压源来提供，液压源的核心是液压泵。节流调速系统一般用定量泵供油，在无其他辅助油源的情况下，液压泵的供油量要大于系统的需油量，多余的油经溢流阀流回油箱，溢流阀同时起到控制并稳定油源压力的作用。容积调速系统多数是用变量泵供油，用安全阀限定系统的最高压力。为节省能源提高效率，液压泵的供油量要尽量与系统所需流量相匹配。对在工作循环各阶段中系统所需油量相差较大的情况，一般采用多泵供油或变量泵供油。对长时间所需流量较小的情况，可增设蓄能器做辅助油源。油液的净化装置是液压源中不可缺少的。一般泵的入口要装有粗过滤器，进入系统的油液根据被保护元件的要求，通过相应的精过滤器再次过滤。为防止系统中杂质流回油箱，可在回油路上设置磁性过滤器或其他型式的过滤器。根据液压设备所处环境及对温升的要求，还要考虑加热、冷却等措施。3.2 绘制液压系统图小型林木移栽机系统图由拟定好的控制回路及液压源组合而成。各回路相互组合时要去掉重复多余的元件，力求系统结构简单。注意各元件间的联锁关系，避免误动作发生。要尽量减少能量损失环节。提高系统的工作效率。为便于液压系统的维护和监测，在系统中的主要路段要装设必要的检测元件（如压力表、温度计等）。图3.1 林木移栽机液压原理图如图3.1，为林木移栽机液压原理图，其中包含：三位四通电磁换向阀；齿轮泵；油滤器；单向阀；液压锁；平衡阀；限位二位二通手动换向阀；液压缸组成。其中各液压元件的作用：齿轮泵：液压动力源单向阀：防止回流现象产生三位四通电磁换向阀：改变油路的流向限位二位二通手动换向阀：防止液压缸超出规定行程液压锁：防止液压缸由于外界原因，在电磁阀中位时移动平衡阀：使液压缸两工作腔压力平衡。3.1执行元件类型、数量和安装位置数量：该树木移栽机为双单叉结构，故其采用的液压缸数量为2个完全相同的液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高。安装位置：液压缸的安装方式为耳环型，尾部单耳环，气缸体可以在垂直面内摆动，安装的位置为图 所示的前后两固定支架之间的横梁之上，横梁和支架组成为一体，通过横梁活塞的推力逐次向外传递，使树木移栽机升降。3.2速度和载荷计算3.2.1 速度计算及速度变化规律参考国内电动叉车类产品的技术参数可知。最大起升高度为1500mm时，其平均起升时间为45s，就是从液压缸活塞开始运动到活塞行程末端所用时间大约为45s，设本电动叉车的最小气升降时间为40s,最大起升时间为50s，由此便可以计算执行元件的速度v: 当 时： =0.01325当 时： 3.2.2执行元件的载荷计算及变化规律执行元件的载荷即为液压缸的总阻力，液缸要运动必须克服其阻力才能运行，因此在次计算液缸的总阻力即可，液缸的总阻力包括：阻碍工作运动的切削力，运动部件之间的摩擦阻力，密封装置的摩擦阻力，起动制动或换向过程中的惯性力，回液腔因被压作用而产生的阻力，即液压缸的总阻力也就是它的最大牵引力： （1）切削力。根据其概念：阻碍工作运动的力，在本设计中即为额定负载的重力和支架以及上顶板的重力：其计算式为：（2）摩擦力。各运动部件之间的相互摩擦力由于运动部件之间为无润滑的钢-钢之间的接触摩擦，取，其具体计算式为： 式中各符号意义同第三章。（3）密封装置的密封阻力。根据密封装置的不同，分别采用下式计算：O形密封圈： 液压缸的推力 Y形密封圈： f 摩擦系数，取密封摩擦力也可以采用经验公式计算，一般取（4）运动部件的惯性力。 其计算式为： 对于行走机械取，本设计中取值为（5）背压力。背压力在此次计算中忽略，而将其计入液压系统的效率之中。由上述说明可以计算出液压缸的总阻力为： = =(204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x 9.8+(204.8+316+120+188+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500)9.80.05 =40KN液压缸的总负载为40KN，该系统中共有四个液压缸个液压缸，故每个液压缸需要克服的阻力为10KN。该电动叉车的额定载荷为2500Kg ，其负载变化范围为02500Kg，在工作过程中无冲击负载的作用，负载在工作过程中无变化，也就是该电动叉车受恒定负载的作用。3.3手部设计计算一、对手部设计的要求1，适当的夹紧力一方面在工作中，应当有适当的夹紧力，以确保稳定和可靠的夹紧，变形小，加工表面，不损伤工件。对于刚性较差的工件的夹紧力应设计规范，为重的工件应考虑采用自锁安全装置。2，打开足够接近的范围夹持式手的手指被打开和关闭装置。工作时，一个手指的开闭位置变化的最大值称为打开和关闭范围。旋转的手的手指打开和关闭范围，可用于开闭角和手指夹持端长度。手指打开和关闭范围的要求，与许多因素有关，如工件的形状和尺寸，在一般的形状和大小，手指，如工作环境许可证，打开和关闭范围越大越好，如图2.1所示。 图2.1示例简图，具有结构简单，重量轻，体积小一方面在臂部，前面的多变，工作结构的运动状态，重量和体积直接影响结构，树木移栽机重抓，定位精度，速度和性能。因此，在手的设计，必须具有结构简单，重量轻，体积小。4，手指应具有一定的强度和刚度5，其他要求因此，送料，夹紧SCARA机械手，根据工件的形状，在两个最常用的指爪钳，常闭历史弹簧夹紧，夹紧方式放松时，与一个单作用液压缸。这种结构简单，制造方便。原则二，张紧装置如图2.2 4 所示：右腔停缸进油，工件夹持弹簧力，右腔进入汽缸油松开工件。 图2.2 液压臂示意图1、右腔推力为FP=（4）DP （2.1）=（4）0.52510=4908.7N2、根据钳爪夹持的方位，查出当量夹紧力计算公式为：F1=（2ba）（cos）N （2.2） 其中 N=498N=392N，带入公式2.2得：F1=（2ba）（cos）N =(2150/50)（cos30）392 =1764N则实际加紧力为 F1实际=PK1K2/ （2.3）=17641.51.1/0.85=3424N经圆整F1=3500N3、计算手部活塞杆行程长L,即L=（D/2）tg （2.4） =25tg30 =23.1mm经圆整取l=25mm4、确定“V”型钳爪的L、。取L/Rcp=3 （2.5）式中： Rcp=P/4=200/4=50 （2.6）由公式（2.5）（2.6）得：L=3Rcp=150取“V”型钳口的夹角2=120，则偏转角按最佳偏转角来确定，查表得：=22395、机械运动范围（速度）【1】（1）伸缩运动 Vmax=500mm/sVmin=50mm/s（2）上升运动 Vmax=500mm/sVmin=40mm/s（3）下降Vmax=800mm/sVmin=80mm/s（4）回转Wmax=90/sWmin=30/s所以取手部驱动活塞速度V=60mm/s 6、手部右腔流量Q=sv （2.7）=60r=603.1425=1177.5mm/s7、手部工作压强P= F1/S （2.8） =3500/1962.5=1.78Mpa3.4臂部设计计算臂部是联结手部和臂部的部件，臂部运动主要用来改变被夹物体的方位，它动作灵活，转动惯性小。本课题臂部具有回转这一个自由度，可采用具有一个活动度的回转缸驱动的臂部结构。要求：回转90 角速度W=45/s以最大负荷计算：当工件处于水平位置时，转动缸的工件扭矩最大，采用估算法，工件重10kg，长度l=650mm。1、计算扭矩M14设重力集中于离手指中心200mm处，即扭矩M1为：M1=FS （2.9）=109.80.2=19.6（NM）2、液压臂（伸缩）及其配件的估算扭矩M24F=5kg S=10cm带入公式2.9得M2=FS=59.80.1 =4.9（NM） 3、转动缸的摩擦力矩M摩4F摩=300（N）（估算值）S=20mm （估算值）M摩=F摩S=6（NM）4、转动缸的总摩擦力矩M4M=M1+M2+M摩 （2.10） =30.5（NM） 5.由公式T=Pb（A1-mm）106/8 （2.11）其中： b叶片密度，这里取b=3cm；A1转动缸内径, 这里取A1=10cm；mm转轴直径, 这里取mm=3cm。所以代入（2.11）公式P=8T/b（A1-mm）106=830.5/0.03（0.1-0.03）106=0.89Mpa又因为W=8Q/（A1-mm）b所以 Q=W（A1-mm）b/8 =（/4）（0.1-0.03）0.03/8 =0.2710-4m/s =27ml/s3.5夹取机构设计RM的SCARA机器人的主要组成部分。它的作用是支撑臂部的手，和LED在空间运动。手臂的动作，通常是一些任意处理服务空间范围的运动，动力臂，它的工作是直接在臂部，双手和动，静载荷，其运动是更多，更复杂的力。平面关节精密机械手最终集中体现在位置精度的手。所以在导向装置和一个合适的定位方法的选择尤其重要。手臂的伸缩速度为200m/s行程L=500mm1、手臂右腔流量，公式（2.7）得：【4】Q=sv =20040 =1004800mm/s =0.1/10m/s =1000ml/s2、手臂右腔工作压力，公式（2.8） 得：4 P=F/S （2.12）式中：F取工件重和手臂活动部件总重，估算 F=10+20=30kg， F摩=1000N。所以代入公式（2.12）得： P=（F+ F摩）/S =（309.8+1000）/40 =0.26Mpa3、绘制机构工作参数表如图2.4所示：图2.4机构工作参数表4、由初步计算选液压泵4所需液压最高压力 P=1.78Mpa所需液压最大流量 Q=1000ml/s选取CB-D型液压泵（齿轮泵）此泵工作压力为10Mpa，转速为1800r/min，工作流量Q在3270ml/r之间，可以满足需要。5、验算臂部转动缸：T=PD（A1-mm）m106/8 （2.13）W=8v/（A1-mm）b （2.14）式中：m机械效率取： 0.850.9v容积效率取： 0.70.95所以代入公式（2.13）得：T=0.890.03（0.1-0.03）0.85106/8 =25.8（NM）TM=30.5（NM）代入公式（2.14）得：W=（82710-6）0.85/（0.1-0.03）0.03 =0.673rad/sW/40.785rad/s因此，取臂部回转液压臂工作压力 P=1Mpa 流量 Q=35ml/s圆整其他缸的数值：手部抓取缸工作压力P=2Mpa 流量Q=120ml/s上下垂直滑动工作压力P=0.25Mpa 流量Q=1000ml/s.4.液压系统主要参数的确定 4.1 系统压力的初步确定液压缸的有效工作压力可以根据下表确定： 表6.1 液压缸牵引力与工作压力之间的关系牵引力F（KN）50 工作压力P（MPa）5-7由于该液压缸的推力即牵引力为10KN，根据上表，可以初步确定液压缸的工作压力为：p=2MPa 。4.2 液压执行元件的主要参数4.2.1液压缸的作用力液压缸的作用力及时液压缸的工作是的推力或拉力，该电动叉车工作时液压缸产生向上的推力，因此计算时只取液压液进入无杆腔时产生的推力： F= 式中： p 液压缸的工作压力 Pa 取p= D 活塞内径 单位m 0.09m 液压缸的效率 0.95 代入数据: F = F = 10.3KN 即液压缸工作时产生的推力为10.3KN。 表4.14.2.2 缸筒内径的确定 该液压缸宜按照推力要求来计算缸筒内经，计算式如下： 要求活塞无杆腔的推力为F时，其内径为： 液压缸机械效率 0.95 代入数据： D= =0.083m D=112.94mm 取圆整值为 D=112mm4.2.3 活塞杆直径的确定（1）活塞杆直径根据受力情况和液压缸的结构形式来确定 受拉时： 受压时： 该液压缸的工作压力为为：p=2MPa,5MPa,取d=0.5D,d=72.78mm。（2）活塞杆的强度计算活塞杆在稳定情况下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行： 材料的许用应力 单位MPa 活塞杆用45号钢 代入数据： =6.3MPa 10，需要进行稳定性校核，由材料力学中的有关公式，根据该液压缸一端支承一打铰接取末端系数2=2，活塞杆材料用普通碳钢则：材料强度试验值f=4.9*10 Pa，系数 =1/5000，柔性系数1=85，Rk= J/A=d/4=6.25，因为l/Rk=726672.55N所以，满足稳定性条件。4.根据上述计算公式，可以分别计算出铲刀油缸，铲斗油缸、开合油缸。9.2.3 拟订液压系统图液压系统图的拟订，主要考虑以下几个方面的问题：1. 供油方式 该系统在快上和快下时做需流量较大，且比较接近。在慢上时所需的流量较小，因此从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，采用单个定量泵的供油方式显然是不合适的，宜选用双联式定量齿轮泵作为油源。2. 调速回路该系统在慢速时速度需要调节，考虑到系统功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，所以采用调速阀的回油节流调速回路。3. 速度换接回路由于快上和慢上之间速度需要换接，但对换接的位置要求不高，所以采用由行程开关发讯控制二位二通电磁阀来实现速度的换接。4. 平衡及锁紧为防止在上端停留时重物下落和在停留期间内保持重物的位置，特在液压缸的下腔进油路上设置了液控单向阀；另一方面，为了克服滑台自重在快下过程中的影响，设置了一单向背压阀。5.限位回路为了防止左右铲刀、铲斗油缸超出滑轨行程，当油缸伸出碰到二位二通手动换向阀是，液压油由换向阀排入油箱中。 本液压系统的换向采用三位四通Y型中位机能的电磁换向阀。9.2.4 液压元件的选择确定液压泵的型号及电动机功率液压缸在整个工作循环中最大工作压力为1.93Mpa，由于该系统比较简单，所以取其压力损失p=0.4Mpa，所以液压泵的工作压力为Pp=P+p=（1.93+0.4）Mpa=2.33Mpa两个液压泵同时向系统供油时，若回路中的泄露按10%计算，则两个泵的总流量应为qp=1.1*8.67L/min=9.537L/min，由于溢流阀最小稳定流量为3L/min，而工进时液压缸所需要流量为1.5L/min，所以，高压泵的输出流量不得少于4.5L/min。根据以上压力和流量的数值查产品目录，选用YB1-6.3/6.3型的双联齿轮泵，其额定压力为6.3Mpa，容积效率 =0.85，总效率 =0.75，所以驱动该泵的电动机的功率可由泵的工作压力和输出流量qp=2*6.3*910*0.85*10 L/min求出Pp=（p *q ）/ =504.83W查电机产品目录，拟选用电动机的型号为Y90S-6，功率为750W，额定转速为910r/min。选择阀类元件及辅助元件根据系统的工作压力和通过各个阀类元件和辅助元件的流量，可选出这些元件的型号及规格如表5-1。表5-1 液压元件型号及规格（GE系列）序 号 名 称 通过流量 型号及规格1 滤油器11.47 XLX-06-802齿轮泵9.75 CB-503 单向阀4.875 AF3-Ea10B4 外控顺序阀4.875 XF3-10B5 溢流阀3.375 YF3-10B6 三位四通电磁换向阀9.75 34EF3Y-E10B7 单向顺序阀11.57 AXF3-10B8 液控单向阀11.57 YAF3-Ea10B9 二位二通电磁换向阀8.21 22EF3-E10B10 单向调速阀9.75 AQF3-E10B11 压力表 Y-100T12 压力表开关 KF3-E3B13 柴油机 Y90S-6油管：油管内径一般可参照所接元件接口尺寸确定，也可按管路中允许流速计算。在本例中，出油口采用内径为8mm，外径为10mm的紫铜管。油箱：油箱容积根据液压泵的流量计算，取其体积V=（57）qp，即V=70L。10.液压系统性能验算10.1 系统压力损失验算 系统压力损失包括管道内沿程损失和局部损失以及法类元件的局部损失之和，计算时不同的工作阶段要分开来计算，回液路上的压力损失要折算到进液路上去，因此某一阶段的系统总的压力损失为： 式中： 系统进液路的压力总损失 系统回液路的压力总损失 现在根据上式计算液压系统工作过程中的压力损失。液压液在管内的流速：根据液管尺寸的计算项目，取则雷诺数： 可见液流为层流。摩擦阻力系数： 管子当量长度及总长度：标准弯头2个所以： 进液路的压力损失为： 各阀的压力损失为：分流阀： 0.6换向阀为：0.04液路的总压力损失为：由此得出液压系统泵的出口压力为： 10.2系统的总效率验算液压泵的总效率与液压泵的总效率，回路总效率及执行元件的效率有关，其计算式为： 回路效率： 同时动作的液压执行元件的工作压力与输入流量的乘积之和 同时供液的液压泵的工作压力与输出流量乘积之和根据上式有： 液压系统总效率为： 总结经过两个多月的数据收集，分析，整理，起草思路，程序修订，确认以及创建物理模型和编写设计论文，基本完成了所有毕业设计项目 - 这一漫长的过程。当然，这很难，但从个人的角度来看，这是我大四的本科专业能力和升华的程度，当我看到自己的模型设计时所产生的震撼，真的是情感的感受。 .这是机械设计，水力设计和其他设计的综合设计过程。我了解和掌握常用的机械部件，机械传动和简单的机械设计流程和方法，同时培养解决问题的能力，正确的设计思路和分析问题，尤其是整体设计和部件设计能力以及SolidWorks和CAD的使用绘画，学到了很多知识。这为我们未来的发展提供了更多的机会。毕业后，我深深意识
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