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一種物流園專用上貨機械手液壓控制系統設計

人氣: | 發布日期:2014-05-27 13:25:25

  摘 要:根據某大型物流園的上貨需要設計了一種專用上貨機械手機械手主要功能的液壓控制線路,

  根據機械手功能要求分析了液壓控制線路的性能特點,提出了采用雙液壓缸同步回路舉升貨物的設計思路,并計算了雙液壓缸同步舉升的液壓缸驅動力,且對舉升線路進行同步誤差實驗和液壓缸速度提升實驗。結果表明,此機械手及其液壓控制線路能基本滿足物流園上貨的設計需要。

  關鍵詞;同步;控制;機械手;液壓中圖分類號:TP278 文獻標識碼:A 文章編號:1 009—01 34(2014)03(上)一O1 33—04Doi:1 0.3969/J.issn.1 009-01 34.201 4.o3(E).380 引言當前,隨著經濟全球化以及世界范圍內服務經濟的發展, 物流產業正在全球范圍內迅速興起,跨國化、規模化和網絡經濟化等現象已經成為全球物流產業發展的重要趨勢。我國物流產業正處在前所未有的高速增長階段,在一些大型的的物流園中,每天貨物吞吐量達數十萬噸,一個月臺每天要為上百多臺貨車上貨。但是,多數物流園上貨方法原始,根本滿足不了日益增長的運輸需求。據考察, 多數國內物流中心上貨方法還是多年前的老方法,即司機將卡車停在月臺,然后工人將貨品用叉車將貨物插到月臺邊,再由搬運工將貨物從月臺上的貨物搬運到卡車上并進行有序堆放。It前, 比較常用的貨車車廂長度有12米,11米、7米、5米等左右,這就需要搬運工在搬運過程中一天需要抱著幾十公斤重的貨物來回走到幾百次,勞動強度很大,效率低。

  根據某大型物流園需要,設計一電液控制機械手上貨系統(如圖1所示)。其功能為:

  叉車將貨物按規定位置放置在平臺上, 機械手從平臺上抓取貨物并舉升一定高度后, 在安裝在軌道上的送貨車作用下將貨物運至貨車廂中相應位置,再由工人操作機械手將貨物放下, 由工人將貨物堆放好。這將減少工人來回搬運貨物的過程,減輕了搬運工人勞動強度同時提高搬運效率。機械手基本參數要求如表1所示。

  表1 上貨機械手參數要求設計參數 數值操作頻率 30~90最大載重 500Kg運貨車行走速度 0.08IIl/S機械手上升行程 400mm機械手最大擺動角度 90o機械手抓手最大夾持力 lOo0N機械手上升速度 0.06m/S圖1 機械手上貨系統圖1 機械手結構及功能機械手主要實現三個功能,即抓取貨物并夾緊,舉升貨物至一定高度,機械手轉動調整,其結構如圖2所示。抓取貨物的功能主要依靠機械手開合控制缸實現機械手張開和抓取;舉升貨物依靠活塞在油缸中往復運動實現;為適應工人堆放貨物的需求,機械手需要在90度范圍內轉動,機械手的旋轉依靠齒輪齒條缸實現。

  抓取和夾緊控制油路機械手的抓取和夾緊回路(如圖4所示)采用兩個液壓缸, 抓取和夾緊時三位四通閥5和11走左位,活塞桿頂出實現夾緊。因機械手下方有托架,夾緊力只需保證貨物不松脫,夾緊力并不大,但由于貨物外形尺寸并非完全相同,所以在在夾緊過程中, 需要機械手開合距離可根據貨物尺寸變化,因而要求活塞桿推出位置可實時調整,則在回路中設置點動控制回路, 即1YA、4YA線圈通過點動控制, 由工人根據貨物具體大小實現點動控制機械手夾緊距離。為避免機械手碰傷貨物在回油路中設置順序閥8、14起背壓作用。

  機械手張開時三位四通閥5和1 1走右位,回油路中設置單向節流調速閥7和l3控制機械手開合速度。

  2.2機械手旋轉控制圖5 機械手旋轉控制油路貨物運送到車廂內后,工人可根據貨物具體外形選擇擺放位置,要求機械手能在90度內旋轉擺動, 機械手旋轉控制采用齒輪齒條擺動液壓缸,齒輪齒條擺動液壓缸是通過液壓驅動活塞的往復運動,帶動齒條直線運動,經過齒輪齒條的嚙合,將活塞的往復運動轉化為齒輪軸的擺動旋轉運動,同時將直線運動液壓缸的推力轉化為齒輪軸的輸出扭矩。液壓控制系統圖如圖5所示,當線圈9YA得電,二位二通閥31走左位,經三位四通閥32左位和單向閥進入齒輪齒條擺動液壓缸進油缸, 推動齒輪順時針轉動,從而機械手順時針轉動, 回油路經過單向節流調速閥36可控制轉動速度, 同時可以起到背壓閥的作用,減緩液壓缸的剛性沖擊,降低系統泄漏和發熱。為保證在執行其他運動時機械手不發生旋轉以免誤傷工人或碰傷貨物,二位二通閥31起到互鎖作用。為實現工人點動控制機械手轉動, 線圈12YA控制二位二通閥33起點動補油作用。

  2.3機械手的升降控制在整個液壓控制系統中,機械手舉升缸負載l 訇 似最大,運載貨物最重達500Kg,機械手自身重量近100kg,若采用單缸推動則液壓缸負載大,而采用雙缸舉升則大幅度降低液壓缸負載。

  2.3.1雙缸舉升驅動力F計算1)工作載荷 :

  (500+100)x 9.8=5880N2)機械手慣性載荷 :

  =善g × At△1,機械手舉升速度為0.06M/S。

  At啟動時間,按0.2S計算。

  則:

  F : xAv: —58—80× —0.0—6: 180N“ g At 9.8 0.23)機械手摩擦阻力計算因機械手最大開合可達2m,按最大偏距1 IIl計算,液壓缸有效長度h=0.4m(~n圖6所示),O型密封圈阻力忽略不計。則:

  i l圖6 舉升過程液壓缸活塞受力分析· 十 2·.1z ‘PFrl Fr2- = =7350N取摩擦系數 為0.15,則:

  = 2Frl =2×7350~0.15=2205N4)液壓缸驅動力計算升降虹所受負載F, 由于采用雙缸驅動,故對單缸而言驅動力應除以2:

  F:生T1m為在不同工作情況的液壓缸載荷;

  為液壓缸機械效率,取 =0.95。

  啟動加速時:

  —5880+18—0+2205: 4350.00NX2 0.95X2穩態運動時:

  —5880+—2205:4255. 26Ⅳ11 ×2 0.95×2減速制動時:

  —5880O-.9158—0x+2 2205 =4160.53Ⅳ由計算結果可見,采用雙油缸同步驅動,減小了單缸驅動負載,使活塞運動更加靈活,機械手對油壓響應及時,制動更可靠。并且減小了運動過程中機械手對活塞產生的附加力矩。

  2.3.2機械手升降雙缸驅動液壓控制系統圖7 機械手舉升控制油路為使機械手在升降過程中動作靈活可靠,機械手升降采用雙液壓缸控制(如圖7所示), 同時為防止運動過程產生液壓缸剛性沖擊,雙液壓缸均采用可調速緩沖缸。由于采用雙缸控制機械手升降,雙缸的供油采用電液比例調速閥同步回路。回路使用了一個普通調速閥2l和一個電液比例調速閥28,它們安裝在由單向閥搭建的橋式回路中,分別控制缸24和缸3O,當兩個活塞出現不同步現象時,電液比例調速閥28自動調節,使活塞運動同步,防止在升降過程的出現附加力矩。機械手下降過程中因負載較大,在回路中設置順序閥l7、

  l8作背壓閥減緩液壓缸下降過程的沖擊。

  2.3.3同步提升液壓系統性能分析1)舉升誤差的可靠性。針對采用橋式比例閥同步回路進行了油缸同步實驗,并繪制同步誤差圖(如圖8所示), 由圖8可見采用橋式比例閥同步回路比普通同步回路雙缸驅動誤差小,穩定在第36卷第3期2014-03(上) [13510.5mm至0.6mm之間,基本能滿足機械手同步舉升貨物的要求。

  機械手與人力搬運能力比較對比項目 原人力搬運 機械手搬運一次運貨量 <50Kg <500kg運載至10米車廂往返時間 100s 26s運貨工人配備 8A 1A完成lO噸貨物裝運時間 250oS 520s完成10噸貨物搬運次數 25 20配置工人數 1O人 (8人運 2人 (1人運貨,2A卸貨) 貨,1人卸貨)

  由表2可見,采用機械手搬運貨物的效能遠遠高于一個10人搬運組的效能,并且設備只需配置2名工作人員,勞動強度遠低于10人組人力搬運的強度,在每日貨物吞吐量巨大的物流園中有非常廣闊的應用前景。

  2)提出了機械手貨物的舉升采用雙液壓缸缸同步驅動的設計思路,并通過液壓缸驅動力計算說明雙缸驅動將減小液壓缸的負載,使液壓缸運動靈活制動可靠。

  3)進行同步舉升系統同步誤差和舉升速度的實驗分析, 繪制分析圖,說明采用同步液壓缸驅動回路驅動機械手能設計參數要求。


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