2.9　鋁錠堆垛機械手液壓系統

2.9.1　主機功能結構

鋁錠的搬運和堆垛是電解鋁行業中不可缺少的一種作業方式，與傳統作業方式比較，采用堆垛機械手進行鋁錠的堆垛作業，具有占地面積小、作業范圍大、堆垛效率高和便于操作的特點。機械手可將圖2-20所示的鋁錠堆垛為11層，第一層為4塊，其余各層為5塊（相鄰兩層交錯90°放置），第一層4塊寬面朝上放置，其余各層中的相鄰兩塊鋁錠均按正反向方位放置。

機械手的運動系統如圖2-21所示，它具有夾持、上舉、放下、伸縮、擺動及翻轉定向的操作機能。其中夾持和翻轉動作由手部來實現。由于鋁錠機械手是在高溫、多粉塵、濕度大的環境下工作，故本機械手采用液壓作為驅動系統。機械手的控制系統總體設計結構如圖2-22所示，它是一種典型的多軸實時運動控制系統，用于支配執行機構，按所需的順序，沿規定的軌跡或位置運動，其硬件包括主機、PLC及相應的電路等。

機械手的動作過程及各動作的元件配置如圖2-23所示。

2.9.2　液壓系統原理

圖2-24所示為機械手液壓系統原理。系統共有6個執行元件，其中手臂回轉缸、手指夾緊缸、手腕回轉缸和定位缸的運動方向分別采用電磁換向閥13、15、16和18進行控制，而手臂升降缸和手臂伸縮缸分別采用電液伺服閥8和11進行控制。為了保證系統的多缸工作互不干擾，實現同步和非同步運動，各執行元件的換向閥和伺服比例閥均采用O型中位機能。為便于機械手的自動化，采用PLC對液壓系統進行控制。各執行機構的動作由電控系統發信號控制相應的換向閥和伺服閥，按順序依次步進動作。

所以本系統采用雙聯泵組合供油方案，需要大流量的手臂升降動作和手臂回轉動作由雙泵1、2同時為其供油，在需要小流量的其他動作時，則由小泵2單獨供油，而大泵1經二位四通電磁換向閥3進行低壓卸荷。

由于各液壓缸所需的流量相差較大，為了保證液壓系統運行的平穩性，各個液壓缸都要選擇調速。本機械手采用節流閥與蓄能器共同作用進行速度調節，由于蓄能器具有穩壓作用，可保證系統壓力穩定，節流閥能控制流量，兩個元件共同作用，各液壓缸的運動的平穩性就能得到保證。

考慮到鋁錠堆垛時機械手在升降高度和伸縮長度上的精度要求較高，故采用電液伺服閥對機身升降缸和手臂伸縮缸進行控制。

液壓系統利用蓄能器活塞位置的變化來控制霍爾接近開關的導通與關閉，從而控制卸荷換向閥的動作，實現對液壓系統的控制。

液壓缸活塞開始運行時，回油直接通入油箱。而當缸內活塞運行到接近缸端部的時候，設置在缸上的位置檢測裝置發信，使二位二通電磁換向閥7、10、14和17通電切換至右位，使液壓缸回油經過節流閥再流回油箱，從而起到一定的緩沖作用。

2.9.3　液壓系統特點

①堆垛機械手采用液壓傳動與PLC控制，作業空間大，占地面積小，各運動關節相互獨立，易于控制。

②液壓系統采用高低壓雙泵組合供油方式，以滿足機械手在不同工況對流量的不同需求，能量利用合理。

③根據各執行機構位置控制精度要求的不同，分別采用電液伺服控制和電磁開關控制；通過節流閥與蓄能器共同作用進行調速。

④通過液壓缸回油路上節流閥與二位二通換向閥的并聯及其通斷，實現執行機構的緩沖。

⑤對末端執行件（手部）的形狀及控制方式稍作改進，此種機械手還應用于冶金及有色冶煉、建材、糧食、機械制造等行業中的物料搬運與堆垛作業。