黎明职业大学机电工程与自动化学院毕业设计毕业设计报告设计题目：机械手（码垛机）液压与PLC系统的设计与仿真目录第1章绪论 (3)第2章毕业设计任务与要求 (4)2.1设计任务 (4)2.2设计要求 (5)第3章液压系统设计 (6)3.1负载分析 (6)3.2液压缸的设计与计算 (6)3.2.1夹紧液压缸的设计与计算 (6)3.2.2升降液压缸的设计与计算 (7)3.2.3平移液压缸的设计与计算 (9)3.2.4液压缸结构尺寸计算 (10)3.3确定液压系统方案，拟定液压系统原理图 (11)3.3.1确定执行元件的类型 (11)3.3.2换向方式确定 (11)3.3.3各回路的确定 (11)3.4 液压元件及辅助装置的选型与确定 (12)3.4.1 选择液压泵 (12)3.4.2确定油管的尺寸 (12)3.4.3液压阀的选型 (13)第4章电气控制系统设计 (14)4.1控制要求分析 (14)4.2硬件设计 (14)4.2.1 PLC的选型 (14)4.2.2 I/O分配表 (15)4.2.3 PLC电路设计 (15)4.3电气元件选型 (19)4.4软件设计 (21)4.4.1画出动作流程图 (21)4.4.2人机界面组态控制 (22)第5章安装调试仿真 (26)5.1 液压仿真 (26)5.2 PLC调试 (26)第6章设计结论 (26)第7章仪器设备清单 (27)第8章收获、体会和建议 (27)参考文献 (28)附录 (29)第1章绪论机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、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装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。
随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。
由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
第2章毕业设计任务与要求2.1设计任务图2-1 码垛机工作简图图2-2 码垛机工作平面示意图如图2-1所示利用机械手将工作台上的板砖从右边（A）搬运到左边(B)，并且在左边（B）放5板砖后，板砖被送入下一自动环节。
整个过程的控制可以在触摸屏上实现.机械手处在原位（右上位），当械手检测到信号，开始下降，下降到位时夹紧板砖，检测到板砖夹紧信号开始上行，上行到上限位时机械手开始左行，左行到左限位时，机械手开始下降，下降到位机械手松开，检测到松开信号开始上升，上升到上限位，开始右行，碰到右限位回到原始位置，重复开始步骤，板砖到达左边时堆放在前一层上，堆5层后板砖被送入下一环节，机械手又从第一层开始堆放，如此循环动作。
相关参数：1块标准板砖（240x120x60）重2.8kg，每层夹36块板砖；机械手爪重500kg，其余上部部件重300kg；夹爪松开与夹紧行程是100mm，时间t=1s；升降液压缸的有效行程是1200mm，t=3s；平移液压缸的有效行程是1200mm，t=3s；传送带宽800mm，两传送带之间距离1200mm，间隔400mm；2.2设计要求1、画出液压系统原理图、电气控制原理图。
2、设计液压系统，对所有液压元件、电器元件选型。
3、编写PLC程序、设计人机界面并连接PLC在液压实验台上进行模拟。
第3章液压系统设计3.1负载分析（1）夹紧液压缸夹紧力要大于36块砖块的重力与夹爪上的橡胶之间的摩擦力，才能夹紧砖块。
（2）升降液压缸受到的负载为36块砖块产生的重力与机械手装置本身的重力总和。
（3）平移液压缸受到的负载为36块砖块产生的重力、机械手装置产生的重力和移动装置产生的重力总和。
3.2液压缸的设计与计算3.2.1夹紧液压缸的设计与计算图3-1 夹紧液压缸安装图（1）计算夹紧工作压力砖重 N砖=36×2.8kg=100.8kg查资料得知橡胶与混凝土之间的摩擦系数为0.3.若要夹紧砖块 则g m f ∙≥=砖N μFj N N ==⨯=∙≥∴33603.0108.100gm μ砖根据《液压与气动技术》第3版 张宏友主编P61 页表4-1，取工作压力Pj=1MPa 。
（2）夹紧缸有效面积，缸径，杆径 夹紧缸有效面积Aj226jj j mm 3360m 10336010613360=⨯=⨯==-NP F A夹紧缸直径Dj 为mm 4.6514.3336044jj ≈⨯==πA D取标准值Dj=70mm （根据《液压传动与控制》第2版 沈兴全编P91页表5-3）222j j mm 5.384670414.34=⨯==D A π活塞杆直径dj 为 （根据《液压与气动技术》第3版 张宏友主编P62 页表4-3）活塞杆受压力∴55.0=λ 即dj=0.55Dj=38.5mm取标准值dj=40mm （根据《液压与气动技术》第3版 张宏友主编P63 页表4-5）（3）计算夹紧缸的流量qj （夹紧时间t=1s ，行程100mm ）min /8.22s /m 1038.0s 11010105.3846s 11010q 33-2-6-2-j j j j L A U A =⨯≈⨯⨯⨯=⨯==3.2.2升降液压缸的设计与计算图3-2 升降液压缸安装图（1）计算工作压力及缸径，杆径。
升降缸受到负载F=（m 砖+m ）g=（100.8+500）×6008N根据《液压与气动技术》第3版 张宏友主编P61 页表4-1 取工作压力P=2MPa22d 214.360084d 4+⨯⨯=+=P F D π ①且根据《液压传动与控制》第2版 沈兴全编P91页，受拉力λ取0.5即d=0.5D ②联合①②解得 D ≈71.4mm d ≈35.7mm根据《液压与气缸技术》第3版 张宏友主编P63页表4-4表4-5，取标准值D=80mm d=40mm （2）计算升降缸流量 有效行程为1200mm 时间3s所以min /dm 240604s /mm 400s 3mm1200s =⨯===V有效面积无杆腔有效工作面积为221mm 50244==D A π活塞杆面积为223mm 1256d 4==πA有杆腔有效工作面积2312mm 3768=-=A A A确定所需流量min /4.90102403768q 421L V A S =⨯⨯=∙=- min /62.120102405024q 412L V A S =⨯⨯=∙=-3.2.3平移液压缸的设计与计算图3-3 平移液压缸安装图（1）平移液压缸受到负载为kg 8.9003005008.100m m m m =++=++=部件机械手砖总查滚动摩擦系数ų=0.02所以推力N F 16.180108.90002.0mg =⨯⨯==μ（2）根据《液压与气动技术》第3版 张宏友主编P61 页表4-1 取工作压力P=1mpa平移杆直径mm 1.151016.1804p 46p =∙⨯==ππF P根据《液压与气动技术》第3版 张宏友主编P63 页 一般长度L 不大于内径D 的20~30倍 所以 L=1200≤20D D ≥60mm根据《液压与气缸技术》第3版 张宏友主编P62页表4-4 取标准值D=63mm根据《液压与气缸技术》 第3版 张宏友主编P61页表4-3 d=0.55D=34.65mm根据《液压与气缸技术》 第3版 张宏友主编P62页表4-5 取标准值36mm平移缸有效工作面积22mm 67.31154≈=D AP π平移位移为1200mm ，时间为3s所以s /mm 400s 3mm1200p ==V即所需流量为min/76.74s /mm 124626667.3115400q 3p p p L A V ==⨯=∙=3.2.4液压缸结构尺寸计算根据《液压传动与控制》第2版 沈兴全编P93得知图3-4 液压缸结构尺寸图A:导向套滑动面长度；B:活塞支承面宽度；C:隔套长度；D:缸筒直径； H:最小导向长度； L:最大行程；（1）夹紧液压缸：L=100mm ；D=40mm ；H=L/20+D/2=60mm ；A=(0.6~1.6)D=40mm;B=(0.6~1)D=40mm ；C=H-0.5*(A+B)=20mm;（2）升降液压缸：L=1200mm；D=80mm；H=L/20+D/2=100mm；A=(0.6~1.6)D=40mm;B=(0.6~1)D=80mm；C=H-0.5*(A+B)=40mm;（3）平移液压缸：L=1200mm；D=63mm；H=L/20+D/2=100mm；A=(0.6~1.6)D=60mm;B=(0.6~1)D=60mm；C=H-0.5*(A+B)=40mm;3.3确定液压系统方案，拟定液压系统原理图3.3.1确定执行元件的类型根据本设计的特点要求及结构的考虑，执行元件采用单杠式活塞液压缸。
3.3.2换向方式确定为了便于在任意位置停止，使调整方便，同时为了防止突然断电时夹紧砖块的机械爪突然松开，采用三位换向阀。
3.3.3各回路的确定（1）升降回路中为了防止工件受本身的重力的影响自动下降，在下降回路中加上液控单向阀，防止自重下降。
（1）夹紧回路所需的压力低于进给系统压力，所以在供油回路中串接一个减压阀。
同时为了防止主系统压力下降时影响夹紧系统的压力，所以在减压阀后串接一个单向阀。
同时在夹紧回路进油回路加一个液控单向阀。
（3）在升降系统回路与平移系统回路中进油回路、出油回路都串接上单向节流阀，控制回路流量。
（4）为了减少换向阀的使用，每两个夹紧回路由一个换向阀控制，回路就要使用分流阀，主系统回路与四个系统回路之间也是使用分流阀。
根据设计要求及以上分析，绘出液压系统原理图如下。
图3-5 液压系统原理图3.4 液压元件及辅助装置的选型与确定3.4.1 选择液压泵泵的的工作压力由缸的工作压力与管件及阀压力损失来确定，假设压力损失为Σ△P=1MP,所以泵工作压力为Pb=P+Σ△P=3MP。
K为系统的泄漏系数，一般取K=1.1-1.3，则泵的流量为q=Kq2=1.3X120.62L/min=156.78L/min根据《液压元件及选用》王守城主编 P7 表2.1选择CB3063型齿轮泵。
3.4.2确定油管的尺寸根据《液压传动与控制》第2版沈兴全编P124 表6-9，结合各个管道的特点和适用场合，选用尼龙管，承压为2.8MP-8MP。