一种物流园专用上货机械手液压控制系统设计.doc

一种物流园专用上货机械手液压控制系统设计 罗纲1 姚玲峰1，2 肖世德2 （1、成都纺织高等专科学校机械工程学院，四川 成都611731 2、西南交通大学机械工程学院，四川 成都 610031 ） 摘要： 根据某大型物流园的上货需要设计了一种专用上货机械手及机械手主要功能的液压控制线路，根据机械手功能要求分析了液压控制线路的性能特点，提出了采用双液压缸同步回路举升货物的设计思路，并计算了双液压缸同步举升的液压缸驱动力，且对举升线路进行同步误差实验和液压缸速度提升实验。结果表明，此机械手及其液压控制线路能基本满足物流园上货的设计需要。 关键词：同步 控制 机械手 液压 当前，随着经济全球化以及世界范围内服务经济的发展，物流产业正在全球范围内迅速兴起，跨国化、规模化和网络经济化等现象已经成为全球物流产业发展的重要趋势。我国物流产业正处在前所未有的高速增长阶段，在一些大型的的物流园中，每天货物吞吐量达数十万吨，一个月台每天要为上百多台货车上货。但是，多数物流园上货方法原始，根本满足不了日益增长的运输需求。据考察，多数国内物流中心上货方法还是多年前的老方法，即司机将卡车停在月台，然后工人将货品用叉车将货物插到月台边，再由搬运工将货物从月台上的货物搬运到卡车上并进行有序堆放。目前，比较常用的货车车厢长度有12米，11米、7米、5米等左右，这就需要搬运工在搬运过程中一天需要抱着几十公斤重的货物来回走到几百次，劳动强度很大，效率低。 根据某大型物流园需要，设计一电液控制机械手上货系统（见图1）。其功能为： 叉车将货物按规定位置放置在平台上，机械手从平台上抓取货物并举升一定高度后，在安装在轨道上的送货车作用下将货物运至货车厢中相应位置，再由工人操作机械手将货物放下，由工人将货物堆放好。这将减少工人来回搬运货物的过程，减轻了搬运工人劳动强度同时提高搬运效率。机械手基本参数要求见表1。 第一作者:罗纲（1974-），男，硕士 副教授 主要从事机械设计、模具技术、数控技术、 CAD/CAM 的教学和科研工作。 基金项目：特种材料及制备四川省高校重点实验室开放基金，编号：S2JJ2009-018 设计参数 数值 操作频率 30~90 最大载重 500 运货车行走速度 0.0 机械手上升行程 400mm 机械手最大摆动角度 90度 机械手抓手最大夹持力 1000N 机械手上升速度 0.06m 表1 上货机械手参数要求 图1 机械手上货系统图 1 机械手结构及功能 机械手主要实现三个功能，即抓取货物并夹紧，举升货物至一定高度，机械手转动调整，其结构见图2。抓取货物的功能主要依靠机械手开合控制缸实现机械手张开和抓取；举升货物依靠活塞在油缸中往复运动实现；为适应工人堆放货物的需求，机械手需要在90度范围内转动，机械手的旋转依靠齿轮齿条缸实现。 设计其液压控制系统见图3. 图2 机械手结构简图 图3 机械手液压控制图 2机械手液压控制系统分析 2.1 机械手抓取及夹紧控制油路： 图4 抓取和夹紧控制油路 机械手的抓取和夹紧回路（见图4）采用两个液压缸，抓取和夹紧时三位四通阀5和11走左位，活塞杆顶出实现夹紧。因机械手下方有托架，夹紧力只需保证货物不松脱，夹紧力并不大，但由于货物外形尺寸并非完全相同，所以在在夹紧过程中，需要机械手开合距离可根据货物尺寸变化，因而要求活塞杆推出位置可实时调整，则在回路中设置点动控制回路，即1YA、4YA线圈通过点动控制，由工人根据货物具体大小实现点动控制机械手夹紧距离。为避免机械手碰伤货物在回油路中设置顺序阀8、14起背压作用。机械手张开时三位四通阀5和11走右位，回油路中设置单向节流调速阀7和13控制机械手开合速度。 2.2 机械手旋转控制 图5 机械手旋转控制油路 货物运送到车厢内后，工人可根据货物具体外形选择摆放位置，要求机械手能在90度内旋转摆动，机械手旋转控制采用齿轮齿条摆动液压缸，齿轮齿条摆动液压缸是通过液压驱动活塞的往复运动，带动齿条直线运动，经过齿轮齿条的啮合，将活塞的往复运动转化为齿轮轴的摆动旋转运动，同时将直线运动液压缸的推力转化为齿轮轴的输出扭矩。液压控制系统图见图5，当线圈9YA得电，二位二通阀31走左位，经三位四通阀32左位和单向阀进入齿轮齿条摆动液压缸进油缸，推动齿轮顺时针转动，从而机械手顺时针转动，回油路经过单向节流调速阀36可控制转动速度，同时可以起到背压阀的作用，减缓液压缸的刚性冲击，降低系统泄漏和发热。为保证在执行其他运动时机械手不发生旋转以免误伤