邊坡除藻多功能車機(jī)械手節(jié)能液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邊坡除藻多功能車機(jī)械手節(jié)能液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本文對(duì)一種邊坡除藻多功能車的機(jī)械手進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，介紹機(jī)械手的結(jié)構(gòu)組成和工作的負(fù)載變化情況，對(duì)機(jī)械手的伸縮液壓回路、變幅液壓回路、回轉(zhuǎn)液壓回路進(jìn)行分析，確定每個(gè)液壓回路的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)不同機(jī)構(gòu)不同的工作特點(diǎn)加入相應(yīng)的控制元件和保護(hù)措施使各個(gè)機(jī)構(gòu)能夠可靠的運(yùn)行，并對(duì)設(shè)計(jì)完成的液壓系統(tǒng)進(jìn)行性能驗(yàn)算，以確保能夠滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：邊坡除藻；機(jī)械手；液壓設(shè)計(jì)Abstract：Inthispaper,thehydraulicsystemofthemanipulatorofamulti-purposevehicleforalgaeremovalfromslopeisdesigned,thestructureandworkingloadchangesofthemanipulatorareintroduced,andthetelescopichydrauliccircuit,luffinghydrauliccircuitandrotaryhydrauliccircuitofthemanipulatorareanalyzed.Determinethedesignschemeofeachhydrauliccircuit,addcorrespondingcontrolelementsandprotectionmeasuresaccordingtothedifferentworkingcharacteristicsofdifferentinstitutions,sothateachinstitutioncanrunreliably,andchecktheperformanceofthedesignedhydraulicsystemtoensurethatitcanmeetthedesignrequirements.Keywords:algaeremovalfromslope;Manipulator;Hydraulicdesign引言：南水北調(diào)工程是國(guó)家一項(xiàng)重要工程，旨在解決北方部分缺水地區(qū)人們的飲水用水問題，然而，隨著社會(huì)的發(fā)展及人類生活步伐的加快，渠道里中的水資源逐漸富營(yíng)養(yǎng)化，致使渠道邊坡生長(zhǎng)及沉積大量的藻泥混合物，嚴(yán)重污染了水源，針對(duì)此類問題，設(shè)計(jì)了一款除藻多功能專用車，該多功能車主要由汽車底盤、藻泥清除裝置、吸污裝置、藻泥水分離裝置等幾部分組成，利用機(jī)械手控制藻泥清除裝置，在邊坡上按最優(yōu)軌跡往復(fù)行進(jìn)，行進(jìn)過程中將邊坡上附著的藻類和泥污清除掉，并將清除掉的污物抽吸到岸上進(jìn)行過濾處理，經(jīng)過濾處理后的清水排回干渠，并對(duì)分離的泥污及藻類進(jìn)行打包處理。本文主要針對(duì)機(jī)械手的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。1機(jī)械手構(gòu)造邊坡除藻多功能車的機(jī)械手主要用于固定藻水分離裝置并將其運(yùn)送到相應(yīng)的工作位置，使其可以緊貼渠道邊坡，穩(wěn)定的清潔邊坡藻泥混合物。機(jī)械手主要由底座、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、變幅液壓缸、立柱、多級(jí)伸縮臂和連接臂等組成。機(jī)械臂通過液壓傳動(dòng)的方式進(jìn)行傳動(dòng)控制，由移動(dòng)平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)提供輸入系統(tǒng)的能量,再通過液壓泵將這個(gè)能量轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)的液壓能，為機(jī)械手的正常工作提供系統(tǒng)需要的動(dòng)力，保證機(jī)械手回轉(zhuǎn)、變幅、伸縮動(dòng)作的進(jìn)行。機(jī)械手含有伸縮機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等三個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)。伸縮機(jī)構(gòu)包括多級(jí)伸縮臂、連接臂、伸縮液壓缸和卷繞裝置，多級(jí)伸縮臂的后端與立柱、伸縮臂變幅液壓缸相連接，前端與連接臂固定在一起，藻泥清除裝置固定在連接臂上，伸縮液壓缸和卷繞裝置安裝在多級(jí)伸縮臂的內(nèi)部，通過伸縮液壓缸活塞桿的伸縮控制卷繞裝置的工作，控制多級(jí)伸縮臂的順序伸縮。在作業(yè)范圍內(nèi)可以將藻泥清除裝置運(yùn)到工作的指定位置，進(jìn)行渠道兩側(cè)污物的清理[1-3]。變幅機(jī)構(gòu)由兩個(gè)變幅液壓缸和立柱組成，其中一個(gè)液壓缸的上端和支撐立柱的上端相連接，其下端與回轉(zhuǎn)平臺(tái)相連接，控制支撐立柱的變幅運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)液壓缸的上端和伸縮臂連接，下端同回轉(zhuǎn)平臺(tái)連接，控制伸縮臂的變幅運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置，一個(gè)低速大扭矩的液壓馬達(dá)和回轉(zhuǎn)軸承等，通過高強(qiáng)度的螺栓固定在底座上，這個(gè)底座固定在移動(dòng)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)立柱，邊度機(jī)構(gòu)，伸縮臂和清潔小車的360度的連續(xù)回轉(zhuǎn)。2機(jī)械手液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與根本，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗影響邊坡除藻多功能車機(jī)械臂的性能，關(guān)系到成品在實(shí)際使用過程中是否滿足設(shè)計(jì)的要求。2.1伸縮機(jī)構(gòu)回路設(shè)計(jì)伸縮臂總共設(shè)計(jì)三節(jié)[5]，第一節(jié)伸縮臂與立柱相連，通過變幅液壓缸實(shí)現(xiàn)作業(yè)角度的改變，第二截伸縮臂動(dòng)連接在基礎(chǔ)伸縮臂的內(nèi)部，第三節(jié)伸縮臂動(dòng)連接在第二截伸縮臂的內(nèi)部，通過伸縮液壓缸驅(qū)動(dòng)卷繞裝置實(shí)現(xiàn)第二截伸縮臂和第三節(jié)的伸縮臂的伸出與縮回。伸縮臂的前端固定著藻泥清除裝置，因此，其運(yùn)動(dòng)為帶載運(yùn)動(dòng)，在實(shí)際工作過程中易引起液壓缸腔體內(nèi)出現(xiàn)空腔現(xiàn)象，需在回路設(shè)計(jì)中需加入一個(gè)平衡閥，以保證液壓缸帶載伸縮時(shí)液壓缸油腔內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)壓力降低過快引起運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，使伸縮臂在工作時(shí)能夠勻速運(yùn)動(dòng)。2.2變幅機(jī)構(gòu)回路設(shè)計(jì)變幅機(jī)構(gòu)中含有兩個(gè)變幅液壓缸，分別用來改變立柱和多級(jí)伸縮臂工作幅度，第一變幅液壓缸用于控制立柱的工作幅度（立柱工作角度為），第二變幅液壓缸用于控制伸縮臂的工作幅度（機(jī)械臂工作角度為）。考慮到藻泥清除裝置固定在連接臂上，機(jī)械手就需要在帶載的情況下進(jìn)行變幅運(yùn)動(dòng)，在變幅過程中平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)就顯得十分的重要，而立柱變幅液壓缸和伸縮臂變幅液壓缸工作性能的好壞，對(duì)機(jī)械手在實(shí)際工作情況下的穩(wěn)定性有著重要的影響，因此，需要在這兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓回路中設(shè)計(jì)一個(gè)平衡閥，以保證變幅液壓缸在運(yùn)行過程可以隨時(shí)固定在一個(gè)工作位置，在液壓缸伸縮，縮回過程中，保證液壓缸勻速運(yùn)動(dòng)。2.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回路設(shè)計(jì)邊坡除藻多功能車的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂和清潔小車旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，機(jī)械臂可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)的作業(yè)空間，可以將清潔小車運(yùn)送到作業(yè)范圍的任意位置。機(jī)械臂立柱、多級(jí)伸縮臂等結(jié)構(gòu)都安裝在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，這對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的性能有很大的要求[8]。在機(jī)械臂的設(shè)計(jì)中，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過高強(qiáng)度的螺栓固定在底座上，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為三合一液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿齒輪傳動(dòng)裝置，可以實(shí)現(xiàn)立柱、多級(jí)伸縮臂和清潔小車一起穩(wěn)定的360度回轉(zhuǎn)。因此，在回轉(zhuǎn)液壓回路上設(shè)置有制動(dòng)閥，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)速度過高時(shí)，管道內(nèi)壓力高于單向閥的預(yù)設(shè)的壓力時(shí)，油液會(huì)通過單向閥，對(duì)液壓馬達(dá)施加一個(gè)阻力，降低回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，可以有效的防止回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作速度過快，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓原理圖如如4所示。3機(jī)械手液壓系統(tǒng)計(jì)算和性能驗(yàn)算3.1伸縮機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)計(jì)算伸縮液壓缸承受總壓力：式中，取45°，為伸縮臂和水平面的夾角。缸筒直徑：式中，取1Mpa,為伸縮液壓缸的工作壓力。因此，可得活塞桿直徑，查表GB2348-80取缸筒直徑為80mm，活塞桿直徑為56mm[4-7]。因此，可以計(jì)算出，無桿腔時(shí)，縮液壓缸實(shí)際有效面積為,有桿腔時(shí)，伸縮液壓缸實(shí)際有效面積為。3.2變幅機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)計(jì)算第一變幅液壓缸承受總壓力：式中，為變幅液壓缸和水平面的夾角。鋼筒直徑：式中：取16Mpa,為第一變幅液壓缸的工作壓力。因此，可以得出活塞桿直徑：，查表GB2348-80取缸筒直徑125mm，活塞桿直徑90mm。因此，可以計(jì)算出，無桿腔時(shí)，第一變幅液壓缸實(shí)際有效面積為,有桿腔時(shí)，伸縮液壓缸實(shí)際有效面積為。同理可得，無桿腔時(shí)，第二變幅液壓缸實(shí)際有效面積為,有桿腔時(shí)，第二變幅液壓缸實(shí)際有效面積為3.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)計(jì)算回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)速度；回轉(zhuǎn)軸承半徑d=350mm；回轉(zhuǎn)減速器比;回轉(zhuǎn)機(jī)械傳動(dòng)效率;可得伸縮臂的慣性扭矩:藻泥清除裝置的慣性扭矩：因此，可知總慣性扭矩：液壓馬達(dá)阻力矩：排量：式中：=0.95為液壓馬達(dá)效率。查表取液壓馬達(dá)型號(hào)：JM33-E0.25。4總結(jié)本文從分析機(jī)械手的結(jié)構(gòu)開始，根據(jù)機(jī)械手的工作性能要求，基于負(fù)載敏感控制系統(tǒng)的原理，分析液壓系統(tǒng)控制回路的方式，確定機(jī)械手液壓系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，同時(shí)對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)的液壓回路的工作原理進(jìn)行介紹，并對(duì)液壓系統(tǒng)的主要元件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和型號(hào)選擇，通過對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足機(jī)械手正常工作的條件下，能夠有效增加液壓系統(tǒng)的效率。參考文獻(xiàn)：劉文武.折臂式隨車起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].太原科技大學(xué),2015.李萬莉.工程機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì).[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011.09.朱鵬程.采用負(fù)載敏感控制技術(shù)的絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].蘇州.江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008(6):39-42張忠遠(yuǎn).液壓節(jié)能技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2012.王長(zhǎng)江.從IFPE2017國(guó)際液壓展看我國(guó)液壓工業(yè)發(fā)展[J].液壓氣動(dòng)與密封,2017,(6).劉琴,宋院歸.負(fù)載敏感系統(tǒng)分合流控制技術(shù)在汽車起重機(jī)上的應(yīng)用[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理,201