UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTIFACULTATEA DE INGINERIA SI MANAGEMENTUL SISTEMELOR

TEHNOLOGICECATEDRA DE MASINI SI SISTEME DE PRODUCTIE

PROIECTACTIONAREA HIDRAULICA SI PNEUMATICA A ROBOTILOR

INDUSTRIALI

Student: Anton Mihaigrupa 631 BB

Titular curs: Prof.dr.ing. Alexandru DORIN Indrumator proiect: As.Drd.Ing. Ioana IVAN

2011Cuprins

Tema de proiect…………………………………………………………...3

Etapa nr.1………………………………………………………………….4

Etapa nr.2………………………………………………………………….5

Etapa nr.3……………………………………………………………….....7

Etapa nr.4………………………………………………………………….11

Etapa nr.5………………………………………………………………….13

Concluzii.………………………………………………………………….14

2

Tema de proiect

Sa se proiecteze schema de actionare hidraulica a unui robot cu 6 grade de libertate( doua translatii si trei rotatii) avand capacitatea de ridicare de 90 kg.

Proiectul va contine:

1) Realizarea schemei cinematice a robotului si definirea aplicatiei.

2) Schema hidraulica de actionare a robotului aleasa din cele 3 variante

de scheme propuse.

3) Calcule pentru determinarea debitului si a presiunii pentru actionarea

a doua grade de libertate(o rotatie si o translatie).

4) Alegerea din cataloage a elementelor specificate (supape de

siguranta).

5) Realizarea unei planse-desen de ansamblu – pentru un motor( MHL).

3

Etapa nr.1. Realizarea schemei cinematice a robotului

4

Figura 1. Schema cinematica a robotului

In figura de mai sus a fost reprezentata schema cinematica a robotului a carei schema de actionare hidraulica a fost proiectata in lucrarea de fata. Robotul din figura este un robot cu arhitectura de tip “brat articulat”.

Acest robot este folosit pentru manipularea lingourilor dintr-o turnatorie. Lingourile sunt folosite pentru realizarea unor roti dintate.

5

Etapa nr.2. Schema hidraulica de actionare a robotului aleasa din cele 3 variante de scheme propuse

In figurile 1-3 sunt prezentate 3 scheme posibile de actionare hidraulica a unui robot cu 5 grade de libertate( 2 translatii si 3 rotatii). Dintre cele 3 variante prezentate am ales ca schema optima figura nr. 1, din mai multe considerente:

Notatii din figura 1 reprezinta: 1 – rezervorul de ulei; 2-pompa cu debit constant 3 – supapa de sens; 4 – filtru; 5, 6, 7, 8, 9 – distribuitoare cu sertar; 10-Acumulatorul hidraulic 11-mainii mecanice. 12-motor hidraulic rotativ 13-motor hidraulic liniar 14-motor hidraulic rotativ 15-Motorul hidraulic oscilant pentru realizarea rotatiei la baza 16 – drosel; 17 – valva maximala( supapa de siguranta, de tipul supapa normal – inchisa).

6

7

Etapa nr.3. Calcule pentru determinarea debitului si a presiunii pentru actionarea a doua grade de libertate(o rotatie si o translatie)

Debitele si presiunile din sistemele hidraulice ale robotilor industriali depind de valoarea sarcinii manipulate. In tabelul 1 sunt indicate orientativ vitezele de deplasare liniare si respectiv unghiulare ale mainii mecanice, parametrii debit si presiune in functie de sarcina maxima capabila sa fie deplasata de robotul industrial.

Tabelul 1Sarcina manipulata[daN]

Viteze maxime la Parametrii instalatiei de pompare

Deplasarea orizontala a mainii mecanice[m/s]

Deplasarea verticala a mainii mecanice[m/s]

Rotirea mainii mecanice[grad/s]

Debitul pompei[l/s]

Presiunea uleiului[daN/cm2]

5 1.5 1 180 0.25-0.42 50-6310 1.5 1 180 0.45-0.58 63-8050 1.2 0.8 120 0.67-0.83 80-100100 1 0.8 100 0.83-1.25 100-1252000 0.9 0.6 80 1.25-1.67 125-160

Avand in vedere ca masa manipulata de robotul studiat este de 100 kg, deci o sarcina de 100 daN, parametrii instalatiei de pompare vor fi: debitul pompei: Qp=0,83-1.25 l/s; presiunea uleiului: p=100-125 daN/cm2.

De asemenea,vitezele maxime de deplasare vor fi: viteza de deplasare orizontala a mainii mecanice: 1 m/s ; viteza de deplasare verticala a mainii mecanice: 0.8 m/s ; rotirea mainii mecanice: 100 grad/s.

Vom determina debitul si presiunea pentru actionarea a doua grade de libertate: o rotatie: rotatia de la baza robotului; o translatie: vom utiliza un cilindru hidraulic pentru deplasarea pe verticala.

Se va proiecta un cilindru hidraulic care trebuie sa dezvolte la tija o forta de impingere Fi=325 daN, sa impinga obiectul actionat cu o viteza de deplasarede v=1,2 m/min pe o distanta c=100 mm.

Schema de funcţionare este dată în figura 4.

8

Figura 5. Schema de functionare a cilindrului hidraulic

Forţa axială pe piston:F=p·Sp unde: Sp- este suprafaţa efectivă a pistonului:

Sp1= (1) sau Sp2= (2)

D- diametrul interior al cilindrului;d- diametrul tijei pistonului.

Din relaţia (1) va rezulta diametrul interior D:

D=

în care: - randamentul mecanic:= 0,85...0,9

Asadar,

D= =21,44 mm.

Se recomandă ca raportul dintre diametrul pistonului şi diametrul tijei să fie:

Alegem .

Cursa acestor motoare este cuprinsă între valorile c=87,5...865 mm.

Debitul de lichid necesar în cilindru se calculează cu relaţia:

9

Q= [l/min]

în care: - este randamentul volumetric:=0,9.

Asadar,

Q= = = =1,0722dm3/min =>

Q=1,0722 l/min

Pentru acest cilindru hidraulic, presiunea de lucru este :

Δp= ,

in care F este forta maxima care trebuie dezvoltata de cilindrul hidraulic ; Sp – suprafata efectiva a motorului ; ηm – randamentul mecanic ; ηm=0,98.

Δp= =4,123 Mpa= 41,23 bar => Δp=41,23 bar

Pentru rotirea de la baza robotului vom utiliza un motor rotativ cu pistonase radiale de tip MR, produs de catre firma Bosch-Rexroth, cu urmatorii parametrii:

dimensiunea Nominal: NS=57; volumul specific: Vs=56,4 cm3; turatia: n=1-1300 min-1; momentul specific: Ms=0,9 Nm/bar.

În figura 6 este prezentată construcţia unui motor hidraulic rotativ cu pistonase radiale.

10

Figura 6.Constructia unui motor hidraulic rotativ cu pistonase radiale

Debitul necesar de ulei pentru acest motor hidraulic rotativ este:

Q= (5)

in care Vs este volumul specific al motorului [cm3]; n – turatia [min-1]; ηv – randamentul volumic.Rezulta

Q= =17,86 l/min => Q=17,86 l/min

Presiunea de lucru este:

Δp=10 (6)

in care M este momentul ce trebuie dezvoltat de motor [Nm].

Δp=10 =102,31 bar => Δp=102,31 bar.

Etapa nr.4. Alegerea din catalog a droselului

11

Figura 7. Drosel

Specificatii:1-Corpul din aluminiu eloxat2-Niplu din Alama3-Piuliţă de blocare din Alamă4-Piuliţă din Alamă5-Maner reglare din alama6-Ac de ajustare din Alama7-Inel in forma de “O” NBR 708- Acul inelului de ajustare NBR 709-Resort de otel10-Saiba de etansare

12

13

Etapa nr.5 Realizarea unei planse - desen de ansamblu - pentru un motor(MHR cu pistonase radiale)

Figura 8. Motor Hidraulic Rotativ cu Pistonase Radiale

Design

Principalele componente sunt carcasă (1), arbore excentric (2), capac (3), carcasă de control (4), rulment (5), cilindrul (6), cu piston (7) şi control (8.1; 8.2; 8.3) .

Fluid de operare de admisie şi retur Lichidul de operare este alimentat şi întors de la motor prin intermediul porturilor

A sau B. camerele cilindrului (E) sunt unplute sau golite prin control şi canalele (D) în carcasă (1).

Generare de cuplu

Cilindrii şi pistoanele se sprijina pe zonele sferice ale arborelui excentric şi capacului. Este astfel posibil pentru piston şi cilindru de a se alinia, liber de forţe laterale, astfel incat se roteşte arborele, împreună cu descărcarea hidrostatica a pistoanelor şi rezultatele cilindrilor în frecare fiind minimizate şi obtinandu-se o eficienţă foarte mare.

Presiunea în camerele cilindrului (E) acţionează direct asupra arborelui excentric. Din cei 5 cilindri, 2 sau 3 sunt conectati, respectiv, cu laturile de furnizare sau de returnare.

Control

14

Controlul este format din placa de control (8.1) şi distribuitorul (8.2). În timp ce placa de control este fixata de carcasa cu pini, distribuitorul se roteşte cu aceeaşi viteză ca arborele excentric. Forajele în distribuitor formeaza conectarea placii de control şi camerele pistonului. Inelul de reacţie (8.3) acţionează împreună cu arcul de compresie şi presiunea sistemului compenseaza eficient jocul. Aceasta duce la o rezistenţă foarte mare la şocuri termice şi valori constante de performanţă în timpul ciclului de lucru.

Scurgeri

Scurgere scăzută din carcasa F (1), care are loc la piston şi la control trebuie să fie returnata prin portul de scurgere (C).

Concluzii

Actionarea hidraulica are ca avantaje:

posibilitatea de a dezvolta forte si momente mari pentru gabarite mici;

domeniu mare de reglare continua a vitezelor;

usurinta obtinerii miscarilor rectilinii alternative.

Principalele dezavantaje ale actionarii hidraulice sunt:

gabaritul mare al instalatiilor hidraulice de pompare;

pierderi volumice de ulei;

necesitatea folosirii sistemelor pentru racirea uleiului;

costul ridicat al lucrarilor de intretinere.

15